一种空气纤维立体生物填料及其制备方法与流程

本发明涉及污水处理，尤其涉及一种空气纤维立体生物填料及其制备方法。

背景技术：

1、环境友好是促进现代经济健康发展的重要任务之一，其中防治水污染，实现水资源的合理利用是其主要任务之一。生物填料是污水处理生化工艺提高污泥量的有效手段，是生物接触氧化等工艺的主要载体，也是微生物的栖息场所，生物填料具有较大的比表面积可以为微生物提供稳定的生长繁殖空间，富集微生物，从而提高污水的处理效果。

2、现有生物填料常为了提高比表面积而增加填料的内部结构，缩小填料的内部空间，极易存在易堵塞的问题，且附着在填料上老化的生物膜不容易脱落排出，很难经济的提高水质处理效率。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种空气纤维立体生物填料及其制备方法。

2、第一方面，本发明提供一种空气纤维立体生物填料，所述空气纤维立体生物填料包括由填料网套和填料内丝构成的空气纤维丝的纤维基质层；所述填料网套和填料内丝的原料中poe塑料的质量含量为1%~10%。

3、本发明提供的空气纤维立体生物填料，它具有表面积大、不易堵塞、更换便捷等特点，还有效改善了韧性及加工性，可以为微生物的生长提供优质的载体。

4、作为优选，所述原料中，按重量份计，poe塑料1~10份、pp 30~65份、碳源2.3~8.6份、微量元素0.2~0.6份、活性炭20~25份。

5、进一步优选，poe塑料5~10份、pp 56~63份、碳源2.3~8.6份、微量元素0.2~0.6份、活性炭20~25份。本发明中，通过对空气纤维立体生物填料的原料组成及用量进行优化，poe塑料和pp相结合，填料比表面积增大，提高了生物附着面积，提高了挂膜量。

6、进一步优选，所述poe塑料为茂金属催化剂的乙烯和辛烯原位聚合的热塑性弹性体，乙烯和辛烯的质量比为2~4:1。更优选，所述poe塑料为茂金属催化剂的乙烯和辛烯原位聚合的热塑性弹性体，乙烯和辛烯的质量比为3:1。

7、进一步优选，所述碳源选自乙酸钠、甲醇、和葡萄糖中的一种或多种；所述微量元素采用质量比为55：45~57：43的铁和镍，优选为铁：56%；镍：44%。本发明中，所述活性炭含碳、氢和氧，对具体的活性炭种类及参数不做限定。

8、本发明对空气纤维立体生物填料的结构和参数进行了优化，具体如下。

9、作为优选，所述空气纤维立体生物填料的长度为1~3m，宽度为150~210cm，厚度为5~40mm；和/或，所述填料网套和所述填料内丝的空气纤维丝直径为1~2mm。

10、进一步优选，所述填料内丝的丝密度≥40根/cm2，优选为45~55根/cm2；和/或，所述填料网套的孔密度为3~5个/cm2，优选为4~5个/cm2；和/或，所述填料网套的形状选自六角星环、平行四边形、三角形和等边五角形中的一种或多种；和/或，所述填料内丝的形状选自螺旋丝、折线丝、圆环丝和t型丝中的一种或多种。

11、本发明中，通过对填料成分的组合、丝密度的精选以及网套形状的优化，能够使得填料挂膜量成倍增加，在优选参数下的改进效果更为突出。

12、根据本发明提供的空气纤维立体生物填料，所述空气纤维立体生物填料的比表面积≥2000m2/m3，断裂拉力≥5000n，挂膜时间≤3d，成膜重量≥1200g/m2，总氮负荷≥0.3kgtn/m3·d，氨氮负荷≥0.5kgnh3/m3·d，bod容积负荷≥1.5kgbod5/m3·d，cod容积负荷≥3.0kgcod5/m3·d。

13、优选的，所述空气纤维立体生物填料的比表面积2500~3000m2/m3，断裂拉力5000~7000n，挂膜时间2.5~3d，成膜重量1200~1500g/m2，总氮负荷0.3~0.35kgtn/m3·d，氨氮负荷0.5~0.55kgnh3/m3·d，bod容积负荷1.5~1.6kgbod5/m3·d，cod容积负荷3.0~3.5kgcod5/m3·d。

14、根据本发明，poe塑料是采用茂金属催化剂的乙烯和辛烯实现原位聚合的热塑性弹性体，其特点是：（1）辛烯的柔软链卷曲结构和结晶的乙烯链作为物理交联点，使它既有优异的韧性又有良好的加工性。（2）poe塑料分子结构中没有不饱和双键，具有优良的耐老化性能。（3）poe塑料分子量分布窄，具有较好的流动性，与聚烯烃相容性好。（4）良好的流动性可改善填料的分散效果，同时也可提高制品的熔接痕强度。随着poe塑料含量的增加，体系的冲击强度和断裂伸长率有很大的提高。可见，poe塑料对pp有优良的增韧作用，与pp、活性碳酸钙有较好的相容性。这是因为poe塑料的分子量分布窄，分子结构中侧辛基长于侧乙基，在分子结构中可形成联结点，在各成分之间起到联结、缓冲作用，使体系在受到冲击时起分散、缓冲冲击能的作用，减少银纹因受力发展成裂纹的机会，从而提高了体系的冲击强度。当体系受到张力时，由于这些联结点所形成的网络状结构可以发生较大的形变，所以，体系的断裂伸长率有显著的增加，当poe塑料的含量增加时，体系的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量均有所下降，这是由poe塑料本身的性能决定的，故poe塑料的含量应控制在15%以下。poe塑料的含量与熔融指数的关系，加入poe塑料后，体系的熔融指数增加。poe塑料本身的流动性较好，它的加入，同时也改善了整个体系的流动性，当poe塑料含量超过15%以后，体系的熔融指数基本没有变化，若要继续提高体系的流动性，则不能完全依赖于poe塑料。

15、第二方面，本发明提供所述的空气纤维立体生物填料的制备方法，包括：

16、1）将材料加温至220~275℃，得到热熔后的原料。

17、2）利用电脑加工程序，将步骤1）得到的热熔后的原料进行3d塑形，得到3d塑形后的材料。

18、3）将步骤2）得到的3d塑形后的材料采用粘合剂进行整体粘连，得到生物填料前体。

19、4）将步骤3）得到的生物填料前体进行快速冷却。

20、作为优选，步骤1）中，加热温度为230~265℃，时间为20~30min。

21、优选的，步骤2）中，所述3d打印的原料为上述成分的混合物。

22、优选的，步骤3）中，所述粘合剂为粘连胶，例如有机硅类粘合剂、高温粘合剂。

23、优选的，步骤4）中，所述冷却在冷却车间进行；优选采取直接冷却，将制冷机的蒸发器装设在冷却车间内，利用制冷剂的蒸发直接冷却其中的空气，靠冷空气冷却填料。

24、本发明采用上述快熔速冷的加工工艺，在计算机编程及原料和优选参数作用下，能够更好的制备高性能填料，同时使得加工效率得到飞跃提升。

25、第三方面，本发明提供所述的空气纤维立体生物填料或所述空气纤维立体生物填料的制备方法制得的空气纤维立体生物填料在污水处理中的应用。

26、本发明的有益效果至少在于：本发明提供的空气纤维立体生物填料，由填料网套和填料内丝的空气纤维丝的纤维基质层，其能构成大量空隙，通过所述空气纤维丝的结合与布局，使该填料的比表面积增大，提高了生物附着面积，提高挂膜量，并维持良好的微生物活性。本发明通过纤维基质层材质特性，从而有效的改善了使它既有优异的韧性又有良好的加工性，poe塑料分子结构中还没有不饱和双键，具有优良的耐老化性能，使得该流化床高效悬浮填料具有更好的处理效果。本发明可以使曝气系统充入水中未被利用的气泡在进入缺氧区前快速释放，解决现有硝化液回流溶氧过多而影响反硝化速率的问题。有良好的新陈代谢和不会结成团，系统可有效切割气泡，提高氧的转移速率和利用率。使水气生物膜得到充分交换，使水中的有机物得到高效处理。空间体积利用率大，无死区等特点。填料可作为水解酸化、接触氧化、厌氧或好氧流化床与膨胀床及生物滤池的生物载体，直接投加于普通活性污泥处理系统中时，可在不改变原系统所有运行条件的情况下，大大提高原系统的处理能力和效率，并获得良好的脱氮、除磷功效。