[发明专利]一种多级孔生物纤维填料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种多级孔生物纤维填料及其制备方法和应用。该填料为结构改良后的丝瓜络MLS填料。制备方法包括：将天然丝瓜络进行碱减量预处理，采用水浸泡并清洗，晾干，将干燥的天然丝瓜络NLS内部四只主干孔与NLS的中央支撑轴缝合在一起，改变其自然结构，形成内部孔道收缩的多级孔生物纤维填料。该多级孔生物纤维填料中纤维之间的孔道防止微生物在纤维表面形成连续型生物膜，利于基质与代谢产物在填料表面与内部扩散、流动。

技术领域

本发明属于废水处理填料及其制备方法和应用领域，特别涉及一种多级孔生物纤维填料及其制备方法和应用。

背景技术

生物膜技术被广泛应用于市政和工业废水的氮及难降解有机物的去除。在许多情况下，在现有悬浮生长式(活性污泥)反应器内添加填料，可以有效提升反应器负荷，增强污染物去除效果。目前实验室与工程上所使用的生物填料主要包括：无机颗粒型、中空塑料型、纤维丝型以及海绵型生物填料。然而，这些填料在长期使用后，微生物易于在其表面形成连续型生物膜，不仅影响有效的传质、还会降低生物膜活性、造成生物膜的脱落。

丝瓜络(NLS)具有三维网状结构，在废水处理研究中可以很容易地加工成为具有多级孔径的催化剂、电解质等的载体材料。此外，采用天然丝瓜络生产生物填料，则每单位体积的天然丝瓜络填料的成本约为聚对苯二甲酸乙二醇酯制造的常规塑料填料价格的1％-12％，在价格上具有较强的优势。

丝瓜络纤维具有起伏皱褶的表面，利于大量微生物在其表面生长，而丝瓜络纤维之间形成的特有的多级孔洞结构，又可以防止过量生长的生物质形成连续型生物膜。然而，如果直接使用天然丝瓜络生产生物载体，其结构中存在的中心大孔不仅占据有效体积、降低填料的比表面积，还会导致填料内部形成空气/水流局域流，不仅增加填料内部冲刷生物膜的机率，还会破坏填料内部的厌氧微区环境。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多级孔生物纤维填料及其制备方法和应用，以解决现有技术中微生物易于在填料表面形成连续型生物膜的缺陷。

本发明的一种多级孔生物纤维填料，所述填料为结构改良后的丝瓜络MLS填料，所述MLS填料是沿着与中央轴平行的方向将碱减量预处理后天然丝瓜络内部四只主干孔与丝瓜络中央支撑轴缝合得到。

所述MLS填料具有多层丝状纤维交错形成的三维多孔结构。

本发明的一种多级孔生物纤维填料的制备方法，包括：

(1)选取天然丝瓜络NLS中段，清洗后裁切为丝瓜络段，采用碱液浸泡，得到碱减量预处理后的天然丝瓜络，采用水浸泡并清洗，晾干；

(2)以步骤(1)中晾干后的天然丝瓜络NLS内部四只主干孔间的十字形中央支撑轴为参照，分别在NLS四只主干孔的外侧壁的中央位置，沿着与中央轴平行的方向将NLS的四只主干孔与丝瓜络中央支撑轴缝合，以便改变天然丝瓜络的孔隙结构，得到多级孔生物纤维填料。

所述步骤(1)中NLS中段的直径为3-4cm；丝瓜络段的高度为3-4cm。

所述步骤(1)中碱液为NaOH溶液；碱液的pH值为9；碱液的浓度为100g/L。

所述碱液的pH值用10％的NaOH溶液调控。

所述步骤(1)中碱液浸泡时间为18h～24h，确保NLS的减重率为15～20％。

所述步骤(1)中采用水浸泡并清洗重复3次。

所述步骤(2)中缝合是采用尼龙丝。

所述步骤(2)中天然丝瓜络变形中产生次生孔。

本发明的一种多级孔生物纤维填料在废水处理中的应用。包括应用于低碳氮比(4≤COD/TN<8)的废水处理。