專利名稱：一種混凝土改進的塑料填料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及生物膜水處理系統中的填料，特別是涉及一種混凝土改進的塑料填料 及其制備方法，采用混凝土附著在塑料填料表面以改善其表面的親水性，該塑料填料可廣 泛應用于水和廢水的生化處理工藝過程。
背景技術：
在廢水的生化處理工藝中，特別是水質波動較大的工業廢水處理，為使廢水處理 的效果穩定，提高生化處理系統的抗沖擊能力，在生化處理工藝中使用水處理填料得到越 來越廣泛的應用。填料是生物膜水處理系統重要的材料之一。易于生物掛膜，特別是彈性 厭氧生物掛膜的填料和耐曝氣沖擊的好氧生物掛膜填料。但是，目前國內生產的塑料彈性 填料都存在著表面親水性差的缺點；由于填料表面的疏水性，使微生物難以在其表面附著， 特別是厭氧微生物，因厭氧生化反應過程生物生成量低，且附著性差，難以在目前普通彈性 填料上掛膜，從而使有彈性填料的厭氧生化反應器負荷難以提高；對于好氧生化反應，雖然 生化反應生物生成量較高，好氧微生物的吸附能力也比厭氧微生物強，但因填料表面的疏 水性，也大大降低了微生物在填料表面的吸附強度，有時在好氧曝氣的強烈沖擊下，吸附在 填料表面的微生物很容易脫落下來，從而也降低了填料表面的生物吸附量。故克服塑料表 面的疏水性，使其具有親水的表面成為研制和生產優異填料的關鍵。常用的塑料材料，如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)等因其高分子鏈上 沒有親水基團，故它們的表面都是疏水的。用這些塑料材料制作的各種形狀的彈性填料，因 表面疏水而使其掛膜能力受到限制。使用半軟性組合填料，雖然填加的纖維部分大大增加了填料的表面積，部分纖維 也比塑料親水，故此填料的掛膜能力比一般的彈性填料強得多。但由于細小的纖維絲在水 流的沖擊下容易斷裂，且微生物掛膜后易于將填料中的纖維絲結成一整塊而降低其掛膜效 果，故帶有纖維絲的半軟性組合填料有時有使用壽命短的缺限，在應用中有時使用2-3年 就需要更換生化反應池內的填料，造成人力物力的浪費。用陶瓷顆粒或火山巖顆粒作為生物填料而開發的曝氣生物濾池，對水和廢水處理 具有較高的處理效率。主要原因就是這些顆粒具有巨大的表面積，且表面是親水的。混凝 土表面是親水的，有時在一些生化反應池的混凝土池壁上，都能發現附著活性比較高的微 生物，如一些廢水處理的厭氧反應池，往往池壁部分產生較多的厭氧產物甲烷的氣泡。使填料的表面具有親水性是生產優異水和廢水處理填料的關鍵之一。使材料的表 面涂一層親水性材料，是提高材料表面親水性的常用方法。提高材料表面的親水性常用方 法有表面涂抹親水涂料，表面接技帶有親水基團的高聚物單體，或常用塑料材料中混入水 溶性親水高分子材料，以及用親水性的混凝土附著在填料的表面。表面涂抹親水涂料因涂 料易溶于水中而脫落，故難以進行實際應用；表面接技帶有親水基團的高聚物單體，可采用 高能輻照的方法，在填料的表面產生活性自由基，自由基再與水溶性單體進行引發聚合，而 使材料表面接枝上水溶性基團，但因為填料的形狀一般比較復雜，往往要求具有較大的比表面，除填料的外表面，還有填料的內表面，而高能輻照難以均勻輻照填料的內外表面，故 使填料的內外表面的親水性產生差異，從而也影響其使用效果。在常用塑料中混入水溶性 高分子材料，也可大大改善材料表面的親水性能，發明人在專利號為ZL01U9834. 0的發明 專利中提出一種水處理彈性親水性塑料填料制備方法.，但該方法在實際應用過程中，存在 以下幾個問題1、添加入塑料合金的水溶性材料價格比普通塑料高，使其生產成本大幅度 提高；2、塑料填料中添加入塑料合金的水溶性材料，使塑料填料的強度降低了，特別是在廢 水處理過程中，由于微生物的侵蝕作用，使采用塑料合金親水性表面改性后的填料在使用 1-2年后，強度大幅下降，破損率提高，從而限制了塑料合金親水性表面改性后的填料的實 際大規模應用。發明的內容本發明首要的目的是針對現有存在的不足，提供一種混凝土改進的塑料填料及其 制備方法。該混凝土改進的塑料表面親水性好，混凝土與塑料結合力強。填料材質表面的狀況與其性能關系很大，本發明從填料材料的表面改性著手，以 改善填料材料的表面親水狀況，從而提高填料的應用性能，特別是在普通的塑料彈性填料 表面，通過附著一層親水性的混凝土改性，提高填料表面的親水性能，并本發明通過在塑料 表面加工一定數量的通孔，大幅提高混凝土在塑料填料表面的粘接強度；同時由于塑料比 重小于水，而水泥的比重大于水，在塑料的表面附著一層混凝土在改善塑料表面的親水性 能的同時可調節塑料填料的比重，從而生產出更合符要求的懸浮填料。本發明的目的通過如下技術方案實現一種混凝土改進的塑料填料，在塑料彈性填料表面均勻設有多個直徑為2-4MM的 通孔，塑料彈性填料表面附著混凝土材料，混凝土填滿該塑料彈性填料表面的通孔，使塑料 彈性填料兩邊表面混凝土與塑料彈性填料連接在一起。為進一步實現本發明目的，混凝土表面改性塑料彈性填料比重為0. 95-1. 1噸/m3。所述直徑為2-5mm的通孔在塑料彈性填料縱橫向的中心間距優選為2_5mm。所述的塑料彈性填料優選為PP填料、PE填料或PVC填料。所述的混凝土優選為325-600標號的水泥配置的混凝土。混凝土改進的塑料填料的制備方法，包括如下步驟(1)在塑料彈性填料表面上均勻加工出直徑為2_4mm的多個通孔；( 將325-600標號的水泥與水按1 1_1 2重量比配成混凝土漿料；(3)至少將步驟(1)所得的塑料彈性填料浸入步驟( 的混凝土漿料中一次，時間 為1-10分鐘，取出塑料彈性填料，涼干固化，制得混凝土改進的塑料填料。所述的將步驟(1)所得的塑料彈性填料浸入步驟O)的混凝土漿料中為2-5次， 第一次將步驟(1)所得的塑料彈性填料浸入步驟( 的混凝土漿料中1-10分鐘后，從漿料 中取出塑料彈性填料，待其附著在塑料彈性填料表面的混凝土漿料涼干固化后；再將已附 著一層混凝土塑料彈性填料浸入混凝土漿料中，再從漿料中取出，涼干固化，如此反復2-5 次。所述的涼干固化的過程中，在混凝土的表面噴水，以對混凝土起養護作用。相對于現有技術，本發明具有如下優點和有益效果(1)從外觀上看，用常用塑料(PP、PE或PVC)制做的彈性填料表面比較光滑，而用本發明的混凝土表面改性的填料表面相對比較粗糙，且表面親水。在應用于水和廢水處理 過程中，表面的粗糙和親水性將有利于微生物在填料表面的附著掛膜。而與常用的無機材 料制做的填料，如陶粒，水山巖填料相比，它可做成不同設計的形狀，有更大的空隙率，更好 的防堵塞性能。( 本發明采用在塑料表面附著一層薄薄的混凝土，提高塑料表面的親水性。將彈 性填料放入水中并從水中取出進行觀察，用常用塑料(PP、PE或PVC)制做的彈性填料，其表 面的水很快形成水珠，從填料表面脫落；而用本發明的混凝土表面改性的填料，表現出非常 好的親水性。(3)混凝土顯微堿性，特別在厭氧處理過程中，它能提供一定的堿度，更利于厭氧 的生化過程。(4)使用本發明的混凝土材料表面改性制做的塑料填料，可極大地提高廢水處理 系統中微生物的掛膜速度和掛膜強度，便于使用填料的廢水處理生化系統的調試，提高其 運行處理的可靠性。(5)塑料的比重一般小于lg/cm3，比水輕，而混凝土的比重則大于lg/cm3，在塑料 表面，附著一層混凝土后，可提高整個塑料填料的比重，從而可以通過調整附著的混凝土的 量，來調節混凝土表面改性的塑料填料的比重，來生產水處理要求比重與水幾乎相同的懸 浮性的填料。(6)混凝土比塑料原料便宜得多，且不會降低塑料本身的強度。具體的實施方式下面結合實施例對本發明作進一步說明，但是本發明的實施例并不限于此。實施例11、塑料彈性填料材質為PP (PP填料，厚度0. 6mm)上打滿足夠的直徑為2mm的小 孔，孔間距離為2匪，等間距分布。2、用525號的水泥，按1 1的比例，配成水泥漿，并攪拌均勻。3、將布滿小孔的塑料彈性填料，浸入混凝土漿料中2分鐘，然后再從漿料中取出， 待其附著在塑料彈性填料表面的混凝土漿料涼干，固結。4、再將已附著一層混凝土填料架浸入混凝土漿料中1分鐘，再從漿料中取出，將 其涼干固化，如此反復三次，至混凝土復蓋厚度達0. 5mm。5、在第三次從漿料中取出，涼干固化時，在混凝土的表面噴水，以對混凝土起養護 作用，制成混凝土表面改性塑料彈性填料。通過IM高處自由甩落試驗檢測制成的混凝土表面改性塑料彈性填料中水泥和 塑料的結合強度20次試驗發現本實施例制成的混凝土表面改性塑料彈性填料在IM高 處自由甩落的重量損失率低于0. 1%，制備出來的混凝土表面改性塑料彈性填料比重為 0.95-1. lt/m3，相對于光滑疏水的塑料填料，新填料具有較強的親水性。重量損失率的測量 方法是測試前的重量Wl，1米高處自由甩落后的重量是W2，重量損失率為(W1-W2) /Wl。實施例2 1、塑料彈性填料(PE填料，厚度0. 8mm)上打滿足夠的直徑為3mm的小孔，孔間距 離為4mm，等間距分布。2、用600標號的水泥，泥水比按1 2的比例，配成水泥漿，并攪拌均勻。
3、將布滿小孔的塑料彈性填料，浸入混凝土漿料中，浸泡10分鐘，然后再從漿料 中取出，待其附著在填料表面的混凝土漿料涼干，固結。4、涼干固化時，在混凝土的表面噴水，以對混凝土起養護作用，制成混凝土表面改 性塑料彈性填料。通過Im高處自由甩落試驗檢測制成的混凝土表面改性塑料彈性填料中水泥和塑 料的結合強度本實施例制成的混凝土表面改性塑料彈性填料在Im高處自由甩落的損失 率低于0. 1%，制備出來的混凝土表面改性塑料彈性填料比重為0. 95-1. 1噸/m3，相對于光 滑疏水的塑料填料，新填料具有較強的親水性。通過Im高處自由甩落試驗檢測制成的混凝土表面改性塑料彈性填料中水泥和塑 料的結合強度20次試驗發現本實施例制成的混凝土表面改性塑料彈性填料在Im高處自 由甩落的損失率低于0. 1%，制備出來的混凝土表面改性塑料彈性填料比重為0. 95-1. It/ m3,相對于光滑疏水的塑料填料，新填料具有較強的親水性。實施例3 1、塑料彈性填料(PVC填料，厚度0. 6mm)上打滿足夠的直徑為5mm的小孔，孔間距 離為5mm，等間距分布。2、用425標號的水泥，泥水比按1 1的比例，配成水泥漿，并攪拌均勻。3、將布滿小孔的塑料彈性填料，浸入混凝土漿料中，浸泡5分鐘，然后再從漿料中 取出，待其附著在填料表面的混凝土漿料涼干，固結。4、涼干固化時，在混凝土的表面噴一些水，以對混凝土起養護作用，制成混凝土表 面改性塑料彈性填料。通過Im高處自由甩落試驗檢測制成的混凝土表面改性塑料彈性填料中水泥和塑 料的結合強度本實施例制成的混凝土表面改性塑料彈性填料在Im高處自由甩落的損失 率低于0.2%，制備出來的混凝土表面改性塑料彈性填料比重為0. 95-1. lt/m3，相對于光滑 疏水的塑料填料，新填料具有較強的親水性。實施例4:1、塑料彈性填料(PP填料，厚度0. 8mm)上打滿足夠的直徑為3mm的小孔，孔間距 離為3mm，等間距分布。2、用525標號的水泥，泥水比按1.5 1的比例，配成水泥漿，并攪拌均勻。3、將布滿小孔的塑料彈性填料，浸入混凝土漿料中，浸泡10分鐘，然后再從漿料 中取出，待其附著在填料表面的混凝土漿料涼干，固結。4、涼干固化時，在混凝土的表面噴水，以對混凝土起養護作用，制成混凝土表面改 性塑料彈性填料。通過Im高處自由甩落試驗檢測制成的混凝土表面改性塑料彈性填料中水泥和塑 料的結合強度20次試驗發現本實施例制成的混凝土表面改性塑料彈性填料在Im高處自 由甩落的損失率低于0. 1%，制備出來的混凝土表面改性塑料彈性填料比重為0. 95-1. It/ m3,相對于光滑疏水的塑料填料，新填料具有較強的親水性。
權利要求
1.一種混凝土改進的塑料填料，其特征在于，在塑料彈性填料表面均勻設有多個直徑 為2-4mm的通孔，塑料彈性填料表面附著混凝土材料，混凝土填滿該塑料彈性填料表面的 通孔，使塑料彈性填料兩邊表面混凝土與塑料彈性填料連接在一起。
2.根據權利要求1所述的混凝土改進的塑料填料，其特征在于，混凝土表面改性塑料 彈性填料比重為0. 95-1. 1噸/m3。
3.根據權利要求1所述的混凝土改進的塑料填料，其特征在于，所述直徑為2-5mm的通 孔在塑料彈性填料縱橫向的中心間距為2-5mm。
4.根據權利要求1所述的混凝土改進的塑料填料，其特征在于，所述的塑料彈性填料 為PP填料、PE填料或PVC填料。
5.根據權利要求1所述的混凝土改進的塑料填料，其特征在于，所述的混凝土為 325-600標號的水泥配置的混凝土。
6.權利要求1所述的混凝土改進的塑料填料的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)在塑料彈性填料表面上均勻加工出直徑為2-4mm的多個通孔；(2)將325-600標號的水泥與水按1 1-1 2重量比配成混凝土漿料；(3)至少將步驟(1)所得的塑料彈性填料浸入步驟O)的混凝土漿料中一次，時間為 1-10分鐘，取出塑料彈性填料，涼干固化，制得混凝土改進的塑料填料。
7.根據權利要求6所述的混凝土改進的塑料填料的制備方法，其特征在于所述的將 步驟(1)所得的塑料彈性填料浸入步驟O)的混凝土漿料中為2-5次，第一次將步驟(1) 所得的塑料彈性填料浸入步驟( 的混凝土漿料中1-10分鐘后，從漿料中取出塑料彈性填 料，待其附著在塑料彈性填料表面的混凝土漿料涼干固化后；再將已附著一層混凝土塑料 彈性填料浸入混凝土漿料中，再從漿料中取出，涼干固化，如此反復2-5次。
8.根據權利要求6或7所述的混凝土改進的塑料填料的制備方法，其特征在于所述 的涼干固化的過程中，在混凝土的表面噴水，以對混凝土起養護作用。
全文摘要
本發明公開了一種混凝土改進的塑料填料及其制備方法，在塑料彈性填料表面均勻設有多個直徑為2-4mm的通孔，塑料彈性填料表面附著混凝土材料，混凝土填滿該塑料彈性填料表面的通孔，使塑料彈性填料兩邊表面混凝土與塑料彈性填料連接在一起。制備時，在塑料彈性填料表面上均勻加工出直徑為2-4mm的多個通孔；將325-600標號的水泥與水按1∶1-1∶2重量比配成混凝土漿料；至少將所得的塑料彈性填料浸入的混凝土漿料中一次，時間為1-10分鐘，取出塑料彈性填料，涼干固化，制得混凝土改進的塑料填料。本發明采用在塑料表面附著一層混凝土，提高塑料表面的親水性，極大地提高廢水處理系統中微生物的掛膜速度和掛膜強度。
文檔編號C02F3/30GK102070247SQ20101052724
公開日2011年5月25日 申請日期2010年10月28日 優先權日2010年10月28日
發明者周芬, 汪曉軍, 韓紀軍, 顧曉揚, 黎京士 申請人:華南理工大學