[發明專利]生態碳纖維復合材料、其制備方法以及包括其的污水處理反應器

有效

• 申請號: 201110425425.3
• 申請日: 2011-12-16
• 公開（公告）號: CN102491498A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 海熱提·吐爾遜;趙東林;吳偉明;何江;何一群
• 申請（專利權）人: 北京化工大學;浙江欣之球科技發展有限公司
• 主分類號: C02F3/00
• 分類號: C02F3/00;B01J20/20;B01J20/30;C01B31/08;C02F3/02;C02F3/10
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 吳貴明;余剛

技術領域

本發明涉及污水處理領域，具體而言涉及一種生態碳纖維復合材料、其制備方法以及包括其的污水處理反應器。

背景技術

目前，生物膜法已成為與活性污泥法并列的兩大生物污水處理方法之一。生物膜法污水處理是使污水與固著在載體上的生物膜接觸，進行固、液相的物質交換，利用膜內微生物將有機物氧化降解，使污水獲得凈化，同時，生物膜內微生物不斷生長與繁殖的過程。生物膜法具有處理效率高，耐沖擊負荷強、體積小，便于運行管理、且能夠避免活性污泥法的污泥膨脹現象的優勢，其可以維持較高的污泥齡，且生物相相對穩定，具有很高的生物量，從而相對使得水力停留時間大為縮短，或者在等同的停留時間內降解一些活性污泥法不能處理的難降解物質，進而提高處理效率。另外，生物膜法對毒性物質具有較強的抵抗性，可以實現封閉式運轉，便于管理，解決臭味問題，并具有一定的硝化和反硝化能力。

生物膜法污水處理中，生物膜載體的選擇對處理污水的效果非常重要。以下將具體說明幾種具體的生物膜法污水處理的方案。

一、傳統生物膜法污水處理中，填料采用如碎石、卵石、爐渣、和焦炭等實心物質，這些物質比表面積小和孔隙率低，應用受到了限制。

二、到了60年代，有機合成固著載體材料大量生產，生物膜載體按類可分為有機類和無機類載體，有機類載體在生物膜載體的發展過程中起了重要的作用，可分為天然高分子載體和合成高分子載體，目前應用的生物膜載體主要有：海藻酸鈣、瓊脂等天然高分子載體及PE、PVC、PS、PP、PVA、PU及多種形狀的塑料填料等合成高分子載體。當前所用的無機類載體，大部分為粒狀載體，如碳酸類石、玻璃材料、顆粒、礦渣及活性炭等粒子，其表面積和孔隙率大大增加，提高了機械強度和生物相容性，但它們的比重較大不利于在流化床等流化態反應器中運行，并且對它們的回收利用較困難。

三、生物接觸氧化法是生物膜法的一種，在生物接觸氧化法中，微生物主要以生物膜的狀態附著在固體填料上，有部分生物絮體呈破碎生物膜狀懸浮于處理水中，生物接觸氧化法中有機物的去除主要靠生物膜(附著微生物)的作用來完成。生物接觸氧化法的中心處理構筑物是接觸氧化池，接觸氧化池主要由池體、填料、布水裝置和曝氣系統4部分組成。根據水流狀態的不同，接觸氧化池可分為分流式(池內循環式)和直流式。所謂分流式，即廢水充氧與生物膜接觸是在不同的格內進行。廢水充氧后在池內進行單向和雙向循環，適用于BOD負荷較小的三級處理，國外廢水處理工程中較常采用；直流式就是直接在填料底部進行鼓風充氧，國內廢水處理工程中多采用直流式。但是這種生物接觸氧化法作用范圍有限，填料間水流緩慢，水力沖刷力小，生物膜只能自行脫落，且微生物對有機污染物的降解能力差。

綜上所述，不難發現現有的生物膜法中載體、填料不是存在比表面積低，吸附能力差、表面生物相容性差、生物膜掛膜速度慢、容易藏納污泥、不易清洗再生、使用壽命短的問題，就是存在作用范圍有限，填料間水流緩慢，水力沖刷力小，生物膜只能自行脫落的問題。

發明內容

本發明旨在提供一種生態碳纖維復合材料、其制備方法以及包括其的污水處理反應器，以克服現有生物膜法污水處理的不足。

為此，在本發明的一個方面提供了一種生態碳纖維復合材料，包括：芯層，由比表面積大于1000m²/g的生物活性碳纖維構成；外層，由丙綸纖維的網眼布構成，外層包裹在芯層的外周。

進一步地，上述生物活性碳纖維為聚丙烯腈基生物活性碳纖維、粘膠基生物活性碳纖維或瀝青基生物活性碳纖維。

進一步地，上述丙綸纖維的網眼布由直徑為200D～500D的丙綸纖維絲編織而成。

進一步地，上述生態碳纖維復合材料還包括設置在外層上的環狀毛圈部，環狀毛圈部由丙綸纖維和滌綸纖維復合而成。

進一步地，上述環狀毛圈部由直徑為150D～600D的丙綸纖維絲和直徑為150D～600D的滌綸纖維絲編織而成。

在本發明的另一個方面，還提供了一種上述的生態碳纖維復合材料的制備方法，包括以下步驟：制備生物活性碳纖維；制備丙綸纖維網眼布；以生物活性碳纖維為芯層，將丙綸纖維網眼布作為外層包裹在芯層的外周，形成生態碳纖維復合材料。