[发明专利]一种用于工业废水处理的碳纤维生物填料及制备方法

说明书

本发明提出一种用于工业废水处理的碳纤维生物填料及制备方法，首先制备纳米零价铁，将碳纤维破碎并将其放入硝酸溶液中，超声分散后抽滤，放入反应器内，分别加入苯胺和介质酸，搅拌混合均匀，边搅拌边加入过硫酸铵作为引发剂，再加入纳米零价铁，搅拌干燥得到碳纤维/纳米零价铁复合材料，将十二烷基硫酸钠加入水中搅拌起泡，然后将水泥和碳纤维/纳米零价铁复合材料以质量比2:1加入泡沫中，缓慢搅拌均匀，浇筑成型，得到工业废水处理用碳纤维生物填料。本发明克服碳纤维生物填料表面光滑不利于微生物的附着，零价铁易损失、回收困难的缺陷，制得的碳纤维生物填料综合了碳纤维和纳米零价铁在生物膜技术中的优势，显著提高了水处理填料挂膜速率和挂膜量，具有较高的重复利用率，解决了其回收困难的问题。

技术领域

本发明涉及污水处理领域，特别是涉及一种用于工业废水处理的碳纤维生物填料及制备方法。

背景技术

在当今中国，随着经济的高速发展和人民生活水平的提高，水环境的状况每况愈下。水环境的净化能力己经远不能满足对污染物的净化要求，面对水环境问题上的严峻的形势，改善水环境状况是我国面临的当务之急。

污水中微生物的产生是不可避免的，只要存在有机污染物，就会滋生和繁衍大量以细菌为主的微生物和原生动物、后生动物一类的微型动物，在适合的环境条件下只要有附着生长的载体存在，这些生物就会在此载体表面形成生物膜，基于此，通过人工强化技术将生物膜引入到污水处理中，污水与生物膜接触，污水中的有机污染物作为营养物质为生物膜上的微生物所摄取，以供微生物自身的新陈代谢，污水得到净化，微生物自身也得到繁衍增殖。生物反应处理技术己广泛应用于污水治理工艺，并已成为污水处理工程的核心技术，其中生物填料是生物膜工艺的重要核心部分。

国内外生物填料的种类繁多，按照安装方式划分可分为固定式生物填料、悬挂式生物填料、悬浮式生物填料。按照成分划分包括碳酸盐类、沸石类、陶瓷材料、炭纤维、矿渣、活性炭、金属等无机类载体和树脂、塑料、软性或半软性纤维等有机类载体。无机填料机械强度、生物相容性较好，但它们的比重较大不利于在流化床等流化态反应器中运行，并且回收利用也较困难。有机合成填料等当前主要应用的生物膜载体也在生物相容性、稳定性、力学性能、处理效果及再生等多方面或某一方面暴露出很多不足，制约了生物膜法水处理技术的发展。

碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料，由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维作为一种理想的生物填料之一，具有良好的机械强度、生物相容性、柔韧性、耐微生物分解及化学腐蚀、再生能力强等优异性能，现已应用于实际水处理中。中国发明专利申请号201210308582.0公开了一种生物碳纤维水处理填料的制备方法及应用，在高强度生物碳纤维的基础上利用索氏提取器用丙酮进行表面脱胶处理得到的具有良好生物相容性的高强度碳纤维，再将脱胶处理后的高强度碳纤维制备成束状或圆盘状，并将其应用于净化处理具有良好的环境效益。

铁是微生物氧化还原反应中电子传递体系中的电子载体，能够还原协同微生物降解处理工业废水，向微生物反应器内添加铁可以强化污水处理效果。在生物膜法处理废水中加入零价铁可以增加生物膜中胞外聚合物的含量，胞外聚合物的凝聚作用可提高填料的挂膜速度和微生物附着量，可以进一步提高处理效率。另外，在微生物反应器内加入零价铁可以还原反应器中的溶解氧，为微生物提供一个良好的环境，促进微生物的富集。

在污水处理中，通常需投加零价铁和生物填料强化处理效果。但存在碳纤维生物填料表面光滑不利于微生物的附着，零价铁易损失、回收困难的问题，因此，制备负载零价铁的碳纤维生物填料用于生物膜法处理工业废水有利于微生物挂膜并强化污水处理效果。

发明内容

针对碳纤维生物填料表面光滑不利于微生物的附着，零价铁易损失、回收困难的问题，本发明提出一种用于工业废水处理的碳纤维生物填料及制备方法，利用苯胺聚合形成聚苯胺将纳米零价铁与碳纤维复合，实现了纳米零价铁的包覆和负载，防止碳纤维表面钝化，解决了其回收困难的问题。