CN111875036B - 一种负载生物膜的污水处理填料及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种负载生物膜的污水处理填料及其应用，包括塑料丝条，所述塑料丝条交错缠绕成中空的线团，所述线团由多层滤膜层构成，各滤膜层由采用不同直径的丝条缠绕而成，使丝条缠绕后形成的所述线团由表至内各滤膜层按表面的孔径值排序后按以下方式分布:所述线团由内至外各层滤膜层的孔径逐渐递增、或递减、或先递增至阈值递减、或先递减至阈值再递增。填料由外向内具有不同的层次，每个层次的孔径分布不同，形成不同孔径的滤膜，提高填料的利用率，以使微生物处理负荷增大70％，同时由于层次结构的分布，对水力冲击耐受度更高。

Description

一种负载生物膜的污水处理填料及应用

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种负载生物膜的污水处理填料及应用。

背景技术

与活性污泥法相比，通过投加填料，可以增加生物反应池中的微生物量，提高污水处理系统的污染物去除能力。其填料通常作为载体，载体为微生物提供利于附着的场所，在其表面形成生物膜。填料对微生物的附着生长和接触氧化效能起着极其重要的作用。生物膜附着在填料表面与污水流动接触，去除污染物，生物膜随水流脱落更新，生物膜是由高度密集的好氧菌、兼性好氧菌、厌氧菌、真菌、原生动物、后生动物以及藻类组成的微型生态系统，各种微生物直接或间接的利用水中的无机、有机污染物作为碳源和能量源生长代谢繁殖，生物膜自填料向外可分为厌氧层、兼性好氧层、好氧层、附着水层和流动水层，污染物自载体从外层向内层逐级扩散并被微生物利用[1]。

根据生物膜在填料上的附着状态，生物膜反应器可分为移动床(MBBR)和固定床(FBBR)，移动床是将填料捆绑或悬浮在水中，由气泡和水力推动，在反应器中上下循环移动，使填料上的生物膜与污染物和DO接触，完成传质和转化过程，常选用疏水性填料，如石英砂、天然沸石、活性炭、聚乙烯、聚丙烯、聚氨脂泡沫体，比表面积为100~500 m²/m³，比重接近水，通常为多孔球状、蜂窝状、圆筒状、粒状，在曝气推动下在全池流化翻动，需定期反冲洗使生物膜脱落，避免堵塞。固定床一般选用软性、半软性填料和弹性立体填料，填料固定在反应器内，不易堵塞，不用反冲洗。

现有的填料的孔隙因工艺原因无法做到按层次梯度分布，因此由于污水中污染物颗粒大小、种类不同，现有的填料难以使作为碳源和能量源的污染物被均匀捕集，因此容易造成挂膜分布不均，填料利用效率低，因此传统填料的曝气量一般与池容积的比值设置为15:1，增强填料的上下循环移动；现有的软性和半软性填料易挂膜易脱模，硬性填料不易挂膜不易脱模，水力冲击对现有填料脱膜和挂膜影响大，生物膜挂膜培养周期为15天。[1] 新型纤维挂膜填料污水处理研究.北京化工大学.周东凯. 2013.17。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种生物挂膜填料，填料由外向内具有不同的层次，每个层次的孔径分布不同，形成不同孔径的滤膜，使所形成的空间密度沿着水流方向逐渐增大，污水中微生物挂膜根据颗粒大小进行分布，形成一定规则的疏密不同的层次分布，污水中污染物种类和颗粒大小不同，在填料上根据大小和物料性质不同，形成不同的挂膜层，微生物被分区进行生长活动，微生物的挂膜和脱落分区进行，提高填料的利用率，以使微生物处理负荷增大70%，同时由于层次结构的分布，对水力冲击耐受度更高。

本发明的构思是通过拉丝工艺，将聚氯乙烯、聚丙烯拉成丝条，丝条直径按长度形成不同的分布区，丝条最后通过缠绕形成填料线团，该线团由外向内形成类似孔径不同的滤膜，成梯度趋势。

本发明要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现:

一种污水处理高分子生物填料，包括塑料丝条，所述塑料丝条交错缠绕成中空的线团，所述线团由多层滤膜层构成，各滤膜层由采用不同直径的丝条缠绕而成，使丝条缠绕后形成的所述线团由表至内各滤膜层按表面的孔径值排序后按以下方式分布:

所述线团由内至外各层滤膜层的孔径逐渐递增、或递减、或先递增至阈值递减、或先递减至阈值再递增。

优选地，所述丝条沿长度方向直径逐渐变化，所述线团由一个丝条逐层缠绕形成。

优选地，所述丝条由聚氯乙烯、聚丙烯、聚氨酯中的一种或三种混合，再添加辅料组成。

进一步地，所述丝条由聚氯乙烯、聚丙烯、聚氨酯质量比3:7:1混合作为基材，同时添加稳定剂和造孔剂形成的化合物，基材质量为所述化合物质量的68~97%，所述造孔剂为极性造孔剂，极性造孔剂受热分解时在所述丝条中及表面形成亲水微孔。

进一步地，所述极性造孔剂为硫酸铵，所述稳定剂为含钙化合物。

优选地，所述线团内由内向外各层滤膜层的丝条直径按以下分布:从2mm递增至12mm。

优选地，所述丝条沿长度方向直径逐渐从2mm递增至12mm，直径小的一端在所述线团内层缠绕形成内层滤膜层，直径大的剩余段逐层缠绕在外层，使线团的由内向外孔隙密度递减。

优选地，所述线团由内向外孔隙占体积的比由20%递增至70%。

一种负载生物膜的污水处理填料在污水处理中应用，所述填料用于污水处理。可以在降低曝气量与池容积比的情况下，达到污水处理所需的溶解氧量，节约了电能、降低了运行成本，且生物挂膜时间更短。

本发明的有益效果为:该丝条兼具亲水性、耐高温、耐酸碱腐蚀和不结垢的特点，丝条表面还具有微孔，极性造孔剂受热分解时在所述丝条中及表面形成亲水微孔，利于吸附微生物。使用本发明的多层结构的填料进行污水处理，曝气量与池容积比值为3:1，微生物挂膜培养周期可以缩短至7～10天，极大的降低了污水处理的运行费用。

线团主体由线状中空的丝条交错缠绕、相互连接形成疏密有序的空间立体结构，线团分为9个区域，每个区域形成毛线团结构的丝条由具有不同的直径为2～12mm，丝条以废旧塑料制品为主要原材料，对不易降解、难降解塑料进行二次回收再利用，形成资源再生。

本发明的线团可使污水，空气和生物膜得到充分混渗接触交换，生物膜不仅能大量地在丝条上坐床，而且由于线团的层次分明，有利于污染物颗粒在线团内的均匀分布，微生物坐床也因此均匀，保持良好的活性和孔隙可变性，而且在运行过程中气体在三维流动的污水带动下，互相碰撞并被网状结构不断切割成更小的气泡，增加了氧的利用率，由于这种填料结构由于优良的空间利用率，可以提高氧的利用率，降低曝气量，减少填料使用量和池容积，同时可使生物膜有良好的新陈代谢作用，不致粘连结团不易堵塞，因此它具有气泡切割能力强、空间体积利用率大、无死区等特点，是当前污水处理中性能指标较好的填料。

由于滤膜层是疏密层次不同的空间结构，污水、气体、生物膜在填料上形成不同的活动区域，同时对污染物进行分层分类处理。

这种梯度降低的层次结构，形成层次分明的生物挂膜，提高生物膜的出率效果。

附图说明

图1为本发明的填料组装后的外观示意图；其中图1a是多个线团组成的空间立体填料组，图1b为图1a中一层线团的放大图；

图2为本发明填料的剖面示意图；

图3为本发明的填料与传统填料在气液比设置为不同值时污水中溶解氧的含量以及对污染的去处效果对比图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1和图2，一种污水处理高分子生物填料，包括塑料丝条，塑料丝条交错缠绕成中空的线团1，线团1由多层滤膜层2构成，各滤膜层2由采用不同直径的丝条缠绕而成，使丝条缠绕后形成的线团1由表至内各滤膜层2按表面的孔径值排序后按以下方式分布:

线团1由内至外各层滤膜层2的孔径逐渐递增、或递减、或先递增至阈值递减、或先递减至阈值再递增。

本实施例中线团由内至外各层滤膜层2的孔径逐渐递增，线团由内向外孔隙占体积的比由20%递增至70%，具体地有多种实现方式，如:依次实用直径逐渐的丝条，由内向外逐层缠绕，最内层丝条直径2mm，最外层丝条直径12mm；或使用一根丝条，该丝条从一端到另一端的直径从2mm逐渐增加至12mm，直径小的一端在所述线团内层缠绕形成内层滤膜层，直径大的剩余段逐层缠绕在外层，使线团的由内向外孔隙密度递减。

形成的线团形成多层网状的滤膜层，是一种疏密有序的空间立体结构，分为9个区域，形成不同孔径的滤膜，使所形成的空间密度沿着水流方向逐渐增大，污水中微生物挂膜根据填料在污水中拦截的颗粒大小进行分布，形成一定规则的疏密不同的层次分布的生物膜层，微生物被分区进行生长活动，微生物的挂膜和脱落分区进行，提高了填料的利用率，以使微生物处理负荷增大70%，同时由于层次结构的分布，内层对水力冲击耐受度更高，不易脱膜，使用本发明的多层结构的填料进行污水处理，曝气量与池容积比值为3:1，微生物挂膜培养周期可以缩短至7～10天，极大的降低了污水处理的运行费用。

以污水中SS含量200mg/L，COD含量400mg/L,BOD含量210mg/L, NH₃-N含量300mg/L，PH为6～8作为原水进水，分别采用本实施例的填料和传统填料进行试验，生物挂膜成功后，逐一考察气液比（曝气量与池容积比）2:1、3:1、4:1、5:1、10:1污水中溶解氧的含量以及对污染的去处效果。每个气液比条件运行10d，温度15～25℃，如图3是本实施例的填料与传统填料在气液比设置为不同值时污水中溶解氧的含量以及对污染的去处效果对比图，运行0-10天时气液比设置为2：1，运行10-20天时气液比设置为3：1、运行20-30天时气液比设置为4：1、运行30-40天时气液比设置为5：1、运行40-50天时气液比设置为10：1。

本实施例的填料在气液比2:1、3:1、4:1、5:1、10:1时，平均DO浓度分别为5.32mg/L、7.08 mg/L、8.29 mg/L、9.15 mg/L、9.19 mg/L；传统填料在气液比2:1、3:1、4:1、5:1、10:1时，平均DO浓度分别为4.05mg/L、5.87 mg/L、7.06 mg/L、7.84mg/L、8.88 mg/L，因此，相同气液比条件下，新型填料对比传统填料，对气体利用效率分别提高了29.1%、20.6%、17.4%、16.7%、3.5%。因此，使用相对较小的气液比，就可以得到污水处理所需的溶解氧量，节约了电能、降低了运行成本。

使用本实施例的填料进行试验，取生活污水，制作体积为5m3的填充填料的污水装置，对微生物降解污染物进行研究，设置3个测量点，测量点1为装置进水侧，测量点2为装置内部，测量点3为装置出水侧，试验进行10天，分析污水中SS、BOD、COD、NH₃-H处理后的结果,通过试验结果反映微生物繁殖和挂膜速度，如下表1。

表1 单位mg/L

对测量点1和测量点3的SS、BOD、COD、NH₃-H进行分析对比，得到以上指标的降解效果表2。

表2单位%

在同样条件下，采用传统填料进行相同试验进行10天，分析污水中SS、BOD、COD、NH₃-H处理后的结果如下表3。

表3 单位mg/L

对测量点1和测量点3的SS、BOD、COD、NH₃-H进行分析对比，得到以上指标的降解效果表4。

表4单位 %

表3和表4结果表明，采用新型填料进行的微生物降解试验，SS、BOD、COD、NH₃-H等指标7～10天大幅降解，说微生物进行大量挂膜繁殖，微生物通过代谢作用加速污水中污染物的降解。

丝条由聚氯乙烯、聚丙烯、聚氨酯按质量比3:7:1混合，作为基材，同时添加稳定剂和造孔剂形成的化合物，基材质量为所述化合物质量的68~97%，造孔剂:硫酸铵占化合物的比重为2wt%～wt5%，稳定剂中钙占化合物的比重为1wt%～3wt%。丝条兼具亲水性、耐高温、耐酸碱腐蚀和不结垢的特点，丝条表面还具有微孔，利于吸附微生物。

Claims (6)

1.一种负载生物膜的污水处理填料，包括塑料丝条，其特征在于，所述塑料丝条交错缠绕成中空的线团，所述线团由多层滤膜层构成，各滤膜层由一根丝条缠绕而成，使丝条缠绕后形成的所述线团由内至外各滤膜层按表面的孔径逐渐递增，所述丝条沿长度方向直径逐渐变化，直径从2mm逐渐增加至12mm，直径小的一端在所述线团内层缠绕形成内层滤膜层，直径大的剩余段逐层缠绕在外层，使线团由内向外孔隙密度递减。

2.根据权利要求1所述的负载生物膜的污水处理填料，其特征在于，所述丝条由聚氯乙烯、聚丙烯、聚氨酯中的一种或三种混合，再添加辅料组成，辅料包括造孔剂和稳定剂。

3.根据权利要求2所述的负载生物膜的污水处理填料，其特征在于，所述丝条由聚氯乙烯、聚丙烯、聚氨酯质量比3:7:1混合作为基材，同时添加稳定剂和造孔剂形成的化合物，基材质量为所述化合物质量的68~97%，所述造孔剂为极性造孔剂，极性造孔剂受热分解时在所述丝条中及表面形成亲水微孔。

4.根据权利要求3所述的负载生物膜的污水处理填料，其特征在于，所述极性造孔剂为硫酸铵，所述稳定剂为含钙化合物。

5.根据权利要求3所述的负载生物膜的污水处理填料，其特征在于，所述线团由内向外孔隙占体积的比由20%递增至70%。

6.根据权利要求1所述的负载生物膜的污水处理填料在污水处理中应用，其特征在于，所述填料用于污水处理。

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