CN111559843B - 一种斜面污泥消解填料及其编制方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种斜面污泥消解填料及其编制方法，公开了一种污泥消解的斜面填料及其编织方法。该填料包括若干间隔设置的加强筋和加捻的纤维束组成的重复单元，所述加强筋和加捻的纤维束的重复单元，均包括若干环绕所述填料的径向轴心环形排列的环形圈。本发明将纤维束设置在几个斜面内，可以实现填料与活性微生物有利结合，不仅使得填料内部挂膜空间增大，还使得紧固塑料丝也可用于挂膜，提高了填料比表面积和有效空间，增大了有益微生物的富集量，具有很大地消解有机污泥优势，斜面填料的产生，使污泥消解快捷和高效，大大降低了污泥消解难度。

Description

一种斜面污泥消解填料及其编制方法

技术领域

本发明涉及废水处理领域，尤其涉及一种斜面污泥消解填料及其编制方法。

背景技术

废水经过生化处理后会产生大量的剩余污泥，一般是含水量为95～99％的流体状物质，也即含有1～5％的剩余污泥，以及受污染的水体产生恶臭和大量的污泥混合物，致使自然环境受到破坏，自然水体也产生的大量的污泥混合物，大量的剩余污泥和自然水体中的污泥混合物，都无法有效简单和便捷处理，其中的固体成分主要包括有机残物、细菌菌体、无机颗粒、胶体及絮凝所用药剂等组成，是一种以有机成分为主，含重金属组分且相对复杂的混合物，其中包含有有机质、氮(N)、磷(P)、钾(K)和各种微量元素，现阶段极大地存在有机污泥数量多和现有技术处理困难的状况。

有机污泥的主要处理方式有：脱水填埋、好氧发酵减量、厌氧发酵减量、热裂解和焚烧等方式。现有有机污泥的主要处理技术中，用于处理有机污泥的生物填料是一种经济有效的方法。

生物膜法是一种高效的污泥生物处理方法，在污泥消解中将应用越来越多。以高效微生物富集污泥消解填料为载体，以及使用生物膜法技术为手段，进行宏观厌氧、缺氧和好氧生化消减含泥量为1～5％的流体状物质有机污泥。在污泥消解过程，微生物吸附在填料载体的表面，形成生物膜，依据不同有氧、缺氧和厌氧宏观条件，在污泥消解填料的表面形成好氧、中间形成缺氧和内部形成厌氧。在污泥处理过程中，在宏观溶解氧比较高大于2mg/L时，可以是人为充氧形成的状态，也可以仅是人为搅拌形成的条件，如有些自然水体的自然宏观溶解氧就大于4mg/L，污泥中的有机物和氧进入生物膜，被生物膜上不同好氧、缺氧和厌氧的细胞分解，进入内源呼吸阶段，得以融解细胞；污泥中的有机物不断地被吸附到生物膜上，生物膜上的微生物对这些有机物、有机氮和有机磷分解，并不断新陈代谢，从而达到连续处理污泥的目的；另外，生物膜由于固着在填料或载体上，因此能在其中生长时间较长的细菌和较高级的微生物，这使得生物膜法在去除污泥中有机物的同时，还具有很好的脱除污泥中氮磷作用，尤其是对受有机物及氨氮污染的河流有明显的净化效果；在生物膜上还可能大量出现丝状菌、轮虫、线虫等，形成生物链，特别是红线虫，具有极强的吞噬细菌和有机颗粒的能力，从而使生物膜净化能力大大增强。在溶解氧比较低小于0.5mg/L时，可以水解酸化和反硝化，使污泥固体液态化，提高可生化性和去除大量硝态氮，在有氧和无氧合适的条件下，可以使污泥总消解量可以达到70-90％。虽然生物膜法具有上述的很多优点，然而，将其自然应用于自然水体的原位修复或现有污水厂的污泥浓缩池时效果并不是特别理想，这主要是由于现有填料的技术特征，不能达到相应微生物生存的有利条件，而影响了相应微生物的生长，使得微生物不能发挥相应的作用。

本申请的发明人研究填料多年，已经有多个相关的发明获得了授权，比如仿生型(CN201210522291.1一种仿生型水处理填料)、加强筋型(CN201010576296.3一种加强筋型填料)、螺旋体型(CN201010576259.2一种螺旋体型填料)、树枝状(CN201310261410.7一种树枝状水处理填料)、密集支撑型(CN201010576284.0一种密集支撑型填料)。

CN105110460A公开了一种平面式生物富集废水平面处理填料，其为平面式填料结构，包括中心塑料丝、垂直穿插在中心塑料丝上的纤维束，纤维束有多组，多组纤维束沿着中心塑料丝的轴向方向排列设置，每组纤维束绕成O形且平面分布在中心塑料丝两侧，纤维束和中心塑料丝位于同一平面内；CN102092839B公开了一种密集支撑型填料，其为圆柱式填料结构，包括中间绳、固定于所述的中间绳上的纤维，所述的纤维包括若干纤维单元，每个所述的纤维单元呈一层螺旋状环绕在所述的中间绳上，相邻两个所述的纤维单元相连接构成多层螺旋，相邻的两层所述的纤维单元紧密排列，相邻的两层所述的纤维单元相贴紧，所述的多层螺旋的任一点的切线与垂直于所述的中间绳轴向的平面之间的夹角为α，所述的角α的范围为1-10度。现有的填料置于有机污泥中挂膜时，由CN102092839B和CN105110460A可知，填料形状呈圆柱型或平面型，均存在有效微生物挂膜困难、填料板结、清除不便和效果差等弊病。主要原因为：1.对圆柱型填料，纤维束整体呈均匀辐射状排列在中心绳上，污泥可以密集均匀分布在圆柱型填料，由于长时间运行，无机颗粒增多，微生物减少，造成生化效果急剧下降，无好的办法修复；2.对平面型填料，平面型填料相对圆柱型填料的立体布置所占空间小，材料少，比表面积就比较小，微生物的附着量侧较少，则对有机污泥的处理或自然水体的混合污泥生态修复的效率也低，而且有机污泥通过曝气充氧时，气泡上升时，由于纤维束立体分布的纤维束少，则对氧气气泡的切向力次数少，导致有机污泥中溶解氧的转移速率小，从而也降低生物膜对有机污泥的处理效率。

发明内容

本发明是对CN105110460A和CN102092839B的改进，目的是为了解决填料生化处理污水厂大量的剩余污泥和自然水体中的污泥混合物时，其中的两个主要问题：1.将纤维束设置在一个斜面内与平面设置相比，斜面填料可以实现填料立面与立面之间的有效的密度排布，从而合理地增大了生物富集量，有限地避免了填料平面设置有效微生物挂膜数量分布不足的缺陷；2.将纤维束设置在一个斜面内与螺旋立体分布设置相比，斜面填料可以实现合理地增大了有效生物富集量，有限地避免了填料螺旋立体设置有效微生物挂膜数量分布不足和无机化污泥过多，以及引起生化效果急剧恶化的缺陷和出现的问题。本发明的污泥消减斜面填料适合于厌氧、缺氧和好氧的生化污泥减量化处理系统。

本发明的第一方面在于提供一种污泥消解斜面填料，包括若干间隔设置的加强筋和加捻的纤维束组成的重复单元，所述加强筋和加捻的纤维束的重复单元，均包括若干环绕所述填料的径向轴心环形排列的环形圈。

在本发明的一些实施方式中，所述环形圈为卵圆形、椭圆形、近卵圆形或近椭圆形。

在本发明的一些实施方式中，还包括固定所述加强筋和加捻的纤维束的重复单元的环形圈的紧固塑料丝。

在本发明的一些实施方式中，所述加强筋和加捻的纤维束的重复单元，包括三个环绕所述填料的径向轴心环形排列的环形圈。

在本发明的一些实施方式中，所述加强筋和加捻的纤维束的重复单元，包括四个环绕所述填料的径向轴心环形排列的环形圈。

在本发明的一些实施方式中，所述加强筋的直径为0.1-0.5mm。

在本发明的一些实施方式中，所述加捻的纤维束的直径为4-8mm。

在本发明的一些实施方式中，所述紧固塑料丝的直径为0.1-0.3mm。

在本发明的一些实施方式中，所述加强筋的直径为0.1-0.5mm。

在本发明的一些实施方式中，所述加捻的纤维束的直径为4-8mm。

在本发明的一些实施方式中，所述紧固塑料丝的直径为0.1-0.3mm。

在本发明的一些实施方式中，所述填料的直径为50～150mm，长度为5000～200000mm。

在本发明的一些实施方式中，所述加强筋由聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺中的一种或多种制成。

在本发明的一些实施方式中，所述加捻的纤维束由维纶、聚丙烯、聚乙烯醇缩甲醛、聚对苯二甲酸乙二酯聚酰胺、聚丙烯腈、聚乙烯中的至少一种或多种制成。

在本发明的一些实施方式中，所述紧固塑料丝由聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚氯乙烯中的一种或多种制成。

本发明的第二方面在于提供第一方面所述填料的编制方法，包括以下步骤：

步骤一、第一根加强筋塑料丝在预计的中心点用紧固塑料丝进行固定，之后，加强筋塑料丝沿第一垂直空间断面的轴线逆时针转动，在要求的长度对折处形成一个椭圆环，回到中心点；再沿第二垂直空间断面的轴线顺时针转动，在要求的长度对折处形成一个椭圆环，回到中心点；再次沿第三垂直空间断面的轴线逆时针转动，在要求的长度对折处形成一个椭圆环，回到中心点；

步骤二、用第二根加强筋塑料丝重复步骤一；

步骤三、三根紧固塑料丝同时在第一、第二、第三空间断面的中心点的立面上，把步骤一和步骤二得到的加强筋塑料丝的环形圈呈半个“8”型紧固；

步骤四、用第一根加捻的纤维束重复步骤一；

步骤五、用第二根加捻的纤维束重复步骤一；

步骤六、重复步骤三，用三根紧固塑料丝紧固步骤四和步骤五得到的加捻的纤维束的环形圈；

步骤七、循环往复步骤一到步骤六。

在本发明的一些实施方式中，步骤一中，还包括：

再次沿第四垂直空间断面的轴线顺时针转动，在要求的长度对折处形成一个椭圆环，回到中心点。

在本发明的一些实施方式中，步骤一中，所述加强筋塑料丝沿第一、第二、第三、第四的垂直空间断面的轴线转动的方向分别为顺时针、逆时针、顺时针、逆时针。

本发明的有益效果在于：

本发明填料的结构与现填料的结构有本质的区别，主要技术特征是没有中间绳，与圆柱和平面立体分布相比，克服了圆柱和平面必须围绕中心绳延伸，消耗材料大，在污水池中，由于曝气抖动，纤维与中心绳容易拉长位移，斜面填料没有中间绳，靠加强筋和纤维交替支撑，以及紧固塑料丝依次闭环紧固，节省了材料，降低了造价，实现了强筋和纤维紧密联结结构，结实耐用，可以实现填料与活性微生物有利结合，从而增大了有益微生物的富集量，这对于有机污泥的消解处理具有很大的优势，斜面填料的产生，使污泥消解方便快捷和高效，大大降低了污泥消解的难度。

附图说明

图1为本发明的污泥消解的斜面填料一种实施方式的结构示意图；

图2为本发明的污泥消解的斜面填料一种实施方式的重复单元的结构示意图(三叶)；

图3为本发明的污泥消解的斜面填料另一种实施方式的的重复单元的结构示意图(四叶)；其中，加强筋1，加捻的纤维束2，紧固塑料丝3，环形圈20，空间断面21、22、23、31、32、33、34，中心点24。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

以下实施例和对比例中，采用的试剂和材料均为市售商品，参数检测和表征的仪器为常规仪器，方法为常规方法。除非特别指出，采用的处理步骤为平行处理。

实施例1

一种污泥消解的斜面填料，如图1和图2所示，包括若干间隔设置的加强筋1和加捻的纤维束2组成的重复单元，所述加强筋1和加捻的纤维束2的重复单元均包括三个环形圈20，所述加强筋1的环形圈20交接的部分、所述加捻的纤维束2的环形圈20交接的部分、以及加强筋1和加捻的纤维束2之间均通过紧固塑料丝3来固定。

本实施例中，紧固塑料丝在填料中心点依次和交替紧固加强筋和加捻的纤维束。

上述的环形圈20通过一根或多根加强筋或加捻的纤维束通过以下步骤编制而成：

为了便于方便叙述定义以下术语：

空间断面：即单个环形圈20所在的平面，如图2中的21、22、23；

中心点：为相邻的环形圈20之间的连接部，如图2中的21、22、23的连接点24；

步骤一、第一根加强筋塑料丝在预计的中心点24用紧固塑料丝进行固定，之后，加强筋塑料丝沿垂直空间断面21的轴线逆时针转动，在要求的长度对折处形成一个椭圆环，回到中心点24，在图2中，为从A，到B，再到C；再沿垂直空间断面22的轴线顺时针转动，在要求的长度对折处形成一个椭圆环，回到中心点24，在图2中，为从D，到E，再到F；再次沿垂直空间断面23的轴线逆时针转动，在要求的长度对折处形成一个椭圆环，回到中心点24，在图2中，为从G，到H，再到I；

步骤二、用第二根加强筋塑料丝重复步骤一；

步骤三、三根紧固塑料丝同时在空间断面21、22、23的中心点24的立面上，把步骤一和步骤二得到的加强筋塑料丝的环形圈20呈半个“8”型紧固；

步骤四、用第一根加捻的纤维束重复步骤一；

步骤五、用第二根加捻的纤维束重复步骤一；

步骤六、重复步骤三，用三根紧固塑料丝紧固步骤四和步骤五得到的加捻的纤维束的环形圈20；

步骤七、循环往复步骤一到步骤六。

步骤一中，三个环形圈20的编制次序可以是21、22、23，即顺时针，也可以是21、23、22，即逆时针。

所述环形圈为圆形、椭圆形、近圆形或近椭圆形。是塑料丝和加捻的纤维束在中心点固定后，自然呈现的形状。

斜面填料是相对平面填料而言，平面填料的两个立面形成角度为180度，本斜面填料具体是指三个环形圈之间形成沿填料纵向方向所形成的凹凸的立面，三个立面横向轴线形成的角度为120度。

加强筋(即加强筋塑料丝)的直径为0.1-0.5mm，加捻的纤维束的直径为4-8mm，紧固塑料丝的直径为0.1-0.3mm。

整个填料的直径(从中心点到环形圈边缘的最远距离)可以为50～150mm，长度(若干若干间隔设置的加强筋1和加捻的纤维束2组成的重复单元的厚度)可以为5000～200000mm或者根据实际需要的长度。

加强筋塑料丝由聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺中的一种或多种制成；加捻的纤维束由维纶、聚丙烯、聚乙烯醇缩甲醛、聚对苯二甲酸乙二酯聚酰胺、聚丙烯腈、聚乙烯中的至少一种或多种制成；紧固塑料丝由聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚氯乙烯中的一种或多种制成。

本实施例1的斜面填料，使用时，如图1所示，沿垂直加强筋1和加捻的纤维束2组成的重复单元的方向设置，重复单元的多少，即整个填料的长度可以根据实际需要的长度而设置。

实施例2

图3所示，与实施例1的区别在于，所述加强筋1和加捻的纤维束2的重复单元均包括四个环形圈20。

环形圈20的编制与实施例1区别在于，步骤一中，依次完成3个环形圈20(位于31、32、33空间断面)后，再沿垂直空间断面34的轴线顺时针转动，在要求的长度对折处形成一个椭圆环，回到中心点24，在图3中，为从J，到K，再到L。

除了实施例1和实施例2的典型的3叶和4叶外，还可以是其他数目的环形圈数目，比如5、6、7、8等。

对比例1一种平面平面型填料：

CN105110460A的平面型填料，包括中心塑料丝、垂直穿插在中心塑料丝上的纤维束，纤维束有多组，多组纤维束沿着中心塑料丝的轴向方向排列设置，每组纤维束绕成O形且平面分布在中心塑料丝两侧，纤维束和中心塑料丝位于同一平面内。

对比例2一种填料形状圆柱型填料：

CN102092839B的填料形状圆柱型填料，包括中间绳、固定于所述的中间绳上的纤维，所述的纤维包括若干纤维单元，每个所述的纤维单元呈一层螺旋状环绕在所述的中间绳上，相邻两个所述的纤维单元相连接构成多层螺旋，相邻的两层所述的纤维单元紧密排列，相邻的两层所述的纤维单元相贴紧。

实验例1污泥消解效果平行试验

取实施例1、2和对比例1的填料污泥消解效果平行试验：

取市政剩余污泥浓缩池的污泥，污泥MLSS29 g/L、MLVSS22.9 g/L，MLVSS/MLSS为0.79；该市政剩余污泥浓缩池的上清液的污染指标，COD 640mg/L、BOD5 200mg/L、NH3-N45mg/L、TN 50mg/L、TP 15mg/L、pH 7.2。

实施例1斜面填料、实施例2斜面填料处理后出水主要指标平均值COD 48mg/L、BOD59mg/L、NH3-N 2.5mg/L、TN 12mg/L、TP 9mg/L、pH 6.3，出水标准除TP外达到GB18918-2002一级A标准。

取实施例1斜面填料、实施例2斜面填料、对比例1平面型填料、对比例2圆柱型填料均100mm，其质量分别约为15g、20g、10g、25g；分别取1L浓缩池的污泥，放置到4个1L玻璃烧杯中，充氧3天挂膜，溶解氧4mg/L；每种填料做三次平行污泥消解试验，每次10天，每换一次剩余污泥浓缩池的污泥，每次测定有益微生物的富集量和污泥消解效率，以及出水主要指标；

有益微生物的富集量为污泥消解后填料的MLVSS/MLSS的平均值、污泥消解效率为处理后的污泥减少的重量占处理前的污泥的重量的百分比。

结果见表1。

由表1测定填料上的有益微生物的富集量可以看出，实施例1斜面填料、实施例2斜面填料、对比例1平面型填料、对比例2圆柱型填料的MLVSS/MLSS比值，分别是0.71、0.68、0.71、0.51，对应的污泥消解效率分别是72％、70％、55％、52％；说明填料越密集，填料无机物越多，填料越板结，而污泥消解效率越低，如对比例2，无机物清除不便和效果差，污泥消解效率仅为52％；填料越疏松，填料无机物越少，如对比例1，但是有益微生物富集的污泥量也少，污泥消解效率也低，仅为55％；所以实施例1斜面填料、实施例2斜面填料具有较好的污泥消解效率。

表1实施例和对比例的污泥消解技术效果

实验例2自然水体污泥混合液消解效果平行试验

取实施例1和对比例1的填料，加自然水体污泥混合液消解效果平行试验：

取自然水体污泥混合液，污泥MLSS 0.25g/L、MLVSS0.18 g/L，MLVSS/MLSS为0.71；

该自然水体污泥混合液的上清液的污染指标，COD 240mg/L、BOD5 84mg/L、NH3-N25mg/L、TN 35mg/L、TP 1.3mg/L、pH 7.8。

实施例1斜面填料、实施例2斜面填料处理后出水主要指标平均值COD 18mg/L、BOD53mg/L、NH3-N 0.5mg/L、TN 5mg/L、TP 0/5mg/L、pH 6.0，出水标准达到GB18918-2002一级A标准。

取实施例1斜面填料、实施例2斜面填料、对比例1平面型填料、对比例2圆柱型填料均100mm，其质量分别约为15g、20g、10g、25g；再分别取1L浓缩池的污泥，放置到4个1L玻璃烧杯中，充氧3天挂膜，溶解氧4mg/L；每种填料做三次平行自然水体污泥混合液消解试验，每次10天，每换一次自然水体污泥混合液，每次测定有益微生物的富集量和污泥消解效率，以及出水主要指标；

有益微生物的富集量为污泥消解后填料的MLVSS/MLSS的平均值、污泥消解效率为处理后的污泥减少的重量占处理前的污泥的重量的百分比。

结果见表2。

由表2测定填料上的有益微生物的富集量可以看出，实施例1斜面填料、实施例2斜面填料、对比例1平面型填料、对比例2圆柱型填料的MLVSS/MLSS比值，分别是0.71、0.68、0.70、0.61，对应的污泥消解效率MLSS(％)分别是75.5％、73.8％、70.9％、70.1％；说明填料越密集，填料无机物越多，填料越板结，而污泥消解效率越低，如对比例2，无机物清除不便和效果差，污泥消解效率仅为70.1％；填料越疏松，填料无机物越少，如对比例1，但是有益微生物富集的污泥量也少，污泥消解效率也低，仅为70.9％；所以实施例1斜面填料、实施例2斜面填料具有较好的污泥消解效率,运行时间越长,对比例1和对比例2处理效果越差。

表2填料的实施例1、实施例2与对比例1、对比例2去除率对比

以上对本发明优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明构思的前提下作出各种变化。

Claims (11)

1.一种污泥消解斜面填料，包括若干间隔设置的加强筋和加捻的纤维束组成的重复单元，所述加强筋和加捻的纤维束的重复单元，均包括若干环绕所述填料的径向轴心环形排列的环形圈。

2.根据权利要求1所述的填料，其特征在于，所述环形圈为卵圆形、椭圆形、近卵圆形或近椭圆形。

3.根据权利要求1所述的填料，其特征在于，还包括固定所述加强筋和加捻的纤维束的重复单元的环形圈的紧固塑料丝。

4.根据权利要求1或3所述的填料，其特征在于，所述加强筋和加捻的纤维束的重复单元，包括三个环绕所述填料的径向轴心环形排列的环形圈。

5.根据权利要求1或3所述的填料，其特征在于，所述加强筋和加捻的纤维束的重复单元，包括四个环绕所述填料的径向轴心环形排列的环形圈。

6.根据权利要求1或3所述的填料，其特征在于，所述加强筋的直径为0.1-0.5mm，所述加捻的纤维束的直径为4-8mm，所述紧固塑料丝的直径为0.1-0.3mm。

7.根据权利要求1或3所述的填料，其特征在于，所述填料的直径为50～150mm，长度为5000～200000mm。

8.根据权利要求1或3所述的填料，其特征在于，所述加强筋由聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺中的一种或多种制成；所述加捻的纤维束由维纶、聚丙烯、聚乙烯醇缩甲醛、聚对苯二甲酸乙二酯聚酰胺、聚丙烯腈、聚乙烯中的至少一种或多种制成；所述紧固塑料丝由聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚氯乙烯中的一种或多种制成。

9.一种根据权利要求1-8任一所述的填料的编制方法，包括以下步骤：

步骤一、第一根加强筋塑料丝在预计的中心点用紧固塑料丝进行固定，之后，加强筋塑料丝沿第一垂直空间断面的轴线逆时针转动，在要求的长度对折处形成一个椭圆环，回到中心点；再沿第二垂直空间断面的轴线顺时针转动，在要求的长度对折处形成一个椭圆环，回到中心点；再次沿第三垂直空间断面的轴线逆时针转动，在要求的长度对折处形成一个椭圆环，回到中心点；

步骤二、用第二根加强筋塑料丝重复步骤一；

步骤三、三根紧固塑料丝同时在第一、第二、第三空间断面的中心点的立面上，把步骤一和步骤二得到的加强筋塑料丝的环形圈呈半个“8”型紧固；

步骤四、用第一根加捻的纤维束重复步骤一；

步骤五、用第二根加捻的纤维束重复步骤一；

步骤六、重复步骤三，用三根紧固塑料丝紧固步骤四和步骤五得到的加捻的纤维束的环形圈；

步骤七、循环往复步骤一到步骤六。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤一中，还包括：

再次沿第四垂直空间断面的轴线顺时针转动，在要求的长度对折处形成一个椭圆环，回到中心点。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，步骤一中，所述加强筋塑料丝沿第一、第二、第三、第四的垂直空间断面的轴线转动的方向分别为顺时针、逆时针、顺时针、逆时针。

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