CN102923847A - 憎水性材料的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种憎水性材料的应用，将憎水性材料应用于生物填料中，将所述憎水性材料制作成生物填料的支撑结构、隔板或气流均布结构，应用于污水净化系统的兼氧区或好氧区中。本发明可提高水面与空气的接触面积及接触时间，从而提高生物填料的复氧性能。

Description

憎水性材料的应用

技术领域

本发明涉及一种憎水性材料的应用，主要应用于无动力或微动力生活污水处理装置中的兼氧及好氧部分。

背景技术

从上世纪80年代开始，生活污水净化沼气池在借鉴农村沼气池和传统化粪池技术的基础上逐渐发展起来。这种简易的生活污水处理技术以其投资分散、不耗能源、运行费用低以及节约用地等优点逐渐发展成为我国南方生活污水分散处理的主要技术，已经得到广泛应用。

为了达到环保要求，这类生活污水处理净化装置通常需要实现生物脱氮除磷的功能，而生物脱氮除磷需要有厌氧/兼氧/好氧交替的生物环境，系统中的兼氧区需要系统中的氧气浓度达到0.5mg/L以上，好氧部分则需要更高的氧气含量。但是，目前这类分散的污水处理装置大多是无动力或微动力的，其兼氧区复氧主要是依靠空气与水面接触，形成自然复氧，然而，自然复氧的效率往往较低，目前无动力的污水净化装置中，其水下的溶解氧浓度通常为0.3-0.4mg/L，在这样的条件下很难满足脱氮除磷的要求。目前，对于装置中复氧状态的技术，主要集中在曝气装置和水流紊动方面，然而，这些措施虽然能增加水中的溶解氧，但需要对装置进行复杂的工艺改进，将大大提高装置的成本，因此在实际应用中受到了一定限制。

另一方面，为了提高其处理效率，这类装置中往往会安装生物填料以提高微生物浓度，生物填料是该类装置的核心组成部分之一。目前，对于填料的研究和开发主要还在提高其生物浓度方面，如专利CN1151379“动态生物球填料”和专利CN1418827“ 动态微发泡生物填料体及填料装置”等，其主要目的仍在于提高填料的生物附着能力，对于填料的其他功能（如复氧功能等）的开发，目前仍鲜见报道。然而，对于村镇中广泛使用的分散式污水净化装置而言，如果通过填料能提高系统的复氧能力，则可使整个系统脱氮除磷的能力大为提高，不仅如此，对于微动力的装置而言，由于其复氧效率较低，导致曝气消耗的动力增加，从而提高了运行成本。

发明内容

本发明的目的在于克服传统填料在无动力或微动力装置中截流氧气功能不强、复氧效率较低的问题，提供一种憎水性材料的应用，本发明可提高水面与空气的接触面积及接触时间，从而提高生物填料的复氧性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种憎水性材料的应用，其特征在于：将憎水性材料应用于生物填料中。

所述憎水性材料制作成生物填料的支撑结构、隔板或气流均布结构，应用于污水净化系统的兼氧区或好氧区中。

所述生物填料的支架或外壳用憎水性材料制作。

所述生物填料为悬浮生物填料时，悬浮生物填料的外壳利用憎水性材料制作，与悬浮生物填料组合使用，加入污水净化系统的兼氧区或好氧区中。

所述生物填料为悬浮生物填料时，将悬浮生物填料的外壳改性，使其具备憎水性材料的特性，与生物填料组合使用，加入污水净化系统的兼氧区或好氧区中。

所述生物填料为软性生物填料或弹性生物填料时，将憎水性材料制作成软性生物填料或弹性生物填料的支架，应用于污水净化系统的兼氧区或好氧区中。

所述憎水性材料为憎水性纤维，悬浮生物填料的外壳制作成空心的球形，内径为60mm-100mm，外壳的密度不大于1g/cm³，球形外壳上均匀设置有开孔，开孔的孔口大小为5-10mm。

所述生物填料的支架呈圆形，直径为40mm-100mm，厚度不大于6mm，软性生物填料固定在支架上。

所述憎水性材料是指湿润角大于90°的憎水性材料，其材料的孔隙度宜大于10%。

所述生物填料包括维尼纶生物填料、绦纶生物填料、聚氨酯类泡沫生物填料、沸石生物填料或活性炭等填料。

采用本发明的优点在于：

一、本发明将憎水性材料应用于生物填料中，充分利用了憎水性材料多孔且水分之不易附着的特性，利用其在在水中形成气膜，通过气膜增大气-水接触面积和接触时间，增加水中的溶解氧，而利用普通生物填料附着水中的微生物，提高反应器内的生物浓度；与普通的生物填料相比，这种组合其生物附着性能与其相当，但复氧效率可提高30%-50%左右，使用憎水性材料作为生物填料外壳的反应装置，在无动力的条件下，其兼氧区水下的溶解氧可达0.8mg/L左右。

二、本发明的组合填料加入厌氧或兼氧系统之后，通过填料的分布使得氧气均布于整个系统当中，在普通生物填料的无动力污水净化装置中，其氧气分布将随水深度的增加而逐渐减少，而本发明的组合填料可以通过多孔憎水性材料形成的气膜将空气带入装置兼氧区的各处，使系统中氧气分布较为均匀，从而更充分的与微生物接触。

三、本发明用于微动力曝气的装置中，憎水性材料表面形成的气膜可截流曝气装置曝出的部分气体，保证反应器中含有较高气体量，并且使气体均布于反应器中，通过填料中的憎水性外壳保持反应系统中的溶解氧含量，可大大提高曝气装置的效率，与使用普通填料的类似装置比较，该组合填料的曝气能耗可降低20%左右。

四、本发明的原料来源广泛，制造工艺简单，且灵活多变，既可以利用憎水性材料直接制成填料的外壳或支架，也可以对已经制成的普通填料进行改性，在实际应用中可根据具体情况进行调整，适用范围广泛。

五、本发明中，所述外壳呈球形，内径为60mm-100mm，外壳的材料密度在1g/cm³左右为宜，球形外壳上应均匀开孔，开孔的孔口大小为5-10mm见方为宜，开孔后，不仅可以使系统中地污水可通过孔口流过，与球壳内的生物填料接触，也可以增加水流与憎水材料的接触面积，使其复氧效率更高；且此直径的球壳有足够大的表面积，既可以保证系统中有一定面积的憎水性材料以使系统溶氧充分，又不至于浪费过多的外壳材料，若球壳内径大于100mm或小于60mm，应适当调整开孔的密度和大小，使得球体外壳和壳内生物填料达到最佳组合，达到上述目的。

六、本发明中，所述生物填料的支架呈圆形，直径为40mm-100mm，厚度不大于6mm，软性生物填料固定在支架上，该直径的软性和弹性填料支架既可保证有足够的空间粘接软性或弹性填料，也可以让憎水性材料具有足够的表面积使得复氧效率充分，同时该直径的装置易于加工和生产，利于推广。

七、所述憎水性材料是指湿润角大于90°的憎水性材料，其材料的孔隙度宜大于10%，这样的憎水性材料不仅可以与水形成气膜，赋予其复氧的功能，而且材料内的孔洞则可截流更多的气体，使材料的复氧效率更高。

附图说明

图1为本发明支架结构示意图

图2为本发明外壳结构示意图

图中标记为：1、外壳，2、开孔，3、生物填料，4、支架。

具体实施方式

实施例1

一种憎水性材料的应用，将憎水性材料应用于生物填料中，提高生物填料的复氧功能。

本发明中，所述憎水性材料是指湿润角大于90°且孔隙度宜大于10%的憎水性材料。

本发明主要利用憎水性材料与水的亲和能力不强，对水有排斥性，从而在水中形成气膜，增加气液接触时间和接触面积，从而提高水中的溶解氧。本发明利用憎水性材料替代传统的聚乙烯/聚丙烯等材料，作为生物填料支架或外壳，组成一种组合填料，应用于分散式无动力或微动力的污水处理装置中。当这种组合填料加入到水中时，多孔性憎水材料将空气带入水中，形成气膜，这层气膜中含有一定量的氧气，通过长时间的与水接触，气膜中的氧气将溶于水中，增加水的溶解氧。

对于利用普通的悬浮生物填料或其他填料的污水处理系统，可将其外壳涂抹憎水材料，或利用物理/化学方法将其外壳改变为多孔的憎水性材料，而内部则仍然使用易于生物附着的生物填料，这种改性后的填料可作为生物填料和提高复氧效率的措施使用。

对于软性生物填料或弹性生物填料而言，可采用多孔憎水性材料作为软性生物填料或弹性生物填料的填料支架，或将普通材料制成的填料支架利用憎水性材料进行改性，使其通过气膜增加空气与水的接触时间和接触面积，从而提高净化装置兼氧区的溶解氧。

本发明中，所述生物填料包括维尼纶生物填料、绦纶生物填料、聚氨酯类泡沫生物填料、沸石生物填料或活性炭生物填料等。

本发明中，憎水性材料可以为憎水性纤维、憎水性塑料、憎水性泡沫等材料，但并不局限于这些材料，也可采用现有技术中的其它憎水性材料。

以下分别对各种组合进行详细说明。

实施例2

将所述憎水性材料制作成生物填料的支撑结构、隔板或气流均布结构，应用于污水净化系统的兼氧区或好氧区中。

进一步地，支撑结构可以为支架或外壳，将所述生物填料的支架或外壳用憎水性材料制作。

实施例3

当所述生物填料为悬浮生物填料时，悬浮生物填料的外壳利用憎水性材料制作，与悬浮生物填料组合使用，加入污水净化系统的兼氧区或好氧区中。

实施例4

当所述生物填料为悬浮生物填料时，将悬浮生物填料的外壳改性，使其具备憎水性材料的特性，与生物填料组合使用，加入污水净化系统的兼氧区或好氧区中。

实施例5

当所述生物填料为软性生物填料或弹性生物填料时，将憎水性材料制作成软性生物填料或弹性生物填料的支架，应用于污水净化系统的兼氧区或好氧区中。

利用多孔憎水性材料作为软性生物填料或弹性生物填料的支架。对于软性生物填料或弹性生物填料而言，在安装过程中常常需要在系统中安装固定生物填料的支架。利用强度较大多孔憎水材料制作其支架，不仅可以保证软性/弹性填料的安装的稳定性，而且通过憎水材料对系统进行复氧，比普通填料外壳来说可使氧气在水中的停留时间提高200%以上，复氧效率提高20%以上，从而让水中的微生物种群更加多样化，从而提高其脱氮除磷效果。与普通软性/弹性生物填料相比，系统中充足的空气含量的增加可使脱氮除磷的效率提高10%以上。

实施例6

利用多孔憎水性材料作为生物填料的外壳1，与球形生物填料组合加入生活污水净化系统中。外壳1最佳为空心的球形，其球壳内径为60mm-100mm，球壳的密度应不大于1g/cm³。球壳上应设置开孔2，开孔2的大小和密度可根据实际情况加以调整，开孔的孔口大小为5-10mm。球壳内部应装填生物填料3，生物填料3可选择聚氨酯泡沫、沸石、活性炭等填料。将此类组合填料应用于无动力或微动力的分散式生活污水净化装置中，球壳上形成的气膜可提高系统内的溶解氧浓度，在不曝气的情况下，其兼氧区的溶解氧通常可达到0.8mg/L左右。

例如，内径可以选择60mm、80mm或100mm，尤其以75mm-85mm为最佳，这个直径范围内的憎水性材料制成的填料球壳，即可以使系统中的生物填料的装填密度达到一定程度，使生物附着充分，又可以保证球壳上憎水性材料有足够大的表面，使其达到较好的复氧效率。

实施例7

所述生物填料的支架4呈圆形，直径为40mm-100mm，厚度不大于6mm，软性生物填料粘接固定在支架上。

例如，直径可以选择40mm、60mm或100mm，尤其以60mm-80mm为最佳，这个直径可使支架与生物填料的配合达到最佳，即保证了填料支架上面软性或弹性填料的附着的量，又可以充分利用憎水材料表面积，有效地复氧，同时该直径的填料支架加工工艺较为成熟，利于生产和推广。

实施例8

对于普通的悬浮生物填料，可将憎水性材料涂抹在填料外壳，或者通过物理/化学等现有的手段将生物填料外壳改性，使其外壳的润湿角大于90°，并使外壳的粗糙程度增加，以增强其憎水性能。将改性后的组合填料投加到生活污水净化处理装置中的兼氧区中，相比之前的普通生物填料而言，其生物附着量相当，但其外壳通过憎水的特性将给系统提供更多的溶解氧，其复氧效率将比同类的净化装置高出30%-50%。同时，均布的填料将使水中的溶解氧也均布于水中，使氧气与水中的微生物更彻底的混合，提高装置污水处理的效率。 

实施例10

在微动力的生活污水净化装置中，采用憎水性材料作为生物填料的外壳，隔板或填料支架可提高曝气的效率。在曝气时，该外壳形成的气膜可以有效截流曝气装置中曝出的空气，憎水性材料表面形成的气膜可使空气在水中停留2-3h，而普通的塑料外壳通常只能截流水中的少量气泡，而由于无法附着在气膜上，很多气泡只能在水中停留不到10min，因此，使用憎水性材料作为外壳，可大大提高空气与水的接触时间，使曝气变得更为高效。憎水材料的这种气体截流功能可大大降低曝气装置的能耗，曝气装置通常只需要消耗原先能耗的70%-80%即可满足系统中氧气供给的要求，并且取得更好的出水水质。

显然，本领域的普通技术人员根据所掌握的技术知识和惯用手段，根据以上所述内容，还可以做出不脱离本发明基本技术思想的多种形式，这些形式上的变换均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种憎水性材料的应用，其特征在于：将憎水性材料应用于生物填料中。

2.根据权利要求1所述的憎水性材料的应用，其特征在于：所述憎水性材料制作成生物填料的支撑结构、隔板或气流均布结构，应用于污水净化系统的兼氧区或好氧区中。

3.根据权利要求2所述的憎水性材料的应用，其特征在于：所述生物填料的支架或外壳用憎水性材料制作。

4.根据权利要求3所述的憎水性材料的应用，其特征在于：所述生物填料为悬浮生物填料时，悬浮生物填料的外壳利用憎水性材料制作，与悬浮生物填料组合使用，加入污水净化系统的兼氧区或好氧区中。

5.根据权利要求3所述的憎水性材料的应用，其特征在于：所述生物填料为悬浮生物填料时，将悬浮生物填料的外壳改性，使其具备憎水性材料的特性，与生物填料组合使用，加入污水净化系统的兼氧区或好氧区中。

6.根据权利要求3所述的憎水性材料的应用，其特征在于：所述生物填料为软性生物填料或弹性生物填料时，将憎水性材料制作成软性生物填料或弹性生物填料的支架，应用于污水净化系统的兼氧区或好氧区中。

7.根据权利要求3所述的憎水性材料的应用，其特征在于：所述憎水性材料为憎水性纤维，悬浮生物填料的外壳制作成球形，内径为60mm-100mm，外壳的密度不大于1g/cm³，球形外壳上均匀设置有开孔，开孔的孔口大小为5-10mm。

8.根据权利要求3所述的憎水性材料的应用，其特征在于：所述生物填料的支架呈空心的圆形，直径为40mm-100mm，厚度不大于6mm，软性生物填料固定在支架上。

9.根据权利要求1—8中任一项所述的憎水性材料的应用，其特征在于：所述憎水性材料是指湿润角大于90°的憎水性材料，且材料孔隙度大于10%。

10.根据权利要求1—8中任一项所述的憎水性材料的应用，其特征在于：所述生物填料包括维尼纶生物填料、绦纶生物填料、聚氨酯类泡沫生物填料、沸石生物填料或活性炭。

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