[发明专利]一种增强生物填料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及废水处理领域，并且具体地，涉及一种增强生物填料及其制备方法。

背景技术

在废水处理领域中，由于成本的优势，常使用微生物来处理各种来源的废水，例如城市生活废水和工业废水，如煤气化工艺产生的废水等。在用微生物处理废水的过程中，常使用填料作为微生物繁殖生长的载体。微生物大量生长，在填料上形成膜状生物群落，构成的食物链可有效地去除水中的有机污染物，这种填料被称为生物填料。

现有的生物填料种类繁多，例如定型固定式填料、悬挂式填料、悬浮式填料以及组合填料等。该类型的填料一般采用聚氯乙烯(PVC)塑料，聚氨酯发泡塑料以及其它有机聚合物等改性加工而成。一般来说生物填料比表面积越大，在处理废水时越能有效地吸附难降解物质，提高难降解物质的停留时间。其表面组成及其结构越稳定，材质表面的生物适应性越好，这样形成的生物膜面积就越大，膜稳定性越好。

在目前的活性污泥处理工艺中，各种组合后或者改性后的生物填料逐步改善了填料比表面小，挂膜慢的问题。例如，中国专利(申请号：96229685.6)公开了使用胶粘剂将活性炭颗粒粘附到母体材料制备复合生物填料，通过粘附活性炭增加填料比表面积，并利用颗粒活性炭和生物膜的协同作用，提高填料处理废水稳定性。但是，在使用颗粒活性炭胶粘母体材料的情况下，在水处理过程中，由于水流作用，颗粒活性炭容易脱落，造成生物挂膜损失，失效相对较快，处理工作周期短。

因此，具有重要意义的是开发出这样的增强生物填料，其在保持较高的比表面积的同时，在活性炭等对基材的粘附能力方面得到改进，同时具有微生物群落和营养缓释功能。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了深入细致的研究。发明人发现，通过在制备负载有活性炭颗粒的生物填料的制备过程中引入短切活性碳纤维，可以克服在所制备的产品中活性炭容易脱落，从而造成失效快，周期短的缺陷。由此，本发明得以完成。

根据本发明的第一方面，本发明提供一种增强生物填料，所述增强生物填料包括：

多孔性基材；和

粘附在所述多孔性基材上的短切活性碳纤维、活性炭颗粒和用于废水处理的生物材料。

根据本发明的第二方面，本发明还提供一种用于制备增强生物填料的方法，所述方法包括下列步骤：

(a)将所述短切活性碳纤维、活性炭颗粒和用于废水处理的生物材料均匀混合，以得到混合物；

(b)将粘合剂喷涂在所述多孔性基材的表面上；和

(c)将步骤(a)中得到的所述混合物与步骤(b)中得到的表面涂敷有粘合剂的多孔性基材混合，以制备表面粘附有所述短切活性碳纤维、活性炭颗粒和用于废水处理的生物材料的所述增强生物填料。

通过根据本发明的方法制备的增强生物填料所粘附的粉体(如活性炭颗粒等)不易脱落，耐水力冲击性能好；接触角比较小，生物亲和性强；不仅具有高比表面积，而且排泥方便。同时可以根据需要制备具有微生物群落和营养缓释功能的生物填料。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方案的增强生物填料的表面结构示意图。

图2是活性炭直接粘附在基材表面上的生物填料的表面结构示意图。

图3是显示在本发明中进行地下煤气化废水处理试验的过程中所使用的反应器的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种增强生物填料及其制备方法。所述增强生物填料可以克服活性炭容易脱落，从而造成失效相对较快，周期短的缺陷。通过在填料表面负载短切活性碳纤维和活性炭颗粒，可以在提高生物填料比表面积的同时，利用两种材料的结构特性复合增强该填料的机械性能，即：同时实现作为新型填料的功能体(高比表面积)和增强体(机械性能)作用。其原理如下：选取具有高比表面的短切活性碳纤维和活性炭颗粒作为增强材料，前者为纤维状，具有一维高拉伸强度，后者为近似球形状，具有三维均向性。将两种材料通过基体相材料固定在填料表面上，形成一种高比表面的超混杂复合增强层。如图2中的示意图所示，当活性炭颗粒直接粘附在基材表面上时，在实际使用中，长期的流体冲刷会使固定相层的活性炭颗粒吹落，造成比表面损失，使用效果会很大程度上减弱。如图1中的示意图所示，在加入短切活性碳纤维后，纤维会与活性炭颗粒随机交错，并以随机方式半埋或者全埋地固定在固定相层上，当在使用中有外部流体冲刷时，活性炭颗粒会受到短切活性碳纤维拉伸牵制作用，所以不会轻易脱落。由于短切活性碳纤维和活性炭颗粒的随机分布，所以无论受到任何方向的冲刷，活性炭颗粒都会受到纤维的牵制作用；与此同时由于选取高比表面积纤维，整体填料比表面积会得到提高。