CN1824614A - 一种污、废水处理用载体及其处理方法 - Google Patents

一种污、废水处理用载体及其处理方法 Download PDF

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Abstract

一种污、废水处理用载体，包括具有固定作用的中间层和设在所述中间层表面上的外层，所述外层为众多细丝栽植于所述中间层表面而形成，所述细丝最好经过去极化处理，本发明污、废水处理用载体，由于具有由众多细丝构成的表层，细丝直径小，数量多，所以载体的比表面积必然巨大，从而提高了该载体每个生物处理单元中单位容积内微生物的数量；污、废水处理用载体的处理方法，包括将构成所述载体表层的细丝去极化处理，所述去极化处理为，将细丝材料置于有机多价正离子溶液中浸泡，使有机正离子被吸附到具有负电性的载体细丝表面，形成大量的弱键，被吸附的有机多价正离子所剩余的正电基团可与细菌表面的负电基团作用，加快了细菌的附着和固定过程。

Description

一种污、废水处理用载体及其处理方法
技术领域
本发明涉及一种微生物载体及其处理方法，具体涉及一种污、废水处理用载体及其处理方法。
背景技术
污、废水的净化方法有物理、化学和生物方法之分，生物方法是迄今最符合自然规律且经济有效的方法。根据微生物在反应器中的生长方式，可将生物处理方法分为两大类——活性污泥法和生物膜法。在活性污泥法中，微生物以个体或絮体的方式悬浮在污、废水中，通过外力的搅拌或均质作用，使得悬浮的微生物与污、废水充分接触，通过微生物的生命活动和微生物絮体的生物絮凝作用，达到降解、沉淀污染物的目的；在生物膜法中，微生物是固定或吸附于某种载体表面，其固定生长的生长模式使得微生物在载体表面的大量繁殖形成复杂的菌胶团，污、废水中的污染物主要通过微生物的生化活动降解去除。
活性污泥法构筑物简单，处理容量大，但动力消耗大，剩余污泥多，污泥处理处置费用高，对水质变化敏感；生物膜法传质条件好，产泥量低，抗冲击能力强，但构筑物较复杂。
污、废水的生物处理，如果从微生物氧化化学物质获取获取能量时的最终电子受体来区分，又可以分为好氧微生物处理和厌氧生物处理二类。好氧微生物处理，是在有游离氧的情况下，以氧为电子受体的好氧微生物，使有机物降解为稳定的无害化物质的处理方法；厌氧生物处理，是指在没有游离氧的情况下，有些微生物以有机化合物、二氧化碳和硫酸盐为最终电子受体，使有机物降解为稳定的无害化物质的方法。
在好氧环境中，微生物生长效率最高，降解单位污染物所生成的细胞物质非常高；好氧处理能够支撑完整的食物链，包括食物链底部的细菌和顶部的轮虫；厌氧环境微生物的生长效率较低，以细菌占主导地位，大大分子的有机物往往是先通过厌氧微生物降解为小分子后最终被好氧微生物利用而彻底分解。与好氧生物处理法相比，厌氧处理运转费用低，但反应的时间长，处理不彻底。因此，为了尽可能彻底地去除污、废水中的污染物，在污水生物处理工艺中往往将两种生物处理方法进行组合。
生物除磷脱氮就是一个好氧和厌氧生物处理组合应用的范例。
硝化细菌是一类专性好氧细菌，在好氧条件下污废水中的蛋白质类化合物经亚硝酸菌、硝酸菌转化成亚硝酸盐，由硝酸菌把亚硝酸盐转化为硝酸盐；然后，在厌氧或兼氧条件下，硝酸盐经反硝化菌转化为游离氮，进入大气，最终完成氮污染物的降解。
生物除磷的机理如下：在厌氧条件下，除磷菌处于压抑状态而分解体内的多聚磷酸盐产生能量，并放出磷酸盐以维持除磷菌的代谢，同时将胞外有机酸摄入胞内并合成聚β-羟基丁酸(PHB)；压抑状态越长，磷释放越彻底，同时也可在胞内合成更多的PHB。在好氧条件下，除磷菌利用分解胞内PHB产生的ATP将废水中的磷酸盐过量摄取到胞内，并转变成聚磷酸盐。由于厌、好氧的交替，除磷菌可利用胞内和胞外的能量进行分解代谢和合成代谢，因而在与其他微生物的竞争中占优势，可在系统中大量增殖，形成一种稳定的高效除磷污泥体系。
综上所述，由于污、废水生物处理过程的核心是通过微生物来实现的，因此如何提高生物处理单元中单位容积内微生物的数量就成了各种污、废水生物处理技术的关键。对于生物膜技术而言，如何在有限的体积中尽可能大的延展生物膜的固定基质——载体的表面积也就成了生物膜技术的一个关键，所以非常有必要开发一种污、废水处理用的高效载体。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于之一是，提供一种污、废水处理用载体，该载体可提高生物处理单元中单位容积内微生物的数量，并在有限的体积中尽可能大的延展生物膜的固定基质的表面积。
本发明要解决的技术问题在于之二是，提供一种制造上述载体的方法。
本发明为解决第一个技术问题所采用的技术方案是，一种污、废水处理用载体，其特征在于，包括具有固定作用的中间层和设在所述中间层表面上的外层，所述外层为众多细丝栽植于所述中间层表面而形成。
上述污、废水处理用载体，所述中间层为多孔隙材料构成，所述孔隙包括众多孔径为0.1～2mm，最好为0.1～0.5mm的粗孔隙。
上述污、废水处理用载体，所述中间层的细丝上有众多微孔，所述微孔的孔径为5～300μm，最好为5～50μm。
上述污、废水处理用载体，所述中间层为2～4mm厚的带状，由多孔泡沫塑料构成，所述表层设在带状中间层的两面，厚度为2～5mm，所述细丝为高分子聚合纤维。所述高分子聚合纤维为复合丙纶纤维、晴纶纤维、聚丙乙烯纤维或聚乙烯纤维。
上述污、废水处理用载体，所述高分子聚合纤维经过去极化处理。
与现有技术相比，本发明污、废水处理用载体，由于具有由众多细丝构成的表层，细丝直径小，数量多，所以载体的比表面积必然巨大，也就是在有限的体积中尽可能大的延展了生物膜的固定基质的表面积，可以为水中微生物生长、繁殖提供巨大的生物附着表面，从而提高了该载体每个生物处理单元中单位容积内微生物的数量。
本发明为解决第二个技术问题所采用的技术方案是，一种污、废水处理用载体的处理方法，其特征在于，包括将构成所述载体表层的细丝去极化处理，所述去极化处理为，将细丝材料置于有机多价正离子溶液中浸泡，使有机正离子被吸附到具有负电性的载体细丝表面，形成大量的弱键，被吸附的有机多价正离子所剩余的正电基团可与细菌表面的负电基团作用，从而加快细菌的附着和固定过程。上述污、废水处理用载体的处理方法，所述细丝为聚合纤维，所述有机多价正离子为PEI(polyethyleneimine[-CH2-CH2-NH-]n)，浸泡时间至少为20分钟，最好为30～50分钟。
附图说明
图1是本发明污、废水处理用载体的结构示意图；
图2是本发明载体在反应器中的安放示意图。
具体实施方式
实施例一
如图1所示，一种污、废水处理用载体，是一种使用于反应器中的载体，包括具有固定作用的带状中间层101和设在所述中间层101表面上的外层102，所述外层102为众多细丝103栽植于所述中间层表面而形成；所述中间层为3mm厚的带状，由多孔孔隙泡沫塑料构成，孔隙包括众多孔径为0.1～0.5mm的粗孔隙，所述表层设在带状中间层的两面，平均厚度约为3mm，所述细丝为经过去极化处理的高分子聚合纤维复合丙纶纤维，复合丙纶纤维上有众多孔径为5～50μm的微孔。
实施例二
一种污、废水处理用载体的处理方法，包括将构成所述载体表层的细丝去极化处理，所述去极化处理为，将复合丙纶纤维细丝材料置于有机多价正离子PEI(polyethyleneimine[-CH2-CH2-NH-]n)溶液中浸泡30分钟，使有机正离子被吸附到具有负电性的载体细丝表面，形成大量的弱键，被吸附的有机多价正离子所剩余的正电基团可与细菌表面的负电基团作用，从而加快细菌的附着和固定过程。
一般来说，微生物在正常生长环境下，其表面带有负电荷，如果通过技术手段使得纤维材料表面带正电荷，则污、废水中的微生物与载体间的斥力将大大减小，有利于微生物的吸附、固着、生长。
上述带状污、废水处理用载体，聚合纤维铰链在泡沫层中，固定牢固。多孔泡沫塑料层主要的功能是附着固定聚合纤维。中间层由于粗孔隙的存在，其内部也大量存在微型的气室或小腔供微生物附着生长而形成很多微小的生物反应器；这些小气室往往由单一菌种占据，成为功能独特的生物反应器。
复合丙纶纤维是生物惰性材料，不可被微生物降解，其物理、化学性质也非常稳定，不会参与微生物的生化反应，因此具有很好的生物稳定性和理化稳定性。
符合丙纶纤维的直径约为100μm，这些纤维在高倍显微镜下观察时可发现纤维上密布许多大大小小的微孔，直径在5μm到50μm之间，这种微孔结构既有利于有机多价正离子的吸附沉淀，又有利于细菌群落的固着。载体内部的这种微孔结构，可最大限度地截流水体中的细菌，为细菌群落(直径范围1～5μm)提供排他的生存环境。每一个微孔都会形成单一或复合的微生物群落，发展成为一个特殊的生物反应器，进行特定的生物酶促反应。
由于载体外层纤维细丝的直径小，数量多，所以其比表面积必然巨大，每平方米的载体产品能够提供约200平方米的表面积。实施例一的带状载体总厚度约为9mm，若折算成体积比，则每立方米载体可提供约20,000平方米的表面积，可以为水中微生物生长、繁殖提供巨大的生物附着表面。
载体的表观密度(质量/表观体积)为0.19～0.20，其巨大的表面积和极低的表观密度使它被置放在水中时，会产生很大的浮力；再加上细菌分解产生的气体物质形成的小气泡会密布在载体表层，保证不会因固着细菌的大量繁殖使得载体下垂、沉底。生物膜始终处于分散状态，增加了生物膜和废水中的有机污染物的相互接触，提高了净化率。
固着在载体上的微生物形成的生物膜，是二层结构：最靠载体的是厌氧层，这是由于氧从生物膜表面向里传递时阻力较大，且外层微生物已经将水中的大部分溶解氧利用掉的缘故；外层由于供氧较为充沛，使得表层生物的代谢活动相对旺盛从而形成好氧层。介于好氧层和厌氧层之间的部分便是兼氧层，适合兼性微生物生存繁殖。特殊设计的载体和生物膜的结构相匹配，好氧微生物附着在载体的外层，厌氧微生物附着在载体的里层，使好氧反应和厌氧反应能在同一载体结构中进行。由于微生物在生命活动过程中细胞表面还会分泌多种粘多糖类的生物胶体，形成菌胶团，使得生物膜和载体纤维胶结在一起成为复杂的稳定结构，保证了生物膜的稳定性。
在应用实施例一所述污、废水处理用载体时，衡量填料的处理效果的重要指标是容积负荷Nw。传统的填料一般是以立方米为计量单位的，所以BOD的容积负荷Nw是以kgBOD/(m3·d)来计量。实施例一带状载体是以面积来计算的，所以，它的计量单位以kgBOD/(m2·d)来计量。也就是说，可以根据污水的BOD值来确定飘带的使用面积，从而得出飘带的用量。根据大量的实验飘带的Nw取值范围为0.08～0.15kgBOD/(m2·d)。折算成为立方米为100～150kgBOD/(m3·d)。
如图2所示，使用实施例一污、废水处理用载体时，将载体104的底部用与载体同样的材料做成如袖套般的套管106缝合在一起，每隔一根载体的距离缝合一根，形成一种梳状整体外观。其管状套管主要用来固定飘带用。方法是用直径合适的PVC管穿进套管，然后将PVC管按照一定的间距固定在反应器105底部即可。PVC管的长度以反应池的尺寸为准。进水后，又因载体的密度小于水，所以会马上飘浮起来，在反应池中形成如海草般的悬飘模式。载体104在反应器105中的密度可以根据需要调整。

Claims (10)

1、一种污、废水处理用载体，其特征在于，包括具有固定作用的中间层和设在所述中间层表面上的外层，所述外层为众多细丝栽植于所述中间层表面而形成。
2、根据权利要求1所述污、废水处理用载体，其特征在于，所述中间层为多孔隙材料构成，所述孔隙包括众多孔径为0.1～2mm的粗孔隙。
3、根据权利要求1所述污、废水处理用载体，其特征在于，所述孔隙包括众多孔径为0.1～0.5mm的粗孔隙。
4、根据权利要求1、2或3所述污、废水处理用载体，其特征在于，所述栽植于中间层表面的细丝上有众多微孔，所述微孔的孔径为5～300μm。
5、根据权利要求4所述污、废水处理用载体，其特征在于，所述微孔的孔径为5～50μm。
6、根据权利要求1所述污、废水处理用载体，其特征在于，所述中间层为2～4mm厚的带状，由多孔泡沫塑料构成，所述表层设在带状中间层的两面，厚度为2～5mm，所述细丝为高分子聚合纤维。
7、根据权利要求6所述污、废水处理用载体，其特征在于，所述高分子聚合纤维为复合丙纶纤维、晴纶纤维、聚丙乙烯纤维或聚乙烯纤维。
8、根据权利要求6或7所述污、废水处理用载体，其特征在于，所述高分子聚合纤维经过去极化处理。
9、污、废水处理用载体的处理方法，其特征在于，包括将构成所述载体表层的细丝去极化处理，所述去极化处理，为将细丝材料置于机多价正离子溶液中浸泡，使有机正离子被吸附到具有负电性的载体细丝表面，形成大量的弱键，被吸附的有机多价正离子所剩余的正电基团可与细菌表面的负电基团作用，从而加快细菌的附着和固定过程。
10、根据权利要求9所述污、废水处理用载体的处理方法，其特征在于，所述细丝为聚合纤维，所述有机多价正离子为PEI，浸泡时间为至少为20分钟。
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