本发明涉及污水净化材料领域，公开了一种微生物净化污水专用膜板及制备方法。
背景技术：
随着人类社会化程度的不断提高和社会经济活动的日益频繁，环境污染问题也越来越严重，其中水体的污染尤为突出。工业废水和生活污水的排放，是造成水体污染的主要因素。如何应用现代科学技术手段对这些污水进行处理，使之成为人类可放心利用的水资源，净化我们的生态环境，成为当务之急。
现有的废水处理方法中，物理方法占地面积大，基建费、运行费高，能耗大，管理复杂，易出现污泥膨胀现象，而且处理不彻底；化学方法运行成本高，消耗大量的化学试剂，易产生二次污染，因此，微生物技术处理污水成为经济、持续、处理彻底的较佳的选择。因其具有低能耗、高效率、可持续等优点而广受关注，近年来来发展迅速。
利用微生物处理污水实际就是通过微生物的新陈代谢活动，将污水中的有机物分解，从而达到净化污水的目的。但在实际应用中，微生物处理废水时，接触反应时间和接触面积有限，处理之后必须将微生物从出水中分离出来。现有的解决方法主要是将微生物固定到载体上，以便于回收，研究和发展新型的微生物载体和回收技术，成为微生物处理废水技术中的重要内容。
中国发明专利申请号201510249079.6公开了一种用于废水处理厌氧池的改性生物载体，所用基础料为高密度聚乙烯，改性功能料为活性氧化铝、铁粉、焦炭，辅料为滑石粉。此发明所提供的用于废水处理厌氧池的改性生物载体密度在0.93~1.05g/cm3；表面粗糙、比表面积大、抗冲击性强，在水中能防止载体外表面附着的微生物膜因载体间摩擦而脱落；该生物载体与污水的接触角小，提高了载体的亲水性，使微生物更容易附着在载体上；该生物载体含有生物酶的增强性成分，促进生物酶的催化作用，生物活性高，新陈代谢快，能显著提高水中污染物的分解能力；该生物载体含有抗紫外线成分，使用寿命30年以上，无需更换和维护。
中国发明专利申请号200610047276.0公开了一种改性微生物膜载体，其所用的原料为高密度聚乙烯、1号料、2号料，其中一号料为如下成分的混合物颗粒：废石粉、焦炭粉、矿渣粉、铁粉、高密度聚乙烯，二号料为如下成分的混合物颗粒：矿渣粉、滑石粉、铁粉、高密度聚乙烯。本发明的微生物膜载体湿密度接近于水，表面亲水性强，微生物附着性好、挂膜容易、不易脱落，长时间运转无污泥堵塞现象，生物膜活性高，膜薄厚度仅在10～200μm；显著地提高了其对氮磷的去除率，污泥沉淀性能好，污泥产生量少，比原有活性污泥法产生量少40～80％，处理效率提高了30～50％，运行费用降低30％；使用寿命可长达50年，投入反应池中不需更换和人工维护。
根据上述，现有方案中微生物经载体固定后，固定不稳定，易被强烈的水力剪切破碎损失，为了提高与水的接触面，均为细粉，难以从水中分离出，并且废水处理时微生物与废水的接触面积和接触时间有限。
技术实现要素：
目前应用较广的微生物污水处理技术中通过载体固定的技术方法存在固定不稳，吸附不牢固，易受水流剪切破坏，微生物活性低，与污水的接触面积小，污水处理效果不佳，回收困难等问题。本发明提出了一种微生物净化污水专用膜板及制备方法，可有效解决上述技术问题。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种微生物净化污水专用膜板的制备方法，制备的具体过程为：
（1）将铁粉、分散剂加入铝盐与镁盐的混合溶液中，搅拌均匀，制得分散液；按重量份计，其中：铁粉5~15份、分散剂1~2份、混合溶液83~94份；
（2）将碳微球加入步骤（1）的分散液中，以碳微球为核，铝盐与镁盐在核的表面组装成分散有铁粉的水滑石膜，形成微电解环境，制得碳/水滑石复合载体；按重量份计，其中：碳微球35~45份、分散液55~65份；
（3）将微生物负载于步骤（2）制得的碳/水滑石复合载体的层间空间内，然后与多孔纤维、混凝土进行配制，并压制成型，制得多孔微生物膜板；按重量份计，其中：微生物5~10份、碳/水滑石复合载体58~72份、多孔纤维15~20份、混凝土8~12份。
优选的，步骤（1）所述铁粉为电解铁粉、还原铁粉中的一种，粒径为150~300μm。
优选的，步骤（1）所述分散剂为乙烯基双硬脂酰胺、硬脂酸单甘油酯、油酸酰、三硬脂酸甘油酯中的至少一种。
优选的，步骤（1）所述铝盐为氯化铝、溴化铝、硫酸铝、硝酸铝中的至少一种。
优选的，步骤（1）所述镁盐为碳酸镁、硅酸镁、氯化镁、硫酸镁中的至少一种。
优选的，步骤（1）所述铝盐与镁盐的混合溶液中，铝盐的质量浓度为15~18%，镁盐的质量浓度为20~25%。
优选的，步骤（2）所述碳微球的球形度为0.7~0.9，粒径为10~40μm。
优选的，步骤（3）所述微生物为钟虫、盖虫、累枝虫、鞭毛虫、纤毛虫中的任意几种组成。
优选的，步骤（3）所述多孔纤维为聚酯纤维、聚丙烯腈纤维、涤纶纤维中的至少一种，孔隙率为60~80%。
由上述方法制备得到的一种微生物净化污水专用膜板，通过在碳核表面组装分散有铁粉的水滑石膜，形成微电解环境，产生持续的活化环境，不但分解有机污染物，而且促进微生物高效活动；同时通过水滑石负载微生物，水滑石的层间具有优异的吸附和负载性能，增加了微生物与载体间的有效接触面积，有效防止水力剪切作用的冲刷；通过与多孔纤维、混凝土制成多孔微生物膜板，克服了微生物处理污水后难以回收的缺陷。
测试本发明制备净化污水专用模板的微生物载体比表面积、有效回收率及耗氧速率，并与生物膜、活性污泥相对比，本发明的方法具有明显优势，如表1所示。
表1：
本发明提供了一种微生物净化污水专用膜板及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1、提出了在碳微球表面形成水滑石膜负载微生物制备微生物净化污水专用膜板的方法。
2、通过在碳核表面组装分散有铁粉的水滑石膜，给微生物提供了持续的活化环境，微生物活性好，分解有机污染物的效率高。
3、通过水滑石负载微生物，利用层间优异的吸附和负载性能，显著增加了微生物与载体间的有效接触面积，并有效防止了水力剪切作用的冲刷。
4、本发明制备中通过将负载微生物的碳/水滑石复合载体与多孔纤维、混凝土制成多孔微生物膜板，有效克服了微生物处理污水后难以回收的缺陷。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
（1）将铁粉、分散剂加入铝盐与镁盐的混合溶液中，搅拌均匀，制得分散液；铁粉为电解铁粉；分散剂为乙烯基双硬脂酰胺；铝盐为氯化铝；镁盐为碳酸镁；铝盐与镁盐的混合溶液中，铝盐的质量浓度为16%，镁盐的质量浓度为23%；
按重量份计，其中：铁粉10份、分散剂1份、混合溶液89份；
（2）将碳微球加入步骤（1）的分散液中，以碳微球为核，铝盐与镁盐在核的表面组装成分散有铁粉的水滑石膜，形成微电解环境，制得碳/水滑石复合载体；碳微球的平均球形度为0.8，平均粒径为25μm；
按重量份计，其中：碳微球40份、分散液60份；
（3）将微生物负载于步骤（2）制得的碳/水滑石复合载体的层间空间内，然后与多孔纤维、混凝土进行配制，并压制成型，制得多孔微生物膜板；微生物为钟虫、盖虫；多孔纤维为聚酯纤维；
按重量份计，其中：微生物8份、碳/水滑石复合载体64份、多孔纤维18份、混凝土10份。
实施例1制得的净化污水专用膜板，其微生物与载体接触面积、有效回收率及耗氧速率如表2所示。
实施例2
（1）将铁粉、分散剂加入铝盐与镁盐的混合溶液中，搅拌均匀，制得分散液；铁粉为还原铁粉；分散剂为硬脂酸单甘油酯；铝盐为溴化铝；镁盐为硅酸镁；铝盐与镁盐的混合溶液中，铝盐的质量浓度为15%，镁盐的质量浓度为20%；
按重量份计，其中：铁粉5份、分散剂1份、混合溶液94份；
（2）将碳微球加入步骤（1）的分散液中，以碳微球为核，铝盐与镁盐在核的表面组装成分散有铁粉的水滑石膜，形成微电解环境，制得碳/水滑石复合载体；碳微球的平均球形度为0.7，平均粒径为10μm；
按重量份计，其中：碳微球35份、分散液65份；
（3）将微生物负载于步骤（2）制得的碳/水滑石复合载体的层间空间内，然后与多孔纤维、混凝土进行配制，并压制成型，制得多孔微生物膜板；微生物为钟虫、纤毛虫；多孔纤维为聚丙烯腈纤维；
按重量份计，其中：微生物5份、碳/水滑石复合载体72份、多孔纤维15份、混凝土8份。
实施例2制得的净化污水专用膜板，其微生物与载体接触面积、有效回收率及耗氧速率如表2所示。
实施例3
（1）将铁粉、分散剂加入铝盐与镁盐的混合溶液中，搅拌均匀，制得分散液；铁粉为电解铁粉；分散剂为油酸酰；铝盐为硫酸铝；镁盐为氯化镁；铝盐与镁盐的混合溶液中，铝盐的质量浓度为18%，镁盐的质量浓度为25%；
按重量份计，其中：铁粉15份、分散剂2份、混合溶液83份；
（2）将碳微球加入步骤（1）的分散液中，以碳微球为核，铝盐与镁盐在核的表面组装成分散有铁粉的水滑石膜，形成微电解环境，制得碳/水滑石复合载体；碳微球的平均球形度为0.9，平均粒径为40μm；
按重量份计，其中：碳微球45份、分散液55份；
（3）将微生物负载于步骤（2）制得的碳/水滑石复合载体的层间空间内，然后与多孔纤维、混凝土进行配制，并压制成型，制得多孔微生物膜板；微生物为累枝虫、鞭毛虫；多孔纤维为涤纶纤维；
按重量份计，其中：微生物10份、碳/水滑石复合载体58份、多孔纤维20份、混凝土12份。
实施例3制得的净化污水专用膜板，其微生物与载体接触面积、有效回收率及耗氧速率如表2所示。
实施例4
（1）将铁粉、分散剂加入铝盐与镁盐的混合溶液中，搅拌均匀，制得分散液；铁粉为还原铁粉；分散剂为三硬脂酸甘油酯；铝盐为硝酸铝；镁盐为硫酸镁；铝盐与镁盐的混合溶液中，铝盐的质量浓度为16%，镁盐的质量浓度为21%；
按重量份计，其中：铁粉7份、分散剂2份、混合溶液91份；
（2）将碳微球加入步骤（1）的分散液中，以碳微球为核，铝盐与镁盐在核的表面组装成分散有铁粉的水滑石膜，形成微电解环境，制得碳/水滑石复合载体；碳微球的平均球形度为0.7，平均粒径为20μm；
按重量份计，其中：碳微球38份、分散液62份；
（3）将微生物负载于步骤（2）制得的碳/水滑石复合载体的层间空间内，然后与多孔纤维、混凝土进行配制，并压制成型，制得多孔微生物膜板；微生物为鞭毛虫、纤毛虫；多孔纤维为聚酯纤维；
按重量份计，其中：微生物7份、碳/水滑石复合载体68份、多孔纤维16份、混凝土9份。
实施例4制得的净化污水专用膜板，其微生物与载体接触面积、有效回收率及耗氧速率如表2所示。
实施例5
（1）将铁粉、分散剂加入铝盐与镁盐的混合溶液中，搅拌均匀，制得分散液；铁粉为电解铁粉；分散剂为乙烯基双硬脂酰胺；铝盐为硝酸铝；镁盐为硫酸镁；铝盐与镁盐的混合溶液中，铝盐的质量浓度为17%，镁盐的质量浓度为24%；
按重量份计，其中：铁粉12份、分散剂2份、混合溶液86份；
（2）将碳微球加入步骤（1）的分散液中，以碳微球为核，铝盐与镁盐在核的表面组装成分散有铁粉的水滑石膜，形成微电解环境，制得碳/水滑石复合载体；碳微球的平均球形度为0.9，平均粒径为30μm；
按重量份计，其中：碳微球42份、分散液58份；
（3）将微生物负载于步骤（2）制得的碳/水滑石复合载体的层间空间内，然后与多孔纤维、混凝土进行配制，并压制成型，制得多孔微生物膜板；微生物为累枝虫、鞭毛虫；多孔纤维为聚丙烯腈纤维；
按重量份计，其中：微生物9份、碳/水滑石复合载体62份、多孔纤维18份、混凝土11份。
实施例5制得的净化污水专用膜板，其微生物与载体接触面积、有效回收率及耗氧速率如表2所示。
实施例6
（1）将铁粉、分散剂加入铝盐与镁盐的混合溶液中，搅拌均匀，制得分散液；铁粉为还原铁粉；分散剂为油酸酰；铝盐为氯化铝；镁盐为碳酸镁；铝盐与镁盐的混合溶液中，铝盐的质量浓度为17%，镁盐的质量浓度为22%；
按重量份计，其中：铁粉8份、分散剂2份、混合溶液90份；
（2）将碳微球加入步骤（1）的分散液中，以碳微球为核，铝盐与镁盐在核的表面组装成分散有铁粉的水滑石膜，形成微电解环境，制得碳/水滑石复合载体；碳微球的平均球形度为0.8，平均粒径为30μm；
按重量份计，其中：碳微球38份、分散液62份；
（3）将微生物负载于步骤（2）制得的碳/水滑石复合载体的层间空间内，然后与多孔纤维、混凝土进行配制，并压制成型，制得多孔微生物膜板；微生物为鞭毛虫、纤毛虫；多孔纤维为涤纶纤维；
按重量份计，其中：微生物8份、碳/水滑石复合载体64份、多孔纤维18份、混凝土10份。
实施例6制得的净化污水专用膜板，其微生物与载体接触面积、有效回收率及耗氧速率如表2所示。
对比例1
（1）将铁粉、分散剂加入铝盐与镁盐的混合溶液中，搅拌均匀，制得分散液；铁粉为还原铁粉；分散剂为油酸酰；铝盐为氯化铝；镁盐为碳酸镁；铝盐与镁盐的混合溶液中，铝盐的质量浓度为17%，镁盐的质量浓度为22%；
按重量份计，其中：铁粉8份、分散剂2份、混合溶液90份；
（2）将碳微球加入步骤（1）的分散液中，以碳微球为核，铝盐与镁盐在核的表面组装成分散有铁粉的水滑石膜，形成微电解环境，制得碳/水滑石复合载体；碳微球的平均球形度为0.8，平均粒径为30μm；
按重量份计，其中：碳微球38份、分散液62份；
（3）将微生物负载于步骤（2）制得的碳/水滑石复合载体的层间空间内，制得微生物膜板；微生物为鞭毛虫、纤毛虫；多孔纤维为涤纶纤维；
按重量份计，其中：微生物8份、碳/水滑石复合载体92份。
对比例1中，碳/水滑石复合载体未与多孔纤维、混凝土混合，而是直接负载微生物制备膜板，其微生物与载体接触面积、有效回收率及耗氧速率如表2所示。
对比例2
将微生物、铁粉、多孔纤维、混凝土混合进行配制，并压制成型，制得微生物膜板；微生物为鞭毛虫、纤毛虫；铁粉为还原铁粉；多孔纤维为涤纶纤维；
按重量份计，其中：微生物8份、铁粉8份、多孔纤维18份、混凝土66份。
对比例2未制备碳/水滑石复合载体，各原料直接共混制备生物膜板，其微生物与载体接触面积、有效回收率及耗氧速率如表2所示。
上述性能指标的测试方法为：
采用全自动比表面及孔隙度分析仪，以氮气为吸附质，测定水滑石膜比表面积，可表征微生物与载体的接触面积，进而表征制得的膜板上微生物与污水中污染物的接触面积；
检测污水处理完成后膜板上微生物回收量，计算其有效回收率；
采用溶解氧测定仪，测试本发明制得膜板在5℃下的耗氧速率，表征其微生物活性。
表2：