[發明專利]一種核-殼結構泡沫陶瓷基生物掛膜材料及其制備和在生物膜廢水處理中的應用

有效

• 申請號: 202010058889.4
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111170441B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 楊霆;邱敬賢;何曦
• 申請（專利權）人: 長沙凱天工研院環保服務有限公司
• 主分類號: C02F3/00
• 分類號: C02F3/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 盛武生;魏娟

本發明公開了一種核?殼結構泡沫陶瓷基生物掛膜材料，包括輕質泡沫陶瓷基底，以及包覆在所述的輕質泡沫陶瓷基底表面的親水聚合物膜。本發明還提供了所述的材料的制備方法和應用。所制備的泡沫陶瓷基生物掛膜材料有效提高生物膜法污水處理過程中生物膜的掛膜效率，且掛膜效率優于目前常規的掛膜材料，有利于提高污水總體的處理效率，具有重要的市場價值和社會價值，能夠廣泛應用于生物膜法污水處理領域。

技術領域

本發明屬于廢水處理領域，具體涉及一種廢水生物膜處理的掛膜材料。

背景技術

生物膜法是在充分供氧的條件下，用生物膜穩定和澄清廢水的污水處理方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厭氧菌、兼性菌、真菌、原生動物以及藻類等組成的生態系統，其附著的固體介質稱為濾料或載體。生物膜自濾料向外可分為厭氧層、好氧層、附著水層、運動水層。生物膜法是將濾料表面當作介質，使微生物附著在上面，形成以微生物為主的生物膜。當污水和生物膜接觸時，污水中存在的溶解性有機物會生物膜吸附，從而出現生物污泥，以此起到凈化污水的作用。

在污水處理構筑物內設置微生物生長聚集的載體(一般稱填料)，在充氧的條件下，微生物在填料表面聚附著形成生物膜，經過充氧(充氧裝置由水處理曝氣風機及曝氣器組成)的污水以一定的流速流過填料時，生物膜中的微生物吸收分解水中的有機物，使污水得到凈化，同時微生物也得到增殖，生物膜隨之增厚。當生物膜增長到一定厚度時，向生物膜內部擴散的氧受到限制，其表面仍是好氧狀態，而內層則會呈缺氧甚至厭氧狀態，并最終導致生物膜的脫落。隨后，填料表面還會繼續生長新的生物膜，周而復始，使污水得到凈化。

現有的掛膜材料常用的是組合填料，組合填料由纖維束、塑料環片、套管、中心繩組成,其結構是將塑料環片壓扣改成雙圈大塑料環，將醛化纖維或滌綸絲壓在環的環圈上；這種掛膜材料表面過于光滑，不利于生物膜的附著，且由于基體材料無自支撐結構，在曝氣條件下，特別是在掛膜初期，易隨污水大幅晃動，因此而產生水剪切力，導致掛膜失敗。

綜上，現有生物填料還存在掛膜速率、掛膜量、穩定性等不足。

發明內容

為解決現有掛膜材料存在的掛膜速率慢、污染物去除率且循環穩定性不理想等技術不足，本發明第一個目的在于提供一種核-殼結構泡沫陶瓷基生物掛膜材料(本發明也稱為掛膜材料)，旨在提供一種親水性好、具有良好掛膜速率和污染物處理，且具有優異循環穩定性的掛膜材料。

本發明第二目的在于，提供所述的核-殼結構泡沫陶瓷基生物掛膜材料的制備方法。

本發明第三目的在于，提供一種所述的核-殼結構泡沫陶瓷基生物掛膜材料在生物膜法處理廢水中的應用。

一種核-殼結構泡沫陶瓷基生物掛膜材料，包括輕質泡沫陶瓷基底，以及包覆在所述的輕質泡沫陶瓷基底表面的親水聚合物膜。

本發明所述的掛膜材料，創新的以輕質泡沫陶瓷為基底，配合所述核殼結構的表面的親水聚合物膜，能夠協同改善親水性，能夠協同改善掛膜效率，不僅如此，還能夠改善污染物的生物降解率。

本發明技術方法，創新地將多孔陶瓷用作掛膜基底，且創新地發現，該掛膜基底和所述的核-殼結構的親水聚合物存在相互作用，能夠協同改善掛膜效率和污染物去除率。此外，本發明研究還發現，在作為掛膜材料基底時，創新地對多孔陶瓷的孔率，容重等參數進行控制，能夠進一步改善和聚合物殼體的協同性能，能夠進一步改善材料的掛膜效率和污染物去除率。

作為優選，所述的輕質泡沫陶瓷基底的孔隙率為65～90％；優選為66～77％；容重為0.25～0.60g/cm³；優選為0.45～0.58g/cm³。

作為優選，所述的輕質泡沫陶瓷基底由包含氧化鋁、莫來石、堇青石和發泡劑在內的混合原料在900～1100℃的溫度下煅燒得到。