專利名稱：一種水處理懸浮填料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有掛膜快、污染物去除效率高、抗污染負(fù)荷強(qiáng)、耐毒性好等優(yōu)良綜合性能的水處理懸浮填料。
背景技術(shù)：
隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水和城鎮(zhèn)生活污水越來越多，而隨著我國環(huán)保要求的不斷嚴(yán)格，對上述廢水進(jìn)行處理和達(dá)標(biāo)排放與回收利用已經(jīng)成為減少環(huán)境污染、降低生產(chǎn)成本的重要手段。在眾多水處理方法中，生物膜法以其高效率、污泥量少、不會產(chǎn)生污泥膨脹、對廢水水質(zhì)水量的變動具有較好的適應(yīng)能力以及運(yùn)行管理簡單等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前較為普遍使用的水處理方法。生物膜法是利用附著生長于介質(zhì)表面的微生物(即生物膜)進(jìn)行有機(jī)廢水處理的方法，上述介質(zhì)稱為生物膜載體，也稱填料，其在生物膜的附著以及固定過程中具有重要作用。優(yōu)良的填料不僅給微生物提供棲息的場所，還有截留污染物的作用。填料的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性、物理性狀和表面電荷性等因素都會影響生物膜法的處理性能。目前普遍使用的填料可分為有機(jī)填料和無機(jī)填料，兩者的特點(diǎn)如下無機(jī)填料主要有沙子、玻璃材料、陶瓷、礦渣等，無機(jī)填料具有機(jī)械強(qiáng)度高和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但無機(jī)填料的密度較大，不適用于懸浮態(tài)生物反應(yīng)器工藝的應(yīng)用；有機(jī)填料主要有PP (聚丙烯，polypropylene)、PVC(聚氯乙烯,polyvinylchloride )、PS (聚苯乙烯,polystyrene)、PE (聚乙烯,polyethylene)以及各種塑料、聚酯、明膠和纖維等，通常這些有機(jī)填料均需進(jìn)行適當(dāng)?shù)母男?，從而使其親水性和生物親和性達(dá)到更高的水平，這些有機(jī)填料適用于懸浮態(tài)生物反應(yīng)器，如生物流化床，曝氣生物濾池等。通過上述分析可見，無機(jī)填料的機(jī)械性能較好，但其密度過大，不適于作懸浮填料，而有機(jī)填料適于作懸浮填料，但其機(jī)械性能較差。綜上所述，如何提供一種綜合性能較好的懸浮填料，已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的重大難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種水處理懸浮填料，該懸浮填料具有耐酸堿腐蝕、機(jī)械強(qiáng)度高等無機(jī)填料性能，又具有吸附性強(qiáng)、生物親和性高等有機(jī)填料性能，其綜合性能較好。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案一種水處理懸浮填料，包括支撐架以及兩端均固定于所述支撐架上的碳纖維束，所述碳纖維束包括內(nèi)層碳纖維束和外層碳纖維束，所述支撐架包括第一環(huán)形架、第二環(huán)形架和第三環(huán)形架，所述第一環(huán)形架、所述第二環(huán)形架和所述第三環(huán)形架兩兩相交設(shè)置。優(yōu)選地，在上述水處理懸浮填料中，所述第一環(huán)形架、所述第二環(huán)形架和所述第三環(huán)形架兩兩垂直設(shè)置。優(yōu)選地，所述第一環(huán)形架、所述第二環(huán)形架和所述第三環(huán)形架上均具有多個(gè)用于固定所述碳纖維束的連接孔。優(yōu)選地，在上述水處理懸浮填料中，所述碳纖維束的比表面積和材料直徑分別為1000m2/g-3000m2/g 和 6 μ m_8 μ m。優(yōu)選地，在上述水處理懸浮填料中，所述第一環(huán)形架、所述第二環(huán)形架和所述第三環(huán)形架均為圓形支撐板。優(yōu)選地，在上述水處理懸浮填料中，所述第一環(huán)形架、所述第二環(huán)形架和/或所述第三環(huán)形架的外半徑和厚度分別為2cm-20cm和3mm-6mm。優(yōu)選地，在上述水處理懸浮填料中，所述第一環(huán)形架、所述第二環(huán)形架和/或所述第三環(huán)形架為塑料架。優(yōu)選地，在上述水處理懸浮填料中，所述內(nèi)層碳纖維束的長度為所述支撐架的內(nèi)圈半徑的2-3倍。優(yōu)選地，在上述水處理懸浮填料中，所述外層碳纖維束為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，且所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的相鄰節(jié)點(diǎn)之間的纖維幅長為所述支撐架的內(nèi)圈半徑的O. 2-0. 6倍。在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明提供的水處理懸浮填料包括支撐架以及兩端均固定于支撐架上的碳纖維束，該碳纖維束包括內(nèi)層碳纖維束和外層碳纖維束，支撐架包括第一環(huán)形架、第二環(huán)形架和第三環(huán)形架，第一環(huán)形架、第二環(huán)形架和第三環(huán)形架兩兩相交設(shè)置。上述內(nèi)層碳纖維束固定在支撐架內(nèi)部，其弧長較長，可以在支撐架內(nèi)部大幅飄擺，外層碳纖維束固定于支撐架外部，碳纖維束纏結(jié)成網(wǎng)狀，其弧長較短，能微幅飄擺。該水處理懸浮填料投入使用后，碳纖維束所具有的高吸附性能和高生物親和性等優(yōu)異的性能，使得廢水中的微生物和污濁物質(zhì)能夠附著、吸附在該懸浮填料上，進(jìn)而對廢水中的污染物進(jìn)行吸附和降解，達(dá)到凈化水質(zhì)的作用。并且，本發(fā)明提供的水處理懸浮填料采用第一環(huán)形架、第二環(huán)形架和第三環(huán)形架組成支撐架，該支撐`架能充分利用水流與氣流的動力產(chǎn)生浮力運(yùn)動，內(nèi)外不同弧長的碳纖維束能更有效地實(shí)現(xiàn)三相傳質(zhì)作用，繼而提高該懸浮填料的處理效果，因此該水處理懸浮填料結(jié)合了碳纖維材料的高吸附性能和高親和性等優(yōu)異的材料性能，以及支撐架和內(nèi)層碳纖維束和外層碳纖維束結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到一種具有掛膜快、污染物去除效率高、抗污染負(fù)荷強(qiáng)、耐毒性好等優(yōu)良綜合性能的懸浮填料。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的水處理懸浮填料的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種支撐架的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的內(nèi)層碳纖維束的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的外層碳纖維束的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的內(nèi)層碳纖維束的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的水處理懸浮填料應(yīng)用于生物流化床時(shí)的工藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的核心是提供一種水處理懸浮填料，該懸浮填料的綜合性能較好。為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明提供的技術(shù)方案，下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。如圖1-5所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的水處理懸浮填料包括支撐架以及兩端均固定于支撐架上的碳纖維束，該碳纖維束包括內(nèi)層碳纖維束21和外層碳纖維束22，支撐架包括第一環(huán)形架11、第二環(huán)形架12和第三環(huán)架13，第一環(huán)形架11、第二環(huán)形架12和第三環(huán)架13兩兩相交固定成支撐架，第一環(huán)形架11、第二環(huán)形架12和第三環(huán)架13可為扁平狀。具體地，第一環(huán)形架11、第二環(huán)形架12和第三環(huán)架13可由輕質(zhì)金屬加工而成，三者采用焊接、螺栓連接、鉚接或其他方式固定即可，而碳纖維束可通過螺釘裹系、嵌夾、綁結(jié)以及纏繞的方式與第一環(huán)形架11、第二環(huán)形架12和第三環(huán)架13連接。具體實(shí)施過程中，上述碳纖維束可由聚丙烯腈基碳纖維、酚醛樹脂基碳纖維或浙青基碳纖維等制成，在一般情況下，其相對密度為O. 8-1. 2，優(yōu)選為O. 9-1.1 ;其比表面積為 1000m2/g-3000m2/g，優(yōu)選為 2000m2/g-3000m2/g ;其材料直徑為 5 μ m-12 μ m,優(yōu)選為6 μ m-8 μ m ;其長度為2r_ ^rCr為支撐架的內(nèi)圈半徑)；其旋轉(zhuǎn)體積占整個(gè)填料體積的1/3-2/3 ;內(nèi)層碳纖維束21的長度為支撐架的內(nèi)圈半徑的2-3倍；外層碳纖維束22為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，且該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的相鄰節(jié)點(diǎn)之間的纖維幅長為支撐架的內(nèi)圈半徑的O. 2-0. 6倍。上述碳纖維束和支撐架的尺寸參數(shù)范圍能夠使兩者的性能達(dá)到最佳狀態(tài)，在不同的應(yīng)用場合，上述參數(shù)并不局限于此。碳纖維(Carbon Fibe r,簡稱CF)是一種碳含量超過90%的無機(jī)高分子纖維,其以聚丙烯腈基(PAN)纖維、粘膠纖維、浙青纖維、酚醛纖維等原絲經(jīng)過預(yù)氧化、碳化、石墨化等高溫固相反應(yīng)制備而成，由于其具有石墨微晶結(jié)構(gòu)，因而具有低密度、高強(qiáng)度、耐高溫、抗腐蝕以及柔韌性較好等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械、建筑、材料領(lǐng)域應(yīng)用相當(dāng)廣泛。最重要的是，碳纖維特有的吸附性、生物親和性等特點(diǎn)，使其在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用越來越被重視。有學(xué)者進(jìn)行了聚丙烯腈(PAN)基碳纖維和好氧微生物關(guān)系的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)碳纖維聚集和固定微生物的能力比其它材料(棉花、尼龍、聚乙烯等)高的多，還看到碳纖維上固定的微生物不僅量很大，而且附著強(qiáng)度也很大，形成的生物膜還具有一定的彈性。與粒狀活性炭填料和高分子填料相比，碳纖維(CF)相對來說是一種優(yōu)異的生物膜填料。它兼具了無機(jī)填料與有機(jī)填料的優(yōu)點(diǎn)。由此得出，碳纖維所具有的高吸附性能和生物親和性，有利于微生物的棲居繁殖以及形成復(fù)雜的微生物膜系統(tǒng)，能夠提高生物活性，高效地去除有機(jī)物、氨氮、總氮和總磷等污染物，同時(shí)碳纖維的高吸附性能以及表面官能團(tuán)所具有的氧化還原能力，對于含低濃度有毒廢水、低濃度難降解廢水能夠起到一定的解毒、緩釋有毒或難降解污染物的作用，以此增強(qiáng)微生物的抗負(fù)荷與降解能力。在本發(fā)明實(shí)施例提供的水處理懸浮填料中，碳纖維束的兩端均固定在支撐架上，在所述支撐架的內(nèi)部，內(nèi)層碳纖維束21的兩端固定在支撐架上以后，能夠形成較長的弧形，且沒有纏結(jié)和織網(wǎng)，從而使得內(nèi)部碳纖維束21能夠自由地分散，且在水體中能夠自由的飄動，有利于其捕捉和吸附污濁物質(zhì)與活性微生物，并且由于碳纖維束具有較高的吸附性能和生物親和性，有利于微生物的聚集繁殖和形成復(fù)雜的碳纖維生物膜，而且增強(qiáng)了碳纖維束與廢水、氧氣接觸所進(jìn)行的物質(zhì)和能量交換，提高了三相傳質(zhì)效果，有利于微生物膜的高效分離；在支撐架的內(nèi)部，第一環(huán)形架、第二環(huán)形架和第三環(huán)形架兩兩相交固定組成支撐架，該支撐架能充分利用水流與氣流的動力產(chǎn)生浮力運(yùn)動，達(dá)到上浮或反轉(zhuǎn)的效果，從而使該水處理懸浮填料具有較好的節(jié)能效果；內(nèi)外不同弧長的碳纖維束更能有效的實(shí)現(xiàn)三相傳質(zhì)作用，由于支撐架能夠與水、氣充分接觸，表面受水力擾動大，形成的生物膜較薄，其主要為好氧生物膜；在所述支撐架的外部，所述碳纖維束的兩端固定在所述支撐架上以后，在碳纖維束與碳纖維束交叉的部分優(yōu)選采用綁結(jié)或鑲嵌的方式將碳纖維束和碳纖維束連接，該部分碳纖維束形成的弧較短，在本發(fā)明實(shí)施例中，將其定義為微幅纖維，雖然其擴(kuò)散和飄動的范圍較小，但是其仍保留了較高的吸附性能，使得該水處理懸浮填料內(nèi)形成的微生物膜不易脫落，容易形成兼氧和厭氧環(huán)境；而且本發(fā)明實(shí)施例提供的懸浮填料中，水體中的污染物被吸附在碳纖維束形成的微生物膜的表面，使碳纖維束表面形成局部污染物濃縮區(qū)域，可以將有毒物質(zhì)和難降解物質(zhì)富集到纖維微孔內(nèi)部再緩釋分解，減少了對生物膜的毒害與負(fù)荷，提高了表面生物膜的抗毒性、耐負(fù)荷沖擊性以及生物活性，并且，本發(fā)明實(shí)施例提供的支撐架能夠很好的支撐碳纖維生物膜，有效地保護(hù)生物膜；通過支撐架利用曝氣和水流產(chǎn)生的浮力，降低了填料混合流化的動力消耗從而進(jìn)一步降低了本發(fā)明提供的水處理懸浮填料的運(yùn)行能耗與運(yùn)行成本；同時(shí)，碳纖維束也為微生物的繁殖提供了特殊的表面，其多孔的表面吸附了大量微生物菌群，促進(jìn)了微生物膜的形成，縮短了微生物膜的啟動周期，而且由于碳纖維具有較高的生物親和能力，使得到的微生物膜中的微生物具有較高的活性，有利于對污染物的清除。因此，本發(fā)明實(shí)施例提供的懸浮填料使用壽命長，能夠形成復(fù)雜的微生物膜系統(tǒng)，能夠加快生物膜啟動、提 高生物膜的生物活性；同時(shí)還具有吸附有毒、有害、難降解污染物，降低生物膜負(fù)荷和解毒以及緩釋作用，使得本發(fā)明實(shí)施例提供的懸浮填料可以同時(shí)進(jìn)行硝化、反硝化等各種生化反應(yīng)；而且得到的微生物膜具有較強(qiáng)的生物活性和良好的處理能力，從而提高了對水體污染物的降解效果。本發(fā)明實(shí)施例提供的水處理懸浮填料能夠應(yīng)用于好氧流化床、厭氧流化床、生物濾池、接觸氧化池等生化處理工藝中，對于含低濃度的有毒廢水、含低濃度的難降解有機(jī)廢水、生活污水、工業(yè)污水等中的有機(jī)物、氮、磷、重金屬等污染物都有較好的去除效果。進(jìn)一步的技術(shù)方案中，第一環(huán)形架11、第二環(huán)形架12和第三環(huán)形架13兩兩垂直設(shè)置。此時(shí)，固定于第一環(huán)形架11、第二環(huán)形架12和第三環(huán)形架13上的碳纖維束的長度相對比較均勻，不會出現(xiàn)分別連接于第一環(huán)形架11、第二環(huán)形架12和第三環(huán)形架13兩端之間的碳纖維束的長度存在較大差異，而致使該水處理生物填料內(nèi)部出現(xiàn)受力失衡的現(xiàn)象，以此進(jìn)一步提高該填料的性能。為了便于碳纖維束與支撐架之間的連接，本發(fā)明實(shí)施例提供的第一環(huán)形架11、第二環(huán)形架12和第三環(huán)形架13上均具有多個(gè)用于固定碳纖維束的連接孔。操作時(shí)直接將碳纖維束穿過上述連接孔后綁結(jié)即可，操作較為方便，且連接強(qiáng)度的高低容易控制。
優(yōu)選的技術(shù)方案中，上述各方案中的第一環(huán)形架11、第二環(huán)形架12和第三環(huán)形架13均為圓形支撐板，使得支撐架為球形結(jié)構(gòu)，此時(shí)，內(nèi)層碳纖維束21的兩端位于支撐架的直徑方向上。相對于橢圓形或其他不規(guī)則形狀的支撐架，圓形支撐板更有利于碳纖維束的固定，且其在使用過程不易變形，不會對碳纖維束施加額外的拉力，保證碳纖維束的使用壽命。同時(shí)，圓形支撐板所具有的對稱結(jié)構(gòu)使其在廢水中更穩(wěn)定的上浮和翻轉(zhuǎn)，便于形成生物膜。進(jìn)一步地，第一環(huán)形架11、第二環(huán)形架12和第三環(huán)形架13的外半徑為lcm-20cm，優(yōu)選為6cm_12cm ;其環(huán)徑比為1. 2-2,優(yōu)選為1. 5 ;其厚度為Imm-1Omm,優(yōu)選為3mm-6mm。更優(yōu)選的技術(shù)方案中，上述各方案中的第一環(huán)形架11、第二環(huán)形架12和第三環(huán)形架13為塑料架。上述三者采用塑料制成，塑料的密度接近水的密度，因此可以有效減少上述填料懸浮所需要的動力消耗。另外，根據(jù)不同的使用場合，第一環(huán)形架11、第二環(huán)形架12和第三環(huán)形架13的數(shù)量可以進(jìn)行調(diào)整，以滿足不同水質(zhì)、不同用途等要求。如圖6所示，將上述水處理懸浮填料應(yīng)用于生物流化床中，該生物流化床主要包括玻璃反應(yīng)器31、設(shè)置于玻璃反應(yīng)器31底部的布?xì)獍?2和沉淀池33，將水處理懸浮填料30置于玻璃反應(yīng)器31內(nèi)，將氣體通過布?xì)獍?2通入玻璃反應(yīng)器31內(nèi)，即可對玻璃反應(yīng)器31內(nèi)的廢水進(jìn)行處理，由沉淀池33進(jìn)行排泥。下面提供幾組實(shí)際處理過程中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)以說明本發(fā)明實(shí)施例所提供的水處理懸浮填料的處理效果實(shí)施例1將比表面積為1000m2/g、直徑為7 μ m的聚丙烯腈基碳纖維束剪成長度約為5cm、6cm,7cm的小段碳纖維束各一束(一束約1000根纖維絲)，通過粘結(jié)劑將三束碳纖維束固定在直徑為5cm的第一環(huán)形架11上。然后將長50cm的碳纖維束纏繞在第一環(huán)形架11和第二環(huán)形架12上，并用細(xì)繩結(jié)合固定成網(wǎng)狀填料。將30個(gè)本發(fā)明實(shí)施例提供通過上述方式制備的水處理懸浮填料30 (約150g)置于5L的玻璃反應(yīng)器31中，填料填充率約為60%。取河水為處理對象，將水處理懸浮填料30置于玻璃反應(yīng)器31中后，通過玻璃反應(yīng)器31上的空氣進(jìn)口對水處理懸浮填料30進(jìn)行曝氣，保持水體溶解氧的濃度為3mg/L 5mg/L，此時(shí)填料處于懸浮流動狀態(tài)。設(shè)置水力停留8小時(shí)，溫度為15-25°C，利用河水土著微生物直接掛膜，連續(xù)運(yùn)行三十天完成對廢水的處理。比較例I將外購市場常用的內(nèi)置(維綸)纖維懸浮球填料(約120g)置于實(shí)施例1中所述的玻璃反應(yīng)器31中，填充率約70%。所用的水質(zhì)、處理?xiàng)l件與實(shí)施例1相同，完成對污水的處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，外購的多孔懸浮填料纖維球纖維分散性差，曝氣阻力大，9天后生物膜形成，后期CODsfa的去除率為45% 76%，對總氮的去除率為15% 32%，對總磷的去除率為3% 16%，對氨氮的去除率為65% 92%，而本發(fā)明實(shí)施例提供的水處理懸浮填料在廢水中5天后生物膜形成，后期CODfc的去除率為55% 87%，對總氮的去除率為25% 38%，對總磷的去除率為5% 22%，對氨氮的去除率為60% 90%，這表明，上述水處理懸浮填料掛膜啟動快且對污染物具有良好的脫除效果，且通過對曝氣量的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例提供的水處理懸浮填料能 夠節(jié)約電耗約6%。實(shí)施例2
同上制備的水處理懸浮填料30和生物流化床，反應(yīng)條件一致，處理對象為紙漿廠的漂白廢水，其廢水為含氯有毒廢水，加入少量經(jīng)過該廢水馴化的活性污泥，反應(yīng)溫度為18 25 。比較例2生物流化床同上比較例1，條件一致，處理對象同樣為紙漿廠的漂白廢水，其廢水為含氯有毒廢水，同樣加入少量經(jīng)過該廢水馴化的活性污泥，反應(yīng)溫度為18 25°C。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本比較例提供的外購內(nèi)置(維綸)纖維懸浮球填料對含氯廢水處理，掛膜啟動期為16天，CODtt的去除率為20% 43%，難降解物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率為15% 38%，而本發(fā)明實(shí)施例提供的水處理懸浮填料30對含氯廢水處理，掛膜啟動期為7天，后期C0D&的去除率為64% 71%，難降解物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率為42% 68%，這表明，上述水處理懸浮填料30對于難降解有毒廢水具有解毒和提高難降解物質(zhì)降解量的能力。實(shí)施例3同實(shí)施例1所用的生物流化床，設(shè)備條件一致，處理對象為選礦廠浮選廢水，其廢水含 Pb2+O. 02 O. 42mg/L、Zn2+0. 02 1. 27mg/L、As+0. 05 O. 16mg/L、Cu2+0. 02 O. 30mg/L、總鉻O. 05 O. 44mg/L,C0DCr120 285mg/L，加入少量經(jīng)過該廢水馴化的活性污泥，反應(yīng)溫度為18 25°C。比較例3同比較例I所用的生物流化床，設(shè)備條件一致，處理對象同樣為選礦廠含重金屬浮選廢水，加入少量經(jīng)過該廢水馴化的活性污泥，反應(yīng)溫度為18 25°C。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本比較例提供的外購內(nèi)置(維綸)纖維懸浮球填料對含重金屬廢水處理，掛膜啟動期為16天， CODcr的去除率為35% 14%，重金屬去除率一直很低，對各重金屬去除率均低于30%，且后期運(yùn)行7天后生物膜開始受抑制脫落，此時(shí)需要新增營養(yǎng)源維持運(yùn)行，而本發(fā)明實(shí)施例提供的水處理懸浮填料30對含重金屬廢水處理，掛膜啟動期為11天，后期C0D&的去除率為59% 27%，對重金屬的去除先快后慢，對鉛、鋅、砷、銅、鉻的去除率分別為15% 62%、22% 71%、10% 54%、18% 49%、12% 66%，后期運(yùn)行二十天后生物膜開始受抑制脫落，此時(shí)需要新增營養(yǎng)源維持運(yùn)行。這表明，市場上維綸纖維懸浮球填料對重金屬不能起到吸附、降解、緩釋的作用，無法減小重金屬對材料表面生物膜的抑制毒害作用，而本發(fā)明實(shí)施例提供的水處理懸浮填料的生物膜抗毒害能力與降解處理能力明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的內(nèi)置纖維懸浮球填料。由此可見，上述水處理懸浮填料能對污染物同時(shí)進(jìn)行吸附與生物降解，為一種具有顯著提高污染物質(zhì)的吸附去除效果、縮短生物膜啟動周期、增強(qiáng)生物活性、提高污染水體與生物膜的傳質(zhì)效果、實(shí)現(xiàn)膜的高效分離、耐酸堿腐蝕耐高溫等諸多優(yōu)點(diǎn)的填料。水體中的污濁物質(zhì)被吸附在碳纖維束表面，使碳纖維束表面形成局部污染物濃縮區(qū)域，可以將有毒物質(zhì)和難降解物質(zhì)富集到纖維微孔內(nèi)部再緩釋分解，減少對生物膜的毒害與負(fù)荷；碳纖維同時(shí)也為微生物繁殖提供了特殊的表面，其多孔的表面吸附了大量微生物菌群，特別是以目標(biāo)污染物為代謝底物的微生物菌群；同時(shí)，碳纖維對溶解氧有很強(qiáng)的吸附能力。本發(fā)明實(shí)施例提供的球內(nèi)大幅擺動、球外微幅擺動的懸浮填料，其外部的網(wǎng)狀口可隨填料的浮動壓縮變化，能夠充分增強(qiáng)水、氣、膜的傳質(zhì)效果，當(dāng)填料在反應(yīng)器中碰撞時(shí)，由于該填料將軟、硬填料的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合為一體，不僅能很好的支撐碳纖維生物膜而且能有效的保護(hù)生物膜的磨損與破壞，由于碳纖維束內(nèi)部為絲狀結(jié)構(gòu)而且分散性好，能使生物膜進(jìn)行高效快速的更新與脫落。以上對本發(fā)明所提供的水處理懸浮填料進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi) 。
權(quán)利要求
1.一種水處理懸浮填料，其特征在于，包括支撐架以及兩端均固定于所述支撐架上的碳纖維束，所述碳纖維束包括內(nèi)層碳纖維束(21)和外層碳纖維束(22)，所述支撐架包括第一環(huán)形架(11)、第二環(huán)形架(12)和第三環(huán)形架(13)，所述第一環(huán)形架(11)、所述第二環(huán)形架(12 )和所述第三環(huán)形架(13 )兩兩相交設(shè)置。
2.按照權(quán)利要求1所述的水處理懸浮填料，其特征在于，所述第一環(huán)形架(11)、所述第二環(huán)形架(12)和所述第三環(huán)形架(13)兩兩垂直設(shè)置。
3.按照權(quán)利要求1所述的水處理懸浮填料，其特征在于，所述第一環(huán)形架(11)、所述第二環(huán)形架(12)和所述第三環(huán)形架(13)上均具有多個(gè)用于固定所述碳纖維束的連接孔。
4.按照權(quán)利要求1所述的水處理懸浮填料，其特征在于，所述碳纖維束的比表面積和材料直徑分別為 1000m2/g-3000m2/g 和 6 μ m_8 μ m。
5.按照權(quán)利要求1所述的水處理懸浮填料，其特征在于，所述第一環(huán)形架(11)、所述第二環(huán)形架(12)和所述第三環(huán)形架(13)均為圓形支撐板。
6.按照權(quán)利要求5所述的水處理懸浮填料，其特征在于，所述第一環(huán)形架(11)、所述第二環(huán)形架(12)和/或所述第三環(huán)形架(13)的外半徑和厚度分別為2cm-20cm和3mm-6mm。
7.按照權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的水處理懸浮填料，其特征在于，所述第一環(huán)形架(11 )、所述第二環(huán)形架(12)和/或所述第三環(huán)形架(13)為塑料架。
8.按照權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的水處理懸浮填料，其特征在于，所述內(nèi)層碳纖維束(21)的長度為所述支撐架的內(nèi)圈半徑的2-3倍。
9.按照權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的水處理懸浮填料，其特征在于，所述外層碳纖維束(22)為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，且所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的相鄰節(jié)點(diǎn)之間的纖維幅長為所述支撐架的內(nèi)圈半徑的 O. 2-0. 6 倍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水處理懸浮填料，包括支撐架以及兩端均固定于支撐架上的碳纖維束，碳纖維束包括內(nèi)層碳纖維束和外層碳纖維束，支撐架包括第一環(huán)形架、第二環(huán)形架和第三環(huán)形架，第一環(huán)形架、第二環(huán)形架和第三環(huán)形架兩兩相交設(shè)置。內(nèi)層碳纖維束在支撐架內(nèi)部大幅飄擺，外層碳纖維束微幅飄擺，廢水中的微生物和污濁物質(zhì)能夠附著、吸附在該懸浮填料上；該水處理懸浮填料采用第一環(huán)形架、第二環(huán)形架和第三環(huán)形架組成支撐架，能充分利用水流與氣流的動力產(chǎn)生浮力運(yùn)動，因此該水處理懸浮填料結(jié)合了碳纖維材料的高吸附性能和高生物親和性等優(yōu)異的材料性能，以及支撐架和內(nèi)層碳纖維束和外層碳纖維束結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到一種綜合性能較好的懸浮填料。
文檔編號C02F3/10GK103058362SQ20131000636
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月8日
發(fā)明者姚理為, 余輝, 牛遠(yuǎn), 余建平, 劉倩, 王振平, 文波, 楊芳 申請人:中國環(huán)境科學(xué)研究院, 姚理為, 余輝