CN114044574A

CN114044574A - 一种用于处理污水的共栖生物载体

Info

Publication number: CN114044574A
Application number: CN202210035988.XA
Authority: CN
Inventors: 刘向阳
Original assignee: Guangzhou Chuangchuang Environmental Protection Technology Co ltd
Current assignee: Guangzhou Chuangchuang Environmental Protection Technology Co ltd
Priority date: 2022-01-13
Filing date: 2022-01-13
Publication date: 2022-02-15

Abstract

本发明公开了一种用于处理污水的共栖生物载体，共栖生物载体包括载体部，载体部包括连接部，连接部包括相对设置的两个连接条，连接条上固定有外层疏松层和厌氧微生物生长的内层密织层；外层疏松层设于内层密织层的两侧；外层疏松层和内层密织层之间嵌插有若干用于电子交换的导电纤维。本发明提供的用于处理污水的共栖生物载体使得多种微生物能在载体上共栖生长、多种微生物在净化污水时能产生协同效应，利用短程硝化反硝化来更好地脱去污水中的总氮，脱氮率高，总氮的去除效果佳，且无需设置污泥回流系统，极大地减小了占地面积。

Description

一种用于处理污水的共栖生物载体

技术领域

本发明涉及污水处理领域，特别涉及一种用于处理污水的共栖生物载体。

背景技术

随着人们的环境保护意识的日益增强，提高污水处理的排放标准是必然的趋势。现有技术中，生物膜法由于具有操作简便、处理成本低、处理效率高等突出的优势，当前已成为主要的污水处理技术。

现有的生物膜法处理污水时，生物膜载体主要包括流动载体、弹性载体以及刚性载体。

采用流动载体的生物膜载体如公告号为CN106219731B的中国专利公开了一种MBBR磁性悬浮生物填料及其制备方法，其流动载体是通过在有机类基体材料中添加磁性硅藻土及填充剂、抗老化剂、增溶剂、稳定剂、活化剂、颜料组成的，属于传统悬浮材料的表面改性，但是在实际使用过程中，这些悬浮载体自由地悬浮在水流中，会随着水流自由流动，在流动过程中载体和载体之间容易发生碰撞和磨损，造成处理能力的下降和二次污染；且由于悬浮载体上的微生物会随着水流不断流动，因此微生物无法获得一个相对稳定的生存环境，所以微生物生长和净化的效率无法保证，从而产生大量的剩余活性污泥；另外，流动载体在流动的过程中会发生相互撞击，这不仅会导致附着在载体上的生物膜的脱落，进而影响生物膜的生长和净化效果，而且还会导致载体本身因为撞击而破碎，影响污水的处理效果、对污水造成二次污染。

采用弹性载体的生物膜载体如公开号为CN102126782A的中国专利公开的一种生物接触填料用的悬挂绳，它是由中心拉力绳（支架）与外侧纤维吊环（挂钩）构成的一个个带吊环的悬挂绳。该发明在实际使用过程中，需要根据生化池的形状，将数量庞大的悬挂绳弹性载体固定在生化池中。在长期处理污水时，由于绳子本身承受的张力比较大，容易出现断裂，再次更换成本高，操作复杂。

采用刚性载体的生物膜载体如公告号为CN104787874B的中国专利公开的一种交叉流蜂格微生物载体填料，这种载体包括多个刚性膜片主体和多个插接套杆，多个膜片主体叠层设置，相邻的膜片主体相对设置形成微生物载体填料，插接套杆起到固定作用。这种刚性的膜片无法让水流从中间穿过，在使用中需要承受大的水力冲击，特别是在生化池进水初期，由于膜片一边有水流，另外一边还没有水流，导致两边的压力不平衡，容易使载体破碎。在使用中，由于水流无法穿过刚性膜片，微生物在膜片边缘的部分比较容易获利食物，中间的部分由于无法传质，得不到充足的食物，载体的整体利用效率不高。

因此，市场上亟需一种能够克服流动载体、弹性载体以及刚性载体的缺点的新的生物膜载体。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于处理污水的共栖生物载体。

一种用于处理污水的共栖生物载体，所述共栖生物载体包括载体部，所述载体部包括连接部，所述连接部包括相对设置的两个连接条，所述连接条上固定有若干外层疏松层和内层密织层；

所述外层疏松层和内层密织层的两端分别固定在两个连接条上，所述内层密织层相对的两侧均设有外层疏松层；

所述外层疏松层和内层密织层之间嵌插有若干用于电子交换的导电纤维。

具体的，载体部形成了外层疏松层-内层密织层-外层疏松层的三层夹层载体，由于外层疏松层和内层密织层均具有一定的厚度，且外层疏松层设于内层密织层的两侧，因此，外层疏松层基本能实现与氧气的充分接触，内层密织层则是越靠近内部与氧气的接触处越不充分，故而，在整个载体部上，外层疏松层和内层密织层上能与氧气充分接触的地方适于好氧微生物的生长，内层密织层最内部适于厌氧微生物的生长，厌氧微生物的生长场所与好氧微生物的生长场所之间为适于缺氧微生物的生长场所；即，此种夹层载体使得好氧微生物、缺氧微生物和厌氧微生物能在载体部上协同共生，即厌氧微生物的代谢产物被缺氧微生物利用，缺氧微生物的产物被好氧微生物利用，从而使不同类型的微生物能够生长在同一区域环境中同时对污水进行净化，由于不同类型的微生物能够在载体部上共栖生存、协同净化污水中的污染物。

外层疏松层上的微生物进行生物降解有机物时会产生电子，内层密织层上的微生物进行生物降解有机物时亦会产生电子，在不导电的外层疏松层和内层密织层之间插入若干导电纤维使得外层疏松层上的电子与内层密织层上的电子能进行交换，进而产生微生物燃料电池效应，实现在提高COD处理率的同时，还能提高总氮的去除效率，即同步实现了除碳脱氮，因此在处理过程中无需增加额外的碳源。

优选的，所述共栖生物载体还包括用于固定载体部形态的支撑框架，所述支撑框架上设有与连接条、导电纤维连接固定的刚性导电层。

具体的，支撑框架通常选择为方形，载体部设于方形的支撑框架内使得柔性的载体部被固定为方形，方便装配；此外，刚性导电层能够提高外层疏松层与内层密织层之间的电子交换的速率，进一步提高污水净化的速率。

优选的，还包括用于将带有载体部的支撑框架可拆卸固定在使用场所的导轨支架，所述导轨支架上设有用于安装的安装孔。

具体的，通常共栖生物载体需放置于污水反应池中对污水进行处理，因此支撑框架与导轨支架采用插接等可拆卸连接方式连接，利用安装孔将导轨支架固定在污水反应池中即可。

优选的，所述连接部、外层疏松层和内层密织层均由不导电的聚合物纤维制成。

具体的，连接部、外层疏松层和内层密织层均采用不导电的材料制成，能有效保证游离的电子大多数均能沿着导电纤维的方向进行电子的交换。

优选的，所述的外层疏松层由直径为10μm~60μm的聚合物纤维经纬编织而成；且外层疏松层的纬编织密度为：0根纱线/5cm~50根纱线/5cm，经编织物密度为：60根纱线/5cm~150根纱线/5cm；

编织成的外层疏松层的厚度为0.2cm-0.7cm；

所述的内层密织层由直径为30μm~120μm的聚合物纤维经纬编制而成；且内层密织层的纬编织密度为0根纱线/5cm~150根纱线/5cm，经编织物密度为：250根纱线/5cm~600根纱线/5cm；

编织成的内层密织层的厚度为1.2cm-10cm；

具体的，对外层疏松层和内层密织层进行经纬编织时，经线的两端分别固定在两个连接条上，因此对于外层疏松层和内层密织层而言，可以没有纬线但一定要有经线；外层疏松层、内层密织层的此种直径条件和编织密度下，微生物容易附着在纤维上，即微生物获得了一个相对稳定的生存环境，且生长有微生物的载体部会形成一个相对稳定的形状，能够更好的对污水进行净化。

优选的，所述的导电纤维的直径为：20μm~80μm；所述导电纤维采用以下任意一种材料制成：碳纤维、活性碳纤维、参杂纳米导电颗粒的聚合物纤维。

具体的，导电纤维会穿过外层疏松层和内层密织层，因此微生物存在生长在导电纤维上的可能性，而直径为：20μm~80μm的碳纤维、活性炭纤维和掺杂纳米导电颗粒的聚合物纤维适于微生物的生长。

优选的，所述导电纤维的重量为外层疏松层和内层密织层总重量的1%~5%；载体部的密度为0.25 kg/ m²~0.95 kg/ m²；载体部的有效比表面积为120 m²/m³~400 m²/m³。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

（1）载体部依照外层疏松层-内层密织层-外层疏松层的结构形成三层的夹层载体，此种载体结构下，好氧微生物、缺氧微生物、厌氧微生物能在载体上共栖生长、多种微生物在净化污水时能产生协同效应，利用短程硝化反硝化来更好地脱去污水中的总氮，脱氮率高，总氮的去除效果佳，从而达到了更好的污水处理效果。

（2）多种微生物共栖生长在载体部上，形成完善的食物链，在使用时无需添加化学药剂，使用后也不产生剩余活性污泥积累，因此无需额外设置污泥回流系统，极大的缩短工艺流程，减小占地面积。

（3）设置支撑框架的结构，使柔性的载体部带有刚性的支撑框架，从而形成插片式结构，与安装在污水池中的导轨支架配合，即可完成安装；此种结构安装方便、拆卸简单、易于实现标准化作业。

附图说明

图1为本发明提供的用于处理污水的共栖生物载体的装配示意图；

图2为本发明提供的用于处理污水的共栖生物载体的载体部与连接部的装配示意图；

图3为本发明提供的用于处理污水的共栖生物载体的剖视图；

图4为本发明提供的用于处理污水的共栖生物载体的导轨支架的立体图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明做进一步说明。

如图1-4所示，用于处理污水的共栖生物载体，所述共栖生物载体包括载体部，所述载体部包括连接部，所述连接部包括相对设置的两个连接条10，所述连接条10上固定有若干外层疏松层20和内层密织层30；

所述外层疏松层20和内层密织层30的两端分别固定在两个连接条10上，所述内层密织层30相对的两侧均设有外层疏松层20；

所述外层疏松层20和内层密织层30之间嵌插有若干用于电子交换的导电纤维40；

载体部形成了外层疏松层20-内层密织层30-外层疏松层20的三层夹层载体，由于外层疏松层20和内层密织层30均具有一定的厚度，且外层疏松层20设于内层密织层30的两侧，因此，外层疏松层20基本能实现与氧气的充分接触，内层密织层30则是越靠近内部与氧气的接触处越不充分，故而，在整个载体部上，外层疏松层20和内层密织层30上能与氧气充分接触的地方适于好氧微生物的生长，内层密织层30最内部适于厌氧微生物的生长，厌氧微生物的生长场所与好氧微生物的生长场所之间为适于缺氧微生物的生长场所；即，此种夹层载体使得好氧微生物、缺氧微生物和厌氧微生物能在载体部上协同共生，即厌氧微生物的代谢产物被缺氧微生物利用，缺氧微生物的产物被好氧微生物利用，从而使不同类型的微生物能够生长在同一区域环境中同时对污水进行净化，由于不同类型的微生物能够在载体部上共栖生存、协同净化污水中的污染物。

外层疏松层20上的微生物进行生物降解有机物时会产生电子，内层密织层30上的微生物进行生物降解有机物时亦会产生电子，在不导电的外层疏松层20和内层密织层30之间插入若干导电纤维使得外层疏松层20上的电子与内层密织层30上的电子能进行交换，进而产生微生物燃料电池效应，实现在提高COD处理率的同时，还能提高总氮的去除效率，即同步实现了除碳脱氮，因此在处理过程中无需增加额外的碳源。

还包括用于固定载体部形态的支撑框架50，所述支撑框架50上设有与连接条10、导电纤维40连接固定的刚性导电层51。

还包括用于将带有载体部的支撑框架50可拆卸固定在使用场所的导轨支架60，所述导轨支架60上设有用于安装的安装孔61。

所述的外层疏松层20由直径为10μm~60μm的聚合物纤维经纬编织而成；且外层疏松层20的纬编织密度为：0根纱线/5cm~50根纱线/5cm，经编织物密度为：60根纱线/5cm~150根纱线/5cm；

编织成的外层疏松层20的厚度为0.2cm-0.7cm。

所述的内层密织层30由直径为30μm~120μm的聚合物纤维经纬编制而成；且内层密织层30的纬编织密度为0根纱线/5cm~150根纱线/5cm，经编织物密度为：250根纱线/5cm~600根纱线/5cm；

编织成的内层密织层30的厚度为1.2cm-10cm。

所述导电纤维40采用以下任意一种材料制成：碳纤维、活性碳纤维、参杂纳米导电颗粒的聚合物纤维。

所述导电纤维40的重量为外层疏松层20和内层密织层30总重量的1%~5%。

所述的导电纤维40的直径为：20μm~80μm。

以下为用于处理污水的共栖生物载体的具体的实施例。

实施例1

本实施例的用于处理污水的共栖生物载体用于门宽为1.6m，池深为4.5m的污水池。

载体部的一侧外层疏松层20采用直径为15μm聚丙烯纤维通过针织机编织成单面针织物，其中纬编织物密度为：20根纱线/5cm，经编织物密度为：100根纱线/5cm，在本层的纬编织物中嵌插直径为15 μm的碳纤维，添加量为本层织物总重量的2%；编织完成后，此侧外层疏松层20的厚度为0.3cm。

内层密织层30采用直径为45μm聚酰胺纤维通过针织机编织成双面针织物，其中纬编织物密度为：90根纱线/5cm，经编织物密度为：350根纱线/5cm，在本层的纬编织物中嵌插直径为15 μm的碳纤维，添加量为本层织物总重量的2%；编织完成后，内层密织层30的厚度为4.5cm。

另外一侧的外层疏松层20采用直径为15μm聚丙烯纤维通过针织机编织成单面针织物，其中纬编织物密度为：20根纱线/5cm，经编织物密度为：100根纱线/5cm，在本层的纬编织物中嵌插直径为15 μm的碳纤维，添加量为本层织物总重量的2%；编织完成后，此侧外层疏松层20的厚度为0.3cm。

通过连接部的连接条10把上述三层织物编织成门幅为1.5 m，高度为1 m的柔性的载体部。

再通过由玻璃钢制成的支撑框架50将其固定，刚性导电层51采用不锈钢制成，导轨支架60上的安装孔61为孔径Φ=20 mm的圆孔。

应用上述生物载体处理村镇生活废水，原水的主要指标为：COD≤500 mg/L，NH₃-N≤30 mg/L，SS≤150 mg/L。污水在生化反应器单元水力停留时间为：12 h，生化反应器出水的主要指标为：COD≤30 mg/L，NH₃-N≤0.2 mg/L，SS≤5 mg/L，BOD≤5 mg/L，达到《地表水环境质量标准》GB3838-2002 表 1中准四类水水质标准。

实施例2

本实施例的用于处理污水的共栖生物载体用于门宽为2.1m，池深为6.2m的污水池。

载体部的一侧外层疏松层20采用直径为35μm芳纶纤维通过针织机编织成单面针织物，其中纬编织物密度为：40根纱线/5cm，经编织物密度为：120根纱线/5cm，在本层的纬编织物中嵌插直径为55 μm的活性碳纤维，添加量为本层织物总重量的3.5%；编织完成后，此侧外层疏松层20的厚度为0.5cm。

内层密织层30采用直径为60μm聚丙烯腈纤维通过针织机编织成双面针织物，其中纬编织物密度为：120根纱线/5cm，经编织物密度为：450根纱线/5cm，在本层的纬编织物中嵌插直径为55 μm的活性碳纤维，添加量为本层织物总重量的3.5%；编织完成后，内层密织层30的厚度为7.0cm。

另外一侧的外层疏松层20采用直径为35μm芳纶纤维通过针织机编织成单面针织物，其中纬编织物密度为：40根纱线/5cm，经编织物密度为：120根纱线/5cm，在本层的纬编织物中嵌插直径为55 μm的活性碳纤维，添加量为本层织物总重量的3.5%；编织完成后，此侧外层疏松层20的厚度为0.5cm。

通过连接部的连接条10把上述三层织物编织成门幅为2.0 m，高度为1.2 m的柔性载体。

再通过由PVC材料制成的支撑框架50将其固定，刚性导电层51采用铜箔制成，导轨支架60上的安装孔61为孔径Φ=30 mm的圆孔。

应用上述生物载体处理印染废水，原水的主要指标为：COD≤2000 mg/L，NH₃-N≤120 mg/L，SS≤1500 mg/L，电导率≤5000 μs/cm，pH值9. 5～11.0，色度≤1000倍。生化反应时间为30 h，生化反应处理后的出水的主要指标为：COD≤100 mg/L，NH₃-N≤0.2 mg/L，SS≤65 mg/L，电导率≤5000 μs/cm，pH值7.2～8.5，色度≤60倍。即，经过处理的印染废水，最终出水可以达到间接排放标准。

实施例3

本实施例的用于处理污水的共栖生物载体用于门宽为3.1m，池深为6.5m的污水池。

载体部的一侧外层疏松层20采用直径为50μm聚乙烯醇纤维通过针织机编织成单面针织物，其中纬编织物密度为：15根纱线/5cm，经编织物密度为：80根纱线/5cm，在本层的纬编织物中嵌插直径为60 μm的参杂碳纳米管的尼龙纤维，添加量为本层织物总重量的4.5%；编织完成后，此侧外层疏松层20的厚度为0.6cm。

内层密织层30采用直径为100μm聚丙烯腈纤维通过针织机编织成双面针织物，其中纬编织物密度为：60根纱线/5cm，经编织物密度为：300根纱线/5cm，在本层的纬编织物中嵌插直径为60μm的参杂碳纳米管的尼龙纤维，添加量为本层织物总重量的4.5%；编织完成后，内层密织层30的厚度为3.8cm。

另外一侧的外层疏松层20采用直径为50μm聚乙烯醇纤维通过针织机编织成单面针织物，其中纬编织物密度为：15根纱线/5cm，经编织物密度为：80根纱线/5cm，在本层的纬编织物中嵌插直径为60 μm的参杂碳纳米管的尼龙纤维，添加量为本层织物总重量的4.5%；编织完成后，此侧外层疏松层20的厚度为0.6cm。

通过连接部的连接条10把上述三层织物编织成门幅为3.0 m，高度为0.5 m的柔性的载体部。

再通过由UPVC材料制成的支撑框架将其固定，刚性导电层51用铝箔制成，导轨支架60上的安装孔61为孔径Φ=40 mm的圆孔。

应用上述生物载体处理食品酿造废水，原水的主要指标为：COD≤20000 mg/L，NH₃-N≤1200 mg/L，SS≤500 mg/L， pH值5.8～6.5，色度≤700倍。生化反应处理时间为20h，生化反应处理后出水的主要指标为：COD≤60 mg/L，NH₃-N≤0.5 mg/L，SS≤20 mg/L，pH值6.5～7.8，色度≤50倍。即，通过处理食品厂产生的高浓度有机废水，最终出水可以达到间接排放标准。

Claims

1.一种用于处理污水的共栖生物载体，所述共栖生物载体包括载体部，所述载体部包括连接部，所述连接部包括相对设置的两个连接条，其特征在于，所述连接条上固定有若干外层疏松层和内层密织层；

2.根据权利要求1所述的用于处理污水的共栖生物载体，其特征在于，所述共栖生物载体还包括用于固定载体部形态的支撑框架，所述支撑框架上设有与连接条、导电纤维连接固定的刚性导电层。

3.根据权利要求2所述的用于处理污水的共栖生物载体，其特征在于，还包括用于将带有载体部的支撑框架可拆卸固定在使用场所的导轨支架，所述导轨支架上设有用于安装的安装孔。

4.根据权利要求1所述的用于处理污水的共栖生物载体，其特征在于，所述连接部、外层疏松层和内层密织层均由不导电的聚合物纤维制成。

5.根据权利要求4所述的用于处理污水的共栖生物载体，其特征在于，所述的外层疏松层由直径为10μm-60μm的聚合物纤维经纬编织而成；且外层疏松层的纬编织密度为：0根纱线/5cm-50根纱线/5cm，经编织物密度为：60根纱线/5cm-150根纱线/5cm；

编织成的外层疏松层的厚度为0.2cm-0.7cm。

6.根据权利要求4所述的用于处理污水的共栖生物载体，其特征在于，所述的内层密织层由直径为30μm-120μm的聚合物纤维经纬编制而成；且内层密织层的纬编织密度为0根纱线/5cm-150根纱线/5cm，经编织物密度为：250根纱线/5cm-600根纱线/5cm；

编织成的内层密织层的厚度为1.2cm-10cm。

7.根据权利要求1所述的用于处理污水的共栖生物载体，其特征在于，所述导电纤维采用以下任意一种材料制成：碳纤维、活性碳纤维、参杂纳米导电颗粒的聚合物纤维。

8.根据权利要求1所述的用于处理污水的共栖生物载体，其特征在于，所述导电纤维的重量为外层疏松层和内层密织层总重量的1%-5%。

9.根据权利要求1所述的用于处理污水的共栖生物载体，其特征在于，所述的导电纤维的直径为：20μm-80μm。