CN100435911C - 一种用于生物滤床的复合填料 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于生物滤床的复合填料，所述复合填料主要由非金属丝状材料，有机质和多孔轻质无机材料组分混合，所述的非金属丝状材料为支撑物，经胶粘剂粘连、再经定型制得；所述的组分体积含量如下：非金属丝状材料10～60%、有机质10～60%、多孔轻质无机材料10～60%。本发明复合填料所选用的非金属丝状材料的刚性和弹性、不易腐烂，以及它和其它材料间的所保持的足够空间和空隙，且质轻这些特点，有效改进了填料层的透气情况，减少了气流阻力，延长了其使用寿命；也明显减少了通常的生物滤床填料因长期使用的压实现象。

Description

一种用于生物滤床的复合填料

(一)技术领域

本发明涉及一种用于生物滤床的复合填料，属于废气净化领域。

(二)背景技术

废气的生物净化过程，实质是附着在生物填料介质上的微生物在适宜的环境条件下，利用废气中的污染物作为碳源和能源，维持其生命活动，并将它们分解为CO₂、H₂O和SO₄ ^2-等无害无机物的过程，是一项绿色环保技术；同时由于其工艺流程简单，操作简便，成本低，尤其适用于处理低浓度大风量的废气而日益受到人们的重视。

根据废气生物处理的原理，理想的生物滤床填料载体应具有下列特性：较大的接触比表面积和内部孔隙率，保水性能好，孔隙率高，物理强度高，填充密度低，耐腐蚀、不易分解腐烂，气流压力损失小，并且能为微生物生长提供必需的养分。

生物滤床填料通常为天然材料，目前常用的有泥炭、堆肥、珍珠岩和蛭石、木片或植物叶杆、树皮等。但这些材料在使用过程中往往因分解、破碎所致的结构不稳定，导致气流分布不匀、局部厌氧、填料易被压实，导致床层阻力降很高，且污染物去除效果受到影响，需要经常更换填料等问题。

(三)发明内容

为了解决现有技术中用于生物滤床的各种天然填料结构不稳定、污染物去除效果差、需要经常更换的不足，本发明提供了一种具有一定强度和刚性、结构稳定、污染物去除效果好、不需要经常更换的复合填料。

为达到发明目的本发明采用的技术方案是：

一种用于生物滤床的复合填料，所述复合填料主要由非金属丝状材料，有机质和多孔轻质无机材料组分混合，所述的非金属丝状材料为支撑物，经胶粘剂粘连、再经定型制得；所述的组分体积含量如下：非金属丝状材料10～60％、有机质10～60％、多孔轻质无机材料10～60％。

所述非金属丝状材料是指具有一定规格和强度的非金属丝状物或纤维，可为下列之一或其中两种或两种以上的混合物：①植物纤维、②高分子合成材料、③动物纤维。植物纤维有山棕纤维、椰壳纤维、竹木纤维或丝等；高分子合成材料有聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺等高分子原料制作的拉丝或纤维；动物纤维有猪鬃、马鬃或粗羊毛等。

所述有机质为下列之一或其中两种或两种以上的混合物：①有机肥、②富含腐殖酸的泥炭、③富含腐殖酸的风化褐煤。

所述多孔轻质无机材料为下列之一或其中两种或两种以上的混合物：①珍珠岩、②沸石、③膨胀蛭石、④硅藻土、⑤火山岩、多孔陶瓷等轻质多孔硅酸盐无机材料、⑥竹炭。

所述胶粘剂为下列之一：①天然乳胶、氯丁乳胶或丁氰乳胶等橡胶型胶粘剂，②聚醋酸乙烯、聚丙烯酸、聚氨酯、聚酰胺、聚氨酯等热塑型胶粘剂，③环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸聚脂等热固型胶粘剂，④环氧-聚酰胺、环氧-氯丁等混合型胶粘剂。

所述复合填料制成球形、或圆柱形、或立方体，外形尺寸为5～150mm。纤维和其它材料均匀分布，并通过混合、胶粘和定型等工艺保持一定空间或空隙；填料单元外缘的纤维成份可略高于填料内部或和填料内部相同。多孔轻质无机材料、有机质、菌剂和缓释肥四种原料，可以是各自分开、分别制成粒径为1～15mm任何形状或无规则的颗粒；或以任意组合(任何两者、三者或全部四种)混合后一起后制成粒径为1～20mm任何形状或无规则的颗粒。

所述复合填料中可含有用于分解污染物的微生物菌剂。所述菌剂是指含有能降解所需要处理废气中污染物的混合降解菌菌种的制剂。如在处理含二氯甲烷、甲苯等有机污染物的工业废气时，采用我们自己研发的BFP-C01型菌剂，该菌剂主要含假单胞菌、盐杆菌、黄单胞菌、芽孢杆菌和放线菌分枝杆菌等高效降解菌以及与其结合的有机和无机载体、促生剂和矿物质。

所述复合填料中还可含有体积为非金属丝状材料、有机质、多孔轻质无机材料总体积0.1～0.2％的缓释肥料。所述缓释肥料是指含有适宜比例氮、磷、钾、钙、镁和其它微量元素的特制缓释复合肥料，或任何商品缓释肥料。如通过聚合物包膜控制释放的市售商品“爱贝施控施肥-木本植物用肥17-5-11”，其控制释放期为12个月。

本发明还涉及制备所述的用于生物滤床的复合填料的方法，所述复合填料体积组分组成如下：非金属丝状材料20～40％、有机质20～40％、多孔轻质无机材料20～40％，所述的复合填料按如下方法制备得到：

(1)将非金属丝状材料丝预处理，所述的预处理包括化学浸泡(如原料山棕纤维需事先用8～10％的碱浸泡15～18小时)、整理、切断或卷曲。

(2)其它原料预处理：将非金属丝状材料以外的组分原料可以直接用商品颗粒或先造粒；也可取不规则形状，但需事先筛分去除粉末。

(3)把预处理后的非金属丝状材料和其它预处理后的原料混合后采用喷胶胶合、缝合、或进模等工艺定型。

本发明所述的用于生物滤床的复合填料的有益效果主要体现在：

(1).由于所选用的非金属丝状材料的刚性和弹性、不易腐烂，以及它和其它材料间的所保持的足够空间和空隙，且质轻这些特点，有效改进了填料层的透气情况，减少了气流阻力，延长了其使用寿命；也明显减少了通常的生物滤床填料因长期使用的压实现象；

(2).有利于微生物生长繁殖，单位体积所生长的微生物数量大，故有利于高效稳定去除废气中的污染物。

(3).本发明复合填料中所含有的有机质，既是微生物的挂载的场所，又能提供养份和保存水份。有利于微生物在废气负荷低、不稳定甚至在长期停工等不利情况下，使微生物活性或菌种得到保持。

(4).本发明复合填料中通过调节适宜的不同原料间相对比例，特别是无机和有机成份的相对比例，使填料能总是能保持合适的含水量，有利于微生物生长。

(5).本发明复合填料中可添加缓释肥料，通过定期喷淋清水缓慢释放以提供微生物生长所需的无机营养，节省了通常的生物过滤装置需要配制营养液的设施投资费用和人工成本。

(6).本发明可在填料内部均匀混合少量的针对性的混合降解菌种，这些菌种可使生物反应器在安装填料后不需要进行接种驯化，就能快速启动，短期内使净化废气达到设计预定效果。

(四)附图说明

图1为实施例1所得复合填料结构示意图。

(五)具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例1：胶粘棕纤维-泥炭/珍珠岩球状复合填料

1.填料制作

(1)先将棕纤维丝纵横交错铺层，喷天然胶乳粘结成厚10mm的支撑网，控制棕纤维丝网的密度为80～160kg/m³。然后把此棕纤维网在80～140℃下冲模定型8分钟，制成外径为50mm的棕纤维半球面，此时球壳厚减至6～8mm。

(2)另取上述棕纤维网和利用步骤(1)加工后的边角料加工成10mm见方的棕纤维块B。

(3)取体积比为2∶3的泥炭和珍珠岩粉，并按总量0.15％体积比加入自制的BFP-A01型菌剂，该菌剂含高效降解三甲胺、有机硫等恶臭污染物的菌种，充分混合均匀后制成直径6～8mm的(泥炭+珍珠岩+菌剂)颗粒A，在40℃下干燥成型。

(4)把步骤(3)所制成直径6～8mm的颗粒A、10mm见方的棕纤维块B和颗粒型缓释肥C(粒径为2～3毫米，含16.1％的氮(N)、4.7％的磷(P₂O₅)等元素的市售商品“爱贝施控施肥-木本植物用肥17-5-11”)。三者充分均匀混合。A、B、C三者体积比例为38∶61.8∶0.2。

(5)取按第(1)条加工成两个半圆棕纤维球壳，各自装满第(4)条所说的混合料，然后用线缝合并粘结，即得所述复合填料，其结构参见图1。

按本方法制成的复合填料，由于其主要原料珍珠岩和棕纤维质轻，且泥炭比重也不大，故密度低，阻力降小。

2.应用效果

把上述规格的复合填料安装在一采用旧集装箱改造的生物滤床内，安装方式为乱堆但必须整体均匀，床层上部设置水喷淋系统。处理经冷却至35℃以下的鱼粉加工恶臭废气，废气中主要污染物为三甲胺、浓度为110～380mg/m³，臭气浓度为9000～12000(无量纲)，通过生物滤床的废气流量为2100m³/h。

由于该复合填料中添加了降解三甲胺和有机硫化物等混合降解菌的菌剂，生物反应器运行至第5天，净化气恶臭已基本消除。经测定，进出口气体中的三甲胺各为176和0.4mg/m³；臭气浓度各为9600和86。说明生物滤床已经除去了99.8％的三甲胺和99％的臭气浓度。

该生物滤床自2005年5月安装后开始运行至今已16个月，实际运行10个月(因夏季休渔期鱼粉加工厂停工3个月)，至今效率仍未降低，只需每天早晚各喷淋一次清水，每次3分钟。在开始启动或停工后再次启动时都没有进行接种，在此期间没有添加或补充任何材料。拟在实际运行12个月后在生物滤床表层均匀散布50升颗粒型缓释肥C。

系统压降在上升气速为52.6mm/s情况下，稳定在298～416Pa/m之间。

实例2：胶粘维纶和聚酰胺丝-颗粒有机肥-膨胀蛭石-竹炭复合填料

1.填料制作

(1)准备好商品有机复合肥A，即市售河北省正定县环发有机肥公司生产的φ3mm柱状颗粒有机肥，系用鸡粪发酵制作。

(2)准备好粒径3～6mm膨胀蛭石B，粒径3～10mm的碎竹炭C。

(3)把上述A、B和C三种原料，各三分之一等体积混合，自然干燥后备用。

(4)把直径0.5mm的醛化维纶丝的聚酰胺丝，切成长20～100cm的长度后备用。

(5)取上述比例为68.1％醛化维纶丝和31.9％聚酰胺丝均匀混合，纵横交错铺层厚10mm、长宽均为100cm的支撑网，喷J-58型聚氨酯胶粘结，15分钟后用钢板压实减至成厚5mm的合成纤维支撑网，共制作两块。

(6)取一块按步骤(5)制作的支撑网，上面铺厚15mm按上述步骤(3)所准备好的混合颗粒，然后在混合颗粒和另一块按步骤(5)制作的支撑网上喷J-58型聚氨酯胶，立即粘结，并用2cm厚的木板压2小时后使其整体平整。取下木板，即成总厚度为25mm的复合填料块，自然干燥放置24小时。

(7)把按步骤(6)制成的复合填料块切割成25mm×20mm×20mm的方块，即成所需的复合填料。

按本方法制成的复合填料，由于其主要原料膨胀蛭石、竹炭珍珠岩和棕纤维质轻，同样做到了密度低，阻力降小。

本填料在工业应用时，可先切割成宽50mm的细长条，然后再缝合或粘合两端，成φ50×50mm的圆柱体。

2.应用效果

把上述规格的复合填料均匀安装在规格为DN150×600、有效体积为6.36升的有机玻璃填料塔内，按生物滤床操作方式运行，处理浓度为600～1000mg/m³的甲苯废气，废气最大处理量为4.0m³/h。

甲苯废气预先进行加湿处理后进入填料塔，生物填料塔内温度控制在25～35℃间，按通常方法接种启动，培养生物膜。

16天后通过有机玻璃观察，暴露在甲苯废气中的复合填料块表面可见明显的菌斑。

用气相色谱法分析进出口气流中的甲苯浓度，结果表明，进出口气体中的甲苯浓度各为864.0和16.4mg/³，说明生物滤床已经除去了98.1％的甲苯。

该生物滤床已运行了13个月，效率仍未降低，只需每天喷淋一次含少量氮磷等元素的无机营养液，在此期间没有添加或补充任何材料。

系统压降在上升气速为52.6mm/s情况下，稳定在284～371Pa/m之间。

Claims (7)

1.一种用于生物滤床的复合填料，其特征在于所述复合填料主要由非金属丝状材料，有机质和多孔轻质无机材料组分混合，所述的非金属丝状材料为支撑物，经胶粘剂粘连、再经定型制得；所述的组分体积含量如下：非金属丝状材料40％、有机质20％、多孔轻质无机材料40％；

所述非金属丝状材料为下列之一或其中两种或两种以上的混合物：①植物纤维、②动物纤维、③高分子合成材料；

所述有机质为下列之一或其中两种或两种以上的混合物：①有机肥、②富含腐殖酸的泥炭、③富含腐殖酸的风化褐煤；

所述多孔轻质无机材料为下列之一或其中两种或两种以上的混合物：①珍珠岩、②沸石、③膨胀蛭石、④硅藻土、⑤多孔硅酸盐无机材料、⑥竹炭。

2.如权利要求1所述的用于生物滤床的复合填料，其特征在于所述的非金属丝状材料为下列之一或其中两种或两种以上的混合物：①山棕纤维、②椰壳纤维丝、③竹木纤维丝、④猪鬃、⑤马鬃粗羊毛、⑥聚丙烯制作的拉丝或纤维、⑦聚乙烯制作的拉丝或纤维、⑧聚酰胺制作的拉丝或纤维。

3.如权利要求1所述的用于生物滤床的复合填料，其特征在于所述胶粘剂为下列之一：①橡胶型胶粘剂、②热塑型胶粘剂、③热固型胶粘剂、④混合型胶粘剂。

4.如权利要求1所述的用于生物滤床的复合填料，其特征在于所述复合填料制成球形、或圆柱形、或立方体，粒径为5～150mm。

5.如权利要求1所述的用于生物滤床的复合填料，其特征在于所述复合填料中还含有用于分解污染物的微生物菌剂。

6.如权利要求5所述的用于生物滤床的复合填料，其特征在于所述复合填料中还含有体积为非金属丝状材料、有机质、多孔轻质无机材料总体积0.1～0.2％的缓释肥料。

7.制备如权利要求1～6之一所述的用于生物滤床的复合填料的方法，其特征在于所述复合填料体积组分组成如下：非金属丝状材料40％、有机质20％、多孔轻质无机材料40％，所述的制备方法为：

(1)将非金属丝状材料丝预处理，所述的预处理包括化学浸泡改性、整理、切断、卷曲；

(2)其它原料预处理：将非金属丝状材料以外的组分原料直接选用商品颗粒、或造粒、或筛分去除粉末取不规则形状；

(3)把预处理后的非金属丝状材料和其它预处理后的原料混合后定型。

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