CN113354066A - 一种用于污水处理的磁热填料及其磁感应热发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于污水处理的磁热填料及其磁感应热发生装置，属于水处理设备技术领域，包括污水处理容器、污水处理容器内的磁热填料、污水处理容器外部的磁感应热发生装置。本发明通过磁感热效应创造了填料局部高温的微环境，显著提升了微生物活性，多孔载体的吸附作用创造了填料表面高营养物质的微环境，加快了微生物的生长发育，进而保证了低温污水工艺稳定运行，极大降低了低温污水处理的运行成本；通过外部磁场调节污水处理容器内的磁热填料温度，无需在水中安装其它电器设备，可在环境温度较低时使用，待环境回暖后停用，减少了耐低温菌的筛选过程，操作简单，工程改造方便，设备运行安全。
Description
技术领域
本发明属于水处理设备技术领域，特别涉及一种用于污水处理的磁热填料及其磁感应热发生装置。
背景技术
随着我国城镇化进程不断深入，国家对污水排放标准不断提出更加严格的要求。然而，首都及我国其他北方地区普遍存在水温波动较大、进入秋冬季节后水温一般会低于10℃的现象，这使得最适生长于15~30℃的传统活性污泥法中微生物的吸附性能、沉降性能、微生物生长发育、种群组成及曝气池中氧总转移效率等大幅降低，污染物的生物降解难度增大。
近年来，我国水处理工作者在低温污水处理的方面进行了大量的研究工作。通过降低污泥负荷、增加污泥回流量、增加污水停留时间或将加强保温措施等方法维持处理效果，但该方法会提高工程成本和运行维护费用，达到排放标准的稳定性仍不理想，污泥膨胀问题也经常出现；除此以外，还会采用生物固定化技术，用化学或物理的手段将游离细胞定位于限定的空间区域，并使其保持活性和反复利用。微生物经固定化处理后，具有更强的抗逆性，能对外界环境的变化有一定的耐受性，滞留能力得以增强，但固定化技术也存在一些自身的限制，如固定化载体的强度差、使用成本高和载体寿命短等原因，也没有得到广泛的应用；第三种途径，即筛选耐冷微生物，强化微生物的特殊环境耐受性，但因微生物的效率局限性及其生态学风险，亦尚不能快速推广。因此，通过低耗高效途径减轻低温对活性污泥工艺中微生物活性及污染物去除效果的影响，是亟待解决的关键问题。
发明内容
针对当前污水处理过程中存在低温下污染物的生物降解效果不理想的问题，本发明提供了一种用于污水处理的磁热填料及其磁感应热发生装置。通过外部交变磁场与磁热填料内部金属的磁感应热效应产生局部高温，为微生物生长发育创造温度适宜的微环境，同时外层载体存在吸附作用，为微生物创造了高氨氮、高有机物的营养环境，实现了高效强化低温污水生物处理能力，显著降低了低温污水处理的基建与运行成本。
为实现上述目的，本发明提供技术方案如下：
本发明所述一种用于污水处理的磁热填料及其磁感应热发生装置，包括污水处理容器、污水处理容器内的磁热填料、污水处理容器外部的磁感应热发生装置；所述的磁热填料结构共三层，内部为金属导体，中层为传热、隔水、减压的保护层，外层为多孔载体，在所述的多孔载体上生长有微生物菌群，所述磁感应热发生装置包括螺线圈、调压器、变频器。
所述污水处理容器材料为非金属导，防止交变磁场与污水处理容器金属部分产生热效应，影响污水处理容器的正常工作。
所述的磁热填料为内中外三层，内层为空心或实心的金属导体，所述金属导体材料为铜、铝、铁、银、锌、镍及其合金，所述金属导体为三维结构时最大三维尺寸为0.5-20mm，所述金属导体为二维结构时最大二维尺寸为1-20mm；用于与磁场产生热效应从内部供热，为微生物提供适宜温度；中层为具有传热、隔水、弹性减压性能的薄保护层包裹内部金属，所述保护层材料为LSR-9650A/B硅胶或XPE静音防水防火聚乙烯PE海绵，所述保护层厚度为2-20mm；外层为多孔载体覆盖于中层表面，所述多孔载体材料为粒径0.5~1mm的D11型大孔树脂，粒径0.5-2mm的XHWS-40活性炭、XHWS-1024活性炭、XHWS-200活性炭，粒径0.5-2mm的天然沸石，粒径0.5mm的ZSM-5分子筛，高分子合成亲水性聚氨酯海绵；所述多孔载体材料为颗粒时采用胶结剂粘连或采用PE球壳包裹，所述胶结剂为425水泥、525水泥、625水泥，所述聚乙烯PE球壳孔直径小于0.5mm，所述外层多孔载体厚度为1-40mm，为微生物提供生长空间。
所述的中层保护层完全包裹所述的内部金属导体以防止水接触金属影响磁热效率、腐蚀金属，同时保持内部温度，所述的外层多孔载体可依据需求全覆盖或半覆盖。
所述的螺线圈形状依据所述污水处理容器的形状与实际需求而定，螺线圈环绕于所述污水处理容器外部，所述螺线圈顶部低于PH监测计、溶解氧监测计等探头为金属导体材质设备的位置，防止交变磁场与相关设备金属部分产生磁感应热效应，影响相关设备正常工作。所述的螺线圈内部磁场强度通过调压器调节磁场强度大小，所述的螺线圈内部磁场的交变频率通过所述的变频器调节。
所述的磁热填料温度通过所述螺线圈匝数、磁场强度大小、磁场交变频率共同调节。
本发明的一种用于污水处理的磁热填料及其磁感应热发生装置具有以下优点和有益效果：
1、本发明的装置利用交变磁场与磁热填料内部金属的磁感应热效应创造了填料局部高温的微环境，微生物在填料内部与表面生长，为低温条件下的微生物创造出适宜的生长发育环境，显著提升了微生物活性，提高了生化处理效果，保证了低温污水工艺稳定运行；
2、本发明外层多孔载体材料存在吸附作用，氨氮、有机物在填料表面与水体中形成一定的浓度差，为微生物创造了高氨氮、高有机物的营养环境，加快了微生物的生长发育，提升了微生物活性；
3、本发明的装置创造了填料局部高温、高氨氮、高有机物的微环境，与传统的增加污泥回流量、增加污水停留时间、加强保温措施、整体加热污水相比极大降低了低温污水处理的运行成本与基础建设；
4、本发明通过外部磁场调节污水处理容器内的填料温度，无需在水中安装其它电器设备，工程改造方便，设备运行安全；
5、本发明可在环境温度较低时使用，待环境温度回暖后停用，减少了耐低温菌的筛选过程和环境温度回暖后菌群的转变过程。
附图说明
图1为本发明的一种用于污水处理的磁热填料及其磁感应热发生装置，图中：1为污水处理容器；2为磁热填料；3为螺线圈；4为调压器；5为变频器。
图2为本发明中磁热填料的结构示意图，图中：2-1为金属导体；2-2为保护层；2-3为多孔载体。
具体实施方式
本发明提供了一种用于污水处理的磁热填料及其磁感应热发生装置，下面结合附图和具体实施方式对本发明的具体技术方法进行详细、完整的描述说明，所描述的具体实施方式仅是本发明的部分事例，而不是全部实例。本领域技术人员没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实例，都属于本发明的保护范围。
下面结合附图详细说明本发明的结构与特点：
本发明提出的一种用于污水处理的磁热填料及其磁感应热发生装置，其具体结构如图1所示，主要包括污水处理容器1，填充在所述污水处理容器1内的磁热填料2，环绕在所述污水处理容器1外部的螺线圈3，在所述的螺线圈3电路上设有调压器4、变频器5，填料结构如图2所示，主要包括金属导体2-1，具有传热、隔水、弹性减压的薄保护层2-2、多孔载体层2-3。
上述一种用于污水处理的磁热填料及其磁感应热发生装置的各个部件具体实施方式分别如下说明：
所述的污水处理容器1由不导电材料制成，如有机玻璃，混凝土，砌砖等，其形状、大小可依据污水处理工艺而定，如圆柱形，长方形等。
所述的磁热填料2为内中外三层结构，其中金属导体2-1为空心或实心的金属导体，所述金属导体2-1材料为铜、铝、铁、银、锌、镍及其合金，金属导体2-1为三维结构时最大三维尺寸为0.5-20mm，金属导体2-1为二维结构时最大二维尺寸为1-20mm，用于与磁场产生磁感应热效应从内部供热，为微生物提供适宜温度；保护层2-2为具有传热、隔水、弹性减压性能的薄保护层完全包裹内部金属，保护层2-2材料为LSR-9650A/B硅胶或XPE静音防水防火聚乙烯PE海绵，保护层2-2厚度为2-20mm，用于保温、均匀传递热量，补偿因内部金属热胀冷缩产生的内部压力变化；多孔载体2-3覆盖于中层表面，多孔载体2-3材料为粒径0.5~1mm的D11型大孔树脂，粒径0.5-2mm的XHWS-40活性炭、XHWS-1024活性炭、XHWS-200活性炭，粒径0.5-2mm的天然沸石，粒径0.5mm的ZSM-5分子筛，高分子合成亲水性聚氨酯海绵；所述多孔载体2-3材料为颗粒时采用胶结剂粘连或采用PE球壳包裹，所述胶结剂为425水泥、525水泥、625水泥，水泥与颗粒的体积比为0.6-0.8，所述PE球壳孔直径小于0.5mm，多孔载体2-3厚度为1-40mm，为微生物提供生长空间。
所述多孔载体层2-3与保护层2-2之间以胶结剂相互连接或多孔载体层2-3嵌入保护层2-2，深度不超过保护层2-2厚度的三分之二，多孔载体层2-3完全覆盖保护层2-2时，多孔载体层2-3与保护层2-2之间可不做连接措施。
所述的螺线圈3其大小与形状依据污水处理容器1形状而定，如方形、圆形；线圈匝数1500-2500匝，电流大小为0-2A，磁场交变频率为50Hz，对应磁场强度0-0.015T，对应内部金属导体2-1为8mm实心钢珠，对应磁热填料2内部最高温度为43℃。
所述的调压器4、变频器5均为常规产品。
本发明的原理和运行过程：
通过在污水处理容器外增加螺线圈装置，无需在水中安装其它电器设备，工程改造方便；利用交变磁场与磁热填料内部金属的磁感热效应创造了填料局部高温的微环境，微生物在填料内部与表面生长，为低温条件下的微生物创造的适宜的生长发育环境；外层多孔载体材料存在吸附作用，氨氮、有机物在填料表面与水体中形成一定的浓度差，为微生物创造了高氨氮、高有机物的营养环境，加快了微生物的生长发育，提升了微生物活性；同时本装置可在环境温度较低时使用，待环境温度回暖后停用，减少了耐低温菌的筛选过程和环境温度回暖后菌群的转变过程，保证了低温污水工艺稳定连续运行。本发明与当前增加污泥回流量、增加污水停留时间、加强保温措施、整体加热污水、筛选耐低温菌等措施相比显著提升了低温条件下微生物活性，极大降低了低温污水处理的运行成本与基础建设。
参照说明书附图2制备磁热填料与磁感应热发生装置，将磁热填料2填充入污水处理容器1，按照附图1依据污水处理容器1的形状制备螺线圈3，螺线圈3内部为污水处理容器1，将调压器4、变频器5与螺线圈3连接。依据污水处理工艺，将磁热填料2加入污水处理容器1，螺线圈3接电通过磁场调节磁热填料2的温度至目标温度，将含有目标功能菌的污泥加入污水处理容器1通过循环水和曝气扰动促进微生物与磁热填料2混合均匀，经过培养至功能菌在所述磁热填料2上成功挂膜生长；当挂膜完成后通入低温污水依据污水处理工艺控制水力停留时间、DO浓度、PH等参数进行生物处理得到处理完成的污水。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于污水处理的磁热填料及其磁感应热发生装置，其特征在于：包括污水处理容器1、污水处理容器1内设有磁热填料2、污水处理容器1外部设有磁感应热发生装置，所述磁感应热发生装置包括串联着的螺线圈3、调压器4和变频器5，所述的磁热填料2结构共三层，内部为金属导体2-1，中层为传热、隔水、减压的保护层2-2，外层为多孔载体2-3，在所述的多孔载体2-3上生长有微生物菌群。
2.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的磁热填料及其磁感应热发生装置，其特征在于：所述污水处理容器1材料为非金属导体。
3.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的磁热填料及其磁感应热发生装置，其特征在于：所述金属导体2-1材料为铜、铝、铁、银、锌、镍及其合金，所述金属导体2-1为三维结构时三维尺寸为0.5-20mm，所述金属导体2-1为二维结构时二维尺寸为1-20mm。
4.根据权利要求1或3所述的一种用于污水处理的磁热填料及其磁感应热发生装置，其特征在于：中层具有传热、隔水、弹性减压性能的所述保护层2-2包裹着内部金属导体2-1，所述保护层2-2材料为LSR-9650A/B硅胶或XPE防水防火海绵，所述保护层2-2厚度为2-20mm。
5.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的磁热填料及其磁感应热发生装置，其特征在于：所述多孔载体2-3材料为粒径0.5~1mm的D11型大孔树脂，粒径0.5-2mm的XHWS-40活性炭、XHWS-1024活性炭、XHWS-200活性炭，粒径0.5-2mm的天然沸石，粒径0.5mm的ZSM-5分子筛，高分子合成亲水性聚氨酯海绵；所述多孔载体2-3材料为颗粒时采用胶结剂粘连或采用聚乙烯PE球壳包裹，所述胶结剂为425水泥、525水泥、625水泥，所述PE球壳孔直径小于0.5mm，所述外层多孔载体2-3厚度为1-40mm。
6.根据权利要求1或3所述的一种用于污水处理的磁热填料及其磁感应热发生装置，其特征在于：所述的保护层2-2完全包裹所述的内部金属导体2-1。
7.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的磁热填料及其磁感应热发生装置，其特征在于：所述的螺线圈3环绕于所述污水处理容器1外部，所述螺线圈3顶部低于PH监测计、溶解氧监测计探头为金属导体材质设备的位置。
8.根据权利要求1或5所述的一种用于污水处理的磁热填料及其磁感应热发生装置，其特征在于：所述的螺线圈3内部磁场强度通过调压器4调节磁场强度大小，所述的螺线圈3内部磁场的交变频率通过所述的变频器5调节。
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|---|---|---|---|---|
| CN101139127A (zh) * | 2007-08-06 | 2008-03-12 | 华南师范大学 | 功能化硅包覆介孔磁性载体及其制备方法和应用 |
| WO2013147100A1 (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-03 | Jnc株式会社 | 酵素複合体 |
| CN105481187A (zh) * | 2016-01-14 | 2016-04-13 | 济南大学 | 一种降解低温条件下城市污水中典型PPCPs有机物的装置及其降解方法 |
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2021
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