[发明专利]生态碳纤维复合材料、其制备方法以及包括其的污水处理反应器

说明书

技术领域

本发明涉及污水处理领域，具体而言涉及一种生态碳纤维复合材料、其制备方法以及包括其的污水处理反应器。

背景技术

目前，生物膜法已成为与活性污泥法并列的两大生物污水处理方法之一。生物膜法污水处理是使污水与固着在载体上的生物膜接触，进行固、液相的物质交换，利用膜内微生物将有机物氧化降解，使污水获得净化，同时，生物膜内微生物不断生长与繁殖的过程。生物膜法具有处理效率高，耐冲击负荷强、体积小，便于运行管理、且能够避免活性污泥法的污泥膨胀现象的优势，其可以维持较高的污泥龄，且生物相相对稳定，具有很高的生物量，从而相对使得水力停留时间大为缩短，或者在等同的停留时间内降解一些活性污泥法不能处理的难降解物质，进而提高处理效率。另外，生物膜法对毒性物质具有较强的抵抗性，可以实现封闭式运转，便于管理，解决臭味问题，并具有一定的硝化和反硝化能力。

生物膜法污水处理中，生物膜载体的选择对处理污水的效果非常重要。以下将具体说明几种具体的生物膜法污水处理的方案。

一、传统生物膜法污水处理中，填料采用如碎石、卵石、炉渣、和焦炭等实心物质，这些物质比表面积小和孔隙率低，应用受到了限制。

二、到了60年代，有机合成固着载体材料大量生产，生物膜载体按类可分为有机类和无机类载体，有机类载体在生物膜载体的发展过程中起了重要的作用，可分为天然高分子载体和合成高分子载体，目前应用的生物膜载体主要有：海藻酸钙、琼脂等天然高分子载体及PE、PVC、PS、PP、PVA、PU及多种形状的塑料填料等合成高分子载体。当前所用的无机类载体，大部分为粒状载体，如碳酸类石、玻璃材料、颗粒、矿渣及活性炭等粒子，其表面积和孔隙率大大增加，提高了机械强度和生物相容性，但它们的比重较大不利于在流化床等流化态反应器中运行，并且对它们的回收利用较困难。

三、生物接触氧化法是生物膜法的一种，在生物接触氧化法中，微生物主要以生物膜的状态附着在固体填料上，有部分生物絮体呈破碎生物膜状悬浮于处理水中，生物接触氧化法中有机物的去除主要靠生物膜(附着微生物)的作用来完成。生物接触氧化法的中心处理构筑物是接触氧化池，接触氧化池主要由池体、填料、布水装置和曝气系统4部分组成。根据水流状态的不同，接触氧化池可分为分流式(池内循环式)和直流式。所谓分流式，即废水充氧与生物膜接触是在不同的格内进行。废水充氧后在池内进行单向和双向循环，适用于BOD负荷较小的三级处理，国外废水处理工程中较常采用；直流式就是直接在填料底部进行鼓风充氧，国内废水处理工程中多采用直流式。但是这种生物接触氧化法作用范围有限，填料间水流缓慢，水力冲刷力小，生物膜只能自行脱落，且微生物对有机污染物的降解能力差。

综上所述，不难发现现有的生物膜法中载体、填料不是存在比表面积低，吸附能力差、表面生物相容性差、生物膜挂膜速度慢、容易藏纳污泥、不易清洗再生、使用寿命短的问题，就是存在作用范围有限，填料间水流缓慢，水力冲刷力小，生物膜只能自行脱落的问题。

发明内容

本发明旨在提供一种生态碳纤维复合材料、其制备方法以及包括其的污水处理反应器，以克服现有生物膜法污水处理的不足。

为此，在本发明的一个方面提供了一种生态碳纤维复合材料，包括：芯层，由比表面积大于1000m²/g的生物活性碳纤维构成；外层，由丙纶纤维的网眼布构成，外层包裹在芯层的外周。

进一步地，上述生物活性碳纤维为聚丙烯腈基生物活性碳纤维、粘胶基生物活性碳纤维或沥青基生物活性碳纤维。

进一步地，上述丙纶纤维的网眼布由直径为200D～500D的丙纶纤维丝编织而成。

进一步地，上述生态碳纤维复合材料还包括设置在外层上的环状毛圈部，环状毛圈部由丙纶纤维和涤纶纤维复合而成。

进一步地，上述环状毛圈部由直径为150D～600D的丙纶纤维丝和直径为150D～600D的涤纶纤维丝编织而成。

在本发明的另一个方面，还提供了一种上述的生态碳纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：制备生物活性碳纤维；制备丙纶纤维网眼布；以生物活性碳纤维为芯层，将丙纶纤维网眼布作为外层包裹在芯层的外周，形成生态碳纤维复合材料。