改性移动床生物反应器载体制备与性能评价

摘要

移动床生物膜反应器是一种近年30年快速发展起来的水处理装置，其广泛应用于各种规模的污水处理厂中。移动床生物载体填料作为移动床工艺的核心，对该工艺的运行效果有很大的影响。
　　目前移动床生物载体填料主要是以聚乙烯作为基体材料，通过挤出或者注塑工艺而得到成品。聚乙烯作为市场中产量和应用量最大的工程材料，具有物化性质稳定，易加工的特点。但是作为生物载体填料应用到移动床工艺时具有以下不足:首先，聚乙烯表面为疏水性，不利于微生物的附着;其次，聚乙烯的密度略小于载体填料最适宜的密度值;最后，聚乙烯载体强度较低，不能满足移动床中载体填料随时处于相互碰撞摩擦的环境。
　　本实验以高密度聚乙烯作为载体填料的基体材料，添加各种改性功能性物质和辅助材料，以共混的方式对高密度聚乙烯进行改性，通过单螺杆挤出技术制备载体。通过添加淀粉和硅藻土来改变聚乙烯的表面性质，使其由疏水性变成亲水性，实验中以材料表面与水的接触角大小来表示亲水性的好坏。实验发现，当添加淀粉量为5％时，材料亲水性得到较大提高（材料表面与水的接触角从92°下降到了70°）同时载体在水中有释放营养物质的性能也得到显著提高(当载体在水中浸泡48小时后，水中的COD达到了60.48mg/L)。因此，添加淀粉不仅可以提高聚乙烯的表面亲水性，同时使其具备营养释放性。
　　实验中应用纳米碳酸钙来增强高密度聚乙烯的无缺口冲击强度和拉伸强度，并且应用马来酸酐接枝聚乙烯来改善淀粉和纳米碳酸钙等粉体与聚乙烯的相容性。通过实验发现，当纳米碳酸钙含量为1.5％，马来酸酐接枝聚乙烯含量为4％时，材料的无缺口冲击强度从59.4KJ/m2提高到了84.6KJ/m2，拉伸强度从24MPa提高到了64MPa，材料的强度得到了很大的提高。
　　针对载体填料结构特点对载体在水中的流动状态和水中微生物量的影响，本实验设计一种风扇型载体填料和一种不均孔道载体填料，两种载体填料的构型有利于载体在水中更好的运动，并且可以增强移动床生物膜反应器的硝化作用和反硝化作用。
　　总之，用淀粉、纳米碳酸钙和马来酸酐接枝聚乙烯等对高密度聚乙烯进行改性，能够达到改善聚乙烯亲水性、亲生物性并且增强力学性质的目的。并且将产品工业化生产。

目录

声明

摘要

1．绪论

1．1 移动床生物膜反应器的研究进展

1．1．1 移动床生物膜反应器的原理及特点

1．1．2 移动床生物膜反应器的国内外应用

1．2 移动床生物膜反应器生物载体填料

1．2．1 生物膜形成机理

1．2．2 移动床生物膜反应器生物载体填料的作用及特点

1．2．3 移动床生物膜反应器生物载体填料的研究及应用现状

1．3 聚乙烯的改性

1．3．1 聚乙烯的化学改性

1．3．2 聚乙烯的物理改性

1．4 研究背景、内容及意义

1．4．1 研究背景

1．4．2 研究内容

1．4．3 研究意义

2 实验部分

2．1 原料和试剂

2．2 实验设备和仪器

2．3 熔融共混挤出

2．3．1 单螺杆挤出、注塑成型

2．3．2 单螺杆挤出、真空定径

2．4 熔融流动速率的测试

2．5 力学性能的测试

2．5．1 冲击强度性能测试

2．5．2 拉伸强度测试

2．6 亲水性的测试

2．6．1 接触角的测量

2．6．2 吸水率和保水率的测定

2．7 营养释放量测试

3 淀粉／纳米碳酸钙／马来酸酐接枝聚乙烯／硅藻土／高密度聚乙烯样品制备及性能测试

3．1 淀粉／高密度聚乙烯样品的制备及性能测试

3．1．1 淀粉／高密度聚乙烯样品的制备

3．1．2 淀粉／高密度聚乙烯样品性能测试

3．2 淀粉／纳米碳酸钙／高密度聚乙烯样品的制备及性能测试

3．2．1 淀粉／纳米碳酸钙／高密度聚乙烯样品的制备

3．2．2 淀粉／纳米碳酸钙／高密度聚乙烯样品性能测试

3．3 淀粉／纳米碳酸钙／马来酸酐接枝聚乙烯／高密度聚乙烯的样品制备及性能测试

3．3．1 淀粉／纳米碳酸钙／马来酸酐接枝聚乙烯／高密度聚乙烯的样品制备

3．3．2 淀粉／纳米碳酸钙／马来酸酐接枝聚乙烯／高密度聚乙烯的样品性能测试

3．4 硅藻土／淀粉／纳米碳酸钙／马来酸酐接枝聚乙烯／高密度聚乙烯样品制备及性能测试

3．4．1 硅藻土／淀粉／纳米碳酸钙／马来酸酐接枝聚乙烯／高密度聚乙烯样品制备

3．4．2 硅藻土／淀粉／纳米碳酸钙／马来酸酐接枝聚乙烯／高密度聚乙烯样品性能测试

3．5 载体填料的制备及性能评价

3．5．1 载体填料的制备

3．5．2 载体填料的性能评价

3．6 本章小结

4 移动床生物反应器生物载体填料的结构设计

4．1 风扇状载体填料

4．2 不均孔道载体填料

5 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

参考文献

致谢