YZH-S150/500生物相容碳纤维

一、产品的研发及生产

生物相容碳纤维，又称表面改性碳纤维或特种碳纤维。是由我公司的博士团队独立研发出的一种具有优异的微孔结构表面性能的污水处理新材料，专利号：201610993049.0。

本技术率先从纤维先驱体在制备过程中的结构变化出发，通过一道高温碳化处理（500～1200℃）调节碳纤维的微观结构和性能，降低能耗；同时在活化处理时采用电化学方法进行改性，研究了电化学氧化中纤维表面结构变化及其对碳纤维/环氧树脂复合物性质的影响，PAN基碳纤维有机无机结构转变中表面结构的演变，通过各参数优化实现纤维表面结构由负电性到正电性、负荷程度及表面拓扑形貌的调控，极具独创性。主要加工工艺流程如下图所示。

二、产品的应用于污水处理的优越性

生物相容碳纤维应用于污水处理，其主要原理是利用材料良好的润湿性和载菌能力等，在不鼓入空气的情况下就可以为微生物提供栖息地，而微生物可以水体中溶解性有机物为食料，进行分解，从而净化废水。微生物附着性能的好坏、污水处理效果的好坏很大程度上取决于材料表面结构，而经过改性的PAN基高强度碳纤维是一种生物相容性好、固着速度快、固着量大、耐微生物分解及化学腐蚀、再生能力强的优异新型微生物固着化载体，适用于各种浓度、各种难降解污水的净化。

工程实践表明，生物相容碳纤维具有相容性优异、比表面积大、吸附速率高、脱附性能好、处理效率高、使用周期长等优点。具有良好润湿性和载菌能力，增加了氧气的利用效率，降低了能耗。

同时生物相容碳纤维和铁质媒介联用也具有微电解的协同能力，其微电解作用对色度去除有明显的效果，由于电极反应产生的新生态Fe²⁺离子具有较强的还原能力，可使有些有机物的发色基因硝基-NO₂、亚硝基-NO还原成氨基-NH₂，另氨基类有机物的可生化性也明显高于硝基类有机物。新生态的Fe²⁺离子也可以使某些不饱和发色基团（如羟基-COOH、偶氮基-N=N-）的双键打开，使发色基团破坏而去除色度，使部分难降解环状和长链有机物分解成易生物降解的小分子有机物而提高可生化性。此外Fe²⁺和Fe³⁺离子是良好的絮凝剂，具有较高的吸附絮凝活性，调节废水的pH可使铁离子变成氢氧化物的絮状沉淀，吸附污水中的悬浮或胶体状的微小颗粒及有机高分子，可进一步降低废水的色度和有机污染物浓度，使污水得到净化。

三、应用于生化池填料或滤池滤料时的特点

生物相容碳纤维的比表面积和对微生物的亲和性都是远远高于传统填料的，且经过本公司表面改性的碳纤维进一步提高了微生物的活性和选择性。与其他作为接触氧化池或生物滤池内的填料相比，具有高孔隙率、高吸附能力、易挂膜等优点，主要体现在以下几点：

（1）材料比表面积大，污水净化程度高

材料比表面积大于1000m²/g，按填充比100%计算，一般每立方米装填量为1600-2500g，则折算比表面积大于1.6×10⁶~2.5×10⁶ m²/m³；而通常所用的半软性填料的比表面积约为80~120 m²/m³，弹性立体填料约为110~140 m²/m³；而曝气生物滤池中陶粒滤料的比表面积约为1m²/g，折算约为8×10⁵ m²/m³，但其中很多内部孔为无效孔。

生物碳纤维由于其特殊的形态有巨大的比表面积，丰富的微孔及多种官能团，因此具有更高的吸附性，能有效去除废水的颜色、气味等，同时还可去除难降解物质。

（2）氨氮去除率高

普通生化池由于硝化菌难以被有效截留在反应器中，微生物中所占比例低，硝化效果差。而本生物相容碳纤维对硝化菌的吸附性能好，提高了硝化菌在反应器中的浓度，配合好氧工艺氨氮去除率大于90%。

（3）微生物挂膜快，老化生物膜易脱落

碳纤维不易粉化，在震动条件下不会变松动或过分密实，且由于仿生态草的形态使得生物膜挂膜速度快，3天内完成微生物挂膜，微生物膜重量达到1.556g干重，平均挂膜效率达0.732 g生物膜/g载体。附着在生物膜上的微生物以有机污染物为能量来源通过自身的新陈代谢作用降解水体中的有机污染物，生物膜上的生物相稳定。

（4）单位用量少，价格便宜，工程总投资远远低于国家标准，经济效益显著

从处理成本而言，处理1gCOD所需成本为0.2元，相比传统填料具有绝对性价比优势；从工程投资而言，该材料处理静态水工程投资为200~300元/ m³，处理动态水为300~400元/m³，处理高浓度废水为500~600元/m³，低于国家发改委对于净化水处理工程持续投资600~900元/m³的标准。