碳纤维技术简介_简版

1炭素纤维技术介绍

1.1炭素纤维生态草处理技术简介

炭素纤维生态草是用于净化受污染水域，修复水环境生态的优良选择，其实现了对环境的零负荷与完全的生物安全。

炭素纤维生态草具有极高的吸附性与生物亲和性，太阳光照射，炭素纤维生态草发出超音波，吸引微生物菌群。这些菌群在其表面形成粘着性活性生物膜。这些微生物以有机污染物为食，通过自身的新陈代谢作用分解水体中的有机污染物。同时很重要的是，以微生物为食的小鱼等其他小生物会聚集在炭素纤维生态草的周围，炭素纤维生态草成为鱼类及其他高级水生动物的优良卵床与养育空间。水体中的生物链，食物链修复回健康状态。水体恢复生命。利用炭素纤维治理水，构建水下森林，给水生生物搭建栖息地，以微生物、小虾小鱼、大鱼为基础的循环生态链逐步建立。

在日本，利用炭纤维技术，成功的修复了受污染的榛名湖，挽救了面临灭绝的当地独有的公鱼以及当地的传统旅游业。在其他240个案例与实验中，炭纤维的这些特性，是都得到证明的。在中国海南三亚市、江苏省苏州市景观河湖水质改善及生态修复项目上得到应用。项目水质指标均达到设计要求，水体生物多样性得到有效改善。

1.2炭素纤维生态草技术特征

a) 高生物附着比表面积

炭素纤维生态草比表面积1000m2/g.利用此特性，其能高效吸收、吸附、截留水中溶解态和悬浮态的污染物，提高水体的透明度，并为各类微生物、藻类和微型动物的生长、繁殖提供良好的着生、附着或穴居条件，最终在炭素纤维上形成薄层的具有很强净化活性功能的“生物膜”。

炭素纤维生态草与其它载体生物附着比表面积的比较

b) 生物膜结构

在炭素纤维表面形成的生物膜一个断面上，由外及里形成了好氧、兼性厌氧和厌氧三种反应区。在好氧区，好氧菌将氨氮转化为硝基氮，并把小分子有机物转化为二氧化炭和水（把可溶的无机磷转化为细胞体内的ATP），在厌氧区，厌氧菌将硝基氮转化为氮气和氧气（把难分解的大分子有机物分解为可降解的小分子有机物）。最终污染基团就被分解转化成逸出水体的N2、CO2和H2O。附着在炭素纤维上的大量微生物群，微生物群难以脱落，其上黏附的污染物难以溶出及扩散，抑制了环境的恶化。在水流的影响下，产生收缩运动，从而促进了污染物质的分解。

c) 专利编织技术，平铺、垂立安装设计

炭纤维人工草场的专利编织组合方式，可以促进海藻及生物类的着床同时形成水体珊瑚礁功能，更有利于孵化、养鱼幼鱼及其他水生动物，躲避大鱼的袭击。平铺形式的西阵带织物状，可以有效的消减底泥污染，抑制底泥内源污染物的释放。悬挂水中放置形式，解决了水体中间层微生物的载体问题。（水表面好氧菌活跃层、底层厌氧菌在底泥内部活跃，水体中间因缺乏微生物载体而微生物活动性不强）。安装设置容易结合景观文化设计，可利用生物浮岛等配合进行景观的绿化与文化内涵的结合。

d) 基于声波效应特性与材料特性基础上的生物亲和性

炭素纤维生态草，经太阳光等射线照射后，发出声波，其波段与微生物感知波段吻合，形成呼应，促使微生物迅速聚集在炭纤维周围。其发出的声波一方面激活微生物，提高微生物膜的活性，提高污染物分解速度；另一方面，通过声波吸引鱼虾贝类，聚集在其周围，形成具有生产者、消费者、分解者的完整生态链。同时炭素纤维柔软且表面形成黏着性的生物膜，是鱼、虾、贝类等水生生物优良的产卵、生息的繁殖场所，经过科学实验观察，其生物卵床功能甚至优于真实水

草。

e) 材料特性

炭素纤维强度高、超轻、耐腐蚀、耐高温、水中不溶解，使用寿命长、维护费用低。具有高环境安全性与生态亲和性。不存在物种侵害之忧。

1.3有机污染物的去除机理

a) 对BOD5的去除原理

炭素纤维生态草具有巨大比表面积，形成高效的黏着性生物膜。污水和炭素纤维表面生物膜的接触过程中，通过对有机营养物的吸附、生物氧化等环节，对水体中的溶解性有机污染物进行降解。有机物一部分被微生物分解和转化，最终形成各种代谢产物（CO2、H2O、矿化物等），同时为微生物的生长和代谢提供能量；另一部分被微生物同化，形成新的微生物组分。最终高效去除水体中的BOD5。

b) 对氮的去除原理

在炭素纤维表面形成的生物膜一个断面上，由外及里形成了好氧、兼性厌氧和厌氧三种反应区。从而为硝化、反硝化作用的细菌群落繁殖以及藻类生长创造适宜的条件，这种特征是非常重要的。氮在自然界以各种形态进行着循环转换，其上生长的藻类能利用水中多种无机氮，在光合过程以及随后的同化过程中，逐步形成各种含氮有机物，有机氮如蛋白质经水解为氨基酸。在微生物作用下分解为氨氮，氨氮在硝化细菌作用下转化为亚硝酸氮和硝酸盐氮。另外，亚硝酸氮和硝酸盐氮在厌氧条件下在脱氮菌作用下转化为氮气逸到大气中；一部分被藻类吸收，而藻类又会被底栖动物及鱼类食用，从而达到高效的去除总氮的目的。

c) 对磷的去除原理

在水生态系统中，水体中磷可通过两条途径去除。一方面磷被细菌、藻类和水生植物吸收，细菌和藻类又被底栖动物或鱼类所摄食，最后鱼类的捕捞将磷从水中去除；另一方面，炭素纤维生态草上的微生物（如高效聚磷菌）过量摄取水体中的磷并将其同化为自身结构或转化为稳定的矿化组织，沉积在底泥中，抑制其再释放至水体中。

d) 对悬浮物的去除原理

悬浮物分为有机组分与无机组分。通过碳素纤维生态草生物接触氧化，去除小颗粒无机组分及有机组分：炭素纤维水下散开树状结构，有效增加了与水体的接触面积，营造了平缓的水力环境，增加了颗粒物与生物膜的接触。另外炭素纤维具有很好的粘附与吸附作用，悬浮物中的有机组分被活性生物膜粘附，通过微生物的作用进行分解转化，从而得到去除。

系统中的原后生动物（变形虫、鞭毛虫、游动型纤毛虫、匍匐型纤毛虫、吸管虫、线虫、蠕虫、轮虫等）通过吞噬悬浮细菌可以控制微生物数量，保持膜活性，表观上的特征就是增加了水体透明度。大型水生生物以原后生动物和藻类为食，作为该系统的最高级，对于控制藻类的过度繁殖、膜的更新有决定性作用。生态草产生的生物量还可以供给鱼类食物。

1.4功能比较

a) 炭素纤维生态草功能特点

✧利用微生物的活动及水生物链系统分解有机污染物

✧通过改善生境来恢复自然健康生态系统

✧生物膜法处理高效拦截、去除悬浮物、分解污染物

✧生物亲和性，吸附激活微生物鱼类卵床与生物栖息地，营造水体生命链

✧原位处理系统、河道内放置、同等负荷条件下综合占地较小

✧材料本身无环境条件限制、具有永久性，生命载体而非生命体，依靠水体原

生态生物实现水体净化

✧根据污染负荷进行系统调控

✧无死亡问题，无二次污染

✧可与植物浮岛景观作用相结合，进行景观效果与系统处理能力的双重结合

b) 活性炭净水与生态草修复区别