[发明专利]一种靶向废水处理用编织物架构生物膜材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种靶向废水处理用编织物架构生物膜材料及其制备方法，该生物膜材料包括生物炭骨架、包裹在所述生物炭骨架外的塑膜层及包裹在所述塑膜层外的有机质层，所述有机质层内含有微生物的靶向营养源。本发明生物膜材料通过将微生物的靶向营养源包裹在有机质层内，优化了挂膜工艺，实现原水挂膜，相比传统挂膜成本低，挂膜效果好，同时有机质层还为微生物提供了良好的碳源，挂膜更方便，更经济。本发明还将生物炭进行结构稳定化，解决了现有生物炭结构性差，施用后难收集的问题。用于处理含重金属离子等的废水时，去除率较高，且生物膜材料具有良好的收集能力，在废水中能长时间保持其结构形态而不松散，具有良好的工程应用价值。

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种靶向废水处理用编织物架构生物膜材料及其制备方法。

背景技术

生物炭是一种环境领域新兴的吸附材料，其是由有机物或无机物在高温下经过炭化所形成的具有高吸附性能的材料，其吸附性能主要由炭化温度、本身材料和材料结构决定。有研究表明，生物炭对废水中的氨氮、磷和重金属离子等污染物均具有较好的吸附性能。目前，生物炭被广泛应用于废水处理的各工艺当中，其主要问题在于其独有的疏松多孔结构导致了其宏观结构的松散，往往投入使用后会有回收困难、范围不定、结构性差、结构强度低等情况。

生物膜法是指在一定的稳定结构上培养微生物，使其在稳定结构上形成一层微生物层，并用这个微生物层达到处理效果的方法。这个形成微生物层的过程，称为挂膜。挂膜往往会在指定的底物当中进行，如想处理高氨氮的废水，需要先在氨氮含量较高的池中培养生物膜层，而后再投入工艺中使用。挂膜往往是生物膜法的关键，形成稳定、指向型的微生物层有利于对不同废水的处理。

在当前废水处理中，以处理氨氮为例，生物膜法的架构步骤一般为：寻求稳定载体——放入对应基质中——形成生物膜层——投入处理使用。有研究表明，传统的生物膜法处理工艺中，氨氮的去除效率能够达到88%~96%。废水技术中的氨氮处理主要靠硝化细菌和反硝化细菌分别在好氧和厌氧的条件下进行硝化和反硝化，以达到将废水中的氨氮转化为无机氮盐和氮气的形式，从而达到去除的目的。传统的生物膜法具有高效、对环境友好等优点。

然而，生物膜法也具有很多缺陷。由于生物处理的特性，微生物容易受到废水水质的影响。如若废水中的重金属浓度过高，可能会对微生物产生毒害作用；废水中底物浓度过高，也会抑制微生物的生长；各种水力条件的不同，也会对微生物层产生一定程度上的影响。同时，传统的挂膜可能会因为底物浓度或者碳源的不足而导致挂膜时间长、挂膜效果差；挂膜需更换底物，导致成本高。同时，现有技术中，由于生物炭难以收集且结构性差，鲜少有将生物炭直接作为生物膜的载体。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的生物膜法中碳源不足、挂膜时间长、微生物易受环境影响等问题而提供一种改进的生物膜材料及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种生物膜材料，所述生物膜材料包括生物炭骨架、包裹在所述生物炭骨架外的塑膜层及包裹在所述塑膜层外的有机质层，所述有机质层内含有微生物的靶向营养源。

根据本发明，所述靶向营养源选自氮源、磷源。优选地，所述靶向营养源选自尿素、磷酸盐、磷酸。

本发明中，将所述生物炭骨架包裹在塑膜层内能够稳定和加强生物炭骨架的结构和强度，而在塑膜层外包裹有机质层能够进一步加强生物炭骨架的强度。

根据本发明的优选实施方式，所述包裹为全部包裹或部分包裹。所述全部包裹是指内层被包裹物（如生物炭骨架）完全包裹在外层包裹物（如塑膜层）内部；所述部分包裹是指内层被包裹物仅部分包裹在外层包裹物内部，其余部分漏在外层包裹物外。