一种仿生双曲面的促菌藻挂膜的固定化填料

本发明属于水处理材料领域，具体涉及一种仿生双曲面的促菌藻挂膜的固定化填料。

背景技术：

1、水资源污染近年来一直是世界各国广泛关注的问题，要想实现水资源的可持续利用就需要先进的污水处理技术。藻类作为一种低成本、能够有效的去除水中污染物的生物，受到人们极大的关注。藻菌共生(abs)系统是天然水体自我净化的主要方式。在光照下，藻类捕获溶解在水中或由细菌呼吸释放的二氧化碳，通过光合作用产生氧气。藻类产生的氧气可以被细菌用来生物降解污染物。通过这种方式，降低曝气能源成本和二氧化碳的产生。

2、为避免菌藻细胞流失，目前常使用固定化技术培养微藻，将微藻和细菌的活细胞利用物理或化学的方法与固态支持物相结合或限制在特定空间范围内，形成菌藻共生系统。但包埋固定法的多孔凝胶大多呈球状，比表面积较小，无明显吸附、网捕等性质，对污水中悬浮性污染物的处理效果较差，微生物载体颗粒在废水处理过程会产生破裂、微生物逸出等情况，造成悬浮物污染；此外，营养物质在聚合物中的扩散受到额外阻力，并阻碍了多孔凝胶内表面细胞密集生长引起的光穿透，降低了光合活性。吸附固定法虽能增大菌藻细胞与污染物的接触面积，但在菌-藻共生体系中活性污泥会吸收大部分的光，从而影响了藻类对光的吸收，同时填料无法对光场起到调控作用，污泥的光遮蔽效益仍会阻碍藻类的生长。因此，实现菌藻共生体高效稳定处理生活污水的难点在于开发一种适合藻类附着生长的新型载体。

技术实现思路

1、为解决现有菌藻固定化技术的不足，本发明提供一种仿生双曲面的促菌藻挂膜的固定化填料，以解决现有技术载体易破裂，营养物质扩散及光穿透受阻、表面积小无法吸附污染物导致污水处理效果不理想等问题。

2、本发明涉及一种仿生双曲面的促菌藻挂膜的固定化填料，包括填料本体和菌藻共生生物膜，所述填料本体外形呈球状，具有双曲面拓扑结构，作为骨架起到支撑作用；所述双曲面拓扑结构由晶胞排列构成，形成高度连通的内部空隙；所述双曲面的表面为凹凸面；所述双曲面每一点上具有不同的高斯曲率；由微藻、细菌组成的微生物粘附在双曲面的凹凸面上，分泌胞外聚合物进一步粘附菌藻，构成菌藻共生生物膜。

3、优选的，所述双曲面拓扑结构的内部空隙，是在固体材料中引入空隙获得的。

4、优选的，所述双曲面的高斯曲率小于等于0。

5、优选的，所述双曲面的高斯曲率是该点主曲率k的乘积。

6、优选的，所述双曲面的某点主曲率k由k1及k2表示，k1为此曲率的最小值，k2为此曲率的最大值。

7、优选的，所述双曲面的凹面k2<0，凸面k1>0。

8、优选的，所述双曲面拓扑结构为gyroid、diamond、iwp、neovlus、primitive、fischer-koch s、f-rd、pmy。

9、优选的，所述填料的孔隙率为60％～80％。

10、优选的，所述填料本体直径不超过5cm。

11、优选的，所述填料本体由高分子材料光敏树脂制成。

12、有益效果

13、本发明的仿生双曲面的促菌藻挂膜的固定化填料，采用双曲面拓扑结构对其内部漫射光场的调控起到关键作用，多重光散射提高了微藻的光吸收效率。双曲面拓扑结构使填料拥有更大的表面积，增大了微生物与填料接触的频率，明显提高了吸附、网捕污染物的性能。填料的高孔隙率和优异的互连性有利于流体的渗透和营养物质交换，提高了污水处理效率。

技术特征：

1.一种仿生双曲面的促菌藻挂膜的固定化填料，其特征在于，包括填料本体和菌藻共生生物膜，所述填料本体外形呈球状，具有双曲面拓扑结构，作为骨架起到支撑作用；所述双曲面拓扑结构由晶胞排列构成，形成高度连通的内部空隙；所述双曲面的表面为凹凸面；所述双曲面每一点上具有不同的高斯曲率；由微藻、细菌组成的微生物粘附在双曲面的凹凸面上，分泌胞外聚合物进一步粘附菌藻，构成菌藻共生生物膜。

2.根据权利要求1所述的仿生双曲面的促菌藻挂膜的固定化填料，其特征在于，所述双曲面拓扑结构的内部空隙，是在固体材料中引入空隙获得的。

3.根据权利要求1所述的仿生双曲面的促菌藻挂膜的固定化填料，其特征在于，所述双曲面的高斯曲率小于等于0。

4.根据权利要求3所述的仿生双曲面的促菌藻挂膜的固定化填料，其特征在于，所述双曲面的高斯曲率是该点主曲率k的乘积。

5.根据权利要求4所述的仿生双曲面的促菌藻挂膜的固定化填料，其特征在于，所述双曲面的某点主曲率k由k1及k2表示，k1为此曲率的最小值，k2为此曲率的最大值。

6.根据权利要求5所述的仿生双曲面的促菌藻挂膜的固定化填料，其特征在于，所述双曲面的凹面k2<0，凸面k1>0。

7.根据权利要求1所述的仿生双曲面的促菌藻挂膜的固定化填料，其特征在于，所述双曲面拓扑结构为gyroid、diamond、iwp、neovlus、primitive、fischer-koch s、f-rd、pmy。

8.根据权利要求1所述的仿生双曲面的促菌藻挂膜的固定化填料，其特征在于，所述填料的孔隙率为60％～80％。

9.根据权利要求1所述的仿生双曲面的促菌藻挂膜的固定化填料，其特征在于，所述填料本体直径不超过5cm。

10.根据权利要求1所述的仿生双曲面的促菌藻挂膜的固定化填料，其特征在于，所述填料本体由高分子材料光敏树脂制成。

技术总结
本发明涉及一种仿生双曲面的促菌藻挂膜的固定化填料，包括填料本体和菌藻共生生物膜，所述填料本体外形呈球状，具有双曲面拓扑结构，作为骨架起到支撑作用；所述双曲面拓扑结构由晶胞排列构成，形成高度连通的内部空隙；所述双曲面的表面为凹凸面；所述双曲面每一点上具有不同的高斯曲率；由微藻、细菌组成的微生物粘附在双曲面的凹凸面上，分泌胞外聚合物进一步粘附菌藻，构成菌藻共生生物膜。本发明的仿生双曲面的促菌藻挂膜的固定化填料，采用双曲面拓扑结构使填料拥有更大的表面积，增大了微生物与填料接触的频率，明显提高了吸附、网捕污染物的性能。填料的高孔隙率和优异的互连性有利于流体的渗透和营养物质交换，提高了污水处理效率。

技术研发人员：左薇,尹冰如,詹巍,孔令超
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15