申请日2017.12.19
公开(公告)日2018.05.29
IPC分类号C02F3/10; C02F3/00
摘要
本发明提供了一种基于微生物发酵液的涂覆水处理填料用乳液及制备和使用方法，所述乳液由PHA微生物发酵液制备而成。本发明所述的基于微生物发酵液的涂覆水处理填料用乳液，直接利用聚羟基烷酸酯的微生物发酵液作为基材，经过适当改性后，直接涂覆于填料表面成膜，解决了聚羟基烷酸酯作为缓释碳源的高成本、传统填料表面生物亲和性差的问题;以微生物发酵液作为涂覆填料的材料，既可保证快速处理效果，又可以大幅度降低生产成本、避免传统碳源引起的有机物污染问题，具有极高的性价比和可操作性;同时，根据使用环境不同，通过调整微生物发酵液浓度，可以方便的控制水处理填料表面的附着量，具有很高的生产操作性。
权利要求书
1.一种基于微生物发酵液的涂覆水处理填料用乳液，其特征在于：所述乳液由PHA微生物发酵液制备而成。
2.根据权利要求1所述的基于微生物发酵液的涂覆水处理填料用乳液，其特征在于：所述PHA微生物发酵液为聚3-羟基丁酸酯发酵液、聚4-羟基丁酸酯发酵液、聚3-羟基丁酸-3-羟基戊酸酯发酵液、聚3-羟基丁酸-4-羟基丁酸酯发酵液、聚3-羟基丁酸-3-羟基己酸酯发酵液中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的基于微生物发酵液的涂覆水处理填料用乳液，其特征在于：由以下组分组成：PHA微生物发酵液、去离子水、pH调节剂、表面活性剂、增稠剂、交联剂、防腐剂、填充剂及消泡剂。
4.根据权利要求3所述的基于微生物发酵液的涂覆水处理填料用乳液，其特征在于：按质量份数计，由以下组分组成：
5.根据权利要求4所述的基于微生物发酵液的涂覆水处理填料用乳液，其特征在于：所述pH调节剂为氢氧化钠、氨水、硫酸、碳酸氢钠、磷酸钠、磷酸二氢钠及氯化铵中的一种或多种;
优选的，所述表面活性剂为脂肪酸钠、烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、松香皂、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯中的一种或多种;
优选的，所述增稠剂为甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、淀粉、琼脂中的一种或多种;
优选的，所述交联剂为硼砂、有机硼、硫酸铝、乙二醛中的一种或多种;
优选的，所述防腐剂为甲醛、乙酸钠中的一种或多种;
优选的，所述填充剂包括碳酸钙、滑石粉、硅藻土、蒙脱土、贝壳粉、云母粉、木粉中一种或多种;
优选的，所述消泡剂包括硅酮消泡液、豆油、GPE消泡剂中的一种或多种;
优选的，所述水处理用填料包括分散悬浮式填料、悬挂式填料、聚氨酯纤维条状填料、辫带式填料、空间立体网状填料中的一种或多种。
6.权利要求1-2或4-5任一项所述的基于微生物发酵液的涂覆水处理填料用乳液的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)取一定量的PHA微生物发酵液，向发酵液中加入等体积的去离子水，采用搅拌方式混合均匀;混合均匀后，采用离心机进行离心分离，结束后离心去除上清液，保留离心固相;
(2)向步骤(1)中获得的离心固相中按配比添加去离子水，搅拌均匀后，按配比添加交联剂、表面活性剂、增稠剂、填充剂成分，添加pH调节剂控制，搅拌，根据乳液起泡情况加入适量消泡剂，步骤(2)中的配比均指与PHA微生物发酵液的配比;
(3)按照配比加入防腐剂，继续搅拌，使混合体系混合均匀，制得乳液，步骤(3)中的配比指与PHA微生物发酵液的配比。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中混合温度为20～60℃，搅拌0.5h～3h;离心转速为1000～4000r/min，离心时间4～10min，离心温度为20～60℃;
步骤(2)中在离心固相中按配比添加去离子水，搅拌0.5h～1h后，添加pH调节剂控制pH=9～10，按配比添加交联剂、表面活性剂、填充剂成分，添加pH调节剂控制混合液为中性，然后添加增稠剂，过程控制温度在20～60℃，搅拌0.5h～5h，根据乳液起泡情况加入适量消泡剂;
步骤(3)中搅拌0.5h～2h。
8.一种权利要求6所制备的基于微生物发酵液的涂覆水处理填料用乳液的使用方法，其特征在于：
采用浸渍提拉法或喷涂法将所述乳液涂覆在水处理用填料上，完成后，自然干燥或热风烘干，得到已涂覆基于微生物发酵液乳液的水处理填料;
或者，采用浸渍提拉法或喷涂法将所述乳液涂覆在填料编制用丝的表面，完成后，自然干燥或热风烘干，再将得丝编织于填料上，得到已涂覆基于微生物发酵液乳液的水处理填料。
9.根据权利要求8所述的乳液的使用方法，其特征在于：浸渍之前将乳液稀释，浸渍时间为0.2h～1h;优选的，浸渍之前将乳液稀释至固体含量在5%～70%。
10.根据权利要求8所述的乳液的使用方法，其特征在于：使用喷涂法时喷涂0.01～1mm厚度的乳液。
说明书
一种基于微生物发酵液的涂覆水处理填料用乳液及制备和使用方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，尤其是涉及一种基于微生物发酵液的涂覆水处理填料用乳液及制备和使用方法，该乳液可涂覆于水 处理填料表面，作为全生物基可生物降解缓释碳源。
背景技术
随着工业发展和人类生活提高，河水、湖泊水等地表水不同程度受到污染。目前对城市污水及工业污水的生物净化处理中，生物填料的采用和碳源的控制是污水生物处理技术的核心。目前在污水处理中，一般采用甲醇、乙醇、葡萄糖等液体有机碳作为碳源投加，但是这些碳源的大量消耗和投加量难以控制导致运行成本高，同时在进水水质波动情况下易造成碳源投加不足或者过量，影响出水水质。同时，在生物净化处理中使用的传统塑料填料由于亲水性和生物亲和性较差，导致填料的挂膜速度慢、挂膜量以及生物膜与填料的紧密度差，这些都成为制约生物处理效率的重要因素。
近年来，针对传统碳源存在的问题，很多学者对缓释碳源材料进行了研究，其中一类为生物基可完全降解的聚羟基烷酸酯。聚羟基烷酸酯是以可再生的农产品或农业废弃物为原料，通过工业生物工程技术直接在微生物体内合成的生物高分子，微生物在缺少氮或磷等营养成分时将其作为能量物质储存在体内，因而聚羟基烷酸酯具有高度的生物相容性，在水处理中微生物可根据水质情况，自适应摄取相应量的碳源，作为缓释碳源能够达到稳定供给。现有技术中有些中会采用聚羟基烷酸酯作为缓释材料或碳源，但是，聚羟基烷酸酯作为微生物发酵合成的高分子，其大规模化的生产和应用由于成本过高而得到极大的阻碍，这其中主要是对生物发酵液的分离提纯过程的费用过高。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种基于微生物发酵液的涂覆水处理填料用乳液及制备和使用方法，以解决现有技术中存在的传统碳源对水质影响大、采用PHA类缓释碳源生产成本过高及传统塑料填料生物亲和性差导致处理效率低等问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于微生物发酵液的涂覆水处理填料用乳液，所述乳液由PHA微生物发酵液制备而成。
优选的，所述PHA微生物发酵液为聚3-羟基丁酸酯(PHB)发酵液、聚4-羟基丁酸酯(P4HB)发酵液、聚3-羟基丁酸-3-羟基戊酸酯(PHBV)发酵液、聚3-羟基丁酸-4-羟基丁酸酯(P3,4HB)发酵液、聚3-羟基丁酸-3-羟基己酸酯(PHBHHx)发酵液中的一种或多种。
进一步的，乳液由以下组分组成：PHA微生物发酵液、去离子水、pH调节剂、表面活性剂、增稠剂、交联剂、防腐剂、填充剂及消泡剂。
进一步的，按质量份数计，乳液由以下组分组成：
优选的，所述pH调节剂为氢氧化钠、氨水、硫酸、碳酸氢钠、磷酸钠、磷酸二氢钠及氯化铵中的一种或多种;
优选的，所述表面活性剂为脂肪酸钠、烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、松香皂、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯中的一种或多种;
优选的，所述增稠剂为甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、淀粉、琼脂中的一种或多种;
优选的，所述交联剂为硼砂、有机硼、硫酸铝、乙二醛中的一种或多种;
优选的，所述防腐剂为甲醛、乙酸钠中的一种或多种。
优选的，所述填充剂包括碳酸钙、滑石粉、硅藻土、蒙脱土、贝壳粉、云母粉、木粉中一种或多种;
优选的，所述消泡剂包括硅酮消泡液、豆油、GPE消泡剂中的一种或多种;
优选的，所述水处理用填料包括分散悬浮式填料、悬挂式填料、聚氨酯纤维条状填料、辫带式填料、空间立体网状填料中的一种或多种。
本发明还提供一种基于微生物发酵液的涂覆水处理填料用乳液的制备方法，包括如下步骤：
(1)取一定量的PHA微生物发酵液，向发酵液中加入等体积的去离子水，采用搅拌方式混合均匀;混合均匀后，采用离心机进行离心分离，结束后离心去除上清液，保留离心固相;
(2)向步骤(1)中获得的离心固相中按配比添加去离子水，搅拌均匀后，按配比添加交联剂、表面活性剂、增稠剂、填充剂成分，添加pH调节剂控制，搅拌，根据乳液起泡情况加入适量消泡剂，步骤(2)中的配比均指与PHA微生物发酵液的配比;
(3)按照配比加入防腐剂，继续搅拌，使混合体系混合均匀，制得乳液，步骤(3)中的配比指与PHA微生物发酵液的配比。
优选的，步骤(1)中混合温度为20～60℃，搅拌0.5h～3h;离心转速为1000～4000r/min，离心时间4～10min，离心温度为20～60℃;
步骤(2)中在离心固相中按配比添加去离子水，搅拌0.5h～1h后，添加pH调节剂控制pH=9～10，按配比添加交联剂、表面活性剂、填充剂成分，添加pH调节剂控制混合液为中性，然后添加增稠剂，过程控制温度在20～60℃，搅拌0.5h～5h，根据乳液起泡情况加入适量消泡剂;
步骤(3)中搅拌0.5h～2h。
一种基于微生物发酵液的涂覆水处理填料用乳液的使用方法，方法为
采用浸渍提拉法或喷涂法将所述乳液涂覆在水处理用填料上，完成后，自然干燥或热风烘干，得到已涂覆基于微生物发酵液乳液的水处理填料;
或者，采用浸渍提拉法或喷涂法将所述乳液涂覆在填料编制用丝的表面，完成后，自然干燥或热风烘干，再将得丝编织于填料上，得到已涂覆基于微生物发酵液乳液的水处理填料。
进一步的，浸渍之前将乳液稀释，浸渍时间为0.2h～1h;优选的，浸渍之前将乳液稀释至固体含量在5%～70%。
优选的，使用喷涂法时喷涂0.01～1mm厚度的乳液。
相对于现有技术，本发明所述的基于微生物发酵液的涂覆水处理填料用乳液及制备和使用方法具有以下优势：
本发明所述的基于微生物发酵液的涂覆水处理填料用乳液，直接利用聚羟基烷酸酯的微生物发酵液作为基材，经过适当改性后，直接涂覆于填料表面成膜，解决了聚羟基烷酸酯作为缓释碳源的高成本、传统填料表面生物亲和性差的问题;
以微生物发酵液作为涂覆填料的材料，既可保证快速处理效果，又可以大幅度降低生产成本、避免传统碳源引起的有机物污染问题，具有极高的性价比和可操作性;
同时，根据使用环境不同，通过调整微生物发酵液浓度，可以方便的控制水处理填料表面的附着量，具有很高的生产操作性。