一種核殼式結構的微生物載體及浮沉式治理污染水體的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種核殼式結構的微生物載體，包括外殼體、球芯體和防護網(wǎng)套，所述外殼體和所述球芯體均為多孔微隙結構，所述外殼體經(jīng)過好氧微生物培養(yǎng)著床熟化處理，所述球芯體經(jīng)過厭氧微生物培養(yǎng)著床熟化處理，所述球芯體置于所述外殼體之中，并在所述外殼體的外部包覆一層所述防護網(wǎng)套。本發(fā)明通過厭氧菌產(chǎn)氣自動上浮，和水面富氧氮氣釋放下沉，來高效低能耗的利用生物反應處理污水，針對污水水體上層富氧和底層厭氧的不同環(huán)境，分別發(fā)揮好氧/厭氧菌的生物學反應優(yōu)勢，實現(xiàn)高效低能耗的污水降解處理。本發(fā)明同時公開了一種所述核殼式結構的微生物載體的制造方法和一種浮沉式治理污染水體的方法。
【專利說明】
一種核殼式結構的微生物載體及浮沉式治理污染水體的方法
技術領域
[0001]本發(fā)明是一種核殼式結構的微生物載體及浮沉式治理污染水體的方法，屬于污水處理的生物工程技術領域。
【背景技術】
[0002]污水的生物處理是一個微生物生命進程的自然過程，相比物理和化學處理方法投資少能耗低。
[0003]污水生物處理一般分為好氧微生物處理和厭氧生微物處理而，這兩類微生物生存的氧環(huán)境條件需求截然相反，同時各自都有不可替代的生物化學反應優(yōu)勢。為了充分發(fā)揮兩類生物不同的優(yōu)勢，通常將污水在時序和空間上分開分別經(jīng)歷“厭氧”和“好氧”這兩道工序，以求污水處理生物降解的高效徹底。
[0004]因為好氧/厭氧微生物生存條件的差異和不相容，在進行兩種生物過程反應的的過渡和轉換時，需要分別在時間上或空間上對環(huán)境進行厭氧/好氧的條件分割轉換，繼而對菌群進行厭氧/好氧菌群的轉換重新培育，這都將占用和耗用大量時間和場地，造成污水處理生物方法推廣應用的耗時長占地面積大的低率瓶頸，嚴重制約了污水生物處理技術的推廣應用。
[0005]在自然界中的水體，尤其是靜止水體，無論自然的還是人工的水體，尤其是富營養(yǎng)污染嚴重的水體，其從底層自下而上自然呈現(xiàn)缺氧到富氧的水層，當然是由于水體表面接觸氧含量高的大氣而呈富氧態(tài)，而底部生物活動耗盡氧氣而呈缺氧狀態(tài)。
[0006]通過人工攪動上下水體，可以實現(xiàn)這種厭氧/好氧微生物群交替作用，但是裝置昂貴且耗能。
[0007]相對現(xiàn)有污水生物處理中必須在空間或時序上設置好氧/厭氧生物反應不相容的宏觀環(huán)境的技術弱點，本發(fā)明提出了一種設置好氧/厭氧相容的微觀環(huán)境的技術方法，通過厭氧菌產(chǎn)氣自動上浮，和水面富氧氮氣釋放下沉，來高效低能耗的利用生物反應處理污水的新方案。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種核殼式結構的微生物載體及浮沉式治理污染水體的方法，通過厭氧菌產(chǎn)氣自動上浮，和水面富氧氮氣釋放下沉，來高效低能耗的利用生物反應處理污水，針對污水水體上層富氧和底層厭氧的不同環(huán)境，分別發(fā)揮好氧/厭氧菌的生物學反應優(yōu)勢，實現(xiàn)高效低能耗的污水降解處理。
[0009]本發(fā)明的目的通過以下技術方案來具體實現(xiàn):
[0010]—種核殼式結構的微生物載體，包括外殼體、球芯體和防護網(wǎng)套，所述外殼體和所述球芯體均為多孔微隙結構，所述外殼體經(jīng)過好氧微生物培養(yǎng)著床熟化處理，所述球芯體經(jīng)過厭氧微生物培養(yǎng)著床熟化處理，所述球芯體置于所述外殼體之中，并在所述外殼體的外部包覆一層所述防護網(wǎng)套。
[0011]進一步的，在所述球芯體與所述外殼體之間放入若干個發(fā)泡塑料小球調節(jié)比重，并保證所述球芯體與所述外殼體同心布置，同時也要求發(fā)泡塑料小球均勻的分布在所述球芯體和所述外殼體之間。
[0012]所述外殼體和所述球芯體采用黏土、活性碳顆粒、碳纖維絲、有機纖維和無機纖維絲制成。
[0013]所述無機纖維絲包括石棉纖維絲、礦物纖維絲、玻璃纖維絲中的任一種和碳纖維絲;優(yōu)選地，所述碳纖維絲、有機纖維絲、無機纖維絲的直徑在10微米-200微米、長度不超過10mm，所述活性炭顆粒的粒度在30-200目之間。
[0014]其中，所述黏土占體積份數(shù)的40%，所述活性炭顆粒占體積份數(shù)的30%，，所述有機纖維優(yōu)選為聚乙烯纖維，占體積份數(shù)的15 %，所述無機纖維絲占體積份數(shù)的15 %，所述無機纖維絲中的碳纖維絲占體積份數(shù)的10%，其他無機纖維絲占體積份數(shù)的5%。
[0015]所述防護網(wǎng)套采用塑料網(wǎng)、鋼絲網(wǎng)、鋁合金網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)的任意一種。
[0016]—種所述核殼式結構的微生物載體的制造方法，所述外殼體分成兩個半殼體，由兩個半殼體對接而成，所述外殼體的兩個半殼體和所述球芯體分別由黏土、活性碳顆粒、碳纖維絲原料、有機纖維和無機纖維絲經(jīng)過捏煉混合，然后沖壓成型后陰干，再進行保護氣氛燒結成型，控制所述有機纖維在燒結過程中汽化形成孔隙，并且所述碳纖維絲原料在燒結時碳化，形成活性碳顆粒間的碳纖維絲通道;將所述外殼體的兩個半殼體經(jīng)過好氧微生物培養(yǎng)著床熟化處理，將所述球芯體經(jīng)過厭氧微生物培養(yǎng)著床熟化處理后，將所述球芯體放入兩個半殼體扣合而成的外殼體中，并在所述外殼體的外部包覆一層防護網(wǎng)套。
[0017]進一步的，在所述球芯體和所述外殼體之間的間隙中放入若干個發(fā)泡塑料小球調節(jié)比重，并保證所述球芯體與所述外殼體同心布置，同時也要求發(fā)泡塑料小球均勻的分布在所述球芯體和所述外殼體之間。
[0018]所述有機纖維采用低溫揮發(fā)的有機纖維，如聚乙烯類纖維。
[0019]所述防護網(wǎng)套采用塑料網(wǎng)、鋼絲網(wǎng)、鋁合金網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)的任意一種。
[0020]所述黏土占體積份數(shù)的40%，所述活性炭顆粒占體積份數(shù)的30%，所述有機纖維優(yōu)選為聚乙烯纖維，占體積份數(shù)的15%，所述無機纖維絲占體積份數(shù)的15%。
[0021]—種浮沉式治理污染水體的方法，采用至少內、外兩層多孔微隙結構的載體，其中位于外部的多孔微隙結構經(jīng)過好氧微生物培養(yǎng)著床熟化處理，位于內部的多孔微隙結構經(jīng)過厭氧微生物培養(yǎng)著床熟化處理，使載體在沉入水體底部時，厭氧菌消化氨氮產(chǎn)生氮氣并存留在載體的多孔微隙結構中，載體的比重減小而向上浮動至水面，在載體浮出水面時，載體外層的好氧菌開始消解水體中的有機污染成分，同時保持位于內部的厭氧菌處于厭氧環(huán)境;當載體浮在水面時，載體外部的多孔微隙結構中的氮氣釋放到大氣中，從而使載體的多孔微隙結構逐漸充水，隨著比重增加而重新沉入水體底部，以此循環(huán)。
[0022]優(yōu)選的，所述載體采用球形結構，載體的內、外兩層多孔微隙結構也分別采用球形結構。
[0023]進一步的，在內、外兩層多孔微隙結構之間加入若干個發(fā)泡塑料球來調節(jié)比重，并保證兩層多孔微隙結構同心布置，同時也要求發(fā)泡塑料小球均勻的分布在兩層多孔微隙結構之間。
[0024]更進一步的，在外層多孔微隙結構的外部包覆有一層保護網(wǎng)套。
[0025]所述防護網(wǎng)套采用塑料網(wǎng)、鋼絲網(wǎng)、鋁合金網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)的任意一種。
[0026]將制好的載體拋入待處理的污水水體之中，沉入污水水體底部的載體中的厭氧菌得到最適宜的厭氧環(huán)境，消化氨氮產(chǎn)生氮氣，載體隨著厭氧菌生產(chǎn)氮氣的增加比重減輕逐步上浮至水面。載體的外殼中著床的好氧菌得到適宜的富氧環(huán)境條件，開始消解水體有機污染成分的工作，同時保持了載體內部的厭氧條件保護了厭氧菌群。當陶粒球體浮在水面時，載體外部表面的微隙接觸到空氣后，原水體張力造成的氣阻迅速消失，迅速將載體內的氮氣釋放到大氣中，載體通過微隙逐漸充滿水，比重增加而沉入水底，由此開始下一個浮/沉一一好氧/厭氧消解處理污水的循環(huán)。
[0027]本發(fā)明公開一種由黏土復合材料制成的內外分層的核殼式結構的微生物載體，使得內球體和外殼體分別形成適宜厭氧/好氧菌群同時分別附著生存的微環(huán)境，且內外層相互聯(lián)通便于傳質和排氣，外層由保護網(wǎng)套包覆。當污水水體的上下部分別形成厭氧/好氧環(huán)境時，投入其中的核殼式結構的微生物載體在內部厭氧好氧菌群的活動下，會自動在水體上下浮沉運動，分別消化各自所需要的污水有機物成分，實現(xiàn)污水有機物消解的目的，解決了傳統(tǒng)污水生物處理過程中，由于厭氧/好氧時空的環(huán)境條件轉換、厭氧/好氧微生物群落置換所造成的雖然設施造價、運行能耗低，但被低運行效率制約的技術瓶頸。
【附圖說明】
[0028]下面根據(jù)附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0029]圖1是本發(fā)明實施例所述核殼式結構的微生物載體的結構示意圖。
[°03°]圖2是外殼體的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0031 ] 實施例一
[0032]如圖1-2所不，本發(fā)明實施例所述一種核殼式結構的微生物載體，包括外殼體1、球芯體2和防護網(wǎng)套4，所述外殼體I和所述球芯體2均為多孔微隙結構，所述外殼體I經(jīng)過好氧微生物培養(yǎng)著床熟化處理，所述球芯體2經(jīng)過厭氧微生物培養(yǎng)著床熟化處理，所述球芯體置于所述外殼體之中，并在所述外殼體I的外部包覆一層所述防護網(wǎng)套4，防止載體之間相互碰創(chuàng)及與邊壁擦碰損壞。
[0033]進一步的，在所述球芯體2與所述外殼體I之間放入若干個發(fā)泡塑料小球3調節(jié)比重，并保證所述球芯體與所述外殼體同心布置，同時也要求發(fā)泡塑料小球均勻的分布在所述球芯體和所述外殼體之間。這樣設計的好處在于，當載體浮出水面時，載體上部的氣體首先釋放出去，造成載體上部的比重大，所以使載體釋放了氣體的上部向下偏轉，促使其他部分的氣體釋放。
[0034]所述外殼體I和所述球芯體2采用黏土、活性碳顆粒、碳纖維絲、有機纖維和無機纖維絲制成。
[0035]其中，所述黏土占體積份數(shù)的40%，作為微生物著床基材和球體結構及粘合劑；
[0036]所述活性炭顆粒占體積份數(shù)的30%，用于微生物附著床；
[0037]所述無機纖維絲包括石棉纖維絲、礦物纖維絲、玻璃纖維絲中的任一種和碳纖維絲;優(yōu)選地，所述碳纖維絲、有機纖維絲、無機纖維絲的直徑在10微米-200微米、長度不超過10mm，所述活性炭顆粒的粒度在30-200目之間。
[0038]所述有機纖維占體積份數(shù)的15%，采用低溫揮發(fā)的有機纖維，有選為聚乙烯類纖維，使其在燒結時揮發(fā)形成排氣管道，也可以作為污水因濃度差異傳質通道；
[0039]所述無機纖維絲占體積份數(shù)的15%，起到耐高溫，增強球殼作用，選用玻璃纖維、石英玻璃纖維、硼纖維、陶瓷纖維等。
[0040]其中所述無機纖維絲中的碳纖維絲占體積份數(shù)的10%，碳纖維絲原料如竹纖維在焙燒溫度下，其增強球體結構作用，在焙燒時碳化，形成碳顆粒間的碳纖維絲通道，增強同種菌群的恢復力;其他無機纖維絲占體積份數(shù)的5%。
[0041]所述防護網(wǎng)套采用塑料網(wǎng)、鋼絲網(wǎng)、鋁合金網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)的任意一種。
[0042]實施例二
[0043]本實施例所述核殼式結構的微生物載體的制造方法，所述外殼體分成兩個半殼體，由兩個半殼體對接而成，在制成兩半殼體時，對接的邊緣處需要制成子母扣形式以便于扣合與黏結。
[0044]所述外殼體的兩個半殼體和所述球芯體分別由黏土、活性碳顆粒、碳纖維絲原料、有機纖維和無機纖維絲經(jīng)過捏煉混合，然后沖壓成型后陰干，再進行保護氣氛燒結成型。
[0045]外殼體的兩個半殼體和球芯體，因為功能差別，配方比例不同。針對外殼體和球芯體，請分別給出優(yōu)選的配方比例。
[0046]控制所述有機纖維在燒結過程中汽化形成孔隙，并且所述碳纖維絲原料在燒結時碳化，形成活性碳顆粒間的碳纖維絲通道;將所述外殼體的兩個半殼體經(jīng)過好氧微生物培養(yǎng)著床熟化處理，將所述球芯體經(jīng)過厭氧微生物培養(yǎng)著床熟化處理后，將所述球芯體放入兩個半殼體扣合而成的外殼體中，并在所述外殼體的外部包覆一層防護網(wǎng)套，防止載體之間相互碰創(chuàng)及與邊壁擦碰損壞。
[0047]進一步的，在所述球芯體和所述外殼體之間的間隙中放入若干個發(fā)泡塑料小球調節(jié)比重，并保證所述球芯體與所述外殼體同心布置，同時也要求發(fā)泡塑料小球均勻的分布在所述球芯體和所述外殼體之間。這樣設計的好處在于，當載體浮出水面時，載體上部的氣體首先釋放出去，造成載體上部的比重大，所以使載體釋放了氣體的上部向下偏轉，促使其他部分的氣體釋放。
[0048]所述有機纖維采用低溫揮發(fā)的有機纖維，如聚乙烯類纖維。
[0049]所述防護網(wǎng)套采用塑料網(wǎng)、鋼絲網(wǎng)、鋁合金網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)的任意一種。
[0050]所述黏土占體積份數(shù)的40%，所述活性炭顆粒占體積份數(shù)的30%，所述有機纖維優(yōu)選為聚乙烯纖維，占體積份數(shù)的15 %，所述無機纖維絲占體積份數(shù)的15 %，所述無機纖維絲中碳纖維絲占體積份數(shù)的10%，其他無機纖維絲占體積分數(shù)的5%。
[0051 ] 實施例三
[0052]本實施例所述浮沉式治理污染水體的方法，采用至少內、外兩層多孔微隙結構的載體，其中位于外部的多孔微隙結構經(jīng)過好氧微生物培養(yǎng)著床熟化處理，位于內部的多孔微隙結構經(jīng)過厭氧微生物培養(yǎng)著床熟化處理，使載體在沉入水體底部時，厭氧菌消化氨氮產(chǎn)生氮氣并存留在載體的多孔微隙結構中，載體的比重減小而向上浮動至水面，在載體浮出水面時，載體外層的好氧菌開始消解水體中的有機污染成分，同時保持位于內部的厭氧菌處于厭氧環(huán)境；當載體浮在水面時，載體外部的多孔微隙結構中的氮氣釋放到大氣中，從而使載體的多孔微隙結構逐漸充水，隨著比重增加而重新沉入水體底部，以此循環(huán)。
[0053]優(yōu)選的，所述載體采用球形結構，載體的內、外兩層多孔微隙結構也分別采用球形結構。
[0054]進一步的，在內、外兩層多孔微隙結構之間加入若干個發(fā)泡塑料球來調節(jié)比重，并保證兩層多孔微隙結構同心布置，同時也要求發(fā)泡塑料小球均勻的分布在兩層多孔微隙結構之間。
[0055]更進一步的，在外層多孔微隙結構的外部包覆有一層保護網(wǎng)套。
[0056]所述防護網(wǎng)套采用塑料網(wǎng)、鋼絲網(wǎng)、鋁合金網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)的任意一種。
[0057]將制好的載體拋入待處理的污水水體之中，沉入污水水體底部的載體中的厭氧菌得到最適宜的厭氧環(huán)境，消化氨氮產(chǎn)生氮氣，載體隨著厭氧菌生產(chǎn)氮氣的增加比重減輕逐步上浮至水面。載體的外殼中著床的好氧菌得到適宜的富氧環(huán)境條件，開始消解水體有機污染成分的工作，同時保持了載體內部的厭氧條件保護了厭氧菌群。當陶粒球體浮在水面時，載體外部表面的微隙接觸到空氣后，原水體張力造成的氣阻迅速消失，迅速將載體內的氮氣釋放到大氣中，載體通過微隙逐漸充滿水，比重增加而沉入水底，由此開始下一個浮/沉一一好氧/厭氧消解處理污水的循環(huán)。
[0058]本發(fā)明公開一種由黏土復合材料制成的內外分層的核殼式結構的微生物載體，使得內球體和外殼體分別形成適宜厭氧/好氧菌群同時分別附著生存的微環(huán)境，且內外層相互聯(lián)通便于傳質和排氣，外層由保護網(wǎng)套包覆。當污水水體的上下部分別形成厭氧/好氧環(huán)境時，投入其中的核殼式結構的微生物載體在內部厭氧好氧菌群的活動下，會自動在水體上下浮沉運動，分別消化各自所需要的污水有機物成分，實現(xiàn)污水有機物消解的目的，解決了傳統(tǒng)污水生物處理過程中，由于厭氧/好氧時空的環(huán)境條件轉換、厭氧/好氧微生物群落置換所造成的雖然設施造價、運行能耗低，但被低運行效率制約的技術瓶頸。
【主權項】
1.一種核殼式結構的微生物載體，其特征在于，包括外殼體、球芯體和防護網(wǎng)套，所述外殼體和所述球芯體均為多孔微隙結構，所述外殼體經(jīng)過好氧微生物培養(yǎng)著床熟化處理，所述球芯體經(jīng)過厭氧微生物培養(yǎng)著床熟化處理，所述球芯體置于所述外殼體之中，并在所述外殼體的外部包覆一層所述防護網(wǎng)套。2.如權利要求1所述的一種核殼式結構的微生物載體，其特征在于，在所述球芯體與所述外殼體之間放入若干個發(fā)泡塑料小球調節(jié)比重，并保證所述球芯體與所述外殼體同心布置，同時也要求發(fā)泡塑料小球均勻的分布在所述球芯體和所述外殼體之間。3.如權利要求1或2所述的一種核殼式結構的微生物載體，其特征在于，所述外殼體和所述球芯體均采用黏土、活性碳顆粒、有機纖維絲和無機纖維絲制成。4.如權利要求3所述的一種核殼式結構的微生物載體，其特征在于，所述無機纖維絲包括石棉纖維絲、礦物纖維絲、玻璃纖維絲中的任一種和碳纖維絲;優(yōu)選地，所述碳纖維絲、有機纖維絲、無機纖維絲的直徑在10微米-200微米、長度不超過1mm，所述活性炭顆粒的粒度在30-200目之間。5.如權利要求4所述的一種核殼式結構的微生物載體，其特征在于，其中，所述黏土占體積份數(shù)的40%，所述活性炭顆粒占體積份數(shù)的30%，所述有機纖維絲采用低溫揮發(fā)的有機纖維，優(yōu)選為聚乙烯纖維，占體積份數(shù)的15%，所述無機纖維絲占體積份數(shù)的15%，所述無機纖維絲中的碳纖維絲占體積份數(shù)的10%，其他無機纖維絲占體積份數(shù)的5%。6.如權利要求1所述的一種核殼式結構的微生物載體，其特征在于，所述防護網(wǎng)套采用塑料網(wǎng)、鋼絲網(wǎng)、鋁合金網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)的任意一種。7.—種權利要求1-6之一所述核殼式結構的微生物載體的制造方法，其特征在于，所述外殼體分成兩個半殼體，由兩個半殼體對接而成，所述外殼體的兩個半殼體和所述球芯體分別由黏土、活性碳顆粒、有機纖維絲和無機纖維絲經(jīng)過捏煉混合，其中，所述無機纖維絲包括石棉纖維絲、礦物纖維絲、玻璃纖維絲中的任一種和碳纖維絲;然后沖壓成型后陰干，再在保護氣氛中進行燒結成型，控制所述有機纖維絲在燒結過程中汽化形成孔隙，并且所述碳纖維絲原料在燒結時碳化，形成活性碳顆粒間的碳纖維絲通道;將所述外殼體的兩個半殼體經(jīng)過好氧微生物培養(yǎng)著床熟化處理，將所述球芯體經(jīng)過厭氧微生物培養(yǎng)著床熟化處理后，將所述球芯體放入兩個半殼體扣合而成的外殼體中，并在所述外殼體的外部包覆一層防護網(wǎng)套。8.—種浮沉式治理污染水體的方法，其特征在于，采用至少內、外兩層多孔微隙結構的載體，其中位于外部的多孔微隙結構經(jīng)過好氧微生物培養(yǎng)著床熟化處理，位于內部的多孔微隙結構經(jīng)過厭氧微生物培養(yǎng)著床熟化處理，使載體在沉入水體底部時，厭氧菌消化氨氮產(chǎn)生氮氣并存留在載體的多孔微隙結構中，載體的比重減小而向上浮動至水面，在載體浮出水面時，載體外層的好氧菌開始消解水體中的有機污染成分，同時保持位于內部的厭氧菌處于厭氧環(huán)境;當載體浮在水面時，載體外部的多孔微隙結構中的氮氣釋放到大氣中，從而使載體的多孔微隙結構逐漸充水，隨著比重增加而重新沉入水體底部，以此循環(huán)。9.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述載體采用球形結構，載體的內、外兩層多孔微隙結構也分別采用球形結構。10.如權利要求6所述的方法，其特征在于，在內、外兩層多孔微隙結構之間加入若干個發(fā)泡塑料球來調節(jié)比重，并保證兩層多孔微隙結構同心布置，同時也要求發(fā)泡塑料小球均勻的分布在兩層多孔微隙結構之間。11.如權利要求6所述的方法，其特征在于，在外層多孔微隙結構的外部包覆有一層防護網(wǎng)套。12.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述防護網(wǎng)套采用塑料網(wǎng)、鋼絲網(wǎng)、鋁合金網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)的任意一種。
【文檔編號】C02F3/30GK105884026SQ201610270976
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月27日
【發(fā)明人】羅璐
【申請人】羅璐