CN1723069A - 改进的过滤介质以及用所述过滤介质从污泥储留池除去污染物 - Google Patents

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Abstract

基于活性炭的过滤介质，其特征在于它包含三个重叠层，分别是一个内层和两个外层，内层含有80－95％(干重)活性炭，达到100％的余量由有机和/或无机化学纤维组成，第一外层包含45－95％(干重)有机和/或无机化学纤维，达到100％的余量由活性炭和/或密度小于0.9的材料组成，第二外层包含5－25％(干重)活性炭，达到100％的余量由有机和/或无机化学纤维组成，其特征还有内层的重量为40－200g/m2，外层的重量为10－100g/m2。

Description

改进的过滤介质以及用所述过滤介质从污泥储留池除去污染物
本发明首先涉及能在液体表面，特别是水面漂浮较长时间的基于纤维素纤维的载体。本发明的目的还有掺入了所述载体的改进的过滤介质。本发明还涉及所述介质的用途，特别是用于去除污泥储留池的污染物。
曝气(lagooning)是一种目前推荐使用的废水生物处理方法。这种方法的优点是，它不需要提供外部能量，并产生比传统方法(例如活性污泥法、细菌床等)数量更少的稳定污泥。另外，致病微生物的去除更有效，这一项构成了废水再利用的重要参数。
曝气净化系统通常包括几个串连的池，最常用的称为是厌氧污泥储留池、兼性污泥储留池和熟化污泥储留池。这些污泥储留池具有特定的功能，其特征是净化生态系统差别很大。它们的运行取决于其特征，主要取决于几何尺寸(主要是深度)、接收的有机载荷和废水停留时间。
实际上这种处理需要3个串连的池，分别是一个初级兼性污泥储留池和两个熟化污泥储留池，该网络的起始端往往是一个厌氧污泥储留池。这种称为天然污泥储留池的处理网络不需要能量，这与所谓的“充气”污泥储留池处理相反，后者由几个池组成，第一个池装有提供了大部分氧需求的人工充气装置。然后可将厌氧污泥储留池中的废水倒入此时为需氧的池中并混合，在该池中除去其他有机污染物。这种废水尤其富含浮游动物、浮游植物和原生动物，它们为鱼类和甲壳类动物提供了食物。
厌氧污泥储留池像需氧污泥储留池那样有一些缺点。
厌氧污泥储留池从净化性能(70％的有机物去除)观点看是非常满意的，因为通过细菌厌氧消化能避免污泥聚集。在实践中，污泥通过产生包括CH4、氮气、CO2和H2S的多种气体的细菌消化。尽管这些污泥储留池从净化性能的观点看相当满意，但另一方面，特别是由于硫酸盐还原细菌产生并排放H2S，使它们应对相当大的嗅觉公害负责。已经提出了几种减少秽臭化合物的排放解决方案。
第一种方法包括在污泥储留池水中加入FeCl3，使得以不溶性硫化铁(FeS或FeS2)的形式沉淀硫化物。然而，其毒性风险高。第二种技术称为“浸灰”，包括提高污泥储留池的pH值，以还原H2S部分。该技术保持了较高的效率，但如果pH值超过8.5就会有毒。还提出了对污泥储留池表面充气，通过在池表面形成氧化层，将硫化物氧化成硫酸盐。该方法效率较低，而且不是很有效。另一种方法包括再循环pH值高、并具有能通过光合作用使介质氧化的藻类生物量的次级污水，污水流速较高，以便更新水并稀释硫化物。该技术很有效且费用低，但在对净化性能的长期影响方面的记载仍较少。另一种特别昂贵的解决办法包括用不渗透的罩覆盖污泥储留池，以隔离排放的臭气，并收集以及然后处理产生的沼气。
本申请人知道的处理方法的最终原理包括用由铺有泥炭的垫组成的生物可渗透的覆盖物覆盖污泥储留池表面，并漂浮在污泥储留池表面上。尽管该装置以特别有效的方式减少了H2S排放，但另一方面，其大规模应用仍很难设想，因为它尤其涉及漂浮问题。
至于需氧污泥储留池，如果它们不允许发展藻类而阻碍光合作用，它们也被认为对厌氧污泥储留池中处理的废水中残留的有机污染物的去除很有效。还没有明确提出解决这一问题的办法。
本申请人专门研究发展新颖的纸或更广泛的基于纤维素纤维的新颖载体。
在例如参考文件FR-A-2812825中，申请人描述了用于净化不涉及任何领域的普通气体或液体污染物的基于光催化剂和活性炭的过滤介质。更具体地说，该介质由三种组分组合形成，分别是基于尤其是天然纤维和/或纤维素纤维的可渗透载体、基于活性炭的第一层和基于光催化剂的第二分离层。
申请人的设想是用这种介质去除厌氧污泥储留池中的污染物。但不幸的是，这种介质不能单独地和长时间漂浮在水面上。而且基于活性炭的层由包含最多75％(重量)活性炭纤维的混合物组成，对于100％的余量由有机化学纤维和/或天然纤维组成。从该文件还可知道，活性炭纤维或颗粒(其制备方法更具体地描述在文件US-A-4069297和US-A-4285831中)没有相互粘合的能力(尤其是因为其粒径，实际上为2-7mm)，因此必须借助于化学有机纤维和/或天然纤维连接。
然而，对于厌氧污泥储留池的处理，由于厌氧细菌放出的气体含量高，需要提供最大可能数量的活性炭。为了解决这一问题，申请人可设想增加文件FR-A-2812825中描述的中间层中活性炭纤维的比例。然而，这样就会不可避免地面对活性炭纤维的内聚问题，这种粘合将赋予载体很低的力阻。
换句话说，本发明提出解决的第一个问题是开发一种能长时间漂浮在液体，特别是水表面上的基于天然纤维和/或纤维素纤维的载体。
本发明提出解决的第二个问题是开发一种特别适合厌氧污泥储留池的处理的过滤介质，该介质包含高含量的活性炭纤维或粉，同时赋予了提高的力阻。
本发明提出解决并更特别地涉及需氧污泥储留池的处理的第三个问题是发展一种避免藻类增殖的介质。
本申请人很吃惊地观察到，基于根据例如文献WO 99/08784的教导用接枝试剂RX处理的脂肪酸卤化物类型的纤维素纤维和/或天然纤维的载体表现出持久的浮游性性能。具体来说，本申请人观察到这种载体能漂浮几周，同时能承载至少6倍自重的重量。
换句话说，本发明首先涉及基于纤维素纤维和/或天然纤维的载体作为漂浮载体的用途，该载体的所有或部分OH官能团已与接枝试剂RX反应，其中R是合适的疏水基，以便能在大气压和至少200℃的温度下为液态，并至少能在一定的反应条件下在OH官能团上发生反应，同时制备疏水基团R在OH官能团上的共价接枝，在反应条件下形成挥发性化合物HX。
在本说明书的剩余部分和权利要求书中，表述“疏水基R”指包含多于6个碳原子，有益的是8-50个碳原子的有机基团。
在一个有益的实施方案中，RX是脂肪酸卤化物。
此类处理具体描述在上述文献WO 99/08784中。它基本上包括在载体的一个或两个面上涂覆包含接枝试剂RX的液体组合物，然后使气体蒸汽在低于接枝试剂沸点的温度下通过这样处理后的载体。
在一个有益的实施方案中，脂肪酸卤化物是含有至少16个碳原子的饱和或不饱和的脂族酸卤化物，有益的是山萮酸。
如上所述，载体借助于浮游性能可作为能用于去除污泥储留池中污染物的更多复合介质的基本组分。
特别是本申请人已开发出一种特别适于处理需氧污泥储留池的载体。
因此本发明的目的还有一种介质，特别是用于处理需氧污泥储留池的介质，它以基于纤维素纤维和/或天然纤维的形式提供，其所有或部分OH官能团已与上述接枝试剂RX反应，该介质的特征在于它还含有炭黑。
在一个优选实施方案中，载体还含有表氯醇树脂。
优选的是该载体含有(干份数)：
-90-98％北树脂纤维，有益的是95％
-1-4％炭黑，有益的是3％
-1-3％表氯醇树脂，有益的是2％。
实际上炭黑和树脂在制造薄片时掺入块中。后来仅用接枝试剂，特别是有益地含有至少16个碳原子的不饱和或饱和的脂族酸卤化物进行处理。在一个有益的实施方案中，相应的脂肪酸是硬脂酸和/或山萮酸。
浮游性问题解决后，本申请人又试图解决上述第二个问题，即在从厌氧污泥储留池中去除污染物的范围内，开发一种基于活性炭纤维的、赋予了增强的力阻的介质。
为此本发明提出了一种基于活性炭的过滤介质，其特征在于它包含三个重叠层，分别是一个内层和顶外层和底外层两个层。
-内层含有80-95％(干重)活性炭，对于100％的余量由有机和/或无机化学纤维组成，
-底层包含45-100％(干重)具有OH官能团的有机化学纤维和非必需的无机纤维，对于100％可能的余量在适当情况下由活性炭和/或密度小于0.9的材料组成，有机化学纤维的所有或部分OH官能团已与上述接枝试剂RX反应，在释放化合物HX后形成共价键，
-顶层包含5-25％(干重)活性炭，对于100％的余量由有机和/或无机化学纤维组成。
同样如上所述，RX是脂肪酸卤化物，特别是含有至少16个碳原子的饱和或不饱和脂族酸卤化物，有益的是山萮酸。
根据另一个特征，内层的重量为40-200g/m2，而外层的重量为10-100g/m2。
在本说明书剩余部分和权利要求书中，表述“活性炭”指纤维形式或粒径为2-300μm的粉末形式的、单独或作为混合物的活性炭。
在本说明书剩余部分和权利要求书中，表述“有机和/或无机纤维”指除活性炭纤维外的有机纤维，特别是纤维素纤维，例如聚酯或聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚乙烯醇、丙烯酸或尼龙类型的合成纤维；人造纤维(例如粘胶、乙酸纤维素酯)；天然纤维(例如棉花、羊毛、木浆)；无机纤维，其中特别是矿物纤维(例如玻璃、陶瓷)。本发明的底层中存在的带有OH官能团的有机纤维更具体的是纤维素纤维和/或天然纤维。当然，并不是底层中含有的所有有机纤维都必须带有OH官能团。
换句话说，本发明包括通过将活性炭置于至少一层基于纤维或粉末形式的活性炭的两个层之间来给活性炭提供粘结力，从而能显著增加活性炭的数量，并因此提高气体吸附能力，同时提高介质的力阻。另外，用上述脂肪酸卤化物处理底层能赋予介质浮游性能。
实际上底层含有至少30％(重量)带有OH官能团的有机纤维。低于该值，介质的浮游时间就较短。
有益的是，顶层以及在适当时候的底层中所含活性炭为纤维形式。
在一个特别的实施方案中，底层含有密度小于0.9的材料，从而赋予过滤介质额外的漂浮性能。根据本发明，无论条件如何，干介质或液体介质中材料的密度应小于0.9。因此可使用浮子、泡沫聚苯乙烯、包胶空气或任何等效材料类型的材料。实际上这种材料在该层中以5-20％(重量)的比例与或不与活性炭一起使用。当然，活性炭的存在提高了介质固定更大量气体的能力。
如上所述，活性炭纤维更特别地描述在文献US-A-4069297和US-A-4285831中。另外，我们知道可对碳纤维进行处理，以便根据它们的应用获得不同的比表面积。特别是当吸附气体时，纤维的比表面积可对于一种气体到另一种气体变化。
因此根据第一个实施方案，过滤介质含有用于吸附CH4和H2S的纤维形式的活性炭，其特征如下：
-丝的纱线支数：1-1.5dtex，
-比表面积：1400m2/g，
-微孔率：95％。
在第二个实施方案中，过滤介质还含有用于吸附NH3和/或其他污染物的纤维形式的活性炭。实际上这些纤维(H2S/NH3)以20/80-80/20的比例，实际上为50/50使用。
为了使炭的活性部位连续去饱和，并因此使所述活性炭无限再生，成体系地包含活性炭的介质的顶层涂覆基于光催化剂的层。光催化剂可采用二氧化钛TiO2锐钛矿，但也可以采用诸如特别是形成了部分金属氧化物、碱土金属氧化物、锕系元素氧化物和稀土氧化物的其他试剂。
在本申请人的文献WO 99/51345中描述的实施方案中，基于光催化剂的层以包含10-70份，有益的50份二氧化硅(SiO2)的胶体水分散体的混合物形式存在，对于100％的余量由TiO2锐钛矿组成。
此外，为了使TiO2颗粒不仅相互间，而且能与基于活性炭的外层有效粘结，胶体水性分散体中SiO2颗粒的含量应为1-50％(重量)，粒径为10-40nm。
同样，为了使光催化反应有效进行，并使外层和中间层中含有的活性炭发生均匀吸附，基于光催化剂的层应含有5-40g/m2，有益的20g/m2的光催化剂。若该值低于5g/m2，由于层厚过小而减弱了光催化反应。相反，若该值大于40g/m2，由于光催化剂的重量太大，阻碍了紫外线到达该层基底处存在的光催化剂颗粒。
本发明还涉及制造基于活性炭的过滤介质的方法。
根据该方法，先制备顶层，然后在顶层上涂覆内层，然后在内层上涂覆底层。
这三个层可通过提供用于制备纤维悬浮液的三个料箱，在造纸机上通过湿法路径连续制造，第一料箱用于顶层，第二料箱用于内层，第三料箱用于底层，这三层通过卸料然后干燥连接在一起。为了赋予该介质浮游性特征，在释放挥发性化合物HX后，使介质底层的自由表面在能在有机纤维的OH官能团和脂肪酸之间产生键的条件下与接枝试剂RX反应。
在根据其中底层含有密度小于0.9的材料的实施方案中，第一料箱含有所述材料的混合物、泡沫的混合物以及有机和/或无机纤维的混合物。
当载体用光催化组合物涂覆时，该层通过喷涂或用施胶机或用多孔涂覆辊(Ducheneau或Storck)涂覆。
本发明的目的还有一种基于活性炭的过滤介质，其特征在于它包含三个重叠层，分别是一个内层和两个外层，内层含有80-95％(干重)活性炭，对于100％的余量由有机和/或无机化学纤维组成，第一外层包含45-95％(干重)有机和/或无机化学纤维，对于100％的余量由活性炭和/或密度小于0.9的材料组成，第二外层包含5-25％(干重)活性炭，对于100％的余量由有机和/或无机化学纤维组成，其特征还有内层的重量为40-200g/m2，外层的重量为10-100g/m2。
在第一个实施方案中，第二外层含有5-25％(干重)活性炭，有益的是纤维形式的活性炭，对于100％的余量由有机和/或无机化学纤维组成。
有益的是，两个外层具有相同的组合物。
例如，内层含有90％(干重)活性炭，有益的是纤维形式的活性炭，10％(干重)有机和/或无机化学纤维，并具有70g/m2的重量，而外层含有10％(干重)活性炭，有益的是纤维形式的活性炭，并具有等于30g/m2的重量。
如上所述，所述载体可有益地用于从厌氧或需氧污泥储留池中去除污染物。
因此，本发明还涉及从污泥储留池除去污染物的方法，包括将上述过滤介质置于水面上。
本发明及其带来的优点将从以下例举实施方案中更清楚地体现。
在有三个料箱的造纸机上，通过湿法路径制备重量等于40g/m2的纤维板，该板由下列组分组成，10％以BLUCHER销售的、比表面积等于1500m2/g并选择性吸附CH4和H2S的活性炭纤维，该活性炭纤维长2-7mm、直径15-100μm，和45％(干重)以DUPONT S.A.销售的、重量为18g/m2的Dacron有机化学纤维，以及45％(重量)以KURARAY销售的、干基重量为18g/m2的N720聚乙烯醇纤维。
通过第二料箱在该第一载体上涂覆重量等于70g/m2、由90％(重量)与上述类型相同的活性炭纤维和10％(重量)有机化学纤维组成的纤维层。
通过第三料箱在该第二层上涂覆除用纤维素纤维代替DACRON纤维外组分和重量均与第一层相同的纤维层。
然后通过喷涂以30g/m2的量涂覆由TiO2(以MILLENIUM销售)和二氧化硅的水分散体(以SEPPIC销售的SNOWTEX)组成的光催化组合物，TiO2与二氧化硅的比为50/50。
最后在硬脂酰氯气流中通过微扩散对底层进行处理。
污染物去除试验在包含以下组分的150mm直径、1.20m高圆柱塔中进行：
A/50cm由50％新鲜污泥(富含有机物并具有有限的细菌活性)和50％来自污泥储留池的营养污泥(具有高methagenic活性)的混合物组成的淤泥
B/75cm在相同份数的体系废水和净化初级污泥储留池水中的废水
C/在一个塔中用上述过滤介质，其他塔不含过滤介质并构成受控塔。
试验时间为3个月，每周调节3次水位。
受控塔上产生的气体测量数据为：
49l/m2.每天，由CH4(83％)N2(14％)CO2(＜4％)和H2S(＜1％)组成，即约每天每平米60mg S(0.6ppm的常压H2S)。
在包含该过滤介质的试验塔上测量的数据如下：
CO2：96％
N2：4％
气味小组没有辨别出按惯例应检测到的H2S另人作呕的气味(人的鼻子能探测到的H2S嗅觉临界点是：3ppb)。
本发明及其带来的优点可从上述描述中清楚体现。应该特别注意的是，本发明的介质能具有高的吸附然后破坏污染物的能力是凭借着存在非常高比例的活性炭，同时还要保持理想的介质粘合力。
权利要求书
(按照条约第19条的修改)
1.基于活性炭的过滤介质，其特征在于它包含三个重叠层，分别是一个内层和顶外层和底外层两个层，
-内层含有80-95干重％活性炭，达到100％的余量由有机和/或无机化学纤维组成，
-底层包含45-100干重％具有OH官能团的有机化学纤维和非必需的无机纤维，达到100％的可能余量在适当情况下由活性炭和/或密度小于0.9的材料组成，所有或部分OH官能团已与接枝试剂RX反应，其中R是合适的疏水基，以便能在大气压和至少200℃的温度下为液态，并能至少在某些反应条件下在OH官能团上发生反应，同时产生疏水基团R在OH官能团上的共价接枝，在反应条件下形成挥发性化合物HX，
-顶层包含5-25干重％活性炭，达到100％的余量由有机和/或无机化学纤维组成。
2.根据权利要求1的过滤介质，其特征在于RX是脂肪酸卤化物，特别是含有至少16个碳原子的饱和或不饱和脂族酸卤化物，有益的是山萮酸。
3.根据权利要求1的过滤介质，其特征在于该底层含有至少30重量％具有OH官能团的有机纤维。
4.根据权利要求1的过滤介质，其特征在于存在于顶层中和非必需地存在于底层中的活性炭为纤维形式。
5.根据权利要求1的过滤介质，其特征在于它含有纤维形式的活性炭，用于吸附CH4和H2S，其特征如下：
-丝的纱线支数：1-1.5dtex，
-比表面积：1400m2/g，
-微孔率：95％。
6.根据权利要求1的过滤介质，其特征在于顶层涂有基于光催化剂的层。
7.根据权利要求6的过滤介质，其特征在于基于光催化剂的层以包含10-70份，有益的是50份二氧化硅(SiO2)的胶体水分散体的混合物形式存在，达到100份的余量由TiO2锐钛矿组成。
8.根据权利要求7的过滤介质，其特征在于SiO2颗粒占胶体水分散体的1-50重量％，并具有10-40nm的直径。
9.根据权利要求7的过滤介质，其特征在于基于光催化剂的层含有5-40g/m2，有益的是20g/m2的光催化剂。
10.基于活性炭的过滤介质，其特征在于它包含三个重叠层，分别是一个内层和两个外层，内层含有80-95干重％活性炭，达到100％的余量由有机和/或无机化学纤维组成，第一外层包含45-95干重％有机和/或无机化学纤维，达到100％的余量由活性炭和/或密度小于0.9的材料组成，第二外层包含5-25干重％活性炭，达到100％的余量由有机和/或无机化学纤维组成，其特征还在于内层的重量为40-200g/m2，外层的重量为10-100g/m2。
11.根据前述权利要求1-10任何一项的过滤介质作为漂浮载体的用途。

Claims (18)

1.基于纤维素和/或天然纤维的载体作为漂浮载体的用途，该载体的所有或部分OH官能团已与接枝试剂RX反应，其中R是合适的疏水基，以便能在大气压和至少200℃的温度下为液态，并能至少在某些反应条件下在OH官能团上发生反应，同时产生疏水基团R在OH官能团上的共价接枝，在反应条件下形成挥发性化合物HX。
2.根据权利要求1的用途，其特征是RX是脂肪酸卤化物。
3.根据权利要求1的用途，其特征是RX是包含至少16个碳原子的饱和或不饱和脂族脂肪酸卤化物。
4.一种介质，特别是用于处理需氧污泥储留池的介质，它以基于纤维素和/或天然纤维的形式存在，其所有或部分OH官能团已与接枝试剂RX反应，其中R是合适的疏水基，以便能在大气压和至少200℃的温度下为液态，并能至少在某些反应条件下在OH官能团上发生反应，同时产生疏水基团R在OH官能团上的共价接枝，在反应条件下形成挥发性化合物HX，该介质的特征在于它还含有炭黑。
5.根据权利要求4的介质，其特征在于该载体还含有表氯醇树脂。
6.根据权利要求4的介质，其特征在于该载体含有按干份数计：
-90-98％北树脂纤维，有益的是95％
-1-4％炭黑，有益的是3％
-1-3％表氯醇树脂，有益的是2％。
7.根据权利要求4的介质，其特征在于所述接枝试剂是脂肪酸卤化物。
8.根据权利要求7的介质，其特征在于所述脂肪酸是山萮酸。
9.基于活性炭的过滤介质，其特征在于它包含三个重叠层，分别是一个内层和顶外层和底外层两个层，
-内层含有80-95干重％活性炭，达到100％的余量由有机和/或无机化学纤维组成，
-底层包含45-100干重％具有OH官能团的有机化学纤维和非必需的无机纤维，达到100％的可能余量在适当情况下由活性炭和/或密度小于0.9的材料组成，所有或部分OH官能团已与接枝试剂RX反应，其中R是合适的疏水基，以便能在大气压和至少200℃的温度下为液态，并能至少在某些反应条件下在OH官能团上发生反应，同时产生疏水基团R在OH官能团上的共价接枝，在反应条件下形成挥发性化合物HX，
-顶层包含5-25干重％活性炭，达到100％的余量由有机和/或无机化学纤维组成。
10.根据权利要求9的过滤介质，其特征在于RX是脂肪酸卤化物，特别是含有至少16个碳原子的饱和或不饱和脂族酸卤化物，有益的是山萮酸。
11.根据权利要求9的过滤介质，其特征在于所述底层含有至少30重量％具有OH官能团的有机纤维。
12.根据权利要求9的过滤介质，其特征在于存在于顶层和非必需的底层中的所述活性炭是纤维的形式。
13.根据权利要求9的过滤介质，其特征在于它含有纤维形式的活性炭，用于吸附CH4和H2S，该活性炭的特征如下：
-丝的纱线支数：1-1.5dtex，
-比表面积：1400m2/g，
-微孔率：95％。
14.根据权利要求9的过滤介质，其特征在于所述顶层涂有基于光催化剂的层。
15.根据权利要求14的过滤介质，其特征在于所述基于光催化剂的层以包含10-70份，有益的50份二氧化硅(SiO2)的胶体水分散体的混合物形式存在，达到100份的余量由TiO2锐钛矿组成。
16.根据权利要求15的过滤介质，其特征在于所述SiO2颗粒占胶体水分散体的1-50重量％，并具有10-40nm的直径。
17.根据权利要求15的过滤介质，其特征在于所述基于光催化剂的层含有5-40g/m2，有益的20g/m2的光催化剂。
18.基于活性炭的过滤介质，其特征在于它包含三个重叠层，分别是一个内层和两个外层，内层含有80-95干重％活性炭，达到100％的余量由有机和/或无机化学纤维组成，第一外层包含45-95干重％有机和/或无机化学纤维，达到100％的余量由活性炭和/或密度小于0.9的材料组成，第二外层包含5-25干重％活性炭，达到100％的余量由有机和/或无机化学纤维组成，其特征还在于内层的重量为40-200g/m2，外层的重量为10-100g/m2。
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