[发明专利]一种悬浮式铁碳微电解填料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种悬浮式铁碳微电解填料及其制备方法和应用，填料包括悬浮载体和负载在悬浮载体表面的铁碳微电解层；铁碳微电解层通过静电喷涂方式负载于悬浮载体上。悬浮载体包括：上半部，为由若干沿周向间隔分布的片状结构组成的圆锥体；下半部，包括旋转体和分布于旋转体表面的若干叶片；连接部，连接所述上半部和下半部；顶盖，呈伞状结构并位于所述上半部的顶部，所述顶盖与连接部之间通过加强筋连接。该填料将生物膜法与铁碳微电解技术联用，不仅解决了传统悬浮生物填料挂膜效率低，也解决了铁碳微电解填料容易板结钝化，单独使用处理效果不佳等问题。

技术领域

本发明属环境工程材料技术领域，具体涉及一种悬浮式铁碳微电解填料的制备方法和应用。

背景技术

铁碳微电解(IC-ME)技术是一种环保、资源消耗少的废水预处理工艺，主要以价格低廉的废铁屑或经过加工的零价铁与碳颗粒作为原料，通过Fe/C材料在反应溶液中发生电化学反应，形成微观原电池，并产生Fe²⁺和Fe³⁺，通过氧化还原反应、絮凝、吸附和共沉淀污染物的方式去除污染物，从而净化废水，实现“以废治废”的目标，被认为是一种绿色型、环境友好型的预处理技术。该技术起初由英国科学家研究地下水中零价铁理论发现，并在水资源利用和污水净化中开展应用研究。

目前，铁碳微电解技术已广泛应用于制药废水、染料废水、农药废水、重金属废水和焦化废水等各类废水的处理，特别地，当IC-ME与生物反应器联用时会表现出更好的性能与处理效果。Zhu等人利用IC-ME中试规模系统预处理超高浓度有机废水未能得到理想的COD去除效果。然而，Wang等人使用的IC-ME在处理煤气化废水的UASB生物反应器中表现良好。这两个系统之间的主要区别在于IC-ME是否直接与生物过程结合，对比发现IC-ME与生物过程结合后的性能有所提高。IC-ME还用于处理煤气化中的酚类化合物，在IC-ME的协同作用下，酚类的生物处理得到了增强，一些功能微生物得到了富集。传统的铁碳微电解填料在实际应用中存在很多缺陷，比如比表面积小、孔隙率低，材料的微电解反应效率低，且投加方式多为填料沉底，运行一段时间后会出现板结钝化现象，降低微电解填料对废水的处理效果。

生物膜法是一种常见的微生物处理废水的技术，主要是利用附着于填料载体表面的微生物膜对污染物进行去除。与传统的活性污泥法相比，它具有更好的有机物去除效率及脱氮除磷能力，运行管理简单，污泥产量少且不会产生污泥膨胀，因此近年来在生活污水和工业废水处理得到了越来越广泛的应用。填料作为微生物载体，其性能是影响生物膜法处理效果的重要因素，但目前使用的悬浮生物填料多为规整形状的陶粒填料或聚乙烯填料，一方面填料比表面积小造成挂膜效率低下，另一方面聚乙烯等材料难以降解，会导致“白色垃圾”的产生。

发明内容

本发明提供一种新型悬浮式铁碳微电解填料及其制备方法和应用。该填料将生物膜法与铁碳微电解技术联用，不仅解决了传统悬浮生物填料挂膜效率低，也解决了铁碳微电解填料容易板结钝化，单独使用处理效果不佳等问题，制得的铁碳微电解填料比表面积大、强度高，为废水处理提供了更大的电流密度，微电解效果好，长期运行稳定，不易钝化和板结，同时具有较高的微生物挂膜效率，使得出水水质优异，并且具有环境友好的特点不会造成环境污染。

一种用于负载铁碳微电解填料的悬浮载体，包括：

上半部，为由若干沿周向间隔分布的片状结构组成的圆锥体；

下半部，包括旋转体和分布于旋转体表面的若干叶片；

连接部，连接所述上半部和下半部；

顶盖，呈伞状结构并位于所述上半部的顶部，所述顶盖与连接部之间通过加强筋连接。

以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。