CN1078873C - 处理污/废水的颗粒状载体及制造载体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及颗粒状载体和制造这种载体的方法以及使用这种颗粒状载体处理污水或废水的装置。颗粒状载体包含100份重量的轮胎粉、30-50份重量的EVA或它的衍生物和5-10份重量的活性碳或无机物超细粉。制造这种颗粒状载体的方法包含下述步骤：混合上述前两种物质，在 100-250℃溶解混合物中的EVA，将活性碳粘接在混合物表面上，挤压并切割混合物，再在混合物表面附着活性碳粉。本发明还公开了处理污水或废水的装置。

Description

处理污/废水的颗粒状载体及制造载体的方法
本发明涉及颗粒状载体、制造该载体的方法以及用该载体处理污水或废水的装置。
通常，实践中一直使用低比表面的颗粒状载体或有涂层的颗粒状载体作为处理有机物时固着微生物的载体。这种颗粒状载体和无机物粉分别要求有很高的强度和很强的附着力。
然而，在现有技术中，由于颗粒状载体的比表面小，附着在它上面的微生物也相应减少。若颗粒状载体的比表面大，在长时间曝气时，附着的无机物粉末又会从载体上脱离。尤其是，处理有些工业废水时，载体会由于热的废水和机械振动而磨蚀，从而不能充分利用载体的比表面，而且很难做到将载体的尺寸控制在预想的范围内，并且还需要控制反应室内的温度和湿度的技术。
此外，在处理高密度的难分解废水的方法中广泛采用活化物质处理方法。活化泥浆处理方法是在曝气池中利用泥浆状微生物将溶解在废水中的污染物质分解出来。然而，由于曝气池中有大量的混合的液体与悬浮固体(MLSS)，大约为2,000-3,000mg/L，因此处理时间长，从而消耗的空气量大增，导致用人工注入空气的产气装置增大。为了获得低成本的空气，活化泥浆处理方法采用转子鼓风机代替高成本的压缩机。但转子鼓风机的压力只限于0.5-0.6kg/cm2，因此，水池的高度限制在4-6m的范围内。在上述情况下，由于供给的氧只有3-7％溶解在水中，所以需要的空气量很大。
如上所述，在现有技术中，很难将处理污水或废水的载体颗粒尺寸控制在预想的范围内，并制造出这样的载体。此外，处理污水或废水的装置需要大量空气，导致成本升高。
本发明的主要目的在于提供一种有着良好机械耐磨性能、高的化学耐性、高强度、高的无机物粉末附着力和增大了的比表面的颗粒状载体，从而使许多微生物能附着在它的表面，以加快处理污水或废水的速度。
本发明的另一目的在于提供一种方法，在该方法中可很容易地调整被混合的各组分的比例和颗粒状载体的尺寸和比重，从而能轻松地满足各种不同用途的要求，成品率也大大提高了。
本发明的又一目的是提供一种使用上述颗粒状载体处理污水或废水的装置，这种装置借助于在处理池中一次性投放颗粒状载体，而且载体在池中没有任何变化地循环，可快速处理污水或废水，从而提高处理效率。
依据本发明的一个方面，提供了一种处理污水或废水的颗粒状载体，它包含：100份重量的轮胎粉；30-50份重量的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)或它的衍生物，EVA或它的衍生物充当有亲水性和牢固化学键接力的粘接剂，EVA或它的衍生物在高温下也不溶解；和5-10份重量的活性碳或当量的无机物超细粉。
依据本发明的另一个方面，提供了一种制造处理污水或废水的颗粒状载体的方法，它包括下述步骤：将100份重量的轮胎粉和30-50份重量的EVA或树脂混合在一起，树脂和EVA一样有键接力和亲水性；在100-250℃下溶解混合物中的EVA或它的衍生物；将活性碳粘接在轮胎粉上；用挤压机挤出上述混合物；切割从挤压机挤出的混合物；将活性碳粉附着在溶解在混合物切割体表面上的EVA或它的衍生物上。
依据本发明的又一个方面，提供了一种用许多颗粒状载体处理污水或废水的装置，它包含：一个外壳；一个位于外壳内的内箱体；一供应污水或废水的供应源，该供应源安装在外壳顶部；用来除去附着在颗粒状载体上的气泡，并引导颗粒状载体向下的颗粒状载体分离管道，所述管道位于内箱体顶部；用来排放处理好的污水或废水的输出管道，所述输出管道位于颗粒状载体分离管道的顶部；分别用来向内箱和外壳注入空气的彼此垂直隔开距离的内、外空气注入管；用来向外壳内注入压缩空气的压缩空气注入管道，所述压缩空气注入管道位于内箱下方；用来使污水或废水溢出的溢流管道，所述溢流管道位于颗粒状载体分离管道的上部；用来引导溢出的污水或废水流入输出管道的导向管道；以及用来引导污水或废水和颗粒状载体的流动方向的斜构件。
通过下面结合附图描述本发明的优选实施例，本发明的上述以及其它的目的和特征会变得更加清楚，附图中：
图1是本发明的污水或废水处理装置的侧剖面图；
图2是与图1中的污水或废水处理装置同样的侧剖面图，表示颗粒状载体和气泡正漂浮在装置内；以及
图3A和3B是图1中的装置的横断面俯视图，分别表示内空气注入管和外空气注入管。
实验1
将100份重量的，颗粒尺寸在0.2-3mm内的轮胎粉末；30、40或50份重量的EVA或它的衍生物；和10份重量的，粒子尺寸为200目的活性碳超细粉用混合器混合。将上述混合物加热到170℃，使得EVA或它的衍生物完全溶解，然后再将它们放入挤压机。
从挤压机出口挤出的混合物被切割成相同尺寸的颗粒状载体，活性碳粉附着在EVA或它的衍生物上，而EVA或衍生物由于颗粒状载体的余热溶解在颗粒状载体的表面上，因而就制成了具有大比表面的颗粒状载体。
依照上述方法获得的颗粒状载体的平均尺寸在2-11mm之间，成品率在97％以上。此外，浸渍颗粒状载体的结果表明，70％的载体在7小时后浸透，20小时后，所有载体均被浸透。其结果如下表：
    表1(实验1)比重与组分比的关系
    例1     例2     例3
轮胎粉(按重量的份数)     100     100     100
EVA(按重量的份数)     30     40     50
活性碳(按重量的份数)     10     10     10
实际比重     1.13     1.09     1.06
沉降速度(cm/sec)     6.5     6.6     6.6
表2           (实验2)性能与颗粒尺寸的关系
   挤压机出口直径(mm)     6     8     10
   载体颗粒平均直径(mm)     7.1     9.3     11.7
   成品率(平均±3mm)     ≥99％     ≥99％     ≥99％
   视比重     0.52     0.46     0.43
   比表面(m2/m3)     ≥1700     ≥1500     ≥1400
例2
将100份重量的颗粒尺寸在0.2-3mm内的轮胎粉和30、40或50份重量的EVA或它的衍生物用混合器混合，然后将混合物加热到170℃，使得EVA或它的衍生物完全溶解，然后将它们放入挤压机。挤压机的出口直径为8mm，挤压温度保持在120℃。此时，挤压线状混合物，挤出的线状混合物通过一个水中有200目的活性碳粉的水槽，于是活性碳附着在EVA或它的衍生物上，而EVA或它的衍生物由于余热而溶解在混合物的表面上。接着，混合物通过另一个贮有冷水的水槽，迅速冷却，从而使得活性碳附着在混合物表面上。冷却并被涂覆的线状混合物被导向一个切割机，被切成许多相同尺寸的颗粒状载体。这样生产出来的颗粒状载体平均尺寸为9.8mm，成品率在99％以上。另外，浸渍颗粒状载体的结果表明，70％的载体在7小时后被浸透，而20小时后，所有载体均被浸透。
下面参照附图1-3，描述使用依据本发明制造的上述颗粒状载体处理污水或废水的装置。
如图1所示，本发明的装置包含一个外筒10；一个位于外筒10内的内筒20；安装在外筒10顶上的供应污水或废水的供应源30；用来除去附着在颗粒状载体上的气泡并引导颗粒状载体向下的漏斗形管道40，管道40位于内筒20的顶部；用来排放处理后的污水或废水的输出管道50，输出管道50位于漏斗形管道40顶部；沿垂直方向彼此隔开距离的内空气注入管60和外空气注入管70；位于内筒20下方的压缩空气注入管道80；用来使污水或废水溢出的位于漏斗形管道40上方的溢流管道90；用来将溢出的污水或废水引向输出管道50的导向管道100；以及用来引导污水或废水和载体颗粒流向外筒10的斜构件110。
外筒10的高度为10-15m，从而提高了处理效率。在外筒10内壁的某一位置上设有环形突起11。环形突起11可防止污水或废水和颗粒状载体上升，从而使它们能够循环。
内筒20位于外筒10内，在它们之间形成一空间21，在内筒内，污水或废水和从内、外空气注入管60、70注入的空气一起向下流动。
供应源30位于外筒10的顶部，具有一定长度的输入导管31从供应源30延伸出来，穿过漏斗形管道40，一直伸入内筒20内。污水或废水通过输入导管31供入。
漏斗形管道40有一汇流部分41，溢流管道90上有孔91，以便处理后的污水或废水穿过它，流入导向管道100。输出导管50与导向管道100连接并相通。
参见图3A和3B，上述内、外空气注入管60和70分别有一内环部分61和外环部分71，在它们上面分别有许多通气口62和72，空气穿过这些通气口喷出。内空气注入管60穿过外筒10和内筒20。外空气注入管70仅穿过外筒10，环状部分71围绕在内筒20上。不用考虑通气口62和72的位置是使空气向上还是向下喷出。
再参照图1和图2，压缩空气注入管道80位于内筒20下方，压缩空气注入导管80周期性地将从压缩机(图中未示出)流入导管80内的压缩空气向上喷出，从而使得沉淀的污染物质和颗粒状载体浮起。
此外，斜构件110位于压缩空气注入管道80的内侧，引导污水和颗粒状载体的流向。斜构件110有一锥形部分，从而使得液体均匀地流入空间21内。
在压缩空气注入管道80周围设有卵石层120，以防止各种污染物质进入管道80，并把气泡击碎成小块，从而有利于污染物质和颗粒状载体浮起。
下面描述本发明的装置的工作过程。
由供应源30供入的污水或废水向下流经输入导管31和内筒20，然后再向上流过内筒20和外筒10之间的空间21。同时，从内空气注入管60的通气口62注入的空气使泥浆浮起。此外，从外空气注入管70的通气口72注入的空气使得空间21内的污水或废水向上流动。另一方面，由于空间21的横截面大于内筒20的横截面，所以内筒20内的污水或废水的流动速度是空间21内的污水或废水的4或5倍，因此，也比内筒里的空气流动得快。所以，从内空气注入管60注入的空气先向下流动，然后沿着空间21上，从而加快污水或废水的循环。
向下流动的空气的体积由于水压会越来越小，而向上升的空气的体积会越来越大，从而增强了空气浮力的作用。由于底部水压力大约为1-1.5kg/cm2，空气传送效果相对好些。事先将前面所述的本发明的颗粒状载体C放入空间21内，漂浮在污水或废水中，从而用附着在颗粒状载体C上的微生物处理污水或废水中的污染物质。亦即，漂浮在污水或废水中的颗粒状载体C一边和污水或废水一起循环，一边处理、净化污水或废水。
在上述过程中，向空间21内注入空气而产生的气泡B在上升时聚集在一起，并在水面破碎。另一方面，有些气泡B附着在颗粒状载体C上，从而使得颗粒状载体C浮起。因为漏斗形管道40的锥形部分使得空间21的上部区域变小，就增加了颗粒状载体C相互之间的碰撞机会，结果导致附着在载体C上的气泡脱离颗粒状载体C，造成振动。因此，漂浮的小气泡会由于这种振动而破裂。
去除了气泡B的颗粒状载体C沿漏斗形管道40的锥形部分41向下移动，被吸入内筒20内。
附着在颗粒状载体C表面上的微生物在分解污水或废水中各种污染物质的同时，逐渐变大。漂浮着的颗粒状载体C互相碰撞，使得它的一部分被分离出去，然后再沿着漏斗形管道40的锥形部分41下沉，从而保证了载体的尺寸不变。由于轻，已溶解的污染物质和处理后的水一起依次流过溢流管道90、导向管道100和输出管道50排出。排出的污水或废水在一个沉淀槽内贮放一段时间后，除去已分解出来的污染物质，成为纯净水。
另一方面，压缩空气注入管道80周期性地注入压缩空气，从而使得沉淀的污染物质和颗粒状载体浮起。在压缩空气注入管道80的周围设有厚度大约为10-20cm的卵石层120，用来促进污染物质和颗粒状载体C浮起。此外，由于注入的压缩空气冲击卵石120，提高了溶解氧的比率。而且，污染物质和颗粒状载体C不再沉淀在外筒10的底部，从而防止了压缩空气注入管道80的通气口被阻塞。
本发明的装置的测试结果如表3和4所示。
                        表3—生活废水的处理
 活化污染物质处理方法 有效水深为10m的装置 有效水深为15m的装置
废水量(m3/天)      120000     120000    120000
处理时间(小时)         6       1      1
曝气池的容积(m3)       30000      5000     5000
泥浆状微生物量(mg/l)     2000-3000    15000-20000  15000-20000
BOD的空间负载(BODkg/m3/天)        0.8       4.8      4.8
F/M比      0.27-0.40     0.24-0.32   0.24-0.32
废水中的BOD(mg/l)       150-250      150-250    150-250
处理后水中的BOD(mg/l)        10-25       10-20     10-20
处理率(％)        87-92       88-95     88-95
耗氧量(kgO2/天)       7537.5       7537.5     7537.5
所需空气量(Nm3/天)       777463       388732     340134
所需空气量(Nm3/分钟)        540        270      237
设备占地面积(m2)        7500        500      334
*表中F/M比指食物(污染物)与微生物的比值。
表4—造纸产生的不溶解的废水处理
活化污染物质处理方法   有效水深为10m的装置   有效水深为15m的装置
废水量(m3/天)     10000         10000      10000
处理时间(小时)       24           4        4
曝气池的容积(m3)     10000         1667       1667
泥浆状微生物量(m3/l)     2000-3000     15000-20000     15000-20000
COD的空间负载(CODkg/m3/天)        0.4         2.4         2.4
F/M比     0.13-0.20     0.12-0.16     0.12-0.16
废水中的BOD(mg/l)       350-450      350-450      350-450
处理后水中的BOD(mg/l)        30-50       25-45       25-45
处理率(％)        86-93       90-94       90-94
耗氧量(O2kg/天)        2475        2475       2475
所需空气量(Nm3/天)       255287       127644      111688
所需空气量(Nm3/分钟)        178         89        78
设备占地面积(m2)        2500        168       112
*表中F/M比指食物(污染物)与微生物的比值。
从表3可以看出，在处理生活用水时，生物化学氧消耗(BOD)是150-250mg/L(平均：200mg/L)，废水量是12000m3/天，用标准的活化泥浆处理方法处理上述废水需6小时，处理率是90％左右。曝气池是30000m3。因此，BOD的空间负载是0.8kg/m3/天，F/M比是0.27-0.40。为安装这样的曝气池需面积7500m2。然而，使用本发明的有效水深为10米的装置，尽管F/M比为0.24-0.32，与活化泥浆处理方法中的F/M值差不多，但曝气池的容积减少到5000m3，是活化泥浆处理方法中的曝气池容积的六分之一，BOD的空间负载是4.8kg/m3/天，是活化泥浆处理方法的六倍。因此，安装曝气池所需的面积仅为500m2，是活化泥浆处理方法的十五分之一。
若使用本发明的有效水深为15m的装置，安装曝气池所需的面积减少为334m2，而其它指标与有效水深为10米的装置的差不多。尽管上述所有情况中，耗氧量均为7537.5kg O2/天，但所需空气量大不一样。也就是说，有效水深为10米的装置所需的空气量为270Nm3/分钟，仅为活化泥浆处理方法中所需空气量的一半。此外，在有效水深为15m的装置中，所需空气量为237Nm3/分，为活化泥浆水处理方法中所需量的43.9％。
另一方面，从表4中可以看出，在处理造纸产生的不溶废水时，化学氧消耗(COD)是350-450mg/L(平均：400mg/L)，废水量是10000m3/天，用标准的活化泥浆处理方法处理上述废水的时间是24-30小时，处理率为90％左右。曝气池的容积是10000m3。因此，COD的空间负载是0.4kg/m3/天，F/M比是0.13-0.20。为安装这样的曝气池需2500m2的面积。
然而，使用本发明的水深为10米的装置，尽管F/M比为0.12-0.16，与活化泥浆处理方法的F/M值差不多，但曝气池的体积减少到1667m3，为活化泥浆处理方法的六分之一，COD的空间负载是2.4kg/m3/天，为活化泥浆处理方法的六倍。因此，安装曝气池的面积为168m2，仅为活化泥浆处理方法的十五分之一。
若使用本发明的有效水深为15米的装置，安装曝气池的面积减少到112m2，而其它指标与有效水深为10米的装置差不多。尽管在上述所有情况中，耗氧量均为2475kg O2/天，但所需空气量大不相同。亦即，在活化泥浆处理方法中所需空气量为178Nm3，而在有效水深为10米的装置中，所需空气量为89Nm3，仅为活伦泥浆处理方法的一半。此外，有效水深为15米的装置所需空气量为78Nm3，仅为活化泥浆处理方法的43.9％。
如上所述，本发明的颗粒状载体有着良好的机械耐磨损性能和耐化学性能。因此，颗粒状载体的强度和无机物粉末附着力增强，所以在处理有机物的装置中充气时，附着的无机物粉末不会脱离。在处理某些工业废水时，载体不会很快磨损，甚至经得起热的废水和机械振动，从而能充分利用载体的比表面。尤其是，由于通过提高比表面可以使大量微生物附着在载体表面，所以能缩短处理污水或废水的时间。此外，制造本发明的载体时，由于可很容易地调整混合在一起的各组分的比例、颗粒状载体的尺寸和比重，从而可满足各种需要，自然也就提高了成品率。
此外，依据本发明的污水或废水处理装置，可迅速完成处理，从而提高了处理的效率。
虽然本发明只公开并描述了优选实施例，但本领域技术人员能够理解，在不脱离本发明的宗旨和权利要求书的范围的前提下，可以作出各种不同的变化和改进。

Claims (3)

1.一种用来处理污水或废水的颗粒状载体，它包含：
100份重量的轮胎粉；
30-50份重量的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或它的衍生物，上述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或它的衍生物有亲水性，有牢固的化学键接力，用来充当粘接剂，这种乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或它的衍生物在高温下不溶解；以及
5-10份重量的活性碳。
2.制造如权利要求1所述的颗粒状载体的方法，它包括下列步骤：
将100份重量的轮胎粉和30-50份重量的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或它的衍生物混合，上述衍生物具有与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物相当的键接力和亲水性；
在100-250℃下将混合物中所含的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或它的衍生物溶解；
用挤压机挤出混合物；
切割从挤压机中挤出的混合物；并且
将5-10份重量的活性碳粉附着在溶解在混合物切割体表面上的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或它的衍生物上。
3.制造如权利要求1所述的颗粒状载体的方法，它包含下列步骤：
混合100份重量的轮胎粉和30-50份重量的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或它的衍生物；
在100-250℃下将混合物中的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或它的衍生物溶解；
用挤压机挤出混合物；
利用由于余热而溶解在混合物表面上的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或它的衍生物，将5-10份重量的活性碳附着在挤出的混合物表面上；并且
冷却混合物并将它切割成同一尺寸。
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