專利名稱：用于生物處理儀器的水化粒狀載體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物處理儀器用的一種水化粒狀載體及其制備方法。尤其涉及生物處理儀器所用的一種固定活微生物的載體，它用于處理在生活系統(tǒng)和工業(yè)系統(tǒng)兩者所產(chǎn)生的廢水和排氣中，以及這種載體制備方法。
現(xiàn)時(shí)已付諸于實(shí)踐的用于生物處理儀器的一種固定活微生物的載體，是由一種含有完全皂化的粒狀PVA顆粒和涂覆在粒狀顆粒上的細(xì)磨無機(jī)粉末，例如細(xì)磨的活性炭粉所組成，并適合于利用涂覆在顆粒上的細(xì)磨無機(jī)粉末的吸附特性。這樣的一種慣用載體代表性地公開于日本專利公告60318/1989和21317/1990中?；钗⑸锏墓潭ɑ峭ㄟ^將載體顆粒浸泡在培養(yǎng)活微生物的水溶液中而進(jìn)行的。在生物處理儀器中載體是以填充床或流化床的形式使用。當(dāng)載體以填充床形式使用時(shí)，要求對(duì)在處理儀器中吸附了水的載體的重量減少體積變化;而載體以流化床的形式使用時(shí)，這就要求粒狀顆粒具有增加的強(qiáng)度并細(xì)磨的無機(jī)粉末涂覆在具有增加強(qiáng)度的粒狀顆粒上。
為了在載體的表面上高效地固定活微生物，則在粒狀顆粒的表面上的細(xì)磨的無機(jī)粉末要具有良好的吸附性質(zhì)，和粒狀顆粒具有良好的水吸收性質(zhì)，這都是很重要的。這種載體的水吸收性質(zhì)是決定于制成載體用顆粒的聚合物的水保留值和粒狀顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。此外，這種載體的耐久性決定于粒狀顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和在粒狀顆粒上細(xì)磨的無機(jī)粉末的涂層強(qiáng)度。然而，通過載體是不充分考慮到在其上固定活微生物的作用，載體的耐久性等等。
本發(fā)明考慮到現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種生物處理儀器用的水化粒狀載體，它能具有令人滿意的活微生物固定功能。
本發(fā)明另一目的是提供生物處理儀器用的一種水化粒狀載體，它能減少載荷體積變化并具有良好的耐久性。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供生物處理儀器用的一種水化粒狀載體，它能具有增加的機(jī)械強(qiáng)度。
本發(fā)明還有另一個(gè)目的是提供一種制備水化粒狀載體的方法，它能使所制得的水化粒狀載體可減少載荷體積變化，并具有良好的耐久性和增加的機(jī)械強(qiáng)度。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供生物處理儀器用的一種水化粒狀載體。這種載體是含有由在冷水中不溶而在熱水中可溶的聚合物所制成的水化粒狀膠凝顆粒以及涂在這種水化粒狀膠凝顆粒上的細(xì)磨的無機(jī)粉末。粉末是按100份重量的水化粒狀膠凝顆粒使用3份或3份以上的重量，制得的載體水含量為約30%至60%。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供生物處理儀器用的水化粒狀載體的制備方法。該方法包括將加熱到40℃至100℃的水，在高速攪拌下加入到冷水中不溶而在熱水中可溶的聚合物中，熱水加入量是按100份重量聚合物加入50至150份重量，由此制備水化粒狀膠凝顆粒。按3份或3份以上重量的細(xì)磨無機(jī)粉末和5至20份重量的熱水，在高速攪拌下一起加到水化粒狀膠凝顆粒中，以使細(xì)磨的無機(jī)粉末涂覆在粒狀顆粒上。
本發(fā)明的水化粒狀載體包括由在冷水中不溶而在熱水中可溶的聚合物所制成的水化粒狀膠凝顆粒和涂覆在水化粒狀膠凝顆粒上的細(xì)磨無機(jī)粉末。粉末用量按100份重量水化粒狀膠凝顆粒使用3份或3份以上的重量，制得的載體含水量為約30%至60%。
在本發(fā)明中，用于水化粒狀膠凝顆粒的是親水的聚合物材料例如PVA或其衍生物的粉末。為此，一般使用在冷水中不溶而在熱水中可溶的PVA粉末，其皂化度約為95摩爾%或95摩爾%以上。
一般說來，為了使聚合物的粒狀顆粒具有良好的水吸收性質(zhì)，顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)要有適當(dāng)?shù)目障?，并組成每個(gè)粒狀顆粒的聚合物粒子單元要穩(wěn)固，和通過它們之間的接觸表面要均勻地結(jié)合在一起。具有這樣特性的粒狀顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是通過瞬間熔化而制得的，從成粒步驟開始，通過聚合物粒子單元的表面，粒子單元相互接觸而使粒子單元結(jié)合在一起，經(jīng)過適當(dāng)?shù)娜刍砻?，該聚合物粒子單元表面使聚合物粒子單元聚結(jié)在一起而最終制備成粒狀顆粒。鑒于這種事實(shí)，本發(fā)明是這樣設(shè)計(jì)的將加熱到40℃至100℃溫度的水，在高速攪拌下，按100份重量聚合物將50至150份重量的水加入到聚合物中，由此制備上述的水化粒狀膠凝顆粒。本發(fā)明的這種設(shè)計(jì)可使部分聚合物粒子單元互相接觸，以呈膠狀方式而結(jié)合在一起，而且從每個(gè)粒狀粒子的內(nèi)部到其表面是完全均質(zhì)地結(jié)合。
然后，將細(xì)磨的無機(jī)粉末和按5到20份重量水的高速攪拌下加到上述制備的粒狀膠凝粒子中，結(jié)果得到水化粒狀載體，其含水量約為30%至60%，并有3%重量或更多的細(xì)磨無機(jī)粉末粘附在其上。
要求這種載體的水含量在30%至60%之間，因?yàn)樗鼙ＷC水化的粒狀膠凝顆粒的生產(chǎn)，并使無機(jī)粉末具有粘合劑的功能。
在所設(shè)計(jì)的本發(fā)明方法中為使瞬間熔融，在成粒步驟開始，經(jīng)過表面使粒子單元互相接觸而將粒子單元結(jié)合在一起的聚合物粒子單元的表面，經(jīng)過適當(dāng)?shù)娜廴诒砻娑鴮⒕酆衔锪Ｗ訂卧劢Y(jié)在一起，而結(jié)果生成粒狀的顆粒，其值得注意的或重要因素包括熱水的溫度、水加入量、水加入的速度及其加入的方式。對(duì)于瞬間熔融聚合物粒子單元的接觸表面以通過熔融的接觸表面而使粒子單元互相粘合所必要的溫度是在40℃和100℃之間，優(yōu)選的溫度是60℃和80℃之間。熱水的溫度降低至這個(gè)溫度范圍以下，不能引起聚合物粒子單元之間的聚結(jié)作用。使聚合物粒子單元聚結(jié)在一起的熱水溫度的上限沒有規(guī)定。但是，一般不選用溫度為80℃或80℃以上，因?yàn)檫@會(huì)造成粒子單元過量聚結(jié)，而足以形成不能通過預(yù)定篩目的篩網(wǎng)的粒子單元的塊集物，由此降低粒狀粒子的產(chǎn)量。
熱水的加入最好使用噴霧器，因?yàn)閲婌F器可以使水均勻地噴灑在聚合物粒子單元上。同樣，適合于聚合物粒子單元的表面瞬間熔化的熱水加入的速率在攪拌速度高達(dá)500至1000rpm條件下是約10至15升/分。通過熔化的表面，粒子單元互相接觸而使粒子單元粘合在一起，從而通過適當(dāng)?shù)娜刍砻娑鴮⒕酆衔锪Ｗ訂卧劢Y(jié)在一起。熱水的加入量由成粒時(shí)間來決定，使用50至150份重量，而最優(yōu)選用量為60至120份重量。熱水的用量低于這個(gè)范圍，就不能使聚合物粒子單元之間聚結(jié)，而水量高于上述范圍，則粒子單元會(huì)引起過多的聚結(jié)，以致足以形成不能通過預(yù)定篩孔的篩網(wǎng)的粒子單元的塊集物，從而降低粒狀顆粒的產(chǎn)量。使載體產(chǎn)品具有30%至60%的水含量的熱水總用量為55至170份重量。
在成粒期間加入的細(xì)磨無機(jī)粉末具有防止所產(chǎn)生的粒狀膠凝顆粒結(jié)塊的功能。如細(xì)磨的無機(jī)粉末的加入量少于3份重量，則不能使粉末涂覆顆粒的全部表面。這就會(huì)造成粒狀膠凝顆粒結(jié)塊，導(dǎo)致顆粒產(chǎn)量降低。而粉末用量高于30份重量時(shí)就會(huì)減少粉末與水化的粒狀膠凝顆粒的接觸面，以致在使用時(shí)粉末會(huì)從顆粒上剝離。在高速攪拌時(shí)，熱水加入到細(xì)磨的無機(jī)粉劑已加入的粒狀膠凝顆粒中，而由此瞬時(shí)熔化粒狀顆粒和無機(jī)粉末之間的接觸面，導(dǎo)致顆粒和粉末之間的聚結(jié)，這個(gè)歷程基本上相同于上述聚合物粒子單元之間的聚結(jié)情況。這樣，例如熱水的溫度，它的加入量，加入熱水的速度和其加入的方式之類的因素可以如上所述而調(diào)定，其中熱水的加入量是按所加入材料的總量的5至20份重量。
如上所述，在慣用的載體中，雖然在每個(gè)粒狀顆粒的表面部分聚合物粒子單元堅(jiān)固地結(jié)合在一起，但是在每個(gè)粒狀粒子中聚合物粒子單元就不是穩(wěn)固地結(jié)合在一起，這是因?yàn)榫酆衔锪Ｗ訂卧娜刍退鼈冎g的結(jié)合必須增加時(shí)間周期，而粒狀顆粒的生產(chǎn)在聚合物粒子單元之間完全結(jié)合之前就已進(jìn)行。而且，慣用的載體的另一缺點(diǎn)是，細(xì)磨的粉末是在粒狀顆粒的表面硬化后加入的，結(jié)果涂在粒狀顆粒上的粉末量不到3%或更多并涂層強(qiáng)度不夠高。
此外，慣用的載體不具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度并在使用時(shí)增加載荷的體積變化，因?yàn)榫酆衔锪Ｗ訂卧鶆虻厝刍阶阋允沽Ｗ訂卧荒軐?shí)現(xiàn)膠凝化。
正相反，本發(fā)明可以使膠凝化從形成每個(gè)粒狀顆粒的粒子單元的內(nèi)部到其表面完全均勻地進(jìn)行并且聚合物粒子單元通過其間的接觸部分而以似膠狀方式結(jié)合在一起，結(jié)果本發(fā)明的載體明顯地減少了載荷的體積變化，并具有良好的耐久性。
而且，本發(fā)明可以使影響載體的吸附性質(zhì)的細(xì)磨無機(jī)粉末在成粒后的涂層階段與熱水一起加入，以使粉劑可以增加加入到粒狀顆粒上的用量以增加粉劑的涂層強(qiáng)度并保證載體的耐久性。
參閱以下實(shí)施例和比較例會(huì)更易于理解本發(fā)明，但是，這些實(shí)施例只是用于說明本發(fā)明，而不能認(rèn)為限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1在Henschel混合器中裝填100重量份完全皂化的PVA(聚合度1000～2500，皂化度98mol%或98摩爾以上)，然后將熱水加進(jìn)混合器夾套以保持混合器溫度在約70℃。然后在高達(dá)500rpm轉(zhuǎn)速的攪拌下，用90份重量80℃的熱水以每分鐘12升的速率噴霧到PVA上，結(jié)果制成水化的粒狀PVA膠凝顆粒。
接著，在混合器中裝入粒度為200或更小的篩目的細(xì)磨的活性炭18重量份，并在上述條件和高速攪拌下，噴入12重量份加熱到80℃的熱水，致使制得具有細(xì)磨活性炭涂層的載體。這樣制成有細(xì)磨活性炭涂層的水化粒狀膠凝載體，含水量為45%，顆粒直徑2至12mm，產(chǎn)率高達(dá)90%或更多。在浸泡在冷水中時(shí)，全部載體都沉淀并基本上沒有觀察到細(xì)磨活性炭從載體上剝落。而且，這種載體在浸水一天后其吸水量為40%至70%并在載荷量100g/cm2之下體積變化為25%或更少。
實(shí)施例2除了混合器的攪拌速度為500rpm和90份重量熱水以101/min速率進(jìn)行噴霧外，本步驟基本上重復(fù)實(shí)施例1所述，結(jié)果制得水化PVA的粒狀膠凝顆粒。然后，在混合器里裝入粒度為250篩目或更小的細(xì)磨活性炭30重量份并在高速攪拌下按上述相同速率用20重量份加熱到80℃的水噴入，結(jié)果制得有細(xì)磨活性炭涂層的載體，其粒徑為2至4mm。所制得的水化粒狀膠凝載體的產(chǎn)率高達(dá)88%或更多，其水含量為50%，具有與實(shí)施例1獲得的基本上相同的性能。
比較例在Henschel混合器中裝入100重量份完全皂化的PVA。然后，在保持混合器溫度為50℃至80℃和攪拌速度高達(dá)500rpm下，基本上按上述實(shí)施例的相同方式噴入15重量份冷水，由此獲得水化的PVA粒狀顆粒。然后，將3重量份(這是加入混合器的上限用量)粒度為200篩目或更小的細(xì)磨活性炭逐漸地加入，由此使細(xì)磨活性炭涂層在粒狀顆粒上，以致制得有細(xì)磨的活性炭涂覆的水化粒狀載體。當(dāng)活性炭的加入量高于3重量份，這種成粒方法會(huì)引起活性炭從粒狀顆粒上的剝落增加，因而粒子上不能涂覆較多量的活性炭。
這樣制備的粒徑為2至12mm的水化粒狀載體，產(chǎn)率約80%。當(dāng)該載體浸在冷水中，約有一半載體漂浮;因此，需要一天以上才能使載體全部沉淀。此外，有相當(dāng)大量細(xì)磨的活性炭從粒狀顆粒上剝落。這種載體在浸泡一天后其水吸收量是20%到50%，而在載荷量100g/cm2下體積變化為40%至50%。
雖然參考實(shí)施例并以某些程度的特殊性說明了本發(fā)明，但是，按照上述教導(dǎo)有可能進(jìn)行明顯修改和改變。因而要理解，在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以不像特定所述那樣進(jìn)行實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種用于生物處理儀器的水化粒狀載體，它包括由在冷水中不溶而在熱水中可溶的聚合物制成的水化粒狀膠凝粒子和涂層在所述水化粒狀膠凝粒子上的細(xì)分散的無機(jī)粉末，該粉末的用量為每100份重量所述水化粒狀膠凝粒子的3重量份或更多，所得載體的水含量約30%至60%。
2.一種用于生物處理儀器的水化粒狀載體的制備方法，它包括如下步驟將加熱到40℃至100℃的水在高速攪拌下按每100份高聚物的重量加入50至150的比例，加到在冷水中不溶而在熱水中可溶的聚合物中，由此制成水化粒狀膠凝粒子。將細(xì)磨的無機(jī)粉末3重量份或更多的量和按5至20重量份的熱水，在高速攪拌下一起加到所述的水化粒狀膠凝粒子中，以在所述粒狀顆粒上涂覆所述細(xì)磨無機(jī)粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征是所述的熱水溫度為60℃至80℃并加入速度為每分鐘10至15升。
全文摘要
一種用于生物處理儀器的一種水化粒狀載體，它可以使膠凝化從形成每個(gè)粒狀顆粒的粒子單元的內(nèi)部到其表面完全均勻，并通過其間的接觸部分使聚合物粒子單元以膠狀方式結(jié)合在一起，從而減少載荷的體積變化并具有良好的耐久性。該水化粒狀載體包括由在冷水中不溶而在熱水中可溶的聚合物粒子單元所制成的水化粒狀膠凝顆粒和涂覆在水化粒狀膠凝顆粒上的細(xì)磨無機(jī)粉末。粉末用量按100份重量水化粒狀膠凝顆粒為3份或3份以上重量。這樣制備的載體的水含量為30％至60％。
文檔編號(hào)C12N11/14GK1099356SQ94107248
公開日1995年3月1日 申請(qǐng)日期1994年6月30日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月30日
發(fā)明者小西功三, 地崎正一, 藤井修三, 高良行 申請(qǐng)人:電佳工程股份有限公司