本發明涉及用于污水處理工藝的生物填料，更具體的說，涉及一種復合型生物填料及其制備方法。

背景技術：

填料是生物膜賴以棲息的場所，是生物膜的載體，同時也有截留懸浮物的作用。因此，填料是生物膜法污水處理工藝的關鍵，直接影響生物膜法污水處理工藝的效能。填料的要求是：易于生物膜附著，比表面積大，空隙率大，水流阻力小，強度大，化學和生物穩定性好，經久耐用，截留懸浮物質能力強，不溶出有害物質，不引起二次污染，與水的比重相差不大，避免氧化池負荷過重，運輸和施工方便。

目前大部分生物填料采用pp或滌綸材質，傳統材料制作的生物填料已在污水處理領域得到廣泛應用；但傳統生物填料調試運行期間，根據不同的水質情況，微生物培養、掛膜時間較長，制約了污水處理廠建成后盡快投入生產、運行。由于傳統生物填料的抗沖擊強度和抗拉伸強度存在一定的不足，導致填料的使用壽命短(一般5～6年更換一次)，更換頻繁，嚴重制約污水處理廠的穩定運行。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題在于：提供一種復合型生物填料及其制備方法，解決普通生物填料掛膜時間長、掛膜量少及填料使用壽命短的問題。

本發明所要解決的技術問題在于：提供一種復合型生物填料，包括如下質量比的組分：

在本發明提供的復合型生物填料中，所述組分中，硫酸鈣、二氯化鎳、硫酸鈷、硫酸銅、氯化鐵、硫酸鎂的粒徑小于80納米。

在本發明提供的復合型生物填料中，使用所述鈦酸酯偶聯劑對金屬化合物進行表面處理后，與熔融狀態的聚丙烯進行混合；所述鈦酸酯偶聯劑的用量為金屬化合物含量的1～4％，所述金屬化合物包括硫酸鈣、二氯化鎳、硫酸鈷、硫酸銅、氯化鐵、硫酸鎂。

本發明還提供一種復合型生物填料的制備方法，包括如下步驟：

s100、碾磨：將金屬化合物碾磨成粉，粒徑小于80納米；所述金屬化合物包括硫酸鈣、二氯化鎳、硫酸鈷、硫酸銅、氯化鐵、硫酸鎂；

s200、表面處理：使用鈦酸酯偶聯劑對金屬化合物進行表面處理后，所述鈦酸酯偶聯劑的用量為金屬化合物含量的1～4％；

s300、分散均勻：將表面處理后的金屬化合物與熔融狀態的聚丙烯進行混合并分散均勻，冷卻后干燥得到所述復合型生物填料原料。

在本發明提供的復合型生物填料的制備方法中，所述金屬化合物為含結晶水的金屬化合物烘干脫水所得。

在本發明提供的復合型生物填料原料的制備方法中，所述步驟s300中，將金屬化合物與聚丙烯的混合物放在雙螺桿擠出機上塑化擠出，擠出物經過水槽冷卻后，再經過風干裝置初步吹干。

在本發明提供的復合型生物填料原料的制備方法中，所述步驟s300之后還包括如下步驟：

s400、造粒：初步吹干的所述復合型生物填料原料經過切粒機切斷造粒并烘干；

s500、注塑成形：將顆粒狀的所述復合型生物填料原料用注塑機注塑出所需填料外形，或用pp拉絲機拉成所需的填料纖維絲；

s600、表面化學處理：將注塑成形的填料或拉成的纖維絲進行表面化學處理，以改變填料表面的粗糙程度和表面極性基團的含量，從而改善纖維表面的親水性；

s700、組合：將不同外形的填料進行組合成預設形狀，形成復合型組合生物填料，用于污水處理工程進行掛膜生產。

在本發明提供的復合型生物填料的制備方法中，各組分的質量比如下：

實施本發明，具有如下有益效果：本發明的復合型生物填料掛膜更迅速，保證污水處理系統更快完成調試，進而更快投產運行。同時本復合型生物填料的抗拉伸強度和抗沖擊強度均比傳統材質生物填料有很大提高。

具體實施方式

下面將結合實施例對本發明內容做具體說明。

為了解決普通生物填料掛膜時間長、掛膜量少及填料使用壽命短的問題，特針對制作生物填料的原材料在如何提高填料上微生物的掛膜速度及提高填料的使用壽命等方面展開了研究。

本發明提供一種復合型生物填料，包括如下質量比的組分：

在污水的生物處理過程中，一些金屬離子作為微生物生長、繁殖的必需元素，對微生物的培養至關重要。本申請經過具體研究發現，當一些金屬離子在適當的濃度范圍內，可加速細胞的合成，促進生物化學反應的進程。

(1)鈣作為構成微生物細胞的組成成本，是微生物生長所不可缺少的營養元素。鈣鹽參與細胞結構組成，并與能力轉移、細胞透性調節功能有關，微生物對它的需求量較大。

(2)鐵是細胞色素亞鐵原卟啉和含鐵氧化還原素，又是電子傳遞的基礎。鐵是葉綠素形成的必要條件，因為含鐵的酶和鐵原卟啉在葉綠素的生物合成中起催化作用；同時鐵還是某些鐵細菌生長的能源物質，因此缺鐵會使機體內的某些代謝活性降低或喪失，或使某些鐵細菌生長得不到能量，從而使機體的生長受到影響或停止。

(3)鎂是合成光合微生物的光合色素——葉綠素或細菌葉綠素的組成元素，因此在光能轉換上有其重要作用；同時，鎂構成某些酶的活性成分；另外鎂在微生物細胞中某些細胞結構如核糖體、細胞膜等的穩定上起著重要作用。微生物不同，他們對鎂的需要量也不同。如果環境中缺少鎂，微生物生長得不到足夠的鎂，會導致核糖體與細胞膜的穩定性降低，而影響機體的正常生長。

(4)銅是一種金屬活化劑，是多酚氧化酶、乳糖酶及抗壞血酸氧化酶的組成成分。微量的銅離子可以作為微生物的微營養素，這對組成各類特殊的酶有關鍵性作用。

(5)鈷是一種金屬活化劑，為維生素b12的組成成分，因此以b12作輔酶的酶中都含有鈷；鈷還參與了微生物的共生固氮作用。

(6)鎳是脲酶、氫化酶的組分，并可刺激像藻青菌、小球及產甲烷菌之類的無機化能自養菌的生長，尤其是產甲烷菌，鎳對其生長有著特別的意義。

本發明的復合型生物填料，通過創造適合微生物生長繁殖的環境，以提高微生物的生長速度和處理效率。

本發明還提供了一種復合型生物填料的制備方法，包括如下步驟：

(1)碾磨：將金屬化合物碾磨成粉，粒徑小于80納米；金屬化合物包括硫酸鈣、二氯化鎳、硫酸鈷、硫酸銅、氯化鐵、硫酸鎂；各金屬化合物的用量按照預設比例確定及準備，如果使用含有結晶水的金屬化合物，則各金屬化合物所需量計算均按照脫水后的質量進行計算，并根據pp的用量準備相應質量的各金屬化合物結晶固體粉末。

(2)表面處理：使用鈦酸酯偶聯劑對金屬化合物進行表面處理后，鈦酸酯偶聯劑的用量為金屬化合物含量(質量分數)的1～4％；本步驟中，鈦酸酯偶聯劑可以分別與各金屬化合物分別按比例混合進行表面處理，也可以將各金屬化合物混合后，按照金屬化合物的總質量添加鈦酸酯偶聯劑進行表面處理，需要注意的是，應該保證鈦酸酯偶聯劑完全覆蓋各金屬化合物表面，以最大限度的提高各金屬化合物在pp中的分散性；同時保證鈦酸酯偶聯劑不會導致各金屬化合物粘附成團，在基體中分散均勻。

(3)分散均勻：將表面處理后的金屬化合物與熔融狀態的聚丙烯進行混合并分散均勻，冷卻后干燥得到復合型生物填料原料。例如，表面處理后的金屬化合物與熔融狀態的聚丙烯進行混合并分散均勻后，將混合物放在雙螺桿擠出機上塑化擠出，擠出物經過水槽冷卻后，再經過風干裝置初步吹干。干燥得到復合型生物填料原料，如果形狀適合可以直接作為污水處理過程中的填料使用，也可以作為原料進一步經過加熱塑形的方式獲得需要的外形。

在本實施例中，各組分的預設質量比如下：

另外，目前大部分生物填料存在一些缺點：表面光滑、表面能低、分子鏈上不含任何濕性基團，表面疏水；填料的上述缺點導致填料掛膜速度慢。對此，通過對填料材質進行改性，從而改變填料的表面粗糙度和表面極性基團的含量，進而提高其掛膜速度及掛膜量。

在本發明的另一優選實施例中，在上述實施例的基礎上，步驟(3)之后還包括如下步驟：

(4)造粒：初步吹干的復合型生物填料原料經過切粒機切斷造粒并烘干；

(5)注塑成形：將顆粒狀的復合型生物填料原料用注塑機注塑出所需填料外形，或用pp拉絲機拉成所需的填料纖維絲；

(6)表面化學處理：將注塑成形的填料或拉成的纖維絲進行表面化學處理，以改變填料表面的粗糙程度和表面極性基團的含量，從而改善纖維表面的親水性；

(7)組合：將不同外形的填料進行組合成預設形狀，形成復合型組合生物填料，用于污水處理工程進行掛膜生產。

在本發明的另一優選實施例中，在上述實施例的基礎上，金屬化合物為含結晶水的金屬化合物烘干脫水所得。由于含結晶水的金屬化合物更加易于獲取，因此本實施例的復合型生物填料的制備方法可以采用如下原料：

a.聚丙烯(pp)；

b.二水合硫酸鈣(caso4·2h2o，163℃失去六個結晶水)；

c.六水合二氯化鎳(nicl2·6h2o，103℃失去六個結晶水)；

d.七水合硫酸鈷(coso4·7h2o，420℃失去七個結晶水)；

e.五水合硫酸銅(cuso4·5h2o，俗稱膽礬、銅礬或藍礬，190℃時失去四分子結晶水變為cuso4·h2o，258℃變成無水鹽)；

f.六水合氯化鐵(fecl3·6h2o)；

g.七水合硫酸鎂(mgso4·7h2o，150℃時失去6個結晶水，生成硫酸鎂石；200℃失去7個結晶水)；

h.鈦酸酯偶聯劑(roo(4-n)ti(ox-r`y)n(n＝2,3))。

按照上述方法制備的復合型生物填料具備以下優點：

(1)力學性能更加優良(即：復合型生物填料的抗沖擊強度和抗拉伸強度相比傳統生物填料均有較大的提高)，在污水處理工程中的使用壽命更長，可有效的保證系統的運行穩定性；

(2)掛膜更加迅速，同時形成生物膜更加穩定。復合型生物填料作為生物膜的依附載體，與生物膜進行直接接觸，因此本復合型生物填料內的微量金屬元素可以被生物膜內的微生物直接攝取、吸收。作為微生物生長、繁殖所必須的金屬元素，提供微生物更容易攝取微量元素的生長環境，可以有效的提高微生物的生長速度和處理效率；

(3)掛膜生物量大。由于復合型生物填料的力學性能更加優良，可承載更多的生物膜，進而保證系統內的生物量濃度。微生物濃度高，可大大提高系統的容積負荷和處理效率。同時由于生物量大，對低濃度的污水，也能有效地進行處理。

(4)經過處理后的復合型生物填料表面粗糙無定型區，更加有利于生物膜在填料上的附著，使形成的生物膜更加穩定。

以上實施例進一步說明本發明的內容，但不應理解為對本發明的限制。在不背離本發明精神和實質的情況下，對本發明方法、步驟或條件所作的修改和替換，均屬于本發明的范圍。若未特別指明，實施例中所用的技術手段為本領域技術人員所熟知的常規手段。