[发明专利]一种亲水性聚氨酯多孔载体制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，特别涉及采用亲水性材料对聚氨酯进行表面改性的一种亲水性聚氨酯多孔载体制备方法及其应用。

背景技术

随着环保要求逐年严格，传统污水生物处理工艺中存在COD去除效率不高，硝化效率差等问题，尤其是对于一些氨氮含量较高的废水，其去除效果不理想，难以达到日益严格的污水处理排放标准，目前很多已经建成的生活污水处理厂面临提高处理能力和提高处理指标的难题。在现有构筑物不变的情况下，提高单位体积的处理能力是一种简单、有效的方法。

通常采用载体是一种有效的提高反应器中微生物的浓度的方法，不仅可以提高反应器的容积负荷和处理效率，而且通过使用载体可以提高传统生物膜法耐冲击负荷、污泥龄长和剩余污泥量少的特点，又具有活性污泥法的高效和运转灵活的特点。载体材料表面的生物膜既要求有较高的吸附强度，又要能满足微生物的生理活动的需求。

目前市场上采用的载体表面基本都是疏水性材料，微生物在其表面固定具有不牢固和挂膜周期长缺点，且比表面积较小，固定微生物的量有限。其中发泡聚氨酯具有较大的比较面积且容易发泡制得，而且已经应用于污水处理过程，但该载体表面是疏水性，微生物固定的量有限，没有进行大规模的应用。因此开发具有比表面积高、容易固定微生物、易加工和使用方便的载体具有重要的意义，同时载体也应具价廉、耐磨和易装卸等特点。

发明内容

本发明的目的是提供一种亲水性聚氨酯多孔载体制备方法及其应用。所述亲水性聚氨酯多孔载体制备方法按照如下的步骤进行：

1)以0.2-0.8atm·L/h臭氧处理普通聚氨酯载体的表面；

2)载体浸没在去离子水中20-60分钟脱除自由基，

3)将载体加入含有四价铈离子的丙烯酸硫酸水溶液的改性剂中，在水相中进行改性反应，通氮气保护，温度控制在40-70℃，在搅拌的情况下反应3-6小时；在四价铈离子的引发下，使丙烯酸在载体表面形成一层接枝的聚丙烯酸；

4)将载体与反应体系分离，用去离子水清洗载体，洗去表面的低聚物和吸附的杂质，室温干燥。

所述改性剂的配制：将铈加入浓度为0.2-0.4mol/L的硫酸水溶液中，配制成浓度为4-5)×10^-5mol/L的硫酸铈水溶液，然后将占上述硫酸铈水溶液质量分数2％-10％的丙烯酸加入，配制成含有四价铈离子的丙烯酸硫酸水溶液。

所述多孔聚氨酯是指通过液态聚氨酯发泡形成不同孔径的多孔聚氨酯，并经过加工形成具有立方体或圆柱体形状和一定体积的材料。

所述亲水性聚氨酯多孔载体的应用，将改性后的载体放入到流化床反应器中进行挂膜启动试验，在流化床中的微生物浓度是3g/L的情况下，只需要3d载体表面及内部挂膜完成，对COD的去除率达到75％以上，氨氧化效率达到98％以上，通过对改性多孔聚氨酯和未改性多孔聚氨酯固定生物量进行分析，发现改性后的固定生物量提高了63％，污泥产率降低到原来的六分之一。

本发明有益效果是与现有技术相比，具有以下优点及突出的效果：改性条件温和，经济性优越；改性后的多孔聚氨酯表面带负电，可以吸附更多的微生物且吸附牢固；改性剂为水性材料，对环境无毒而且操作简单容易实现规模化生产；改性后的聚氨酯微生物固定量干重可以达到20g/L，远远高于现有载体固定微生物量；改性聚氨酯多孔载体应用于实际污水处理体系氨氧化和反硝化效率都有显著提高。

具体实施方式

本发明提供一种亲水性聚氨酯多孔载体制备方法及其应用。所述改性聚氨酯多孔载体按照如下的步骤进行：

实施例1

首先将边长为1.5cm的多个立方体多孔聚氨酯，在0.2atm·L/h的臭氧环境中，搅拌、室温处理一个小时，之后将载体浸没在去离子水中30分钟脱除自由基；将铈加入浓度为0.2mol/L的硫酸水溶液中，配制成浓度为4.4×10^-5mol/L的硫酸铈水溶液，然后将占上述硫酸铈水溶液质量分数3.75％的丙烯酸加入，配制成含有四价铈离子的丙烯酸硫酸水溶液作为改性剂，将载体浸没其中，通氮气保护，搅拌的情况下控制温度50℃，保持四个小时，待改性剂和多孔聚氨酯表面反应完全后，在载体表面形成一层接枝的聚丙烯酸，用去离子水洗去表面的低聚物和吸附的杂质，室温干燥，得到改性后的亲水性聚氨酯多孔载体。

实施例2