一種污水處理用生物填料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種污水處理用生物填料，該生物填料呈類蜂窩狀球形，采用激光選區(qū)燒結(jié)方法成型，其比表面積≥3000，孔隙率≥90％，表面粗糙度Ra≥60um，拉伸強度≥30MPa，彎曲強度≥20MPa，沖擊強度≥3KJ/m2；所述類蜂窩狀球形生物填料以12面體、16面體或32面體為基本拓撲向球面映射得到由5邊或/和6邊蜂窩組成的立體空心類蜂窩狀球形結(jié)構(gòu)，其中蜂窩是指12面體、16面體或32面體的單個面映射所得結(jié)構(gòu)；映射時除12面體、16面體或32面體棱邊外，其余部位均為空心結(jié)構(gòu)。在滿足污水處理力學性能要求的情況下，本發(fā)明生物填料具有極高的比表面積和良好的表面粗糙度，有利于生物膜的掛膜，提高污水處理效率。
【專利說明】一種污水處理用生物填料

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明屬于污水處理領域，涉及一種污水處理用生物填料，特別涉及一種高比表 面積，高孔隙率生物填料。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，污水處理生物填料結(jié)構(gòu)的比表面積，國外最大為700,國內(nèi)為500 ;形狀為類 柱形或類球形，主要采用注塑成型的方法制造。
[0003] 但是，注塑成型所得到的生物填料結(jié)構(gòu)表面光滑，但就水處理而言，表面積越大， 表面粗糙度越大越有利于生物掛膜及膜生長，提高水處理效率；因此，為提高注塑所得生物 填料的表面積，需要在填料的內(nèi)部粘結(jié)放射狀纖維；但該方法也存在工藝復雜，使用過程易 脫落的問題。
[0004] 因此，有必要尋找一種一體化成型，同時具有高比表面積、較高的表面粗糙度和較 高力學強度的新型生物填料。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種新型污水處理用生物填料。
[0006] 為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] -種污水處理用生物填料，所述生物填料呈類蜂窩狀球形，其比表面積> 3000， 孔隙率彡90%，表面粗糙度Ra彡60um，拉伸強度彡30MPa，彎曲強度彡20MPa，沖擊強度 彡 3KJ/m2。
[0008] 作為本發(fā)明污水處理用生物填料的優(yōu)選，所述生物填料由激光選區(qū)燒結(jié)方法制 得，包括以下步驟：
[0009] 1)、設計類蜂窩狀球形生物填料的三維數(shù)字化模型；
[0010] 2)、將步驟1)的三維數(shù)字化模型進行分層離散并生成激光掃描路徑，控制分層厚 度為20?100um ;
[0011] 3)、將激光掃描路徑輸入激光選區(qū)燒結(jié)3D打印機；
[0012] 4)、將粉末狀原材料在工作臺上按步驟2)的分層厚度進行單層鋪粉；
[0013] 5)、在計算機的控制下，3D打印機按照掃描路徑利用激光對步驟4)所鋪設的粉末 材料進行燒結(jié)，燒結(jié)時激光器功率為20-500W，光斑直徑小于100um ;
[0014] 6)、重復步驟4)和5)獲得產(chǎn)品。
[0015] 作為本發(fā)明污水處理用生物填料的優(yōu)選，激光選區(qū)燒結(jié)制造所述生物填料時所用 原材料為粒徑為 100-1000 目的 PS、PET、PP、PVC、PA、PTFE 或 PEEK。
[0016] 作為本發(fā)明污水處理用生物填料的優(yōu)選，所述類蜂窩狀球形生物填料以12面體、 16面體或32面體為基本拓撲向球面映射得到由5邊或/和6邊蜂窩組成的立體空心類蜂 窩狀球形結(jié)構(gòu)，其中蜂窩是指12面體、16面體或32面體的單個面映射所得結(jié)構(gòu)；映射時除 12面體、16面體或32面體棱邊外，其余部位均為空心結(jié)構(gòu)。
[0017] 作為本發(fā)明污水處理用生物填料的進一步優(yōu)選，所述類蜂窩狀球形生物填料直徑 為 30mm、50mm、80mm、100mm 或 150mm。
[0018] 作為本發(fā)明污水處理用生物填料的進一步優(yōu)選，所述類蜂窩狀球形生物填料的蜂 窩側(cè)壁設有加強筋。
[0019] 作為本發(fā)明污水處理用生物填料的進一步優(yōu)選，所述類蜂窩狀球形生物填料的蜂 窩側(cè)壁上設有連通相鄰蜂窩的連通孔。
[0020] 作為本發(fā)明污水處理用生物填料的進一步優(yōu)選，所述類蜂窩狀球形生物填料的蜂 窩側(cè)壁壁厚為0. 3-1. 2mm。
[0021] 作為本發(fā)明污水處理用生物填料的進一步優(yōu)選，所述類蜂窩狀球形生物填料的蜂 窩深度為球半徑的1/3?2/3。
[0022] 本發(fā)明的有益效果在于：在滿足污水處理力學性能要求的情況下，本發(fā)明生物填 料具有極商的比表面積和良好的表面粗糖度，有利于生物I旲的掛I旲，提商污水處理效率；本 發(fā)明的生物填料進一步設置了連通孔和加強筋等介觀結(jié)構(gòu)，可以增強填料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性并 進一步提高結(jié)構(gòu)的比表面積；本發(fā)明的生物填料結(jié)構(gòu)以12面體、16面體、32面體等典型多 面體為基本拓撲向球面映射為基本幾何結(jié)構(gòu)，構(gòu)造5邊或6邊的立體空心類蜂窩狀球形生 物填料結(jié)構(gòu)，不僅結(jié)構(gòu)新穎，而且具有群的中心對稱和旋轉(zhuǎn)對稱性，各向同性度高，有利于 提高生物填料的通透性，即提高生物膜與水體之間的物質(zhì)交換能力；同時在保持基底靜止、 水體流動的情況下，避免生物填料之間的相互機械碰撞，有利于提高基底的循環(huán)使用壽命； 本發(fā)明的生物填料所用原材料簡單易得，降低了產(chǎn)品成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行 說明：
[0024] 圖1為實施例1中激光選區(qū)燒結(jié)（SLS)所得生物填料結(jié)構(gòu)模型；
[0025] 圖2為實施例2中激光選區(qū)燒結(jié)（SLS)所得生物填料結(jié)構(gòu)模型；
[0026] 圖3為實施例3中激光選區(qū)燒結(jié)（SLS)所得生物填料結(jié)構(gòu)模型；
[0027] 圖4為實施例4中激光選區(qū)燒結(jié)（SLS)所得生物填料結(jié)構(gòu)模型；
[0028] 圖5為實施例5中激光選區(qū)燒結(jié)（SLS)所得生物填料結(jié)構(gòu)模型；
[0029] 圖6為實施例6中激光選區(qū)燒結(jié)（SLS)所得生物填料結(jié)構(gòu)模型；
[0030] 圖7為實施例7中激光選區(qū)燒結(jié)（SLS)所得生物填料結(jié)構(gòu)模型；
[0031] 圖8為實施例8中激光選區(qū)燒結(jié)（SLS)所得生物填料結(jié)構(gòu)模型；
[0032] 圖9為實施例9中激光選區(qū)燒結(jié)（SLS)所得生物填料結(jié)構(gòu)模型；
[0033] 圖10為實施例10中激光選區(qū)燒結(jié)（SLS)所得生物填料結(jié)構(gòu)模型；
[0034] 圖11為實施例11中激光選區(qū)燒結(jié)（SLS)所得生物填料結(jié)構(gòu)模型；
[0035] 圖12為實施例12中激光選區(qū)燒結(jié)（SLS)所得生物填料結(jié)構(gòu)模型；
[0036] 圖13為實施例13中激光選區(qū)燒結(jié)（SLS)所得生物填料結(jié)構(gòu)模型；
[0037] 圖14為實施例14中激光選區(qū)燒結(jié)（SLS)所得生物填料結(jié)構(gòu)模型；
[0038] 圖15為實施例15中激光選區(qū)燒結(jié)（SLS)所得生物填料結(jié)構(gòu)模型；
[0039] 圖16為實施例1中激光選區(qū)燒結(jié)（SLS)所得生物填料照片；
[0040] 圖17為實施例15中激光選區(qū)燒結(jié)（SLS)所得生物填料照片；
[0041] 圖18為本發(fā)明生物填料污水處理實驗后的實物照片（厭氧生物處理）；
[0042] 圖19為本發(fā)明生物填料污水處理實驗后的實物照片（好氧生物處理）；
[0043] 圖20為采用本發(fā)明的激光選區(qū)燒結(jié)（SLS)所得生物填料的部分實物照片。

【具體實施方式】
[0044] 下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。
[0045] 以下實施例將公開一種污水處理用生物填料，該生物填料呈類蜂窩狀球形，其 比表面積> 3000,孔隙率> 90%，表面粗糙度Ra > 60um，拉伸強度> 30MPa，彎曲強度 彡20MPa，沖擊強度（缺口強度）彡3KJ/m~2 ;該類蜂窩狀球形生物填料以12面體、16面體 或32面體為基本拓撲向球面映射得到由5邊或/和6邊蜂窩組成的立體空心類蜂窩狀球 形結(jié)構(gòu)，其中蜂窩是指12面體、16面體或32面體的單個面映射所得結(jié)構(gòu)；映射時除12面 體、16面體或32面體棱邊外，其余部位均為空心結(jié)構(gòu)。
[0046] 進一步，所述生物填料由激光選區(qū)燒結(jié)（SLS)方法制得，激光選區(qū)燒結(jié)（SLS)時所 用原材料為粒徑為 100-1000 目的 PS、PET、PP、PVC、PA、PTFE 或 PEEK。
[0047] 特別的，類蜂窩狀球形生物填料直徑為30mm、50mm、80mm、100mm或150mm ;其蜂窩 深度為球半徑的1/3?2/3,蜂窩側(cè)壁壁厚為0. 3-1. 2mm。
[0048] 實施例1 :
[0049] 本實施例的類蜂窩狀球形生物填料結(jié)構(gòu)如圖1所示，該類蜂窩狀球形生物填料以 32面體為基本拓撲向球面映射得到由5邊和6邊蜂窩組成的立體空心類蜂窩狀球形結(jié)構(gòu)， 映射時除32面體棱邊外，其余部位均為空心結(jié)構(gòu)。
[0050] 本實施例中，所述生物填料由激光選區(qū)燒結(jié)（SLS)方法制得，激光選區(qū)燒結(jié)（SLS) 時所用原材料為粒徑為500目的PS。
[0051] 本實施例所得類蜂窩狀球形生物填料形狀及性能參數(shù)如表1所示：
[0052] 表1實施例1類蜂窩狀球形生物填料形狀及性能參數(shù)
[0053]

【權(quán)利要求】
1. 一種污水處理用生物填料，其特征在于：所述生物填料呈類蜂窩狀球形，其比表面 積彡3000,孔隙率彡90%，表面粗糙度Ra彡60um，拉伸強度彡30MPa，彎曲強度彡20MPa，沖 擊強度彡3KJ/m 2。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述污水處理用生物填料，其特征在于，所述生物填料由激光選區(qū) 燒結(jié)方法制得，包括以下步驟： 1) 、設計類蜂窩狀球形生物填料的三維數(shù)字化模型； 2) 、將步驟1)的三維數(shù)字化模型進行分層離散并生成激光掃描路徑，控制分層厚度為 20 ?lOOum ; 3) 、將激光掃描路徑輸入激光選區(qū)燒結(jié)3D打印機； 4) 、將粉末狀原材料在工作臺上按步驟2)的分層厚度進行單層鋪粉； 5) 、在計算機的控制下，3D打印機按照掃描路徑利用激光對步驟4)所鋪設的粉末材料 進行燒結(jié)，燒結(jié)時激光器功率為20-500W，光斑直徑小于lOOum ; 6) 、重復步驟4)和5)獲得產(chǎn)品。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述污水處理用生物填料，其特征在于：激光選區(qū)燒結(jié)制造所述生 物填料時所用原材料為粒徑為100-1000目的PS、PET、PP、PVC、PA、PTFE或PEEK。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述污水處理用生物填料，其特征在于：所述類蜂窩狀球形生物填 料以12面體、16面體或32面體為基本拓撲向球面映射得到由5邊或/和6邊蜂窩組成的 立體空心類蜂窩狀球形結(jié)構(gòu)，其中蜂窩是指12面體、16面體或32面體的單個面映射所得結(jié) 構(gòu)；映射時除12面體、16面體或32面體棱邊外，其余部位均為空心結(jié)構(gòu)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述污水處理用生物填料，其特征在于：所述類蜂窩狀球形生物填 料直徑為 30mm、50mm、80mm、100mm 或 150mm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述污水處理用生物填料，其特征在于：所述類蜂窩狀球形生物填 料的蜂窩側(cè)壁設有加強筋。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述污水處理用生物填料，其特征在于：所述類蜂窩狀球形生物填 料的蜂窩側(cè)壁上設有連通相鄰蜂窩的連通孔。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述污水處理用生物填料，其特征在于：所述類蜂窩狀球形生物填 料的蜂窩側(cè)壁壁厚為〇. 3-1. 2mm。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述污水處理用生物填料，其特征在于：所述類蜂窩狀球形生物填 料的蜂窩深度為球半徑的1/3?2/3。
【文檔編號】C02F3/10GK104045149SQ201410319602
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年7月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月7日
【發(fā)明者】范樹遷, 黎靜, 段宣明, 陳猷鵬, 郭勁松 申請人:中國科學院重慶綠色智能技術(shù)研究院