申请日2014.07.07
公开(公告)日2014.09.17
IPC分类号C02F3/28; C02F3/10
摘要
本发明公开了一种污水处理用生物填料，该生物填料呈类蜂窝状球形，采用激光选区烧结方法成型，其比表面积≥3000，孔隙率≥90%，表面粗糙度Ra≥60um，拉伸强度≥30MPa，弯曲强度≥20MPa，冲击强度≥3KJ/m2;所述类蜂窝状球形生物填料以12面体、16面体或32面体为基本拓扑向球面映射得到由5边或/和6边蜂窝组成的立体空心类蜂窝状球形结构，其中蜂窝是指12面体、16面体或32面体的单个面映射所得结构;映射时除12面体、16面体或32面体棱边外，其余部位均为空心结构。在满足污水处理力学性能要求的情况下，本发明生物填料具有极高的比表面积和良好的表面粗糙度，有利于生物膜的挂膜，提高污水处理效率。
权利要求书
1.一种污水处理用生物填料，其特征在于：所述生物填料呈类蜂窝状球形，其比表面积 ≥3000，孔隙率≥90%，表面粗糙度Ra≥60um，拉伸强度≥30MPa，弯曲强度≥20MPa，冲 击强度≥3KJ/m2。
2.根据权利要求1所述污水处理用生物填料，其特征在于，所述生物填料由激光选区烧结 方法制得，包括以下步骤：
1)、设计类蜂窝状球形生物填料的三维数字化模型;
2)、将步骤1)的三维数字化模型进行分层离散并生成激光扫描路径，控制分层厚度为 20～100um;
3)、将激光扫描路径输入激光选区烧结3D打印机;
4)、将粉末状原材料在工作台上按步骤2)的分层厚度进行单层铺粉;
5)、在计算机的控制下，3D打印机按照扫描路径利用激光对步骤4)所铺设的粉末材料 进行烧结，烧结时激光器功率为20-500W，光斑直径小于100um;
6)、重复步骤4)和5)获得产品。
3.根据权利要求2所述污水处理用生物填料，其特征在于：激光选区烧结制造所述生物填 料时所用原材料为粒径为100-1000目的PS、PET、PP、PVC、PA、PTFE或PEEK。
4.根据权利要求1所述污水处理用生物填料，其特征在于：所述类蜂窝状球形生物填料以 12面体、16面体或32面体为基本拓扑向球面映射得到由5边或/和6边蜂窝组成的立体 空心类蜂窝状球形结构，其中蜂窝是指12面体、16面体或32面体的单个面映射所得结 构;映射时除12面体、16面体或32面体棱边外，其余部位均为空心结构。
5.根据权利要求4所述污水处理用生物填料，其特征在于：所述类蜂窝状球形生物填料直 径为30mm、50mm、80mm、100mm或150mm。
6.根据权利要求4所述污水处理用生物填料，其特征在于：所述类蜂窝状球形生物填料的 蜂窝侧壁设有加强筋。
7.根据权利要求4所述污水处理用生物填料，其特征在于：所述类蜂窝状球形生物填料的 蜂窝侧壁上设有连通相邻蜂窝的连通孔。
8.根据权利要求4所述污水处理用生物填料，其特征在于：所述类蜂窝状球形生物填料的 蜂窝侧壁壁厚为0.3-1.2mm。
9.根据权利要求4所述污水处理用生物填料，其特征在于：所述类蜂窝状球形生物填料的 蜂窝深度为球半径的1/3～2/3。
说明书
一种污水处理用生物填料
技术领域
本发明属于污水处理领域，涉及一种污水处理用生物填料，特别涉及一种高比表面积， 高孔隙率生物填料。
背景技术
目前，污水处理生物填料结构的比表面积，国外最大为700，国内为500;形状为类柱形 或类球形，主要采用注塑成型的方法制造。
但是，注塑成型所得到的生物填料结构表面光滑，但就水处理而言，表面积越大，表面 粗糙度越大越有利于生物挂膜及膜生长，提高水处理效率;因此，为提高注塑所得生物填料 的表面积，需要在填料的内部粘结放射状纤维;但该方法也存在工艺复杂，使用过程易脱落 的问题。
因此，有必要寻找一种一体化成型，同时具有高比表面积、较高的表面粗糙度和较高力 学强度的新型生物填料。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新型污水处理用生物填料。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种污水处理用生物填料，所述生物填料呈类蜂窝状球形，其比表面积≥3000，孔隙率 ≥90%，表面粗糙度Ra≥60um，拉伸强度≥30MPa，弯曲强度≥20MPa，冲击强度≥3KJ/m2。
作为本发明污水处理用生物填料的优选，所述生物填料由激光选区烧结方法制得，包括 以下步骤：
1)、设计类蜂窝状球形生物填料的三维数字化模型;
2)、将步骤1)的三维数字化模型进行分层离散并生成激光扫描路径，控制分层厚度为 20～100um;
3)、将激光扫描路径输入激光选区烧结3D打印机;
4)、将粉末状原材料在工作台上按步骤2)的分层厚度进行单层铺粉;
5)、在计算机的控制下，3D打印机按照扫描路径利用激光对步骤4)所铺设的粉末材料 进行烧结，烧结时激光器功率为20-500W，光斑直径小于100um;
6)、重复步骤4)和5)获得产品。
作为本发明污水处理用生物填料的优选，激光选区烧结制造所述生物填料时所用原材料 为粒径为100-1000目的PS、PET、PP、PVC、PA、PTFE或PEEK。
作为本发明污水处理用生物填料的优选，所述类蜂窝状球形生物填料以12面体、16面 体或32面体为基本拓扑向球面映射得到由5边或/和6边蜂窝组成的立体空心类蜂窝状球形 结构，其中蜂窝是指12面体、16面体或32面体的单个面映射所得结构;映射时除12面体、 16面体或32面体棱边外，其余部位均为空心结构。
作为本发明污水处理用生物填料的进一步优选，所述类蜂窝状球形生物填料直径为 30mm、50mm、80mm、100mm或150mm。
作为本发明污水处理用生物填料的进一步优选，所述类蜂窝状球形生物填料的蜂窝侧壁 设有加强筋。
作为本发明污水处理用生物填料的进一步优选，所述类蜂窝状球形生物填料的蜂窝侧壁 上设有连通相邻蜂窝的连通孔。
作为本发明污水处理用生物填料的进一步优选，所述类蜂窝状球形生物填料的蜂窝侧壁 壁厚为0.3-1.2mm。
作为本发明污水处理用生物填料的进一步优选，所述类蜂窝状球形生物填料的蜂窝深度 为球半径的1/3～2/3。
本发明的有益效果在于：在满足污水处理力学性能要求的情况下，本发明生物填料具有 极高的比表面积和良好的表面粗糙度，有利于生物膜的挂膜，提高污水处理效率;本发明的 生物填料进一步设置了连通孔和加强筋等介观结构，可以增强填料结构的稳定性并进一步提 高结构的比表面积;本发明的生物填料结构以12面体、16面体、32面体等典型多面体为基 本拓扑向球面映射为基本几何结构，构造5边或6边的立体空心类蜂窝状球形生物填料结构， 不仅结构新颖，而且具有群的中心对称和旋转对称性，各向同性度高，有利于提高生物填料 的通透性，即提高生物膜与水体之间的物质交换能力;同时在保持基底静止、水体流动的情 况下，避免生物填料之间的相互机械碰撞，有利于提高基底的循环使用寿命;本发明的生物 填料所用原材料简单易得，降低了产品成本。