[发明专利]一种核-壳结构泡沫陶瓷基生物挂膜材料及其制备和在生物膜废水处理中的应用

说明书

本发明公开了一种核‑壳结构泡沫陶瓷基生物挂膜材料，包括轻质泡沫陶瓷基底，以及包覆在所述的轻质泡沫陶瓷基底表面的亲水聚合物膜。本发明还提供了所述的材料的制备方法和应用。所制备的泡沫陶瓷基生物挂膜材料有效提高生物膜法污水处理过程中生物膜的挂膜效率，且挂膜效率优于目前常规的挂膜材料，有利于提高污水总体的处理效率，具有重要的市场价值和社会价值，能够广泛应用于生物膜法污水处理领域。

技术领域

本发明属于废水处理领域，具体涉及一种废水生物膜处理的挂膜材料。

背景技术

生物膜法是在充分供氧的条件下，用生物膜稳定和澄清废水的污水处理方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的生态系统，其附着的固体介质称为滤料或载体。生物膜自滤料向外可分为厌氧层、好氧层、附着水层、运动水层。生物膜法是将滤料表面当作介质，使微生物附着在上面，形成以微生物为主的生物膜。当污水和生物膜接触时，污水中存在的溶解性有机物会生物膜吸附，从而出现生物污泥，以此起到净化污水的作用。

在污水处理构筑物内设置微生物生长聚集的载体(一般称填料)，在充氧的条件下，微生物在填料表面聚附着形成生物膜，经过充氧(充氧装置由水处理曝气风机及曝气器组成)的污水以一定的流速流过填料时，生物膜中的微生物吸收分解水中的有机物，使污水得到净化，同时微生物也得到增殖，生物膜随之增厚。当生物膜增长到一定厚度时，向生物膜内部扩散的氧受到限制，其表面仍是好氧状态，而内层则会呈缺氧甚至厌氧状态，并最终导致生物膜的脱落。随后，填料表面还会继续生长新的生物膜，周而复始，使污水得到净化。

现有的挂膜材料常用的是组合填料，组合填料由纤维束、塑料环片、套管、中心绳组成,其结构是将塑料环片压扣改成双圈大塑料环，将醛化纤维或涤纶丝压在环的环圈上；这种挂膜材料表面过于光滑，不利于生物膜的附着，且由于基体材料无自支撑结构，在曝气条件下，特别是在挂膜初期，易随污水大幅晃动，因此而产生水剪切力，导致挂膜失败。

综上，现有生物填料还存在挂膜速率、挂膜量、稳定性等不足。

发明内容

为解决现有挂膜材料存在的挂膜速率慢、污染物去除率且循环稳定性不理想等技术不足，本发明第一个目的在于提供一种核-壳结构泡沫陶瓷基生物挂膜材料(本发明也称为挂膜材料)，旨在提供一种亲水性好、具有良好挂膜速率和污染物处理，且具有优异循环稳定性的挂膜材料。

本发明第二目的在于，提供所述的核-壳结构泡沫陶瓷基生物挂膜材料的制备方法。

本发明第三目的在于，提供一种所述的核-壳结构泡沫陶瓷基生物挂膜材料在生物膜法处理废水中的应用。

一种核-壳结构泡沫陶瓷基生物挂膜材料，包括轻质泡沫陶瓷基底，以及包覆在所述的轻质泡沫陶瓷基底表面的亲水聚合物膜。

本发明所述的挂膜材料，创新的以轻质泡沫陶瓷为基底，配合所述核壳结构的表面的亲水聚合物膜，能够协同改善亲水性，能够协同改善挂膜效率，不仅如此，还能够改善污染物的生物降解率。

本发明技术方法，创新地将多孔陶瓷用作挂膜基底，且创新地发现，该挂膜基底和所述的核-壳结构的亲水聚合物存在相互作用，能够协同改善挂膜效率和污染物去除率。此外，本发明研究还发现，在作为挂膜材料基底时，创新地对多孔陶瓷的孔率，容重等参数进行控制，能够进一步改善和聚合物壳体的协同性能，能够进一步改善材料的挂膜效率和污染物去除率。

作为优选，所述的轻质泡沫陶瓷基底的孔隙率为65～90％；优选为66～77％；容重为0.25～0.60g/cm³；优选为0.45～0.58g/cm³。

作为优选，所述的轻质泡沫陶瓷基底由包含氧化铝、莫来石、堇青石和发泡剂在内的混合原料在900～1100℃的温度下煅烧得到。