CN111018114A - 一种悬浮填料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种悬浮填料。本发明包括悬浮体以及若干的丝状体；所述丝状体的一端设于悬浮体的外壁上，另一端为自由端；所述丝状体用于为悬浮体提供浮力和运动支撑。所述悬浮体内部具有曲线型流道，该曲线型流道的一端为封闭端，另一端为开口端，开口端为进出水口；所述进出水口位于悬浮体的壳体外壁上。本发明在活性污泥系统曝气量减少时，曝气池内仍然保持良好的紊流状态，进一步强化了氧传质和能量传递过程，所以能够降低曝气能耗；同时，还能避免高曝气强度导致的污泥絮体被破坏的问题；本发明中的悬浮填料能够有效地提高活性污泥系统的脱氮除磷效果，提高产水水质。

Description

一种悬浮填料

技术领域

本发明涉及水处理领域，具体涉及在水处理的活性污泥系统中使用的一种悬浮填料。

背景技术

活性污泥法是一种污水的好氧生物处理法，由英国的克拉克(Clark)和盖奇(Gage)于1912年发明。如今，活性污泥法及其衍生改良工艺是处理城市污水最广泛使用的方法，例如氧化沟法，活性污泥生物滤池(ABF工艺)，吸附-生物降解工艺(AB法)，序批式活性污泥法(SBR法)等。它能从污水中去除溶解性的和胶体状态的可生化有机物以及能被活性污泥吸附的悬浮固体和其他一些物质，同时也能去除一部分磷素和氮素。活性污泥法因悬浮的微生物群体呈泥花状态(floc)而命名，是废水生物处理中微生物(micro-organism)悬浮在水中的各种方法的统称。活性污泥法中可在活性污泥池投加填料，目的是提高有机污染物的去除效率，提高出水水质。

膜生物反应器是膜技术与活性污泥法相结合形成的一种新型水处理技术。复合式MBR是基于一体式结构在生物反应器内加装填料，填料一方面为微生物提供载体，降低活性污泥的浓度，减小混合液的粘度，改善混合液的特性，另一方面通过填料与膜表面的摩擦作用和水流的剪切作用，防止和减少悬浮固体在膜表面形成滤饼层，减缓和控制膜污染。

现有技术中的复合式MBR所用悬浮填料分为硬质和软质两种。硬质悬浮填料一般以聚乙烯、聚丙烯材料为主，为镂空圆柱状或圆球状，具有易于流化、孔隙发达、易于挂膜、性质稳定、价格低廉等特点，在曝气作用下填料处于流化状态，使得微生物与废水更好地接触，同时增加氧传质。但是在不曝气时或者曝气量较小时，填料的流化状态并不显著，氧传质作用并不明显，因此，为了使填料获得较好的流化状态，通常会增大曝气量，进而导致曝气能耗较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：现有的硬质填料在曝气过程中需要更大的曝气量才能处于流化状态，导致曝气能耗较高的问题，同时，现有填料在脱氮除磷方面的效果较差，现有填料的结构也难以为活性污泥提供稳定的缺氧和厌氧环境；本发明提供了解决上述问题的一种悬浮填料。

一种悬浮填料，包括悬浮体，还包括若干丝状体；所述丝状体的一端设于悬浮体的外壁上，另一端为自由端；所述丝状体用于为悬浮体提供浮力和运动支撑。

所述悬浮体内部具有曲线型流道，该曲线型流道的一端为封闭端，另一端为开口端，开口端为进出水口；所述进出水口位于悬浮体的壳体外壁上；所述曲线型流道的内径由封闭端至开口端逐渐增大；所述曲线型流道的中轴线为螺旋线。

所述螺旋线位于同一平面上。所述曲线型流道内设有将其分隔成若干承载腔的隔板，所述承载腔用于承载活性污泥；所述隔板的高度为相应位置处的曲线型流道高度的1/2-5/6。

进一步地，通过优化悬浮体的结构，将所述悬浮体中的曲线型流道的中轴线设置成螺旋线，即曲线型流道为螺旋形结构，同时螺旋形的曲线型流道的直径从封闭端到开口端逐渐增大，并结合隔板的设置，可以更加有效地在悬浮体内部为活性污泥繁殖和代谢提供承载空间，并在螺旋形内部形成微型“缺氧”或“厌氧”环境，有利于硝化菌和除磷菌的生长，强化了脱氮和除磷效果。

所述壳体包括下基体和上盖体；所述下基体与所述上盖体通过扣合件扣合后在壳体内形成曲线型流道。

所述悬浮体由ABS或PET或含氟类聚合物材质构成；所述悬浮体的尺寸为长度范围10～100mm，宽度范围10～100mm；所述悬浮体的横断面圆形直径范围为5～50mm，即所述曲线型流道的尺寸范围为5～50mm。

所述丝状体环绕悬浮体外壁一周设置，且丝状体环绕悬浮体外壁一周形成的平面与螺旋线所在平面平行。所述丝状体由若干空隙管通过连接体首尾连接构成，空隙管的直径为1～10mm，长度为5～100mm，相邻两个空隙管之间的连接体的长度为10～100mm；所述连接体的材质为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、尼龙、聚碳酸酯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或者几种。

所述悬浮体或/和丝状体中设有气孔使该悬浮体或/和丝状体浮在水中，气孔内充有氧、二氧化碳和氮等气体。所述丝状体中的气孔包括空隙管中的孔隙。

进一步地，通过在悬浮体上设置丝状体结构，能够有效通过丝状体为悬浮体提供浮力和运动支撑，使悬浮体在活性污泥池中漂浮和自由运动；通过丝状体随着水流的运动而运动，进而充分利用了水力能量和水体冲击负荷的动能作用代替曝气能耗，在较少曝气量的情况下，悬浮体依然能具有较好的流动状态，进而更好的增加氧传质，减少曝气能耗。同时，在高曝气量的情况下，常规的硬质填料在流化过程中容易划碰损伤膜表面，造成出水水质恶化，同时还会严重切割破坏污泥絮体，产生大量的微小悬浮固体，易沉积在膜孔内造成不可逆膜污染；本发明通过增加的丝状体的结构还能减小或阻止悬浮体与生物膜之间的碰撞，进而避免高曝气量下导致的膜损坏和污泥絮体的破坏，极大地节约损坏或污染后的换膜成本，效果十分显著。

进一步地，所述的一种悬浮填料还优化了丝状体和悬浮体的尺寸和材质，所述丝状体覆在悬浮体的表面，质量较轻有韧性，略有弹性，具有防水性，有保护悬浮体和悬浮体内的污泥、保温和悬浮的作用。丝状体中含空隙管，空隙管直径约为1～10mm，长度约为5～100mm，空隙管间距为10～100mm，每两个空隙管之间采用连接体连接，同时，通过悬浮体和连接体的材质的优化，结合悬浮体的尺寸、曲线型流道的尺寸以及丝状体和悬浮体材质密度的优化，能够使丝状体和悬浮体材质浮在水中，可以有效为悬浮体提供更大的自由运动的动能，进而提高活性污泥与水之间的传质效果，进一步提高污水处理的效率和效果。

所述悬浮填料适用于膜生物反应器或者普通活性污泥系统的好氧池和缺氧池，以及其他活性污泥系统中。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明中通过在悬浮体上设置丝状体的结构，强化了污染物和污泥之间的物料和氧传质过程，强化了能量交换，降低了曝气能耗。

2.本发明中的悬浮填料保护了膜片表面免受损伤，保护了污泥絮体免除被破坏，使膜生物反应器在降解有机污染物和优化水质方面具备更加优良的性能。

3.本发明进一步优化了悬浮体的结构，设置了螺旋形结构和隔板，专门在螺旋形悬浮体内部形成微型“缺氧”或“厌氧”环境，专门培养硝化菌、反硝化菌和除磷菌的生长，强化了膜生物反应器的脱氮和除磷效果。

附图说明

为了更清楚地显示本发明的产品结构，本发明还提供以下附图。

图1为本发明的外部结构示意图。

图2为本发明的剖面结构示意图。

图3为图1的俯视图。

图4为丝状体的剖面结构示意图。

附图标记说明：

1-悬浮体，2-丝状体；

11-壳体，12-进出水口，13-曲线型流道，14-隔板，15-扣合件；

21-空隙管，22-连接体。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

一种悬浮填料，如图1所示，包括悬浮体1，还包括若干的丝状体2；所述丝状体2的一端设于悬浮体1的外壁上，另一端为自由端；所述丝状体2用于为悬浮体1提供浮力和运动支撑。

本发明中，通过在悬浮体1上设置丝状体2的结构，能够有效通过丝状体2为悬浮体1提供浮力和运动支撑，使悬浮体1在活性污泥池中漂浮和自由运动；通过丝状体2随着水流的运动而运动，进而充分利用了水力能量和水体冲击负荷的动能作用代替曝气能耗，在较少或无曝气量的情况下，使悬浮体1依然能具有较好的流动状态，进而更好的增加氧传质，减少曝气能耗。同时，在高曝气量的情况下，常规的硬质填料在流化过程中容易划碰损伤膜表面，造成出水水质恶化，同时还会严重切割破坏污泥絮体，产生大量的微小悬浮固体，易沉积在膜孔内造成不可逆膜污染；本发明通过增加的丝状体2的结构还能有效为悬浮体1与MBR中的生物膜之间提供缓冲，减小或阻止悬浮体1与生物膜之间的碰撞，进而避免高曝气量下导致的膜损坏和污泥絮体的破坏，极大地节约损坏或污染后的换膜成本，效果十分显著。

本发明中，只要在悬浮体1外壁上设置足够的为悬浮体1提供浮力和运动支撑的丝状体2即可满足本发明的目的，该情况下，丝状体2可以不规则的分布在悬浮体1外壁上，也可以规则的分布在悬浮体1外壁上。

为了在达到更好的浮动效果和防碰撞效果的同时，还能达到较好的传质效果，本实施例中采用丝状体2规则分布在悬浮体1外壁上，具体为：丝状体2围绕悬浮体1一周设置，如图1所示。

为了达到更好的漂浮和运动的效果，本发明进一步对丝状体2和悬浮体1的尺寸结构进行了限定。本实施例中所述丝状体2覆在悬浮体的表面，该丝状体2质量较轻有韧性，略有弹性，具有防水性，有保护悬浮体和悬浮体内的污泥，保温和悬浮的功能。本发明中丝状体2含若干首尾连接的空隙管21，空隙管21直径约为1～10mm，长度约为5～100mm。相邻两个空隙管21之间通过连接体22连接为一体结构，该连接体22的尺寸为10～100mm，即相邻两个空隙管21之间的间距为10～100mm，如图4所示。每两个空隙管21之间的连接体22的材质为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、尼龙(Nylon)、聚碳酸酯(PC)、聚氨酯(PU)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET，PETE)等中的一种或者几种。每个固定在悬浮体1上的丝状体2结构可以相同也可以不同，如丝状体2的整体长度不同、直径不同，空隙管21的数量和尺寸不同，连接体22的材料和尺寸不同等。本实施例中，采用结构不同的丝状体2固定在悬浮体1上，丝状体2的整体长度在50～150mm之间，直径在1～10mm之间，每根丝状体2上空隙管21的数量在1～20个之间不等。

本发明中同时优化了悬浮体1的尺寸，即该悬浮体1的长度范围10～100mm，宽度范围10～100mm，悬浮体1中曲线型流道13为圆形，圆形直径范围为5～50mm。所述悬浮体1由ABS或PET或含氟类聚合物材质构成，本实施例中悬浮体1和丝状体2均采用含氟类聚合物材质构成。通常PET和ABS和含氟类聚合物的密度相对于水而言会更大一点，为了能使其更好的达到漂浮的目的，本发明通过在构成悬浮体1或/和丝状体2的PET、ABS或含氟类聚合物材质中设有气孔，气孔内充有氧、二氧化碳和氮等气体。本实施例中该丝状体2中的气孔即包括有空隙管21中具有的孔隙。

本发明中悬浮体1的结构可以采用现有的结构，也可以采用优化后的结构。为了在达到更好的承载活性污泥的情况下，更好的在悬浮体1内部形成微型的“缺氧”或者“厌氧”环境，本实施例中提供了一种优化后的悬浮体1。该优化后的悬浮体1包括壳体11，进出水口12，曲线型流道13。曲线型流道13一端为封闭端，另一端为开口端，该开口端即为进出水口12，该进出水口12设于壳体11的外壁上。本发明中的曲线型流道13可以设置为S形结构，也可以是环形的结构，也可以采用螺旋形结构。为了能更好的与丝状体2配合漂浮在活性污泥池中进行自由运动，本实施例中所述曲线型流道13选择为螺旋形结构，即，曲线型流道13的中轴线为位于同一平面内的螺旋线，且其尺寸从封闭端至开口端逐渐增大；同时，壳体11也设置成螺旋形，如图1、图2和图3所示。

本发明中，为了能达到更好承载活性污泥的效果，还对曲线型流道13内的结构进行了进一步限定。即，所述曲线型流道13内设有将其分隔成若干承载腔的隔板14，所述承载腔即可更加有效的承载活性污泥，该隔板14顶端与悬浮体1内壁之间具有流通口，该流通口的设置可以保证污水能在悬浮体1内的所有承载腔中流通，在保持承载腔中活性污泥的活性的同时提高污水的处理效果。为了同时保证承载污泥和污水流通的效果，本发明中隔板14的高度为相应位置处的曲线型流道13高度的1/2-5/6，即相应隔板14上方流通口的整体高度小于相应位置处的曲线型流道13高度的1/2。

而为了达到更好的传质效果，本实施例对悬浮体1上规则设置的丝状体2的位置进行了进一步的限定，即所述丝状体2环绕悬浮体1外壁一周形成的平面与悬浮体1内曲线型流道13的中轴线所在平面平行或重合，如图1所示。

将本实施例制备得到的悬浮填料应用到MBR中，用于处理进水水质为COD为350mg/L，NH₄ ⁺-N为60-100mg/L，TP为20-30mg/L，pH 6.0～7.0，B/C为0.5的生活废水，MBR中采用亲水性纳米改性共混PVDF膜。测得膜运行周期为5个月，出水COD低于15mg/L，TN去除率达96％，TP去除率达65％，pH6.0～7.0，浊度为0～0.5NTU，膜实际通量为35～40LMH。与未使用悬浮填料的膜生物反应器相比，本实施例中的曝气能耗降低约30～50％。

为了悬浮填料在使用后便于循环利用，所述壳体11包括下基体和上盖体；下基体与所述上盖体的形状和结构大小匹配，所述下基体与所述上盖体通过扣合件15扣合后在壳体11内形成曲线型流道13。通过该结构的设置，在悬浮填料使用后，可以通过拆开上盖体后对悬浮体1内部进行清洁，清洁后可以回收重复利用。本发明中，所述隔板14均设于下基体11上，且隔板14与下基体11之间一体成型。

对比例1

将CN 207986784中记载的悬浮填料应用到MBR中，用于处理进水水质COD为350mg/L，NH₄ ⁺-N为60-100mg/L，TP为20-30mg/L，pH 6.0～7.0，B/C为0.5的生活废水，MBR中采用亲水性纳米改性共混PVDF膜。测得膜运行周期为2-3个月，出水COD为30-50mg/L，TN去除率达56％，TP去除率达16％，pH6-7，浊度为0-0.6NTU，膜实际通量为28-30LMH。与未使用悬浮填料的膜生物反应器相比，本对比例中的曝气能耗几乎没有变化。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种悬浮填料，包括悬浮体(1)，其特征在于，还包括若干丝状体(2)；所述丝状体(2)的一端设于悬浮体(1)的外壁上，另一端为自由端；所述丝状体(2)用于为悬浮体(1)提供浮力和运动支撑。

2.根据权利要求1所述的一种悬浮填料，其特征在于，所述悬浮体(1)内部具有曲线型流道(13)，该曲线型流道(13)的一端为封闭端，另一端为开口端，开口端为进出水口(12)；所述进出水口(12)位于悬浮体(1)的壳体(11)外壁上；

所述曲线型流道(13)的内径由封闭端至开口端逐渐增大；所述曲线型流道(13)的中轴线为螺旋线。

3.根据权利要求2所述的一种悬浮填料，其特征在于，所述螺旋线位于同一平面上；所述丝状体(2)环绕悬浮体(1)外壁一周设置，且丝状体(2)环绕悬浮体(1)外壁一周形成的平面与螺旋线所在平面平行。

4.根据权利要求2或3所述的一种悬浮填料，其特征在于，所述曲线型流道(13)内设有将其分隔成若干承载腔的隔板(14)，所述承载腔用于承载活性污泥；所述隔板(14)的高度为相应位置处的曲线型流道(13)高度的1/2-5/6。

5.根据权利要求2～4任一项所述的一种悬浮填料，其特征在于，所述壳体(11)包括下基体和上盖体；所述下基体与所述上盖体通过扣合件(15)扣合后在壳体(11)内形成曲线型流道(13)。

6.根据权利要求1～5任一项所述的一种悬浮填料，其特征在于，所述丝状体(2)由若干空隙管(21)通过连接体(22)首尾连接构成，空隙管(21)的直径为1～10mm，长度为5～100mm，相邻两个空隙管(21)之间的连接体(22)的长度为10～100mm；所述连接体的材质为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、尼龙、聚碳酸酯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或者几种。

7.根据权利要求2～6任一项所述的一种悬浮填料，其特征在于，所述悬浮体(1)由ABS或PET或含氟类聚合物材质构成；所述悬浮体(1)的尺寸范围为10～100mm；所述曲线型流道(13)的尺寸范围为5～50mm。

8.根据权利要求1～7任一项所述的一种悬浮填料，其特征在于，所述悬浮体(1)或/和丝状体(2)中设有气孔使该悬浮体(1)或/和丝状体(2)浮在水中，气孔内充有氧气、二氧化碳或氮气。

9.根据权利要求1～8任一项所述的一种悬浮填料，其特征在于，所述悬浮填料适用于活性污泥系统中；优选为，膜生物反应器中或者活性污泥系统的好氧池和缺氧池中。

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