Kompozytowy nośnik polimerowy w technologii złoża ruchomego

ZESPÓŁ AUTORSKI:

Politechnika Poznańska

• Izabela Kruszelnicka,
• Dobrochna Ginter-Kramarczyk,
• Michał Michałkiewicz,
• Joanna Ryszkowaska,
• Kamila Mizera,
• Kinga Szymanowska

CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?

Przedmiotem wynalazku jest kompozytowy nośnik polimerowy do wykorzystania w technologii złoża ruchomego. Przeprowadzone badania wykazały, że kompozyty składające się z polietylenu wysokiej gęstości oraz materiału odpadowego w postaci kawy lub chmielu lub tytoniu, wykorzystane jako nośniki w technologii MBBR, w porównaniu do kompozytów z czystego polietylenu, posiadają korzystniejsze właściwości mikrobiologiczne i fizyko-mechaniczne.
Rozwiązanie według wynalazku dopuszcza różne warianty i konfiguracje naturalnego wypełniacza w postaci odpadów kawy, tytoniu lub chmielu. Biorąc pod uwagę wszystkie wyniki badań korzystne właściwości w technologii złoża ruchomego przejawia materiał kompozytowy z kawą stanowiącą 40% składu, a także materiał kompozytowy z równym udziałem chmielu i tytoniu stanowiących 30% składu oraz materiał materiał kompozytowy z napełniaczem stanowiący 40% składu- z równym udziałem w napełniaczy odpadów kawy, tytoniu i chmielu. Analiza ilościowa i jakościowa mikroorganizmów oraz zawartość suchej masy świadczą, że są to materiały, które sprzyjają tworzeniu się biofilmu w porównaniu do czystego PE=HD. Ponadto, cecha ta oddziałuje na inne właściwości kompozytów. Wskazuje na to wzrost wytrzymałości na rozciąganie czy też wartości kąta zwilżania wiosełek między pierwszym a drugim poborem, będące efektem trwałego skolonizowania powierzchni kształtek. Oznacza to, że długość czasu przebywania w bioreaktorze wiosełek ma na nie pozytywny wpływ. Należy dodać, iż otrzymane wyniki stanowią podstawę do dalszych analiz, które będą mogły potwierdzić słuszność wyciągniętych wniosków na podstawie dłuższego czasu przebywania wiosełek w bioreaktorze.

ISTOTA WYNALAZKU

Istotą wynalazku jest kompozytowy nośnik polimerowy technologii złoża ruchomego, który składa się z polietylenu wysokiej gęstości (PE-HD) stanowiącego osnowę kompozytu oraz naturalnego wypełniacza w postaci odpadów kawy, tytoniu lub chmielu stanowiącego od 20% - 50% składu wagowego kompozytu. Wyjątkowo korzystanie wypełniacz w postaci odpadów stanowi 40% składu wagowego kompozytu, a udział odpadów kawy, tytoniu i chmielu jest równy – stanowi 1/3 składu wagowego dla każdego z materiału odpadowego. Kompozytowy nośniki polimerowy technologii złoża ruchomego przedstawiono według następującego przykładu. Osnowę kompozytu stanowi polietylen wysokiej gęstości (PE-HD). Wskaźnik szybkości płynięcia (MFR) wynosi 12g/10min. Wartość ta oznacza dobrą płynność tego polimeru.
Naturalnym napełniaczem jest odpad różnego rodzaju kawy, pochodzący z kawiarki. Analityce poddano próbki o różnej zawartości odpadów kawy, chmielu i tytoniu z równym udziałem surowców – w ilości 20%, 30%, 40% oraz 50 % ilości napełniacza względem polimerowej osnowy. Próbki otrzymano w procesie dwuetapowym. W pierwszym etapie z zastosowaniem procesu wytłaczania wytworzono granulaty, natomiast w drugim etapie uformowano próbki w procesie wtryskiwania. Proces wytłaczania prowadzony był z zastosowaniem wytłaczarki jednoślimakowej. Zastosowano klasyczny ślimak trójstrefowy i głowicęmgranulującą. Wartości temperatury w poszczególnych strefach wytłaczarki ślimakowej wynosiły kolejno 140°C, 160°C, 150°C, 165°C i głowicy - 165°C. Wytłaczanie prowadzono przy prędkości obrotowej ślimaków równej 40 obr/min. Następnie wytwarzano mieszanki do wytłaczania. Z granulatów otrzymanych w procesie wtryskiwania uformowano wtryskowo nośniki o kształcie kształtki typu 1A i 1B według normy PN-EN ISO 527-2:2012. Kształtką, posiada kształt „wiosełkowy”. Długość całkowita każdego wiosełka jest większa bądź równa 150mm, szerokość wąskiej części wynosi 10,0±0,2 mm, grubość 4,0±0,2 mm, początkowa odległość między uchwytami 115±1 mm. Przed umieszczeniem wiosełek w bioreaktorze sprawdzono ich podatność na chłonięcie wilgoci z otoczenia – powietrza. Nośniki zważono przed i po suszeniu. Różnica wagi próbek przed suszeniem jest niewiele większa od próbek po suszeniu, nie przekroczyła nawet 1%. Największą średnią różnicy wagi spośród wszystkich składów zaobserwowano dla wiosełka z 40% zawartości kawy (ok. 0,12%), natomiast najmniejszą dla czystego polietylenu – ok. 0,004%.
W przypadku kompozytów z 30% dodatkiem odpadów chmielowych 0,10%, natomiast dla kompozytów z napełnionych tytoniem 0,11% Wiosełka wykonane według wynalazku nie chłoną dużej ilości pary wodnej z powietrza. Badania higroskopijności kompozytów przeprowadzono również analizując absorpcje wody w zanurzeniu. Zmiana masy próbek i w tym przypadku w żadnym składzie nie przekroczyła 1%. Co oznacza, że próbki nie będą opadały na dno bioreaktora. Największą zmianę masy można zauważyć dla wiosełek z 40% zawartością kawy, wynosi ona 0,90%, dla kompozytów z 30% dodatkiem tytoniu ok. 0,07%, natomiast z 30% dodatkiem chmielu 0,27%.

POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU

Możliwości wdrożenia wynalazku:
- wykorzystanie kształtek z przedstawionego materiału w procesach oczyszczania ścieków w przydomowych oczyszczalniach gdzie konieczne jest zwiększenie powierzchni osadu czynnego odpowiedzialnego za biodegradację zanieczyszczeń;
- wykorzystanie kształtek z opracowanego materiału w procesach oczyszczania ścieków w technologii złoża ruchomego tzw. technologii MBBR, wykorzystywanego zarówno do oczyszczania ścieków bytowych jak i do ścieków przemysłowych;
- wykorzystanie kształtek z opracowanego materiału w procesach oczyszczania ścieków w rozwiązaniach z ograniczonym miejscem przeznaczonym na ten cel (zwiększenie powierzchni czynnej pracującego osadu czynnego pozwoli zmniejszyć kubaturę systemów konstruowanych na potrzeby oczyszczania ścieków).