[发明专利]一种适用于微生物处理废水的蜂窝状生物填料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于生物填料领域，公开了一种适用于微生物处理废水的蜂窝状生物填料及其制备方法和应用。该蜂窝状生物填料的制备原料包括以下质量分数的组分：矿物材料7.1％～33％、微孔材料7％～28％、造孔剂2％～10％、无机胶凝材料30％～60％。造孔剂在制备过程中通过焙烧去除形成粗孔，微孔材料本身带来的微孔以及无机颗粒物堆积形成的细孔构成填料的微孔结构，丰富的多级孔道结构、充足的比表面积和为微生物提供微量矿物元素的孔壁构成了微生物繁殖与生长的合适栖息地，促进了微生物在填料上的挂膜，为微生物与废水之间的物质和能量的交换创造了条件，提高了生物填料的运行效率。

技术领域

本发明属于生物填料领域，特别涉及一种适用于微生物处理废水的蜂窝状生物填料及其制备方法和应用。

背景技术

通过微生物降解废水中有害物的生物膜方法是目前常用的废水处理方法。影响生物膜方法运行效率的因素很多，但其关键技术是生物填料的结构与性能。目前生物填料的种类繁多，如固定式填料、悬挂式填料、悬浮式填料和组合式填料等等，所用的材质也多种多样，如聚氯乙烯塑料、聚氨酯发泡材料、其它改性有机聚合物、金属构件和陶瓷构件等等。通常地说，生物填料的比表面积越大，越能有效地吸附水中难降解物质，提高难降解物质在填料表面的停留时间，填料的材质和表面结构直接影响微生物的附着、生长和代谢，从而影响处理废水的效果。生物填料的表面元素和孔结构会影响微生物的适应性，生物填料的生物适应性越好，形成的生物膜的面积越大，膜稳定性越好。事实上，附着在生物填料上的微生物在繁殖和成长过程中，需要的东西还是很多的，其中一些微量的金属元素直接影响微生物的发育。中国专利公开文本CN107162171A提出了一种复合型生物填料，并分析了各金属元素的作用，如钙是微生细胞的基本组成元素，参与细胞结构组成，并与细胞透性调节、能量转移等功能相关，是需求量较大的一种元素；铁是细胞色素亚铁原卟啉和含铁氧化还原素，是电子传递的基础，是叶绿素形成的必要条件；镁是叶绿素或细菌叶绿素的组成元素，在光能转换中发挥重要的作用，镁还是微生物中的酶的活性成分，并在核糖体、细胞膜的稳定上起有重要的作用，是不可缺少的元素；铜是金属活化剂，是多酚氧化酶、乳糖酶和抗坏血酸氧化酶的重要组成元素；镍是脲酶、氢化酶的组成元素等等，所以为微生物提供正常的碳水化合物时，微量的金属元素也是很重要的，合理结构的生物填料可以为微生物提供所需的微量金属元素，有助于微生物的生长发育。中国专利公开文本CN 108191041 A公开了一种富镁生物填料，通过添加镁材料，提高填料的镁元素含量，促进微生物活性，达到提高处理废水的能力，但该方法单调，因为通过生化方法处理废水，完全取决于微生物的活力，作为具有生命特征的微生物，其所需的微量元素不只是镁元素，还有其它的矿物元素。同时该专利公开文本对填料的成型没有新办法，尤其对孔结构没有进一步说明，而填料是微生物居住的小环境，合适的多级孔结构不仅有利于微生物不被流水冲走，而且还要有利于微生物与环境之间的物质与能量的交换。中国专利公开文本CN107162171A采用聚丙烯与金属盐混合制备生物填料，但金属盐在水中的溶解，会导致金属元素很快流失，难以长久保留在填料上，还可能导致二次污染。

常用的生物填料是聚氯乙烯塑料制成，由于聚氯乙烯塑料的亲水性和生物亲和性较差，导致其在挂膜速度、挂膜量及生物膜与填料的紧密程度等各方面都存在严重的不足，同时由于聚氯乙烯塑料的冲击强度较低，热稳定性较差，导致这类生物填料容易老化，使用寿命较短。在废水处理过程中，由于废水的流动性，附着力不足的生物填料上的微生物容易流失，生物膜容易脱落。