CN104530597B - 一种可降解珠光笔壳及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可降解珠光笔壳及其制作方法，它包括：1)将35‑55份活性污泥粉末、10‑25份高分子材料、5‑15份纤维粉末、5‑10份活性炭粉、5‑15份粘合剂、3‑5份碳酸钙、3‑5份珠光色母粒，助剂：包括硬脂酸钠、偶联剂以及相容剂，其中，硬脂酸钠为活性炭粉质量的2％；偶联剂为活性炭粉质量的1％；相容剂为总质量的3％‑5％；将以上物质加入到混合机中，混合均匀；2)将步骤1)所得混合物通过单螺杆挤出机塑化挤出，造粒并通过模压二次加工即得到可生物降解珠光笔壳。它采用生活中的废物—污泥和秸秆作为原料，实现了废物的再利用，避免了现有污泥处理方法带来的二次污染，减少了秸秆燃烧对环境的污染；此外，所得笔壳可完全降解，且降解后可作为肥料改良土壤。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用活性污泥粉末做主料生产可降解珠光笔壳及其制作方法，尤其涉及易于降解，净化空气，具有珠光效果笔壳，以及环保材料的应用。
背景技术
随着社会经济的发展，工厂废水排出量越来越多，同时伴随着污泥量的与日俱增，严重影响我国的水环境。报道称，太湖水域底部的淤泥量为6700万立方米，还有珠江三角洲一带有8000万立方米，这会影响到河道水质和航运功能。过去采用的排淤方法是将污泥运到笔壳站，以待其自然风化，这将会二次污染空气，而且浪费物力财力。排污工程中产生的污泥过去采用堆放或者是抛弃的方法处置，这样不仅会造成大量的土地资源的浪费，对生态环境将会造成不可弥补的破坏，而且污泥中含有的重金属离子和有机化合物会对周边的土壤和空气造成二次污染。
传统的笔壳在晚上不易辨认，丢弃后会使白色污染严重化，而且有些笔墨气味较重，尤其一些视力在夜晚明显下降的人群，不易辨认的问题就会更加明显。
发明内容
本发明针对上述存在的问题提供一种工艺简单、成本低廉的利用活性污泥生产可降解珠光笔壳的方法，一方面利用废物的再利用实现污水治理，减少废物对环境的污染，另一方面生产得到的珠光笔壳降解后可以变成有机肥料，同时，带珠光的笔壳有利于夜间对其位置的快速识别，由于活性炭的会减轻墨水的气味。
本发明所采用的技术方案是：一种可降解珠光笔壳的制备方法，包括：
1)将各组分物质按照以下重量份数的配比加入到高速混合机中，混合均匀；
助剂：包括硬脂酸钠、偶联剂以及相容剂，其中，硬脂酸钠为活性炭粉质量的2％；偶联剂为活性炭粉质量的1％；相容剂为总质量的3％-5％；
2)将步骤1)所得混合物通过单螺杆挤出机塑化挤出，造粒并通过模压二次加工即得到可生物降解珠光笔壳。
作为优选，所述活性污泥粉末采用以下驯化方法驯化后干燥得到，
首先，按照质量比BOD5：C：N：P＝100：75：5：1的比例配制模拟废水作为培养液，备用；
然后，将来自于市政污泥处理厂的活性污泥及所述培养液加入有效容积15L的SBR反应池中，搅拌曝气，在好氧条件下，每12小时换水一次，即每个泥龄12小时，包括10.5小时的搅拌曝气、1小时的静置和0.5小时的换水；
第1-6天，每次换水3L，并控制DO值为1.5mg/L；
第7-12天，每次换水4.5L，并控制DO值为2.0mg/L；
第13-18天，每次换水6L，并控制DO值为2.5mg/L；
其中，在静置和换水阶段，控制DO值不低于0.2mg/L；
驯化过程中保持污泥液的pH值在6.5-8.0之间，温度在24-26℃之间；
18天后即可得到驯化后的活性污泥。
作为优选，所述高分子材料包括PVC、PP、PS。
作为优选，所述纤维粉末为农作物秸秆粉末。
作为优选，所述的珠光色母粒包括PLA和123珠光粉。
作为优选，所述PLA和123珠光粉的重量比为(25—35):10。
作为优选，所述粘合剂为热塑性弹性体，如TPU(热塑性聚氨酯弹性体)、TPV(热塑性硫化橡胶)等。
作为优选，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
作为优选，所述相容剂为PE-g-MAH。
一种采用所述方法制备的可降解珠光笔壳。
本发明的有益效果是：
1、采用生活中的废物—污泥和秸秆作为原料，一方面实现了废物的再利用，另一方面避免了现有污泥处理方法带来的二次污染，减少了秸秆燃烧对环境的污染；此外，所得笔壳可完全降解，且降解后可作为肥料改良土壤。
2、对来自市政污泥处理厂的污泥进行驯化处理并干燥成粉末后作为原料，实现废物再利用的同时，解决了污水的治理问题；此外，污泥经过驯化之后富含聚羟基脂肪酸钠，这种可降解材料性能优异，是一种天然可降解材料。
3、本发明技术通过加入活性炭粉，可以增加笔壳的净化笔尖周围的空气的能力。
4、具有低碳环保、工艺简单、生产效率高和成本低廉的特点。
5、本发明在产品中加入碳酸钙，可以增强笔壳的强度，使笔壳不易被摔坏。
6、本发明还可以通过调整生产配方，生产出在半年到五年范围内完全降解掉的可降解笔壳。
7、增加了PLA和123珠光粉，制成的珠光笔寒风有利于人们在夜间对珠光笔壳的快速识别。
具体实施方式
本发明利用模拟废水驯化并发酵干燥后的污泥和一些农作物秸秆粉和活性炭粉以及高分子材料、碳酸钙、粘合剂、PLA和123珠光粉等物料，倒入高速混合机中搅拌均匀，再通过单螺杆挤出机塑化挤出，造粒，模压二次加工得到可生物降解笔壳，不同的模具可以得到不同的产品，通风冷却干燥后即可制成所需要的可降解夜光笔壳制品。
下面对本发明一种可降解珠光笔壳的制备方法的实施步骤作进一步描述：
实施例1：
首先，将各组分物质按照以下重量份数的配比加入到高速混合机中，加热搅拌，2h后搅拌均匀；
助剂：包括硬脂酸钠、偶联剂以及相容剂，其中，硬脂酸钠为活性炭粉质量的2％；偶联剂为活性炭粉质量的1％；相容剂的份数为总质量的3％；
其中珠光色母粒为生物降解塑料聚乳酸(PLA)和123珠光粉的混合物，两者的重量比为25:10。
然后，将步骤1)所得混合物通过单螺杆挤出机塑化挤出，造粒，模压二次加工得到可生物降解珠光笔壳，不同的模具可以得到不同的产品，通风冷却干燥后即可制成所需要的可降解珠光笔壳制品。
所用的活性污泥粉末应该是经梯度动态好养驯化并发酵干燥后的污泥粉末，因为它富含聚羟基脂肪酸酯，可以更好地与其他组分混合，具体制备工艺为：
1)按照质量比BOD5：C：N：P＝100：75：5：1的比例配制模拟废水作为培养液备用；模拟废水中的碳由醋酸钠提供，氮由氯化铵提供，磷由磷酸氢二钾提供；
2)将来自于市政污泥处理厂的活性污泥及步骤1)所得培养液加入到20L的SBR反应池(有效容积15L)中，搅拌曝气，在好氧条件下，每12小时换水一次，即每个泥龄12小时，包括10.5小时的搅拌曝气、1小时的静置和0.5小时的换水；
第1-6天，每次换水3L(先排出3L废水，再加入3L步骤1所得培养液)，并控制DO值为1.5mg/L；在静置和换水阶段，控制DO值不低于0.2mg/L；
第7-12天，每次换水4.5L(先排出4.5L废水，再加入4.5L步骤1所得培养液)，并控制DO值(溶解氧，下同)为2.0mg/L；在静置和换水阶段，控制DO值不低于0.2mg/L；
第13-18天，每次换水6L(先排出6L废水，再加入6L步骤1所得培养液)，并控制DO值为2.5mg/L；在静置和换水阶段，控制DO值不低于0.2mg/L；保证驯化期间随着换水量的增大适当增加曝气量和搅拌速度。
在整个驯化过程当中，通过1mol/L的HCL或NaOH调节污泥液的pH值，使之维持在6.5-8.0之间；温度通过室内柜式空调或加热棒稳定在24-26℃之间，以保证微生物的平稳生长。
经过18天的培养驯化，污泥颜色由黑色变成红褐色，有明显的腥味，沉降性能取得了明显的提高，最终结果30分钟的SV(settling velocity，污泥沉降比，又称30分钟沉降率)为25-30％，SVI(sludge volume index，污泥容积指数)的值为75-90，并且MLVSS(mixed liquorvolatile suspended solids，混合液挥发性悬浮固体浓度，表示混合液活性污泥中有机性固体物质部分的浓度)稳定在3500-4500mg/L之间，排出去的废水的CODCR降解率大于85％。
所述高分子材料可以为PVC、PP、PS等。
所述纤维粉末取自于过去常常被燃烧产生污染和浪费的农作物秸秆(比如玉米秸秆、小麦秸秆、大豆秸秆、甘蔗秸秆、水稻秸秆等)，并将其碾碎成粉末至20目；；秸秆富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等，是一种具有多用途的可再生的生物资源,降解后可以变成土壤养分。
活性炭粉用来加入其中提高材料的空气净化能力，它的加入可以吸附甲醛、甲苯、二氧化硫、二氧化碳、氨等有害气体，具有一定的空气净化功能，能够减轻笔壳周围的难闻异味，并使发明的笔壳具有可降解的性质，使笔壳的性能更加优异。
所述粘合剂为热塑性弹性体、合成橡胶等常用于将两种分离的材料连接在一起的溶剂，如TPU、TPV等。
碳酸钙的加入可以增强笔壳的强度，使笔壳不易破碎。
助剂整体用于促进物料混合均匀，其中，硬脂酸钠在这里作为润滑剂，用来提高塑料的熔融状态下的融合性，增加可加工性；偶联剂(本例中为硅烷偶联剂)是用来改良塑料的分散性，使其易于混合，粘合性增大；相容剂(本例中为PE-g-MAH)的加入是为了防止制成的笔壳制品发生脱层现象，主要是活性炭粉和粘合剂之间的相容性。
实施例2：
首先，将各组分物质按照以下重量份数的配比加入到高速混合机中，加热搅拌，2h后搅拌均匀；
助剂：包括硬脂酸钠、偶联剂以及相容剂，其中，硬脂酸钠为活性炭粉质量的2％；偶联剂为活性炭粉质量的1％；相容剂为总质量的5％。
其中，珠光色母粒为生物降解塑料聚乳酸(PLA)和123珠光粉的混合物，两者的重量比为30:10。
然后，将步骤1)所得混合物通过单螺杆挤出机塑化挤出，造粒，模压二次加工得到可生物降解珠光笔壳，不同的模具可以得到不同的产品，通风冷却干燥后即可制成所需要的可降解珠光笔壳制品。
所用的活性污泥粉末应该是经梯度动态好养驯化并发酵干燥后的污泥粉末，因为它富含聚羟基脂肪酸酯，可以更好地与其他组分混合，具体制备工艺为：
1)按照质量比BOD5：C：N：P＝100：75：5：1的比例配制模拟废水作为培养液备用；模拟废水中的碳由醋酸钠提供，氮由氯化铵提供，磷由磷酸氢二钾提供；
2)将来自于市政污泥处理厂的活性污泥及步骤1)所得培养液加入到20L的SBR反应池(有效容积15L)中，搅拌曝气，在好氧条件下，每12小时换水一次，即每个泥龄12小时，包括10.5小时的搅拌曝气、1小时的静置和0.5小时的换水；
第1-6天，每次换水3L(先排出3L废水，再加入3L步骤1所得培养液)，并控制DO值为1.5mg/L；在静置和换水阶段，控制DO值不低于0.2mg/L；
第7-12天，每次换水4.5L(先排出4.5L废水，再加入4.5L步骤1所得培养液)，并控制DO值(溶解氧，下同)为2.0mg/L；在静置和换水阶段，控制DO值不低于0.2mg/L；
第13-18天，每次换水6L(先排出6L废水，再加入6L步骤1所得培养液)，并控制DO值为2.5mg/L；在静置和换水阶段，控制DO值不低于0.2mg/L；保证驯化期间随着换水量的增大适当增加曝气量和搅拌速度。
在整个驯化过程当中，通过1mol/L的HCL或NaOH调节污泥液的pH值，使之维持在6.5-8.0之间；温度通过室内柜式空调或加热棒稳定在24-26℃之间，以保证微生物的平稳生长。
经过18天的培养驯化，污泥颜色由黑色变成红褐色，有明显的腥味，沉降性能取得了明显的提高，最终结果30分钟的SV(settling velocity，污泥沉降比，又称30分钟沉降率)为25-30％，SVI(sludge volume index，污泥容积指数)的值为75-90，并且MLVSS(mixed liquorvolatile suspended solids，混合液挥发性悬浮固体浓度，表示混合液活性污泥中有机性固体物质部分的浓度)稳定在3500-4500mg/L之间，排出去的废水的CODCR降解率大于85％。
所述高分子材料可以为PVC、PP、PS等。
所述纤维粉末取自于过去常常被燃烧产生污染和浪费的农作物秸秆(比如玉米秸秆、小麦秸秆、大豆秸秆、甘蔗秸秆、水稻秸秆等)，并将其碾碎成粉末至30目；秸秆富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等，是一种具有多用途的可再生的生物资源,降解后可以变成土壤养分。
活性炭粉用来加入其中提高材料的空气净化能力，它的加入可以吸附甲醛、甲苯、二氧化硫、二氧化碳、氨等有害气体，具有一定的空气净化功能，能够减轻笔壳周围的难闻异味，并使发明的笔壳具有可降解的性质，使笔壳的性能更加优异。
所述粘合剂为热塑性弹性体、合成橡胶等常用于将两种分离的材料连接在一起的溶剂，如TPU、TPV等。
碳酸钙的加入可以增强笔壳的强度，使笔壳不易破碎。
助剂整体用于促进物料混合均匀，其中，硬脂酸钠在这里作为润滑剂，用来提高塑料的熔融状态下的融合性，增加可加工性；偶联剂(本例中为硅烷偶联剂)是用来改良塑料的分散性，使其易于混合，粘合性增大；相容剂(本例中为PE-g-MAH)的加入是为了防止制成的笔壳制品发生脱层现象，主要是活性炭粉和粘合剂之间的相容性。
实施例3：
首先，将各组分物质按照以下重量份数的配比加入到高速混合机中，加热搅拌，2h后搅拌均匀；
助剂：包括硬脂酸钠、偶联剂以及相容剂，其中，硬脂酸钠为活性炭粉质量的2％；偶联剂为活性炭粉质量的1％；相容剂的份数为总质量的4％。
其中，珠光色母粒为生物降解塑料聚乳酸(PLA)和123珠光粉的混合物，两者的重量比为35:10。
然后，将步骤1)所得混合物通过单螺杆挤出机塑化挤出，造粒，模压二次加工得到可生物降解珠光笔壳，不同的模具可以得到不同的产品，通风冷却干燥后即可制成所需要的可降解珠光笔壳制品。
所用的活性污泥粉末应该是经梯度动态好养驯化并发酵干燥后的污泥粉末，因为它富含聚羟基脂肪酸酯，可以更好地与其他组分混合，具体制备工艺为：
1)按照质量比BOD5：C：N：P＝100：75：5：1的比例配制模拟废水作为培养液备用；模拟废水中的碳由醋酸钠提供，氮由氯化铵提供，磷由磷酸氢二钾提供；
2)将来自于市政污泥处理厂的活性污泥及步骤1)所得培养液加入到20L的SBR反应池(有效容积15L)中，搅拌曝气，在好氧条件下，每12小时换水一次，即每个泥龄12小时，包括10.5小时的搅拌曝气、1小时的静置和0.5小时的换水；
第1-6天，每次换水3L(先排出3L废水，再加入3L步骤1所得培养液)，并控制DO值为1.5mg/L；在静置和换水阶段，控制DO值不低于0.2mg/L；
第7-12天，每次换水4.5L(先排出4.5L废水，再加入4.5L步骤1所得培养液)，并控制DO值(溶解氧，下同)为2.0mg/L；在静置和换水阶段，控制DO值不低于0.2mg/L；
第13-18天，每次换水6L(先排出6L废水，再加入6L步骤1所得培养液)，并控制DO值为2.5mg/L；在静置和换水阶段，控制DO值不低于0.2mg/L；且随着换水量的增大适当增加曝气量和搅拌速度。
在整个驯化过程当中，通过1mol/L的HCL或NaOH调节污泥液的pH值，使之维持在6.5-8.0之间；温度通过室内柜式空调或加热棒稳定在24-26℃之间，以保证微生物的平稳生长。
经过18天的培养驯化，污泥颜色由黑色变成红褐色，有明显的腥味，沉降性能取得了明显的提高，最终结果30分钟的SV(settling velocity，污泥沉降比，又称30分钟沉降率)为25-30％，SVI(sludge volume index，污泥容积指数)的值为75-90，并且MLVSS(mixed liquorvolatile suspended solids，混合液挥发性悬浮固体浓度，表示混合液活性污泥中有机性固体物质部分的浓度)稳定在3500-4500mg/L之间，排出去的废水的CODCR降解率大于85％。
所述高分子材料可以为PVC、PP、PS等。
所述纤维粉末取自于过去常常被燃烧产生污染和浪费的农作物秸秆(比如玉米秸秆、小麦秸秆、大豆秸秆、甘蔗秸秆、水稻秸秆等)，并将其碾碎成粉末至40目；秸秆富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等，是一种具有多用途的可再生的生物资源,降解后可以变成土壤养分。
活性炭粉用来加入其中提高材料的空气净化能力，它的加入可以吸附甲醛、甲苯、二氧化硫、二氧化碳、氨等有害气体，具有一定的空气净化功能，能够减轻笔壳周围的难闻异味，并使发明的笔壳具有可降解的性质，使笔壳的性能更加优异。
所述粘合剂为热塑性弹性体、合成橡胶等常用于将两种分离的材料连接在一起的溶剂，如TPU、TPV等。
碳酸钙的加入可以增强笔壳的强度，使笔壳不易破碎。
助剂整体用于促进物料混合均匀，其中，硬脂酸钠在这里作为润滑剂，用来提高塑料的熔融状态下的融合性，增加可加工性；偶联剂(本例中为硅烷偶联剂)是用来改良塑料的分散性，使其易于混合，粘合性增大；相容剂(本例中为PE-g-MAH)的加入是为了防止制成的笔壳制品发生脱层现象，主要是活性炭粉和粘合剂之间的相容性。
Claims (9)
1.一种可降解珠光笔壳的制作方法，其特征在于包括：
1)将各组分物质按照以下重量份数的配比加入到混合机中，混合均匀；
助剂：包括硬脂酸钠、偶联剂以及相容剂，其中，硬脂酸钠为活性炭粉质量的2％；偶联剂为活性炭粉质量的1％；相容剂为总质量的3％-5％；
2)将步骤1)所得混合物通过单螺杆挤出机塑化挤出，造粒并通过模压二次加工即得到可生物降解珠光笔壳；
所述活性污泥粉末采用以下驯化方法驯化后干燥得到，
首先，按照质量比BOD5：C：N：P＝100：75：5：1的比例配制模拟废水作为培养液，备用；
然后，将来自于市政污泥处理厂的活性污泥及所述培养液加入有效容积15L的SBR反应池中，搅拌曝气，在好氧条件下，每12小时换水一次，即每个泥龄12小时，包括10.5小时的搅拌曝气、1小时的静置和0.5小时的换水；
第1-6天，每次换水3L，并控制DO值为1.5mg/L；
第7-12天，每次换水4.5L，并控制DO值为2.0mg/L；
第13-18天，每次换水6L，并控制DO值为2.5mg/L；
其中，在静置和换水阶段，控制DO值不低于0.2mg/L；
驯化过程中保持污泥液的pH值在6.5-8.0之间，温度在24-26℃之间；
18天后即可得到驯化后的活性污泥，干燥备用。
2.根据权利要求1所述可降解珠光笔壳的制作方法，其特征在于：所述高分子材料包括PVC、PP、PS。
3.根据权利要求1所述可降解珠光笔壳的制作方法，其特征在于：所述纤维粉末为农作物秸秆粉末。
4.根据权利要求1所述可降解珠光笔壳的制作方法，其特征在于：所述的珠光色母粒包括PLA和123珠光粉。
5.根据权利要求4所述可降解珠光笔壳的制作方法，其特征在于：所述PLA和123珠光粉的重量比为(25-35):10。
6.根据权利要求1所述可降解珠光笔壳的制作方法，其特征在于：所述粘合剂为热塑性弹性体。
7.根据权利要求1所述可降解珠光笔壳的制作方法，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂。
8.根据权利要求1所述可降解珠光笔壳的制作方法，其特征在于：所述相容剂为PE-g-MAH。
9.一种采用权利要求1-8任意一项所述方法制作的可降解珠光笔壳。
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