МАТЕРИАЛ-НОСИТЕЛЬ БИОМАССЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВОДЫ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2004 года по МПК C02F3/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к материалам, используемым в качестве носителя активной биомассы для обработки воды, преимущественно промышленных и бытовых сточных вод.

Уровень техники

Известен ряд пористых полимерных материалов, используемых в качестве носителя активной биомассы в биоректорах для обработки сточных вод. К таким материалам, в частности, относится пенополиуретан. Обладая регулярной пористой структурой, пенополиуретан хорошо доступен для биологически активной массы и кислорода. Вместе с тем он не обладает необходимым сродством к активной биомассе, вследствие чего снижается способность к ее удержанию.

Известен также материал, используемый в качестве носителя активной биомассы в биореакторе для обработки воды, преимущественно сточных вод, описанный в патенте ФРГ № 19519325 по кл. МПК C 02 F 3/10, D 04 H 13/00, опубл. 28.11.96. Известный материал выполнен в виде нетканого материала из грубых синтетических волокон на основе полиамида или полиэфира, имеющих линейную плотность в пределах от 8 до 300 дтекс. Волокна скреплены между собой посредством полимерного связующего и дополнительно могут быть скреплены посредством иглопрокалывания или легкоплавких термопластичных волокон, добавляемых в волокнистую смесь. Материал имеет поверхностную плотность в пределах 100-2000 г/м² и содержит по объему 65-99% воздуха. Соотношение волокон и скрепляющего их полимерного связующего находится в пределах 90:10-20:80.

Этот материал по большинству сходных существенных признаков и своему назначению является ближайшим аналогом предложенного.

Известный по указанному патенту материал вследствие использования синтетических волокон высокой линейной плотности обладает повышенной объемностью (содержание воздуха составляет 65-99%). Такая структура хорошо заполняется активной биомассой, но имеет слабо развитую активную поверхность. Отсутствие сродства поверхности указанных типов волокон к клеточной поверхности биомассы обуславливает слабую адгезию биомассы к материалу-носителю. Это, в свою очередь, ограничивает области применения носителя, особенно - в динамических условиях биоочистки. Кроме того, такая структура не обеспечивает тонкость очистки от эмульгированных и растворенных в воде загрязнителей, таких, например, как нефть и ее производные, соли тяжелых металлов и др.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является создание материала-носителя активной биомассы, который наряду с высокой прочностью обладал бы и развитой активной поверхностью, необходимой удерживающей способностью в отношении активной биомассы. Это обеспечило бы более универсальные возможности применения материала, в т.ч. для тонкой очистки воды от различного рода загрязнений, включая такие эмульгированные и растворенные загрязнители, как нефть и ее производные, соли тяжелых металлов и др., как в статических, так и в динамических условиях очистки.

Эта задача решается путем создания волокнистой структуры с развитой активной поверхностью и ее повышенным химическим сродством к клеточной поверхности биомассы.

Сущность изобретения состоит в следующем. Как и известный, предлагаемый согласно изобретению материал-носитель активной биомассы выполнен в виде нетканого материала из скрепленных между собой синтетических волокон. В отличие от известного материал в качестве синтетических волокон содержит ионообменные волокна на основе полимеров, выбранных из группы: полиакрилонитрил, сополимер акрилонитрила и стирола, сополимер полипропилена и стирола или полипропиленовые волокна. Указанные синтетические волокна имеют линейную плотность в пределах от 0,9 до 6,8 дтекс. Волокна могут быть скреплены между собой посредством иглопрокалывания или термически. Материал может содержать смесь указанных волокон с бикомпонентными синтетическими волокнами, температура плавления одного из компонентов которых ниже температуры плавления другого компонента. При этом волокна скреплены между собой термически расплавом компонента с низкой температурой плавления.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Сущность изобретения поясняется примерами 1-7 изготовления материала.

Пример 1. Из ионообменного карбоксилсодержащего полиакрилнитрильного волокна линейной плотности 3,3 дтекс, известного под коммерческим названием “ВИОН” марки КН-1, известным способом формировали волокнистый холст (см., например, М.Д.Перепелкина и др. Механическая технология производства нетканых материалов. - М.: Легкая индустрия, 1973, с. 420). Холст скрепляли иглопрокалыванием на иглопробивной машине ИМ-1800. В результате получали нетканый материал поверхностной плотности 300 г/м². Активная удельная поверхность материала составила 0,7 м²/г. Его прочность (разрывная нагрузка по длине) по ГОСТ 1509.43-79 составила 45 Н.

Пример 2. Волокнистый холст из ионообменного синтетического волокна линейной плотности 3,3 дтекс на основе сополимера полипропилена и стирола, известного под коммерческим наименованием “ФИБАН” марки К-2, формировали и скрепляли как и в примере 1. Получали нетканый материал поверхностной плотности 400 г/м². Активная удельная поверхность материала составила 0,7 м²/г. Его прочность составила 97 Н.

Пример 3. Волокнистый холст из ионообменного синтетического волокна на основе сополимера акрилонитрила и стирола линейной плотности 3,3 дтекс, известного под коммерческим наименованием “ФИБАН” марки АК-22, формировали и скрепляли как и в примере 1. Получали нетканый материал поверхностной плотности 500 г/м². Его активная удельная поверхность составила 0,7 м²/г. Прочность материала составила 79 Н.

Пример 4. Волокнистый холст из полипропиленовых волокон линейной плотности 1,5 дтекс формировали и скрепляли как и в примере 1. Получали нетканый материал поверхностной плотности 250 г/м². Активная удельная поверхность материала составила 0,9 м²/г, прочность - 419 Н.

Пример 5. Формирование волокнистого холста и скрепление осуществляли как и в примере 1, но с использованием полипропиленового волокна линейной плотности 6,8 дтекс. Получали нетканый материал поверхностной плотности 320 г/м². Активная удельная поверхность материала составила 0,5 м²/г, прочность материала - 98 Н.

Пример 6. Волокнистый холст из смеси полипропиленовых волокон линейной плотности 1,5 дтекс с 30 мас.% бикомпонентных полиэфирных волокон типа “ядро”-”оболочка” линейной плотности 4,4 текс с температурой плавления “оболочки” 110°С и температурой плавления “ядра” - 250°С. материал скрепляли термообработкой в термокамере при температуре 130°С. Полученный материал имел поверхностную плотность 450 г/м², активную удельную поверхность 0,9 м²/г, разрывную нагрузку 134 Н.

Пример 7. Волокнистый холст формировали методом раздува расплава полимера. Сформированный холст подвергали термическому скреплению при температуре размягчения полипропиленовых волокон. Как это описано, например, в статье “Полипропиленовые нетканые материалы, полученные раздувом расплава полимера” Калужка И., опубл. в журнале "Fibers & Textiles in Eastern Europe", январь/март 1997 г., с. 44. Получали материал из ультратонких полипропиленовых волокон линейной плотности 0,9 дтекс, с поверхностной плотностью 150 г/м². Его активная удельная поверхность составила 1,5 м²/г, а прочность - 45 Н.

Материалы по примерам 1-7 использовались для иммобилизации активной биомассы методом естественной адгезии (описанном в книге авторов Форстера К.Ф. и Вейза Д.А. Экологическая биотехнология. - Л.: Химия, 1990, с. 169).

Все указанные материалы адгезировали бактериальные клетки с титром 10⁶-10¹² клеток на 1 г образца.

Изобретение относится к материалам, используемым в качестве носителя биомассы для обработки воды, преимущественно сточных вод. Материал выполнен в виде нетканого материала из скрепленных между собой синтетических волокон. Для обеспечения необходимой удерживающей способности в отношении активной биомассы в качестве синтетических волокон материал содержит ионообменные волокна на основе полимеров, выбранных из группы: полиакрилонитрил, сополимер акрилонитрила и стирола, сополимер полипропилена и стирола или полипропиленового волокна. Линейная плотность волокон находится в пределах от 0,98 до 6,8 текс. Волокна в материале скреплены между собой иглопрокалыванием или термически. Технический эффект - обеспечение тонкой очистки воды от разного рода загрязнений как в статических, так и в динамических условиях очистки. 3 з.п ф-лы.

1. Материал-носитель биомассы для обработки воды, преимущественно сточных вод, выполненный в виде нетканого материала из скрепленных между собой синтетических волокон, отличающийся тем, что в качестве синтетических волокон он содержит ионообменные волокна на основе полимеров, выбранных из группы: полиакрилонитрил, сополимер акрилонитрила и стирола, сополимер полипропилена и стирола, или полипропиленовые волокна, причем указанные волокна имеют линейную плотность в пределах от 0,9 до 6,8 дтекс.2. Материал по п.1, отличающийся тем, что волокна скреплены между собой посредством иглопрокалывания.3. Материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве синтетических волокон он содержит смесь указанных волокон с бикомпонентными синтетическими волокнами, температура плавления одного из компонентов которых существенно ниже температуры плавления другого компонента, а волокна скреплены между собой термически расплавом компонента с низкой температурой плавления.4. Материал по п.1, отличающийся тем, что волокна скреплены между собой термически.