[发明专利]三维熔融沉积生物膜填料、制备方法及其应用

说明书

本发明提出了三维熔融沉积生物膜填料、制备方法及其应用。该方法包括：(1)采用聚丙烯，通过3D打印，形成多孔基体；(2)采用纳米颗粒混合物，通过3D打印，在所述多孔基体的侧壁以及上表面形成缓释层，以便获得缓释层‑多孔基体复合体；(3)对所述缓释层‑多孔基体复合体依次进行热处理以及紫外光处理，以便获得所述生物膜填料。利用该方法制备的生物膜填料能够在使用过程中通过缓释的方式提供微生物生长所必须的微量营养物质，进而可以提高该填料的生物膜挂膜速度、挂膜量以及水处理效率。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体而言，本发明涉及三维熔融沉积生物膜填料、制备方法及其应用。更具体地，本发明涉及一种制备生物膜填料的方法、生物膜填料以及该生物膜填料在污水处理中的用途。

背景技术

我国是一个严重缺水的国家，水资源短缺日益严重，人均水资源仅为世界平均值的1/4。并且随着我国经济的发展，工业水资源消耗巨大，废水排放量也较大，因此提高工业废水的回收利用率对于解决水资源紧缺问题具有重要意义。目前工业废水处理通常采用生物接触氧化法，即在污水池内装填一定数量的填料，利用吸附在填料上的生物膜和充分供应的氧气，通过生物氧化作用，将废水中的有机物氧化分解，达到净化目的，该方法在纺织印染、石油化工、医药等废水的处理中得到广泛的应用。

然而，目前的生物膜填料以及生物膜填料制备方法仍有待改进。

发明内容

本申请是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识作出的：

目前的生物膜填料，存在生物膜的挂膜速度以及挂模量不理想的情况，填料的使用寿命较短且填料的使用寿命难以精确控制。发明人经过深入研究以及大量实验发现，这是由于微生物群落的数量难以持续增长，微生物新陈代谢的速度不能维持在较高的水平造成的。而微生物不能保持持续生长以及高水平的新陈代谢，是由于污水处理体系中缺乏微生物新陈代谢必须的微量营养元素造成的。虽然这一问题可以通过向废水中投加适量的微量营养元素得到缓解，然而这种一次性投放的方式并不能准确地根据微生物生长情况对微量营养元素进行实时的控制，并且在微量营养元素消耗殆尽时，难以做到及时补充，因此很难真正解决微量营养元素的缺失对于微生物生长以及新陈代谢速度的负面影响。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种具有营养元素缓释功能的悬浮生物膜填料及其制备方法。该方法利用3D打印技术，可制备不同形状的生物膜填料，提高了填料的生物膜挂膜速度，挂膜量以及水处理效率，并且可以精确控制填料使用寿命。三维快速成型打印(Three Dimensional Printing，3DP)又称为3D打印，是快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。其最大的优点是可将材料进行逐层复合，因此可以对构造出的物体的形状特征进行精准的调控。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备生物膜填料的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)采用聚丙烯，通过3D打印，形成多孔基体；(2)采用纳米颗粒混合物，通过3D打印，在所述多孔基体的侧壁以及上表面形成缓释层，以便获得缓释层-多孔基体复合体；(3)对所述缓释层-多孔基体复合体依次进行热处理以及紫外光处理，以便获得所述生物膜填料。利用该方法制备的生物膜填料能够在使用过程中缓释微生物生长所必须的微量营养物质，进而可以提高该填料的生物膜挂膜速度、挂膜量以及水处理效率。

根据本发明的实施例，所述多孔基体的比表面积为260-300m²/m³。由此，能够有效地增加生物膜挂模量，进而提高水处理效果。

根据本发明的实施例，所述生物膜填料的密度为0.9～1g/cm³。由此，该生物膜填料可以悬浮在污水上，做为悬浮填料进行污水处理。由此，使用时可以直接投放，无须固定，并且易挂膜，填料不易堵塞。