申请日2017.09.13
公开(公告)日2017.11.24
IPC分类号C02F3/10; C02F3/00
摘要
基于网状网筒纳米炭纤维固着基水处理填料，属于污、废水处理领域。该填料整体为网状的直筒结构，网状网丝的主体材料为高分子聚合物如聚乙烯或聚丙烯等与石灰石粉，网丝主体材料质量组成为高分子聚合物70‑80%，石灰石粉末20‑30%;同时在网状直筒结构的外表面沿网丝方向每间隔几条网丝设置一条高鳍翼片，高鳍翼片与网丝的材料一致;同时每条高鳍翼片整体在直筒外圈形成螺旋翼片结构;在网丝和高鳍翼片的外表面均生长固定有一层炭纳米纤维膜，炭纳米纤维膜是炭纳米纤维以阵列的形式垂直或竖直固定在网丝和高鳍翼片的外表面。使填料具有易细菌附着性、生物膜高负载性能和挂膜后生物膜极佳的稳定性。
权利要求书
1.一种基于网状网筒纳米炭纤维固着基水处理填料，其特征在于，该填料整体为网状的直筒结构，网状网丝的主体材料为高分子聚合物如聚乙烯或聚丙烯等与石灰石粉，网丝主体材料质量组成为高分子聚合物70-80%，石灰石粉末20-30%;同时在网状直筒结构的外表面沿网丝方向每间隔几条网丝设置一条高鳍翼片，高鳍翼片与网状直筒结构成一体，高鳍翼片与网丝的材料一致;同时每条高鳍翼片整体在直筒外圈形成螺旋翼片结构;多条高鳍翼片也交织成网状结构;在网丝和高鳍翼片的外表面均生长固定有一层炭纳米纤维膜，炭纳米纤维膜是炭纳米纤维以阵列的形式垂直或竖直固定在网丝和高鳍翼片的外表面。
2.按照权利要求1所述的一种基于网状网筒纳米炭纤维固着基水处理填料，其特征在于，炭纳米纤维膜表面即炭纳米纤维阵列的顶端具有高低不平的结构。
3.按照权利要求1所述的一种基于网状网筒纳米炭纤维固着基水处理填料，其特征在于石灰石粉末作为比重与表面亲水性调节剂;石灰石粉末为150-200目。
4.按照权利要求1所述的一种基于网状网筒纳米炭纤维固着基水处理填料，其特征在于，网丝直径为0.5-1.0mm。
5.按照权利要求1所述的一种基于网状网筒纳米炭纤维固着基水处理填料，其特征在于，网丝交织熔融粘接形成网状结构;网丝粘接形成的网孔，网孔尺寸在1.0-2.0mm之间。
6.按照权利要求1所述的一种基于网状网筒纳米炭纤维固着基水处理填料，其特征在于，直筒直径8-15mm，网筒整体长度15-20mm。
7.按照权利要求1所述的一种基于网状网筒纳米炭纤维固着基水处理填料，其特征在于，高鳍翼片高为2.0mm，指的是向外高出直筒表面的高度，宽度同网丝相同。
8.按照权利要求1所述的一种基于网状网筒纳米炭纤维固着基水处理填料，其特征在于，纤维长度<100um，纤维直径<50nm。
9.按照权利要求1所述的一种基于网状网筒纳米炭纤维固着基水处理填料，其特征在于，纤维为带正电荷的纤维。
10.制备权利要求1-9任一项所述的基于网状网筒纳米炭纤维固着基水处理填料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用聚乙烯或聚丙烯等高分子聚合物质量分数50-60%和150-200目的石灰石粉末40-50%进行混合造粒;
(2)采用热熔挤出网丝摸头旋转成筒工艺进行制作成网状的直筒结构：通过热熔挤出机的网丝模头旋转挤出，进行拉伸，使网孔成均匀菱形，通过水冷进行定形;高鳍翼片是根据模具使对应的模具孔加深制备而得;
(3)定型后网状的直筒结构，利用高压静电技术进行炭纳米纤维种植;
(4)用曝气方式水清洗，使得没有固定在网丝和高鳍翼片表面的炭纳米纤维清洗掉;
(5)风干，剪切成品。
说明书
基于网状网筒纳米炭纤维固着基水处理填料
技术领域
本发明属于污、废水处理领域，特别涉及一种基于网状网筒炭纤维固着基水处理填料。
背景技术
目前在污、废水处理领域所使用的生物填料主要分为两大类，一类是软性填料，包括软性组合及固定式，另一类为硬性或半软性填料，本发明主要针对硬性或半软性填料所存在的问题而发明的。目前这些填料主要产品种类包括：鲍尔环、多面空心球、海尔环、阶梯环、泰勒花环、共轭环、拉西环等。这些填料在设计上主要追求材料的比表面积和生物膜的更新，以及填料在反应池中水力冲击下的悬浮流动状态，认为细菌会在材料表面形成很好的生物膜。实际应用结果是，上述填料在厌氧池中挂膜效果还可以，但是在好氧池中在较强的水力剪切力和较强曝气强度下，这些填料挂膜效果极差，尤其是初期生物膜形成极其困难。通过应用调查，有些产品在反应池中投加3年的时间，填料表面肉眼看不出明显的生物膜存在。那么造成该结果的原因是，目前设计的填料形式不适应好氧池的水力和曝气条件，所以需要在整体结构上创造出更为适合好氧反应池条件的填料。
发明内容
针对上述存在的问题，我们经过大量实验，从填料整体结构，尤其是填料本身亲水性、填料表面状态、生物膜成膜条件进行了系统研究，形成了以网孔结构为基本特征，表面利用炭纤维处理形成纤维固着基的适合于污、废水处理的填料。
一种基于网状网筒纳米炭纤维固着基水处理填料，其特征在于，该填料整体为网状的直筒结构，网状网丝的主体材料为高分子聚合物如聚乙烯或聚丙烯等与石灰石粉，网丝主体材料质量组成为高分子聚合物70-80%，石灰石粉末20-30%;同时在网状直筒结构的外表面沿网丝方向每间隔几条(优选间隔两条)网丝设置一条高鳍翼片，高鳍翼片与网状直筒结构成一体，高鳍翼片与网丝的材料一致;同时每条高鳍翼片整体在直筒外圈形成螺旋翼片结构;多条高鳍翼片也交织成网状结构;在网丝和高鳍翼片的外表面均生长固定有一层炭纳米纤维膜，炭纳米纤维膜是炭纳米纤维以阵列的形式垂直或竖直固定在网丝和高鳍翼片的外表面。
炭纳米纤维膜表面即炭纳米纤维阵列的顶端具有高低不平的结构。石灰石粉末作为比重与表面亲水性调节剂;石灰石粉末为150-200目。
整体结构呈网状的直筒结构(见附图1)，网丝直径为0.5-1.0mm(附图1中(2));网丝交织熔融粘接形成网状结构;网丝粘接形成的网孔(附图1中(3))，网孔尺寸在1.0-2.0mm之间(过大网孔不利于完整生物膜的形成)。直筒直径8-15mm，网筒整体长度15-20mm。高鳍翼片(附图中(1))，该高鳍翼片优选高为2.0mm(指的是向外高出直筒表面的高度)、宽度同网筒的其他网丝相同。
填料表面结构是以纳米炭纤维为材料的纤维生物膜固着基层结构，该表面是由大量的竖向排列的纳米炭纤维组成，纤维长度<100um，纤维直径<50nm，由于炭纤维是未经改性纤维材料中唯一带正电荷材料，因此形成的填料表面固着基层整体带正电荷，该结构特性非常有利于带负电荷的细菌菌体和活性污泥絮体附着，附着所形成的生物膜稳定性好。载体整体的网孔状结构更有利于初期生物膜的形成，另外，形成的生物膜中因为有炭纤维丝的存在极大地增强了生物膜结构的稳定性，以及形成整体生物膜后水处理系统运行过程，在强大的气、水冲击下生物膜脱落更新时基础生物膜部分的保留。
一种基于网状网筒纳米炭纤维固着基水处理填料的制作方法，包括以下步骤：
(1)采用聚乙烯或聚丙烯等高分子聚合物质量分数50-60%和150-200目的石灰石粉末40-50%进行混合造粒;
(2)采用热熔挤出网丝摸头旋转成筒工艺进行制作成网状的直筒结构：通过热熔挤出机的网丝模头旋转挤出，进行拉伸，使网孔成均匀菱形，通过水冷进行定形;本发明中的高鳍翼片是根据模具使对应的模具孔加深制备而得。
(3)定型后网状的直筒结构，利用高压静电技术进行炭纳米纤维种植;
(4)用曝气方式水清洗，使得没有固定在网丝和高鳍翼片表面的炭纳米纤维清洗掉;
(5)风干，剪切成品。
基于上述基本组成和制作方法，赋予了该填料如下特点：
(1)采用带正电荷炭纤维材料，形成的填料表面固着基层整体带正电荷，非常有利于带负电荷的细菌菌体和活性污泥絮体附着，使生物膜初期形成条件更好生物膜形成快，附着所形成的生物膜稳定性好。
(2)在整体结构上，载体的网孔状结构更有利于初期生物膜的形成，同时网孔结构可以使后来形成的生物膜通过网筒内外层的铆固结构使生物膜整体更加稳定，另外，形成的生物膜中因为有炭纤维丝的存在极大地增强了生物膜结构的稳定性，以及形成整体生物膜后水处理系统运行过程，在强大的气、水冲击下生物膜脱落更新时基础生物膜部分的保留。
(3)由于主材料聚乙烯或聚丙烯材料中参杂了石灰石能够在调节填料比重的同时部分改善了主填料表面的亲水性。
该填料由于网孔整体结构和材料表面结构的特殊设计，使填料具有了易细菌附着性、生物膜高负载性能和挂膜后生物膜极佳的稳定性，从而带来的是优良的生化性能。该填料的广泛应用将极大地提高现有活性污泥法反应池的生化性能，为现有污水厂提标改造创造较好的技术途径，为新水厂建设提供较好的技术条件。