[发明专利]基于网状条带纳米炭纤维固着基水处理填料

说明书

技术领域：

本发明属于污、废水处理领域，特别涉及一种基于网状条带炭纤维固着基水处理填料。

背景技术：

目前在污、废水处理领域所使用的生物填料主要分为两大类，一类是软性填料，包括软性组合及固定式，另一类为硬性或半软性填料，本发明主要针对硬性或半软性填料所存在的问题而发明的。目前这些填料主要产品种类包括：鲍尔环、多面空心球、海尔环、阶梯环、泰勒花环、共轭环、拉西环等。这些填料在设计上主要追求材料的比表面积和生物膜的更新，以及填料在反应池中水力冲击下的悬浮流动状态，认为细菌会在材料表面形成很好的生物膜。实际应用结果是，上述填料在厌氧池中挂膜效果还可以，但是在好氧池中在较强的水力剪切力和较强曝气强度下，这些填料挂膜效果极差，尤其是初期生物膜形成极其困难。通过应用调查，有些产品在反应池中投加3年的时间，填料表面肉眼看不出明显的生物膜存在。那么造成该结果的原因是，目前设计的填料形式不适应好氧池的水力和曝气条件，所以需要在整体结构上创造出更为适合好氧反应池条件的填料。

发明内容：

针对上述存在的问题，我们经过大量实验，从填料整体结构，尤其是填料本身亲水性、填料表面状态、生物膜成膜条件进行了系统研究，形成了以网孔结构为基本特征，表面利用炭纤维处理形成纤维固着基的适合于污、废水处理的填料。

一种基于网状条带纳米炭纤维固着基水处理填料，其特征在于，该填料整体为网状的条带结构，网状网丝的主体材料为高分子聚合物如聚乙烯或聚丙烯等与石灰石粉，网丝主体材料质量组成为高分子聚合物70-80％，石灰石粉末20-30％；在网丝外表面生长固定有一层炭纳米纤维膜，炭纳米纤维膜是炭纳米纤维以阵列的形式垂直或竖直固定在网丝的外表面。

炭纳米纤维膜表面即炭纳米纤维阵列的顶端具有高低不平的结构。

石灰石粉末作为比重与表面亲水性调节剂；石灰石粉末为150-200目。

整体结构呈条带状(见附图1)，网丝直径为0.5-1.0mm；网丝交织熔融粘接形成网状；条带结构的宽度10-30mm，长度可任意长；网丝粘接形成的网孔优选为菱形(附图1中(3))，网孔尺寸在1.0-2.0mm之间(过大网孔不利于完整生物膜的形成)。

填料表面结构是以纳米炭纤维为材料的纤维生物膜固着基层结构，该表面是由大量的竖向排列的纳米炭纤维组成，纤维长度<100um，纤维直径<50nm，由于炭纤维是未经改性纤维材料中唯一带正电荷材料，因此形成的填料表面固着基层整体带正电荷，该结构特性非常有利于带负电荷的细菌菌体和活性污泥絮体附着，附着所形成的生物膜稳定性好。载体整体的网孔状结构更有利于初期生物膜的形成，另外，形成的生物膜中因为有炭纤维丝的存在极大地增强了生物膜结构的稳定性，以及形成整体生物膜后水处理系统运行过程，在强大的气、水冲击下生物膜脱落更新时基础生物膜部分的保留。

一种基于网状条带纳米炭纤维固着基水处理填料的制作方法，包括以下步骤：

(1)采用聚乙烯或聚丙烯等高分子聚合物质量分数70-80％和150-200目的石灰石粉末20-30％进行混合造粒；

(2)采用热熔挤出网丝摸头旋转成筒工艺进行网筒制作：通过热熔挤出机的网丝模头旋转挤出，进行拉伸，使网孔成均匀菱形，通过水冷进行定形，剪开网筒形成网状的片形结构；

(3)定型后网状的片形结构，利用高压静电技术进行炭纳米纤维种植；

(4)用曝气方式水清洗步骤(3)得到的产品，使未固定在网丝表面的炭纳米纤维冲洗掉；

(5)风干，剪切成条带状成品。

基于上述基本组成和制作方法，赋予了该填料如下特点：

(1)采用带正电荷炭纤维材料，形成的填料表面固着基层整体带正电荷，非常有利于带负电荷的细菌菌体和活性污泥絮体附着，使生物膜初期形成条件更好生物膜形成快，附着所形成的生物膜稳定性好。

(2)在整体结构上，载体的网孔状结构更有利于初期生物膜的形成，同时网孔结构可以使后来形成的生物膜通过条带内外层的铆固结构使生物膜整体更加稳定，另外，形成的生物膜中因为有炭纤维丝的存在极大地增强了生物膜结构的稳定性，以及形成整体生物膜后水处理系统运行过程，在强大的气、水冲击下生物膜脱落更新时基础生物膜部分的保留。

(3)由于主材料聚乙烯或聚丙烯材料中参杂了石灰石能够在调节填料比重的同时部分改善了主填料表面的亲水性。