[发明专利]一种用于污水处理的生物载体及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于污水处理的生物载体及其制备方法。所述制备方法包括以下步骤：先用发酵培养基制备细菌纤维素膜，然后对细菌纤维素膜进行纯化，再进行冷冻干燥得到细菌纤维素气凝胶，接着热解制得纳米碳纤维气凝胶，最后氟化纳米碳纤维气凝胶得到用于污水处理的生物载体。本发明制备的生物载体具有利于微生物粘附的适度润湿性，缩短了微生物挂膜时间。该生物载体具有三维多孔互联网络结构和高生物相容性，有利于微生物生长，提高污水处理效率。且该生物载体的原料环保，制备方法简便，符合可持续发展战略的技术要求。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种高生物相容性、适度润湿性、管理维护便捷的用于污水处理的生物载体及其制备方法。

背景技术

随着我国社会经济发展脚步加快，人口数量达到了新的高度，随之而来的污水排放量也不断提高，水资源短缺的压力越来越大。故发展污水处理技术，使污水达到排水标准或再次使用的水质要求，以缓解水资源短缺越来越重要。

污水生物处理是现代污水处理中应用最广泛的方法之一。生物处理就是借助微生物的新陈代谢活动，使有机污染物转化成为稳定的无害物质释放或富集，从而从污水中去除的过程。生物处理法处理效果好、成本低、运行稳定，是目前污水处理工艺的核心部分。但目前生物处理法仍存在许多问题如微生物在载体上附着难、曝气池曝气不足微生物生长缓慢、生物载体材料不环保等问题。故对现有污水生物处理技术进行改进，从而实现高效污水处理十分有必要。

目前使用的生物载体主要有陶粒、活性炭、PP和PE等材料。其中应用较广的是诸如PP和PE之类的塑料生物载体，但塑料易对环境再次产生危害。而生物基材料作为一种绿色、环境友好、原料可再生的材料，近年来受到材料技术开发领域的广泛关注。我国作为粮食大国，食品产业的规模性不容小觑，种类覆盖酿造、肉品、饮料、果蔬生鲜等，这些产品在生产加工过程中因经洗涤、浸泡、烫煮和设备清洗等操作时会产生大量含有机物的废水。这些废水不妥善处理不仅会造成水体污染，还会造成有机物的流失浪费。然而这些有机物在一定程度上可以被微生物所利用，使得食品加工废水具有潜在应用价值。

发明内容

针对上述问题，本发明用主要原料为食品加工废水的发酵培养基制备细菌纤维素膜，并进一步加工得到氟化的纳米碳纤维气凝胶即一种用于污水处理的生物载体。制备出的生物载体具有利于微生物粘附的适度润湿性和利于微生物生长的三维多孔互联网络结构，提高污水处理效率。且生物载体密度小，使用时漂浮于水面，安装拆取方便，利于日常检查维护。

为解决其技术问题，本发明采用的技术方案为：

先制备细菌纤维素膜，纯化细菌纤维素膜，再进行冷冻干燥得到细菌纤维素气凝胶，然后热解制得纳米碳纤维气凝胶，最后氟化纳米碳纤维气凝胶得到用于污水处理的生物载体。包括如下步骤：

(1)细菌纤维素膜的制备：将木葡糖酸醋杆菌接种到经灭菌的液体培养基中，在30℃下，160r/min振荡培养12-24h；培养完成后将其接种到经灭菌的发酵培养基中，在30℃下静置培养9-20天；培养完成后分离出细菌纤维素膜；

(2)细菌纤维素膜的纯化：在室温下将步骤(1)制得的细菌纤维素膜浸入0.2mol/L的NaOH溶液中24-72h，以除去残留的发酵培养基和菌体；然后用蒸馏水洗涤细菌纤维素膜至洗涤废水pH降至7-7.5，得到纯化的细菌纤维素膜；

(3)细菌纤维素气凝胶的制得：将步骤(2)纯化的细菌纤维素膜裁剪成规则矩形，用去离子水冲洗三次；冲洗完成后除去细菌纤维素膜表面多余水分，置于液氮中冷冻，然后在-70℃升华温度和600kPa真空度下冷冻干燥形成细菌纤维素气凝胶；

(4)纳米碳纤维气凝胶的制备：将步骤(3)制得的细菌纤维素气凝胶在流动氩气下，以2℃min^-1的升温速率升温到500℃并稳定1h，再以3℃min^-1的升温速率升温至700-1000℃并稳定1h，热解制得纳米碳纤维气凝胶；