CN115571975A - 填料及水处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种填料及水处理装置，填料包括支撑框和多根丝状单体，多根丝状单体设置在支撑框内以形成丝网结构，丝网结构具有多个过水间隙；丝状菌能够悬挂在丝状单体上，且丝状菌能够伸出至丝状单体外以形成载体，载体用于供不同于丝状菌的微生物的附着生长，丝状菌和微生物共同构成纤维状的生物膜，微生物用于对待处理的水体进行生化处理。即本申请的填料以丝状单体作为锚点来悬挂丝状菌，丝状菌被保留并向丝状单体的外部不断扩张形成供微生物附着生长的载体，这样不需要通过增加填料自身的表面积来促进微生物的附着生长，从而可以大幅度地降低填料的投加量，进而能够为微生物的生长提供更大的生长空间同时节约填料的制造成本。

Description

填料及水处理装置

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，特别涉及一种填料及水处理装置。

背景技术

生物接触氧化法(即生物膜法)是目前污水处理的常用方法之一，该方法通过在反应池内设置生物填料，经曝气充氧的污染原水以一定的流速流经填料，通过填料上吸附的生物膜的吸附絮凝、氧化分解作用使水中的污染物得以去除。传统的生物膜法为了加强生物膜的形成，通过增加填料自身的表面积来促进微生物的附着生长，如此设置，将会占用微生物的生长空间同时还会增加填料的制造成本。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够为微生物的生长提供更大的生长空间、且成本低的填料及水处理装置。

一种填料，包括：

支撑框；以及

多根丝状单体，设置在所述支撑框内以形成丝网结构，所述丝网结构具有多个供待处理的水体流经的过水间隙；丝状菌能够悬挂在所述丝状单体上，且所述丝状菌能够伸出至所述丝状单体外以形成载体，所述载体用于供不同于所述丝状菌的微生物的附着生长，所述丝状菌和所述微生物共同构成纤维状的生物膜，所述微生物用于对待处理的所述水体进行生化处理。

在其中一个实施例中，多根所述丝状单体平行间隔设置于支撑框内以形成丝网结构；或者，多根所述丝状单体交错设置于支撑框内以形成丝网结构。

在其中一个实施例中，所述填料的形状为圆形、棱形、长方形、正方形以及三角形中的任意一种。

在其中一个实施例中，所述丝状单体的直径<1mm。

在其中一个实施例中，所述过水间隙的尺寸为0.5～5cm。

在其中一个实施例中，所述丝状单体由高分子材料或金属材料制成。

一种水处理装置，包括：上述填料。

在其中一个实施例中，所述填料包括多层，多层所述填料共同构成填料组件，多层所述填料分体设置或一体设置。

在其中一个实施例中，所述水处理装置还包括用于收容待处理的所述污水的反应器，所述填料设置于所述反应器内。

在其中一个实施例中，所述填料水平设置于反应器内，或者，所述填料倾斜设置于所述反应器内。

在其中一个实施例中，所述填料包括多层，多层所述填料间隔设置于所述反应器内。

在其中一个实施例中，相邻两层所述填料之间的间距为0.5-5cm。

当将本申请的填料投入待处理的水体中时，由于填料设置有多根丝状单体，丝状菌可以通过缠绕的方式悬挂在丝状单体上，随着丝状菌的逐渐生长，丝状菌能够伸出至丝状单体外以形成载体，不同于丝状菌的微生物能够附着生长在该载体上，丝状菌和微生物共同构成纤维状的生物膜，该微生物能够对待处理的水体进行生化处理，且该微生物相对于载体的逐渐富集可以对水体形成较高的生化处理效率；相比于传统的填料通过增加自身的表面积来促进生物膜的附着形成而言，本申请的填料主要通过采用表面积较小的丝状单体来削弱微生物的附着作用，并使能够悬挂在丝状单体上的丝状菌获得生长繁殖的机会，即本申请的填料以丝状单体作为锚点来悬挂丝状菌，丝状菌被保留并向丝状单体的外部不断扩张形成供微生物附着生长的载体，这样不需要通过增加填料自身的表面积来促进微生物的附着生长，从而可以大幅度地降低填料的投加量，进而能够为微生物的生长提供更大的生长空间同时节约填料的制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为一实施例中的填料的结构示意图；

图2为一实施例中的纤维状的生物膜的形成过程图；

图3为另一实施例中的填料的结构示意图；

图4为另一实施例中的填料的结构示意图；

图5为另一实施例中的填料的结构示意图；

图6为另一实施例中的填料的结构示意图；

图7为一实施例中的填料组件的结构示意图；

图8为另一实施例中的填料组件的结构示意图；

图9为一实施例中的水处理装置的结构示意图；

图10为另一实施例中的水处理装置的结构示意图；

图11为一实施例中的纤维状的生物膜的表观结构图；

图12为一实施例中的填料在应用于水体的生化处理的运行效果图；

图13为一实施例中的填料在应用于水体的生化处理的另一运行效果图。

具体实施方式

下面将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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中的“和/或”包括三个方案，以A和/或B为例，包括A技术方案、B技术方案，以及A和B同时满足的技术方案；另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1及图2所示，本申请提供了一种填料100，该填料100包括支撑框110和多根丝状单体120，多根丝状单体120设置在支撑框110内以形成丝网结构140，丝网结构140具有多个供待处理的水体流经的过水间隙130；丝状菌10能够悬挂在丝状单体120上，且丝状菌10能够伸出至丝状单体120外以形成载体，载体用于供不同于丝状菌10的微生物20的附着生长，丝状菌10和微生物20共同构成纤维状的生物膜，微生物20用于对待处理的水体进行生化处理。

当将本申请的填料100投入待处理的水体中时，由于填料100设置有多根丝状单体120，丝状菌10可以通过缠绕的方式悬挂在丝状单体120上，随着丝状菌10的逐渐生长，丝状菌10能够伸出至丝状单体120外以形成载体，不同于丝状菌10的微生物20能够附着生长在该载体上，丝状菌10和微生物20共同构成纤维状的生物膜，该微生物20能够对待处理的水体进行生化处理，且该微生物20相对于载体的逐渐富集可以对水体形成较高的生化处理效率；相比于传统的填料通过增加自身的表面积来促进生物膜的附着形成而言，本申请的填料100主要通过采用表面积较小的丝状单体120来削弱微生物20的附着作用，并使能够悬挂在丝状单体120上的丝状菌10获得生长繁殖的机会，即本申请的填料100以丝状单体120作为锚点来悬挂丝状菌10，丝状菌10被保留并向丝状单体120的外部不断扩张形成供微生物20附着生长的载体，这样不需要通过增加填料100自身的表面积来促进微生物20的附着生长，从而可以大幅度地降低填料100的投加量，进而能够为微生物20的生长提供更大的生长空间同时节约填料100的制造成本。

如图2所示，具体地，纤维状的生物膜的形成过程具体如下：

初始时，丝状菌10和微生物20相互缠绕在一起，随着丝状菌10的大量生长，丝状菌10逐渐缠绕并悬挂在丝状单体120上并向丝状单体120的外部不断扩张以形成载体，微生物20能够附着生长在该载体上，同时丝状菌10逐渐占据丝状单体120的表面，丝状菌10继续生长并向丝状单体120的外部不断扩张，扩张的丝状菌10相互缠绕，微生物20持续附着生长在该载体上并逐渐富集，最终丝状菌10和微生物20共同形成纤维状的生物膜。

此外，生物膜法不需要污泥回流，因而不需要经常调整污泥量和污泥排除量，易于维护管理。传统的活性污泥法普遍存在污泥膨胀问题，对水处理效果影响很大，甚至使水处理工艺遭到破坏。而生物膜法由于微生物20固着生长，故无此问题。丝状菌10的大量繁殖，可导致活性污泥膨胀，但另一方面，丝状菌10又具有相当强的氧化能力，生物膜法则可充分利用丝状菌10的长处而克服其缺陷。

在一实施例中，微生物20包括硝化菌、反硝化菌及聚磷菌中的至少一种，硝化菌用于在好氧条件下对水体进行硝化处理，以去除水体中的有机物并将水体中的氨氮转化为硝态氮和/或亚硝态氮；反硝化菌用于在厌氧条件下对水体进行反硝化处理，以将水体中的硝态氮和/或亚硝态氮转化为氮气；聚磷菌用于对水体进行除磷处理。

如图1及图3-图6所示，在一实施例中，填料100的形状为圆形、棱形、长方形、正方形以及三角形中的任意一种。可以理解，填料100还可以设置为其他不规则的形状，填料100的具体形状可根据填料100的应用环境和水处理要求进行合理调整。

具体地，丝状单体120可以为实心结构，也可以为中空结构，只要能够保证在丝状菌10生长繁殖的过程中能够为其提供悬挂作用即可。

如图1所示，在一实施例中，多根丝状单体120平行间隔设置于支撑框110内以形成丝网结构140。相对于传统的填料而言，分散平行的丝状单体120具有更好地传质作用，有利于提高微生物20对水体的生化处理效率。具体地，多根丝状单体120均匀平行间隔设置于支撑框110内以形成丝网结构140，支撑框110与临近支撑框110的丝状单体120之间以及相邻的两个丝状单体120之间均形成有过水间隙130。如图6所示，在一些其他实施例中，多根丝状单体120交错设置于支撑框110内以形成丝网结构140，支撑框110与临近支撑框110的丝状单体120之间以及相邻的至少两个丝状单体120之间均形成有过水间隙130。

在一实施例中，丝状单体120的直径<1mm。传统的填料100通过增加自身的表面积来增强微生物20的附着作用，本申请通过将丝状单体120的直径设置为小于1mm，主要目的是为了弱化微生物20的附着作用，以提高丝状菌10在丝状单体120上的悬挂作用，从而以使得悬挂在丝状单体120上的丝状菌10能够更好地为微生物20的生长和分化提供承载作用。

在一实施例中，过水间隙130的尺寸为0.5～5cm。当过水间隙130的尺寸过小，水体中的污染物容易造成过水间隙130的堵塞，当过水间隙130的尺寸过大，水体因相对过水间隙130的流速过快导致水体与微生物20的接触时间过短而得不到有效的生化处理，因此，通过将过水间隙130的尺寸设置为0.5～5cm，从而一方面能够避免过水间隙130发生堵塞，同时还可保证水体与微生物20具有充足的接触时间。

在一实施例中，丝状单体120由高分子材料或金属材料制成。具体地，丝状单体120可以由聚丙烯、聚氯乙烯或聚苯乙烯材料制成，高分子材料具有廉价、易获得、易加工、稳定性强、质量轻、且坚固不易锈蚀等特点，从丝状单体120的制造成本和工艺技术来看，高分子材料更利于实现丝状单体120的工业化应用。

支撑框110主要用于为丝状单体120提供支撑作用，支撑框110的材料可以为塑料材质或金属材质。在一实施例中，丝状单体120与支撑框110可通过绑扎、缠绕、粘贴或打孔串联的方式固定连接。具体地，丝状单体120通过直接绑扎或者绑扎带绑扎固定在支撑框110上；在一些实施例中，可通过在支撑框110的侧壁上设置固定孔，然后将丝状单体120固定在固定孔内。

本申请还提供了一种水处理装置，该水处理装置包括上述填料100。在一实施例中，填料100可水平布置或倾斜布置。在一实施例中，填料100的倾斜角度为锐角，即填料100的倾斜角度的范围为0～90度之间。

需要指出的是，由于重力的作用，因此相比倾斜布置的填料100而言，水平布置的填料100可以使更多的微生物20附着在填料100上。

如图7及图8所示，在一实施例中，填料100包括多层，多层填料100共同构成填料组件101，多层填料100分体设置或一体设置。具体地，一体设置的多层网填料100可以通过各层填料100的支撑框110之间采用机械堆积方式进行连接；可以理解，在一些实施例中，一体设置的多层网填料100还可以通过穿过各层填料100的支撑框110的连接杆102实现一体式连接，连接杆102的数量可以为多个，多个连接杆102相对于各层填料100间隔排布。

具体地，多层填料100从上至下依次设置。不同层的填料100之间相互独立；不同层的填料100的结构可以相同，也可以不同；进一步地，不同层的填料100的布置方式可以相同，也可以不同，例如各层填料100均水平布置或倾斜布置，或者各层填料100的倾斜角度可以保持一直或各不相同，具体设置方式可以根据实际情况进行合理选择。

在一实施例中，多层填料100相互间隔设置。进一步地，多层填料100平行间隔设置，相邻两层填料100之间的间距为0.5-5cm。当该间距过小，水体中的污染物容易造成该间隙的堵塞，当该间距过大，水体因相对该间隙的流速过快导致水体与微生物20的接触时间过短而得不到有效的生化处理，因此，通过将该间距设置为0.5-5cm，从而一方面能够避免该间隙发生堵塞，同时还可保证水体与微生物20具有充足的接触时间。

如图9及图10所示，在一实施例中，水处理装置还包括用于收容待处理的污水的反应器200，填料100设置于反应器200内。具体地，填料100可水平设置于反应器200内，或者填料100可倾斜设置于反应器200内。多层填料100间隔设置于反应器200内，多层填料100从上至下依次间隔设置于反应器200内。

需要注意的是，反应器200可采用连续流式反应器或间歇式反应器。反应器200的形状可以为长方体或圆柱体，反应器200的形状也可以设置成其他不规则的形状，反应器200的具体形状可根据实际情况进行合理调整。

如图9及图10所示，进一步地，反应器200的侧壁上设置有进水口210和出水口220，进水口210用于供待处理的水体流入反应器200，出水口220用于供处理后的水体流出反应器200。

在一实施例中，进水口210可设置在反应器200的顶部，出水口220可设置在反应器200的底部，即反应器200采用上进下出的方式，在一些其他实施例中，进水口210可设置在反应器200的底部，出水口220可设置在反应器200的顶部，即反应器200采用下进上出的方式。进一步地，进水口210的进水方式可以采用水平、倾斜或垂直。

在一实施例中，水处理装置还包括曝气单元300，曝气单元300设置于反应器200内，并位于填料100的下方，曝气单元300用于向反应器200内的水体中充入氧气，以实现对水体的充氧曝气，从而以满足好氧型微生物20的生长环境的实际需求。曝气单元300可以为风机供气系统、曝气管输气系统及曝气盘输气系统中的任意一种。

曝气单元300可以曝气，也可以不曝气，还可以曝气与不曝气交替运行，在曝气单元300曝气与不曝气的条件下丝状单体120形成的载体上附着生长的微生物20的类型不同，但是水体的净化处理都依赖于该载体上附着生长的微生物20的生化处理，在曝气条件下，载体上附着生长的微生物20为好氧型微生物20硝化菌，该硝化菌主要用于在好氧条件下对水体进行硝化处理，以去除水体中的有机物和氨氮，在非曝气条件下，载体上附着生长的微生物20为厌氧型微生物20反硝化菌，该反硝化菌主要用于在厌氧条件下对水体进行反硝化处理，以去除水体中的硝态氮和/或亚硝态氮。

本申请还提供了一种水处理方法，该水处理方法包括：

步骤S1，向待处理的水体中投加上述填料100。

步骤S2，使载体上附着生长的微生物20对待处理的水体进行生化处理。

当将本申请的填料100投入待处理的水体中时，由于填料100设置有多根丝状单体120，丝状菌10可以通过缠绕的方式悬挂在丝状单体120上，随着丝状菌10的逐渐生长，丝状菌10能够伸出至丝状单体120外以形成载体，不同于丝状菌10的微生物20能够附着生长在该载体上，丝状菌10和微生物20共同构成纤维状的生物膜，该微生物20能够对待处理的水体进行生化处理，且该微生物20相对于载体的逐渐富集可以对水体形成较高的生化处理效率；相比于传统的填料通过增加自身的表面积来促进生物膜的附着形成而言，本申请的填料100主要通过采用表面积较小的丝状单体120来削弱微生物20的附着作用，并使能够悬挂在丝状单体120上的丝状菌10获得生长繁殖的机会，即本申请的填料100以丝状单体120作为锚点来悬挂丝状菌10，丝状菌10被保留并向丝状单体120的外部不断扩张形成供微生物20附着生长的载体，这样不需要通过增加填料100自身的表面积来促进微生物20的附着生长，从而可以大幅度地降低填料100的投加量，进而能够为微生物20的生长提供更大的生长空间同时节约填料100的制造成本。

如图9所示，在一实施例中，填料100包括多层，多层填料100从上至下间隔设置于反应器200内，反应器200的侧壁上设置有进水口210和出水口220，反应器200内还设置有曝气单元300，曝气单元300位于填料100的下方，反应器200采用连续流的方式进行运行，在反应器200运行期间，曝气单元300持续向反应器200内的水体中进行充氧曝气。

待处理的水体的进水指标如下：水体中的氨氮的浓度为45mg/L，有机物(COD)的浓度为300mgL，磷(P)的浓度为5mg/L；反应器200的曝气强度为1L/min,水力停留时间(HRT)为1h。

在反应器200运行第8天，纤维状的生物膜(包括丝状菌10以及附着生长在丝状菌10形成的载体上的微生物20)在填料100的丝状单体120上形成，并开始发挥作用。纤维状的生物膜的表观结构如图11所示，纤维状的生物膜具有更高的氨氮去除性能，如图12所示，在反应器200运行20天后，反应器200的出水口220的出水中氨氮的浓度低于10mg/L，纤维状的生物膜的总氮去除性能如图13所示，明显可以看出，纤维状的生物膜具备较高的总氮去除的能力。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种填料，其特征在于，包括：

支撑框；以及

多根丝状单体，设置在所述支撑框内以形成丝网结构，所述丝网结构具有多个供待处理的水体流经的过水间隙；丝状菌能够悬挂在所述丝状单体上，且所述丝状菌能够伸出至所述丝状单体外以形成载体，所述载体用于供不同于所述丝状菌的微生物的附着生长，所述丝状菌和所述微生物共同构成纤维状的生物膜，所述微生物用于对待处理的所述水体进行生化处理。

2.根据权利要求1所述的填料，其特征在于，多根所述丝状单体平行间隔设置于支撑框内以形成丝网结构；或者，多根所述丝状单体交错设置于支撑框内以形成丝网结构。

3.根据权利要求1所述的填料，其特征在于，所述填料的形状为圆形、棱形、长方形、正方形以及三角形中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的填料，其特征在于，所述丝状单体的直径<1mm。

5.根据权利要求1所述的填料，其特征在于，所述过水间隙的尺寸为0.5～5cm。

6.根据权利要求1所述的填料，其特征在于，所述丝状单体由高分子材料或金属材料制成。

7.一种水处理装置，其特征在于，包括：权利要求1至6中任意一项所述的填料。

8.根据权利要求7所述的水处理装置，其特征在于，所述填料包括多层，多层所述填料共同构成填料组件，多层所述填料分体设置或一体设置。

9.根据权利要求7所述的水处理装置，其特征在于，所述水处理装置还包括用于收容待处理的所述污水的反应器，所述填料设置于所述反应器内。

10.根据权利要求9所述的水处理装置，其特征在于，所述填料水平设置于反应器内，或者，所述填料倾斜设置于所述反应器内。

11.根据权利要求9所述的水处理装置，其特征在于，所述填料包括多层，多层所述填料间隔设置于所述反应器内。

12.根据权利要求11所述的水处理装置，其特征在于，相邻两层所述填料之间的间距为0.5-5cm。

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