CN116002820B - 金属纤维微电解材料及制备方法和基于该材料的处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属纤维微电解材料及制备方法和基于该材料的处理系统，包括多孔载体，多孔载体内含有碳和铁纤维，多孔载体内部孔设置为菌种培育微环境部，菌种培育微环境部的孔内填有微生物菌种和菌种培养基，多孔载体表面上设有菌种缓释层，铁纤维直径为50‑500微米、长度为1‑15毫米，本发明还采用上述金属纤维微电解材料配置黑臭水处理系统。本发明多孔载体可实现微电解系统，多孔载体孔内含有的微生物菌种和菌种培养基实现微生物处理系统，两者结合成一体，降低了系统布置操作的繁琐；且微生物菌种和菌种培养基缓慢释放，为微生物生长繁殖提供长期稳定的养料，利于黑臭水净化处理的稳定。

Description

金属纤维微电解材料及制备方法和基于该材料的处理系统

技术领域

本发明涉及污水处理技术，尤其涉及一种金属纤维微电解材料及制备方法和基于该材料的处理系统。

背景技术

随着经济的发展和人口增加，生活污水及工业污水排放量日益增大，并且由于居民大量使用洗洁精、含磷洗衣粉等用品导致生活污水中磷的比例偏高，工业污水成分复杂，许多河流已经被这些生活污水及工业污水污染形成气味难闻的黑臭水，这些黑臭水中含有大量的污染物、有害菌、氨氮等有机物和磷化物，如不及时处理就会破坏生态系统，导致水环境恶化，带来经济损失。目前对于黑臭水的处理技术多种多样，其中采用铁碳微电解技术和微生物处理技术是常见的两种处理方式。铁碳微电解技术主要是利用铁碳微电解材料在黑臭水中铁碳产生的电位差进行电解反应产生铁离子和氢原子，铁离子进入黑臭水与带微弱电荷的微粒异性相吸,形成絮凝物而去除，对于黑臭水中存在的大颗粒有机物有极强的去除效果；而微生物处理技术是利用微生物菌如厌氧菌、缺氧菌和好氧菌等微生物把水中的有机物变成简单的无机物和无害物质，净化黑臭水。

专利申请CN114890496A公开了一种物化-生化耦合水净化材料及其制备方法，其中铁碳微电解颗粒的制备原料为高纯铁粉、活性炭粉、粘合剂、铜粉和金属催化剂，其制备方法是将高纯铁粉、活性炭粉、粘合剂、铜粉、金属催化剂混合均匀后制成颗粒，将颗粒晾干放入耐火罐在高温炉的低温区干燥、在高温区烧制而成。但是上述专利申请中采用铁粉与碳粉烧制成的铁碳微电解材料一般强度较差易破碎，铁碳微电解颗粒的孔隙率较小。

同时由于河流等处黑臭水因生活污水的排入导致水中磷比例偏高，使得黑臭水中碳氮磷比例非常不适宜于微生物的生长繁殖，微生物的生长繁殖受到极大影响而得不到顺利的生长繁殖，影响对黑臭水的处理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种金属纤维微电解材料，该材料使微电解系统和微生物系统结合在一起使用，强度好，孔隙率大，并可改善黑臭水中微生物菌种的生长环境，便于微生物菌种顺利的生长繁殖；同时本发明还提供了金属纤维微电解材料的制备方法和基于该材料的处理系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：金属纤维微电解材料，包括多孔载体，所述多孔载体内分布有碳和铁纤维，所述多孔载体内的孔设置为菌种培育微环境部，所述菌种培育微环境部的孔内填有处理黑臭水的微生物菌种和菌种培养基，所述多孔载体的表面上设有菌种缓释层，且所述铁纤维的直径为50-500微米、长度为1-15毫米；所述菌种缓释层为三氧化二铝粉和淀粉混合浸湿后干燥形成的缓释层。菌种缓释层内的多孔载体的孔作为菌种培育微环境部，菌种培养基作为微生物菌种存活养料，使微生物菌种在多孔载体内的存活。微生物菌种可采用厌氧菌、缺氧菌或好氧菌等，菌种培养基可以采用含有碳的有机材料淀粉，淀粉中的碳与黑臭水中碳氮磷配合，形成适合微生物菌种生长繁殖的碳氮磷比，提供了微生物菌种在臭黑水中生长繁殖所需要的生长养料，保证了微生物菌种顺利的生长繁殖，利于黑臭水净化处理。菌种培养基还可以采用葡萄糖、蔗糖、麦芽糖或乳糖等含碳成分的有机材料。微生物菌种和菌种培养基在黑臭水中可透过菌种缓释层缓慢释放出来用于黑臭水进行处理，该材料中多孔载体含有的碳和铁纤维构成微电解系统，释放出来的微生物菌种实现微生物处理系统。并且公知的黑臭水中作为微生物菌种生长繁殖所需的碳的比例低于微生物菌种正常生长繁殖所需的比例，而氨氮和磷的比例则高于微生物菌种正常生长繁殖所需的比例，这样黑臭水中碳氮磷比例非常不适宜于微生物菌种的生长繁殖，而本金属纤维微电解材料的菌种培养基为微生物菌种生长繁殖提供了养料，并且菌种缓释层使孔内微生物菌种和菌种培养基缓慢释放出来，为微生物菌种的生长繁殖提供长期稳定的养料和菌剂。铁纤维也可以采用铜或铝制得的金属纤维，或者加入铜、锌或铝制得的金属纤维与铁纤维混合来制备多孔载体，上述铁纤维和铜、锌或铝等金属纤维均为现有产品，其直径和长度可根据实际需要进行加工。铁纤维在多孔载体内部交错分布不仅对多孔载体起到支撑增强的效果，使多孔载体的强度更高，寿命更长；而在进行多孔载体烧制时，铁纤维支撑更利于大体积孔的形成，使得多孔载体的孔隙率和比表面积要比采用铁粉烧制得载体的孔隙率和比表面积更大，这不仅增加了多孔载体与臭黑水体的接触面积，提高了微电解对黑臭水的处理效果，也增加了多孔载体上微生物菌种和菌种培养基的量，从而增加了微生物菌种的数量，提高了微生物菌种对黑臭水的处理效果。

菌种缓释层为三氧化二铝粉和淀粉混合浸湿后干燥形成的缓释层，可由三氧化二铝粉干燥形成缓释层骨架，淀粉干燥后附着在缓释层骨架内，在将该金属纤维微电解材料放入黑臭水中进行处理时，缓释层内淀粉先经浸泡缓慢释放也与黑臭水中碳氮磷配合形成适合微生物菌种生长繁殖的环境，而在淀粉释放过程中菌种缓释层也会因淀粉的释出而产生许多孔隙，使得微生物菌种和菌种培养基释放的效率也会增大，利于对黑臭水的处理。菌种缓释层也可以为三氧化二铝粉浸湿后干燥形成的缓释层，三氧化二铝粉浸湿再干燥固化后形成的硬片比较耐腐蚀，不溶于水，能够在水中长久的保持形状，且浸湿后的三氧化二铝粉在干燥后会收缩，使得菌种缓释层与孔口之间以及三氧化二铝本身出现缝隙，便于孔内微生物菌种和菌种培养基缓慢释放出来。

作为优选的技术方案，所述多孔载体的比表面积为1.83-2.15m²/g,比重1320-1504g/L，堆积密度1206-1678g/L，孔隙率65.5-85%。并且多孔载体上的部分孔相互连通，增加了连通多孔载体表面的孔的体积，使得多孔载体上微生物菌种和菌种培养基量更多。

金属纤维微电解材料的制备方法，包括步骤：

S1、多孔载体的制备，按重量份计，将5-10份木质素和10-15份高岭土混合均匀并粉碎成粉状，过80-120目筛，之后加入20-60份铁纤维和3-10份粘结剂搅拌均匀并压制成型，制得的形状可为球状、椭圆状、柱状和方块状等，然后在无氧环境下于800-1350℃烧制0.5-2h制得多孔载体，所述铁纤维的直径为50-500微米、长度为1-15毫米。其中木质素和高岭土粉碎后优选过100目筛。现有制备铁碳微电解材料多采用木炭，但是木炭在烧制过程中比较稳定不易产生气体，使得铁碳微电解材料内产生的孔少且体积小，而木质素在该温度和环境下烧制会碳化形成的碳，木质素碳化过程中会释放出的大量气体，这些气体使得烧制的多孔载体内产生的大量的孔洞并且这些孔洞体积较大，增加了多孔载体内部的空隙，增大了比表面积，同时减小了堆积密度。而在该温度和环境下铁纤维则基本上仍保持纤维状或部分熔融，因为铁纤维与木质素和高岭土、粘结剂搅拌混合时，铁纤维在混合料中呈交错分布支撑状，这样烧制后铁纤维在多孔载体内仍呈交错分布支撑状，使得多孔载体强度优良，物理强度大于1400Kg/cm²，优于目前的大部分的铁碳微电解材料。所以本方法制备的多孔载体上孔的孔腔体积、孔隙率和比表面积要比采用铁粉和炭烧制得载体内孔的孔腔体积、孔隙率和比表面积更大，强度更高，增加了多孔载体与臭黑水体的接触面积，提高了微电解对黑臭水的处理效果，也增加了多孔载体上的孔容纳微生物菌种和菌种培养基的量，从而增加了微生物菌种的数量，提高了微生物菌种对黑臭水的处理效果。优选的所述粘结剂为重量含量10-20％的水性聚氨酯或重量含量15-25％的聚丙烯酸钠水溶液。

S2、微生物菌种和菌种培养基混合料浆的制备，按重量份将活性颗料污泥8-12份、淀粉5-25份、水10-70份混合均匀后制得微生物菌种和菌种培养基的混合料浆；通常的活性颗料污泥重量含水率为40-80%，优选的为60%，活性颗料污泥可以采用厌氧颗料污泥、缺氧颗料污泥和好氧颗料污泥，活性颗料污泥与淀粉、水混合后呈浆状；活性颗料污泥中的菌种作为微生物菌种，厌氧颗料污泥、缺氧颗料污泥和好氧颗料污泥均为本领域内公知材料，市购即可得到；并且可以添加0.2-0.5重量份柠檬酸调节微生物菌种生活环境的pH值。淀粉作为菌种培养基，淀粉中的碳与黑臭水中碳氮磷配合形成适合微生物菌种生长繁殖的碳氮磷比，提供了微生物菌种在臭黑水中生长繁殖所需要的生长环境，保证微生物菌种顺利的生长繁殖。

S3、附料，将所述多孔载体在步骤S2制得的混合料浆中浸泡，使混合料浆进入多孔载体上的孔内，在浸泡时混合料浆会进入并填充多孔载体上连通多孔载体表面的孔，而混合料浆中的微生物菌种以及淀粉中溶解成分会随水慢慢浸入多孔载体内部孔内，并且为便于混合料浆顺利进入多孔载体上的孔内，可以采用混合料浆置于振动容器中对多孔载体进行搅拌浸泡，浸泡时间为10-50分钟，优选20分钟，之后将多孔载体在三氧化二铝粉中滚动，因为附料后多孔载体湿度较大，将多孔载体在三氧化二铝粉中滚动时多孔载体表面就会沾附上三氧化二铝粉，尤其是多孔载体表面孔口处因为填充混合料浆使得湿度更大而沾附较多的三氧化二铝粉，也可以采用浸泡后多孔载体在空气中晾10-30分钟再沾附三氧化二铝粉，优选15分钟，这样使得多孔载体上沾附的三氧化二铝粉不会过厚，沾附的三氧化二铝粉会被多孔载体内的水分慢慢浸湿，浸湿的三氧化二铝粉就会附着在多孔载体表面形成三氧化二铝层；这样在三氧化二铝层内的多孔载体的孔内形成了菌种培育微环境部，通过淀粉提供养料用于微生物菌种在多孔载体内的存活。

S4、干燥，在20-45℃将附料后的多孔载体进行干燥或在常温下自然风干，制得金属纤维微电解材料，其中多孔载体表面浸湿的三氧化二铝粉干燥后形成菌种缓释层。因为附料后多孔载体携带有微生物菌种如厌氧菌、缺氧菌和好氧菌等，为避免伤害这些微生物，附料后多孔载体的干燥可在低温20-45℃下干燥，或者在常温下自然风干；沾附着在多孔载体表面的湿三氧化二铝层干燥后固化后形成菌种缓释层附着在多孔载体表面，而且湿三氧化二铝粉在干燥失水变干后会收缩，这使得菌种缓释层与多孔载体表面孔口之间出现缝隙或缓释层本身开裂出现缝隙，使得菌种缓释层内多孔载体上的微生物菌种和淀粉缓慢释放，也便于微电解的进行。三氧化二铝粉也可以采用水泥粉代替，三氧化二铝粉或水泥粉遇水干燥固化后较硬，比较耐腐蚀，且不溶于水，能够在水中长久的保持形状。

作为优选的技术方案，所述步骤S3的三氧化二铝粉中还含有淀粉，淀粉加入三氧化二铝粉中混合均匀，其中三氧化二铝粉和淀粉的重量比为5：0.2-1。优选的三氧化二铝粉和淀粉的重量比为5：0.5。三氧化二铝粉和淀粉混合浸湿干燥后形成的菌种缓释层，由三氧化二铝干燥后形成骨架，淀粉干燥后附着在骨架上，在将该金属纤维微电解材料放入黑臭水中进行处理时，菌种缓释层内淀粉先经浸泡缓慢释放与黑臭水中碳氮磷配合形成适合微生物菌种生长繁殖的环境，而在淀粉释放过程中菌种缓释层也会因淀粉的释出而产生许多孔隙，使得微生物菌种和淀粉释放的效率也会增大，利于对黑臭水的处理。

本发明的金属纤维微电解材料中含有碳和铁纤维的多孔载体实现微电解系统，多孔载体上含有微生物菌种和菌种培养基实现微生物处理系统，这样微电解系统和微生物处理系统两者结合成一体，在处理黑臭水时可以一起布置使用，能够降低处理系统布置操作的繁琐；通过菌种培养基改善黑臭水中微生物菌种生长繁殖的碳氮磷比，使其适合微生物菌种的生长繁殖，使微生物菌种顺利生长和繁殖，保证了对黑臭水的处理净化质量；菌种缓释层可使多孔载体上的微生物菌种和菌种培养基缓慢释放出来，为微生物菌种的生长繁殖提供长期稳定的养料和菌种数量，使微生物菌种始终在一个稳定的环境中生长繁殖，避免处理系统中微生物菌种在缺少养料时大量死亡、而补充添加淀粉等养料后大量繁殖导致黑臭水处理质量出现起伏现象，节省了人力，利于黑臭水净化处理的稳定。

一种处理系统，包括处理池，所述处理池内由上向下依次铺设有上填料层、下填料层、上卵石层、下卵石层、上膜保层、HDPE膜层和下膜保层，所述下填料层内含有上述金属纤维微电解材料；所述上填料层上侧分布有若干进水支管组成的进水管系，所述下卵石层和上膜保层之间分布有若干出水支管组成的出水管系，所述进水支管两侧分布有喷孔，所述出水支管的两侧分布有孔口朝向外下方的进口；所述进水支管连通有进水干管，所述出水支管连通有出水干管，所述进水干管和出水干管上分别设置有控制阀。

所述上填料层和下填料层均为石英砂层，所述上填料层内含有占上填料层总重量1-10%的白色火山石和1-10%的陶瓷；所述下填料层内含有占下填料层总重量1-10%的所述金属纤维微电解材料、1-5%白色火山石和1-5%的活性炭，且上填料层的厚度大于下填料层的厚度；所述下卵石层与上膜保层之间形成放置出水支管和出水干管的放置空间。

所述出水支管间隔排列设置在出水干管两侧，所述出水支管的内端连接出水干管，所述出水干管的出水端向上伸出上填料层并横弯形成溢流横管，所述溢流横管伸出处理池后向下弯折，所述溢流横管高于上填料层；所述出水支管外端向上弯折连接有进气支管，所述进气支管上端伸出上填料层，所述进气支管连通有进气管，所述进气管上设置有控制阀，所述进气管连通有进气风机；所述处理池顶部还设置有清洗管，所述清洗管上设置有控制阀，所述清洗管上设置有清洗总管，所述清洗总管连通有清洗水泵；所述处理池顶部周侧设有溢流口。

位于所述处理池内的上填料层上培载有芦苇，每株芦苇株距为0.5-1cm。

本处理系统通过处理池内下填料层含有的金属纤维微电解材料以及进水管系和出水管系对黑臭水进行处理，由金属纤维微电解材料对黑臭水进行微电解和微生物净化处理，由上填料层、下填料层、上卵石层、下卵石层、上膜保层进行过滤，处理后的水通过出水管系和出水干管进入后续的清水池进行沉淀等后续处理，结构简单且布置和操作方便，黑臭水净化处理效果好。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明金属纤维微电解材料放大示意图；

图2是本发明金属纤维微电解材料制备流程图；

图3是本发明金属纤维微电解材料一实施列与对比例关于黑臭水中COD处理的试验曲线示意图；

图4是本发明金属纤维微电解材料一实施列与对比例关于黑臭水中氨氮处理的试验曲线示意图；

图5是本发明金属纤维微电解材料一实施列与对比例关于黑臭水中总磷处理的试验曲线示意图；

图6是处理池中进水支管的布置示意简图；

图7是处理池中出水支管的布置示意简图；

图8是处理池纵向剖视示意图；

图9是处理池横向剖视示意图；

图10是处理池进水管系示意图；

图11是处理池出水管系示意图；

图12是处理池内布置示意图；

图13是图12中A处放大示意图；

图14是处理池一使用实施例示意图。

图中：1-多孔载体；2-孔；3-微生物菌种和菌种培养基；4-菌种缓释层；5-铁纤维；6-处理池；7-上填料层；71-下填料层；8-上卵石层；81-下卵石层；9-上膜保层；10-HDPE膜层；11-下膜保层；12-进水支管；13-出水支管；14-进水干管；15-出水干管；16-放置空间；17-溢流横管；18-总进水管；19-总出水管；20-控制阀；21-溢流口；22-进气支管；23-进水控制室；24-混凝土长箱；25-芦苇。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，金属纤维微电解材料，用于黑臭水处理，包括多孔载体1，所述多孔载体1上分布有孔2，所述多孔载体1内含有碳和铁纤维5，所述多孔载体1上的孔2设置为菌种培育微环境部，所述菌种培育微环境部的孔2内填有处理黑臭水的微生物菌种和菌种培养基3，所述多孔载体1的表面上设有菌种缓释层4，菌种缓释层4使微生物菌种和菌种培养基3缓慢释放出来为黑臭水处理提供长期稳定的微生物菌种和养料；且所述铁纤维5的直径为50-500微米、长度为1-15毫米；所述菌种缓释层4为三氧化二铝粉和淀粉混合浸湿后干燥形成的缓释层。该材料中多孔载体1含有的碳和铁纤维5构成微电解系统，微生物菌种实现微生物处理系统，菌种培养基为微生物菌种生长繁殖提供了养料，菌种培养基可以采用淀粉、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖或乳糖等有机材料，优选采用淀粉；多孔载体1内铁纤维5交错分布，对多孔载体1起到支撑增强的效果，使多孔载体1的强度优良，寿命更长，提高了对黑臭水的处理效果。

所述多孔载体1的比表面积1.83-2.15m²/g,比重1320-1504g/L，堆积密度1206-1678g/L，孔隙率65.5-85%。

如图2所示，上述金属纤维微电解材料的制备如下：

实施例1

金属纤维微电解材料的制备方法，包括步骤：

S1、多孔载体的制备，按重量份计，将5份木质素和10份高岭土混合均匀并粉碎成粉状，过80目筛，之后加入20份铁纤维5和3份重量含量12％的水性聚氨酯，搅拌均匀并压制成球型，然后在无氧环境下于850℃烧制2h制得多孔载体1，铁纤维5的直径为500微米、长度为3毫米；

S2、微生物菌种和菌种培养基混合料浆的制备，按重量份将活性颗料污泥8份、淀粉5份、水15份混合均匀后制得微生物菌种和菌种培养基的混合料浆；其中活性颗料污泥采用厌氧颗料污泥，重量含水率为70%；

S3、附料，将所述多孔载体1在步骤S2制得的混合料浆中浸泡，使混合料浆进入多孔载体1上的孔2内，之后多孔载体1在三氧化二铝粉中滚动使多孔载体1表面沾附三氧化二铝粉并浸湿；

S4、干燥，在25℃将附料后的多孔载体1进行干燥，制得金属纤维微电解材料，其中多孔载体1表面浸湿的三氧化二铝粉干燥后形成菌种缓释层。

实施例2

金属纤维微电解材料的制备方法，包括步骤：

S1、多孔载体的制备，按重量份计，将10份木质素和15份高岭土混合均匀并粉碎成粉状，过100目筛，之后加入60份铁纤维5和10份重量含量20％的水性聚氨酯搅拌均匀并压制成球型，然后在无氧环境下于1000℃烧制1.5h制得多孔载体1，铁纤维5的直径为50微米、长度为15毫米；

S2、微生物菌种和菌种培养基混合料浆的制备，按重量份将活性颗料污泥12份、淀粉20份、水70份混合均匀后制得微生物菌种和菌种培养基的混合料浆；其中活性颗料污泥采用厌氧颗料污泥，重量含水率为60%；

S3、附料，将所述多孔载体1在步骤S2制得的混合料浆中浸泡，使混合料浆进入多孔载体1上的孔2内，之后将多孔载体1在混合均匀的三氧化二铝粉和淀粉中滚动使多孔载体1表面沾附三氧化二铝粉和淀粉并浸湿，其中三氧化二铝粉和淀粉的重量比为5：0.5；

S4、干燥，在30℃将附料后的多孔载体1进行干燥，制得金属纤维微电解材料，多孔载体1表面浸湿的三氧化二铝粉和淀粉干燥后形成缓释层。

实施例3

金属纤维微电解材料的制备方法，包括步骤：

S1、多孔载体的制备，按重量份计，将8份木质素和12份高岭土混合均匀并粉碎成粉状，过120目筛，之后加入40份铁纤维5和7份重量含量20％的聚丙烯酸钠水溶液搅拌均匀并压制成椭圆形，然后在无氧环境下于1200℃烧制0.8h制得多孔载体1，铁纤维5直径为200微米、长度为8毫米；

S2、微生物菌种和菌种培养基混合料浆的制备，按重量份将活性颗料污泥10份、淀粉15份、水55份混合均匀后制得微生物菌种和菌种培养基的混合料浆；其中活性颗料污泥采用厌氧颗料污泥，重量含水率为50%；

S3、附料，将所述多孔载体1在步骤S2制得的混合料浆中浸泡，使混合料浆进入多孔载体1上的孔2内，之后将多孔载体1在混合均匀的三氧化二铝粉和淀粉中滚动使多孔载体1表面沾附三氧化二铝粉和淀粉并浸湿，其中三氧化二铝粉和淀粉的重量比为5：0.2；

S4、干燥，在40℃将附料后的多孔载体1进行干燥，制得金属纤维微电解材料，多孔载体1表面浸湿的三氧化二铝粉和淀粉干燥后形成缓释层。

对比例

现有铁碳微电解材料的制备，采用实施列二多孔载体1的制备方法，包括步骤：按重量份将10份竹炭和15份高岭土混合均匀并粉碎成粉状，之后加入60份铁粉和10份重量含量20％的水性聚氨酯搅拌均匀并压制成球型，然后在无氧环境下于1000℃烧制1.5h制得铁碳微电解材料，其中铁粉以及粉碎后的竹炭和高岭土均过100目筛。

将上述三实施例制备的多孔载体1和对比例制备的铁碳微电解材料进行检测，结果如下表所示。

项目	比表面积m2/g	比重g/L	堆积密度g/L	孔隙率%
					检测方法	GB/T7702.20-2008	GB/T7702.4-1997	GB/T30202.1-2013	GB/T14684-2011
对比例	1.80	1525	1706	60.2
					实施列1	1.85	1491	1654	69.8
实施列2	2.13	1366	1287	78.3
					实施列3	1.98	1453	1474	72.5

从上表中可以看出，本发明采用铁纤维5和木质素烧制的多孔载体1与对比例中采用铁粉和竹炭烧制的铁碳微电解材料相比，本发明制备的多孔载体1的孔隙率和比表面积要比对比例中制备的铁碳微电解材料的孔隙率和比表面积更大，而比重和堆积密度更小，不仅增加了本发明的多孔载体1与臭黑水体的接触面积，提高了微电解对黑臭水的处理效果，还增加了多孔载体1上的微生物菌种和菌种培养基的量，提高了微生物菌种对黑臭水的处理效果。

如图6、图7和图12所示，一种处理系统，包括处理池6，所述处理池6内由上向下依次铺设有上填料层7、下填料层71、上卵石层8、下卵石层81、上膜保层9、HDPE膜层10和下膜保层11，所述下填料层71内含有上述金属纤维微电解材料；所述上填料层7上侧分布有若干进水支管12组成的进水管系，所述下卵石层81和上膜保层9之间分布有若干出水支管13组成的出水管系，所述进水支管12两侧分布有喷孔，所述出水支管13的两侧分布有孔口朝向外下方的进口；所述进水支管12连通有进水干管14，所述出水支管13连通有出水干管15，所述进水干管14和出水干管15上分别设置有控制阀20。

如图12和图13所示，所述上填料层7和下填料层71均为石英砂层，所述上填料层7内含有占上填料层7总重量1-10%的白色火山石和1-10%的陶瓷；所述下填料层71内含有占下填料层71总重量1-10%的所述金属纤维微电解材料、1-5%白色火山石和1-5%的活性炭，上填料层7和下填料层71中各成分均匀分布，且上填料层7的厚度大于下填料层71的厚度，通过厚度较大的上填料层7对黑臭水初步过滤以利于下填料层71内金属纤维微电解材料的微电解处理和微生物处理；其中白色火山石为白色浮石，孔隙率75-85%，重量吸水率55-65%；活性炭为椰壳活性炭；陶瓷为稀土瓷砂，稀土瓷砂重量吸水率为1-1.5%，SiO₂重量含量58-74%，Fe₂O₃重量含量0.5-0.7%；可采用石英砂的粒径为0.1-0.2cm，白色浮石粒径为1-2cm，椰壳活性炭粒径为0.1-0.5cm，金属纤维微电解材料粒径为1.5-5cm，稀土瓷砂粒径为0.1-1cm。所述上卵石层8内卵石粒径为1.5-2.5cm，所述下卵石层81内卵石粒径为3.5-5.5cm；所述上膜保层9和下膜保层11为粒径0.1-0.3cm的砂铺设而成；且可采用上膜保层9的厚度大于下膜保层11厚度，防止下卵石层内卵石和管道对HDPE膜层10造成损坏。所述下卵石层81与上膜保层9之间形成放置空间16，可用于放置出水支管13和出水干管15，通过下卵石层81大粒径卵石为出水支管13提供了充足的出水空间。优选上卵石层8的厚度小于下卵石层81的厚度，便于水流动顺利进入出水支管13。

如图8-11所示，通常的所述处理池6内设置有一出水干管15，所述出水支管13间隔排列设置在出水干管15的两侧，所述出水支管13的内端连接出水干管15，所述出水干管15的出水端向上伸出上填料层7并横弯形成溢流横管17，所述溢流横管17伸出处理池6后向下弯折，这样出水干管15的出水侧就形成一倒置的U形，所述溢流横管17高于上填料层7；优选的出水干管15的溢流横管17处高于上填料层7的上表面5-10厘米。由于上填料层7、下填料层71、上卵石层8、下卵石层81内各成分均为颗粒状，所以黑臭水通过进水管系的各进水支管12进入处理池6时，黑臭水经各进水支管12的喷口喷出后会在上填料层7上冲击处形成窝坑并迅速由该窝坑处下渗经过上填料层7、下填料层71、上卵石层8、下卵石层81到达出水管系各出水支管13处，此时如果不采取措施，水会经各出水支管13迅速排出，而远离窝坑处和出水支管13进口处的各成分基本对黑臭水处理起不到作用，影响黑臭水净化处理，所以通过将出水干管15的出水端向上伸出上填料层7并横弯形成溢流横管17，溢流横管17高于上填料层7，这样黑臭水通过进水管系的各进水支管12进入处理池6后下渗到达出水管系各出水支管13处时不会排出，黑臭水在处理池6内的液位逐渐上升超出上填料层7表面，在黑臭水液面高度到达溢流横管17溢流高度时，经过微电解处理和微生物处理净化后的清水才能经各出水支管13上进口进入出水支管13，之后经出水干管15、溢流横管17后进入总出水管19流入后续的清水池进行沉淀等后续净化处理，使上填料层7、下填料层71、上卵石层8、下卵石层81以及上膜保层9均得到有效利用，提高处理池6净化效率，且结构简单易维修护理；也可以采用控制出水干管15的控制阀20来实现上述处理池6内液面的控制。

如图9-12所示，所述出水支管13外端向上弯折连接有进气支管22，所述进气支管22上端伸出上填料层7，所述进气支管22分别连通有进气管，所述进气管上设置有控制阀20，所述进气管连通有进气风机；所述处理池6顶部还设置有清洗管，所述清洗管上设置有控制阀20，所述清洗管连通有清洗总管，所述清洗总管上设置有清洗水泵；所述处理池6顶部周侧设有溢流口21。由于黑臭水内携带有泥沙等，同时黑臭水在经过微电解和微生物净化会产生絮凝，这样处理池6使用一段时间后，处理池6内上填料层7表面以及下填料层71、上卵石层8、下卵石层81以及上膜保层9内会积聚大量的污泥，使金属纤维微电解材料表面粘附大量污泥，影响正常微电解的进行和微生物菌种的正常生长，同时也影响各层的过滤效果。现有污泥的清理方式采用处理池6停止工作，将处理池6内水排尽晾一段时间，之后用翻耕机械将池内表层淤积的污泥翻起，然后通过人力进行清理，不仅费时费力，影响黑臭水处理效率，同时池内中下部各层内淤积的污泥得不到清理，污泥清理不彻底，对黑臭水处理仍旧存在影响。而本发明通过进气风机、进气管和进气支管22向处理池6内通入高压气流，高压气流由出水支管13的进口喷出吹动各层内积聚的大量污泥向上溢出到上填料层7表面，此时通过清洗水泵和清洗管向处理池6进清洗水，处理池6内污泥在清洗水冲洗携带下由溢流口21流出进入沉淀池沉淀处理，清洗水可采用处理池6处理后的清水。在处理池6正常工作处理黑臭水时，可以根据微生物菌种的处理情况通过进气风机向处理池6内通入低压气流曝气，便于好氧菌类正常生长繁殖。同时出水支管13的进口朝向外下方，优选出水支管13的进口朝向外下方呈45度角，可以将下侧污泥吹起，处理池6清洗彻底，并且不易被上侧沉下的污泥进入管内。

如图14所示，可在所述处理池6内的上填料层7上培载芦苇25等水生植物，因为芦苇25广泛分布于江河湖泽、池塘沟渠沿岸和低湿地，其叶、叶鞘、茎、根状茎和不定根都具有通气组织，且再生能力强、适应性广，净化污染水体效果较好。菌种培养基以及黑臭水均可为芦苇25提供养料，而芦苇25可为黑臭水处理体系的溶气提供帮助，因此以上填料层7为定植基质，以金属纤维微电解材料与芦苇25配合构建铁碳微电解耦合芦苇技术体系，发挥铁碳-水生植物-微生物菌种之间的物理化学生物协同作用达到消除黑臭、去碳脱氮除磷，最终恢复河道水生态系统的目的。优选的每株芦苇25株距为0.5-1cm。

如图6-8所示，各所述处理池6内一侧分别设置有进水控制室23，便于管道的布置和控制，处理池6外侧设置有混凝土长箱24；可根据黑臭水污染状况和处理场地采用多个处理池6分为两组使用，采用两组处理池6按设置有进水控制室23的一侧相临设置，混凝土长箱24设置在两组处理池6之间，这样便于管道的统一布置和控制。总出水管19位于混凝土长箱24内部，便于保护和排水；总进水管18位于混凝土长箱24外侧顶部，便于进水；所述进水干管14穿过进水控制室23连接总进水管18，进水干管14上的控制阀20设置在进水控制室23内，便于保护和进水控制；所述出水干管15的出水端连接总出水管19。

分别采用上述三实施例中制备的金属纤维微电解材料和对比例中制备的铁碳微电解材料配置上述结构的处理池6作为试验例1-3和对比例，并且对比例处理池6中投入与实施例2的S3附料步骤中多孔载体1附料量等量的微生物菌种和菌种培养基，使对比例大体与三试验例中微生物菌种和菌种培养基相应，其中微生物菌种为厌氧菌菌种，菌种培养基为淀粉；具体各处理池6布置如下：处理池6长17m、宽9.5m、深度为1.9m；上填料层7和下填料层71均为石英砂层，上填料层7厚度0.9m，下填料层71厚度0.3m，上填料层7内含有占上填料层7物料总重量5%的白色浮石和5%的稀土瓷砂，下填料层71内含有占下填料层71物料总重量5%的金属纤维微电解材料、3%的白色浮石和3%的椰壳活性炭，石英砂的粒径为0.2cm，白色浮石粒径1.5cm、孔隙率80%、重量吸水率60%；稀土瓷砂粒径为0.5cm、重量吸水率为1.2%、SiO₂重量含量65%、Fe₂O₃重量含量0.63%，椰壳活性炭粒径为0.3cm，金属纤维微电解材料粒径为2cm；上卵石层8厚度0.2m，卵石粒径2cm,下卵石层81厚度0.3m，卵石粒径5cm,上膜保层9厚度3cm，下膜保层11厚度2cm，砂粒径均为0.2cm。其中上述各吸水率、含量、厚度、粒径等数值均可存在一定波动，优选各数值上下波动在5%以内。以四川省达州市通川区渠江流域魏家河黑臭水进行对比试验，处理池6水停留时间1.2-1.5小时进行微电解和微生物处理，进入各处理池6的黑臭水中COD为44.53mg/L、氨氮12.45mg/L、总磷为7.54mg/L。

通过对比试验，经对各例处理池6的出水检测后得出如图3-5所示的COD、氨氮和总磷处理试验曲线示意图，其中在图3-5中，曲线C1为试验例1在COD处理、氨氮处理和总磷处理中的试验曲线，曲线C2为试验例2在COD处理、氨氮处理和总磷处理中的试验曲线，曲线C3为试验例3在COD处理、氨氮处理和总磷处理中的试验曲线，曲线D为对比例在COD处理、氨氮处理和总磷处理中的试验曲线，因对比例在黑臭水处理中各试验曲线变化较大，所以本试验中取变化相对平缓的第3-18天试验曲线为例。从各图中的试验曲线可以看出，在初期各处理池6中厌氧菌菌种均处于生长繁殖阶段，并且基本在前6天左右厌氧菌菌种的生长繁殖达到稳定，因为对比例中处于黑臭水中的厌氧菌菌种由于初始淀粉充足得到大量生长繁殖，而三试验例中的厌氧菌菌种和淀粉在菌种缓释层4的作用下缓慢释出使得用于黑臭水处理的厌氧菌菌种少且生长繁殖较慢，这样黑臭水经对比例处理后COD、氨氮和总磷在第6-12天左右的处理效果较好，要优于三试验例处理效果；在第12天左右以后，随着对比例淀粉的迅速消耗殆尽，在不专门投放淀粉的情况下，对比例中厌氧菌所需要的淀粉得不到补充，厌氧菌的处理效果迅速降低，而三试验例中厌氧菌菌种和淀粉缓慢释出逐渐积累后厌氧菌菌种大量生长繁殖，这样黑臭水经三试验例处理后COD、氨氮和总磷在第12天左右以后的处理效果较好，要优于对比例的处理效果。而在试验例1、试验例2和试验例3的试验曲线中，因为试验例2和试验例3的菌种缓释层4由混合后的三氧化二铝粉和淀粉浸湿干燥形成，在黑臭水中菌种缓释层4内的淀粉先经浸泡缓慢释放，在淀粉释放过程中菌种缓释层4也会因淀粉的脱出而产生许多孔隙，使得试验例2和试验例3中厌氧菌菌种和淀粉的效率也会增大，所以从试验例1、试验例2和试验例3的试验曲线中可以看出，代表试验例2和试验例3的试验曲线C2和试验曲线C3要先代表试验例1的试验曲线C1达到持续稳定状态。通过上述试验得出，本发明的金属纤维微电解材料在对黑臭水进行处理时，厌氧菌生长繁殖持续长且稳定，处理时效长，水处理净化效果更好。

在本发明的描述中，需要理解的是，各指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种金属纤维微电解材料的制备方法，其特征在于包括步骤：

S1、多孔载体的制备，按重量份计，将5-10份木质素和10-15份高岭土混合均匀并粉碎成粉状，过80-120目筛，之后加入20-60份铁纤维和3-10份粘结剂搅拌均匀并压制成型，然后在无氧环境下于800-1350℃烧制0.5-2h制得多孔载体，所述铁纤维的直径为50-500微米、长度为1-15毫米；

S2、微生物菌种和菌种培养基混合料浆的制备，按重量份将活性颗料污泥8-12份、淀粉5-25份、水10-70份混合均匀后制得微生物菌种和菌种培养基的混合料浆；

S3、附料，将所述多孔载体在步骤S2制得的混合料浆中浸泡，使混合料浆进入多孔载体上的孔内，之后多孔载体在三氧化二铝粉中滚动使多孔载体表面沾附三氧化二铝粉并浸湿；

S4、干燥，在20-45℃将附料后的多孔载体进行干燥，制得金属纤维微电解材料，其中多孔载体表面浸湿的三氧化二铝粉干燥后形成菌种缓释层；

所述步骤S3的三氧化二铝粉中还含有淀粉，淀粉加入三氧化二铝粉中混合均匀，其中三氧化二铝粉和淀粉的重量比为5：0.2-1。

2.如权利要求1所述的一种金属纤维微电解材料的制备方法，其特征在于：所述粘结剂为重量含量10-20％的水性聚氨酯或重量含量15-25％的聚丙烯酸钠水溶液；所述活性颗料污泥为好氧颗料污泥、厌氧颗料污泥或缺氧颗料污泥。

3.一种金属纤维微电解材料，采用如权利要求2中所述的一种金属纤维微电解材料的制备方法制成，其特征在于：包括多孔载体，所述多孔载体内分布有碳和铁纤维，所述多孔载体内的孔设置为菌种培育微环境部，所述菌种培育微环境部的孔内填有处理黑臭水的微生物菌种和菌种培养基，所述多孔载体的表面上设有菌种缓释层，且所述铁纤维的直径为50-500微米、长度为1-15毫米；所述菌种缓释层为三氧化二铝粉和淀粉混合浸湿后干燥形成的缓释层。

4.如权利要求3所述的一种金属纤维微电解材料，其特征在于：所述多孔载体的比表面积1.83-2.15m²/g,比重1320-1504g/L，堆积密度1206-1678g/L，孔隙率65.5-85%。

5.一种处理系统，包括处理池，其特征在于：所述处理池内由上向下依次铺设有上填料层、下填料层、上卵石层、下卵石层、上膜保层、HDPE膜层和下膜保层，所述下填料层内含有如权利要求4中所述的金属纤维微电解材料；所述上填料层上侧分布有若干进水支管组成的进水管系，所述下卵石层和上膜保层之间分布有若干出水支管组成的出水管系，所述进水支管两侧分布有喷孔，所述出水支管的两侧分布有孔口朝向外下方的进口；所述进水支管连通有进水干管，所述出水支管连通有出水干管，所述进水干管和出水干管上分别设置有控制阀。

6.如权利要求5所述的一种处理系统，其特征在于：所述上填料层和下填料层均为石英砂层，所述上填料层内含有占上填料层总重量1-10%的白色火山石和1-10%的陶瓷；所述下填料层内含有占下填料层总重量1-10%的所述金属纤维微电解材料、1-5%白色火山石和1-5%的活性炭，且上填料层的厚度大于下填料层的厚度；所述下卵石层与上膜保层之间形成放置出水支管和出水干管的放置空间。

7.如权利要求5所述的一种处理系统，其特征在于：所述出水支管间隔排列设置在出水干管的两侧，所述出水支管的内端连接出水干管，所述出水干管的出水端向上伸出上填料层并横弯形成溢流横管，所述溢流横管伸出处理池后向下弯折，所述溢流横管高于上填料层；所述出水支管外端向上弯折连接有进气支管，所述进气支管上端伸出上填料层，所述进气支管分别连通有进气管，所述进气管上设置有控制阀，所述进气管连通有进气风机；所述处理池顶部还设置有清洗管，所述清洗管上设置有控制阀，所述清洗管连通有清洗总管，所述清洗总管上设置有清洗水泵，所述处理池的顶部周侧设有溢流口。

8.如权利要求5、6或7所述的一种处理系统，其特征在于：位于所述处理池内的上填料层上培载有芦苇，每株芦苇株距为0.5-1cm。

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