一種球狀碳素纖維組合填料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本實(shí)用新型涉及水處理領(lǐng)域之污水處理構(gòu)筑物內(nèi)填料類型，特別涉及一種球形碳素纖維組合填料。
【背景技術(shù)】
[0002]在水處理工程實(shí)踐中，常用的好氧生物處理技術(shù)包括活性污泥法和生物膜法兩大類，與活性污泥法相比，生物膜法具有抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)、微生物濃度高、不發(fā)生污泥膨脹、微生物相豐富、食物鏈長(zhǎng)、同時(shí)存在厭氧和好氧環(huán)境、剩余污泥量少等優(yōu)點(diǎn)。在生物膜法中，生物接觸氧化法兼有活性污泥法和生物膜法的優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)水處理中得到越來(lái)越多的應(yīng)用。
[0003]生物接觸氧化法的核心部分為生物填料，它是生物膜的載體，污水凈化過(guò)程就是附著于填料之上以及懸浮于填料之間的微生物的新陳代謝過(guò)程。填料的特性對(duì)生物膜的性狀、氧的利用率和水力分布條件等起重要作用，是直接影響生物接觸氧化工藝處理效果的關(guān)鍵因素。
[0004]目前，我國(guó)已開發(fā)出多種應(yīng)用于生物接觸氧化工藝的填料，其中應(yīng)用最普遍的有懸掛式軟性組合填料(以下簡(jiǎn)述為“組合填料”)和懸浮式填料。組合填料是生物接觸氧化中應(yīng)用最廣、處理效果最好的填料，其具有比表面積大、孔隙率高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、易掛膜、價(jià)格低廉，且具有一定的布水布?xì)庾饔?，充氧率高等?yōu)點(diǎn);但也存在填料中的纖維絲因強(qiáng)度不夠在水流沖刷下容易斷裂、且生物掛膜后容易結(jié)塊降低比表面積而降低處理效果等缺陷。懸浮式填料有球狀和柱狀等形狀，該種填料在氣水作用下能夠懸浮轉(zhuǎn)動(dòng)而具有較強(qiáng)的布水、布?xì)夤δ?，但存在比表面積小、不易掛膜等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種球狀碳素纖維組合填料。該種填料的特點(diǎn)在于用懸浮填料的球狀結(jié)構(gòu)代替組合填料的雙圈大塑料環(huán)結(jié)構(gòu)，同時(shí)用強(qiáng)度更高、比表面積更大的碳素纖維束代替組合填料中的醛化纖維或滌綸絲，因而既耦合了組合填料和懸浮填料的優(yōu)點(diǎn)，又克服了這兩種填料的缺點(diǎn)，將具有更大的比表面積及污水處理效果。
[0006]本實(shí)用新型的目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]—種球狀碳素纖維組合填料，主體由網(wǎng)格球形殼體和碳素纖維束組成。所述網(wǎng)格球形殼體由兩個(gè)對(duì)稱的中空半球殼體相對(duì)拼接而成，所述碳素纖維束被夾持在所述兩個(gè)對(duì)稱的半球殼體之間。
[0008]所述半球殼體均由若干橫向加強(qiáng)圈和縱向加強(qiáng)圈(半圈)組成的網(wǎng)狀半球面及中心環(huán)圈組成，所述網(wǎng)狀半球面的凸頂端均設(shè)一個(gè)管節(jié)。
[0009]所述中心環(huán)圈包括一個(gè)位于中心的管節(jié)，環(huán)繞該管節(jié)的內(nèi)圈和外圈，以及沿所述管節(jié)的側(cè)壁呈放射狀地延伸出6?8條骨架條，所述骨架條從內(nèi)向外依次與所述內(nèi)圈和外圈連接。所述中心環(huán)圈的內(nèi)圈中相鄰骨架條之間分布有雪花狀枝條，該雪花狀枝條既能掛膜，又能有效切割氣泡，提高氧的轉(zhuǎn)移速率和利用率。
[0010]所述碳素纖維束的兩端均為自由端，中間則固定在所述中心環(huán)圈的內(nèi)圈與骨架條的結(jié)合處，所述碳素纖維束的兩個(gè)自由端則搭接在所述中心環(huán)圈的外圈上。
[0011]所述碳素纖維束中的纖維是經(jīng)過(guò)漿紗過(guò)程特殊處理、并能夠在水中迅速蔓延開的特殊纖維絲，每根碳素纖維束由12000?24000根直徑為5??ομπι的長(zhǎng)纖維絲集合而成，所述長(zhǎng)纖維絲上的各自表面上都有細(xì)微的凹凸結(jié)構(gòu)，其形成的比表面積可達(dá)1000m2/g。
[0012]所述網(wǎng)格球形殼體由聚丙烯材料注塑而成，球體直徑為80?150mm。
[0013]本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)及積極效果:
[0014]( I)用碳素纖維束代替常規(guī)組合填料中的醛化纖維或滌綸絲，可獲得如下積極效果:①碳素纖維具有更高的強(qiáng)度、更好的韌性、且具有耐酸耐堿耐腐蝕以及突出的耐熱耐低溫性能，因而，具有更強(qiáng)的抗水力沖擊能力，碳素纖維絲不易斷裂，從而延長(zhǎng)了填料的使用壽命;②每根碳素纖維束由12000?24000根直徑為5?ΙΟμπι的碳纖維絲集合而成，浸入水中后上萬(wàn)根纖維絲會(huì)迅速散開，形成絲狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提供極大的生物附著面積，同時(shí)其具有良好的親水性及生物附著能力，因而不僅可以利用其巨大的表面積及生物接觸面積來(lái)快速吸附、攔截、網(wǎng)捕廢水中的有機(jī)污染物、懸浮物、重金屬等，同時(shí)能夠吸引微生物菌群并使其在超細(xì)的碳纖維絲表面形成粘著性生物膜，利用生物膜中的好氧菌、厭氧菌和兼氧菌的生物氧化、硝化反硝化及吸收作用，有效去除廢水中的有機(jī)物、氮、磷等污染物，使水質(zhì)得到有效凈化。
[0015](2)用球狀結(jié)構(gòu)來(lái)替換常規(guī)組合填料的雙圈大塑料環(huán)結(jié)構(gòu)，利用球狀體的空間立體網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，一方面能更有效地起到均勻布水、布?xì)饧扒懈顨馀莸淖饔茫M(jìn)一步提高充氧效率;另一方面以球面作為氣、水的受力面，相較于圓形盤面，所受的沖擊力更小，且球體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度更高、更穩(wěn)定，因而使用壽命更長(zhǎng)。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型球狀碳素纖維組合填料的立體示意圖；
[0017]圖2是組成本實(shí)用新型球狀體的半球殼體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3是組成本實(shí)用新型的碳素纖維束及中心環(huán)圈組合結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4是本實(shí)用新型球狀碳素纖維組合填料成串裝配示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖(圖1?圖4)對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施不限于此。
[0021 ]圖1?圖4展示了本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)。由圖1可知，一種球狀碳素纖維組合填料，主體由網(wǎng)格球形殼體I和碳素纖維束2組成。所述網(wǎng)格球形殼體I由兩個(gè)對(duì)稱的中空半球殼體(1-1、1-2)相對(duì)拼接而成，所述碳素纖維束2被夾持在所述兩個(gè)對(duì)稱的半球殼體(1-1、1-2)之間。
[0022]由圖2可知，所述半球殼體(1-1、1-2)均由若干橫向加強(qiáng)圈5和縱向加強(qiáng)圈6(半圈)組成的網(wǎng)狀半球面4及中心環(huán)圈3組成，所述網(wǎng)狀半球面4的凸頂端均設(shè)一個(gè)管節(jié)7。
[0023]由圖3所示，所述中心環(huán)圈3包括一個(gè)位于中心的管節(jié)8，環(huán)繞該管節(jié)8的內(nèi)圈9和外圈10，及沿所述管節(jié)8的側(cè)壁呈放射狀地延伸出6?8條骨架條11，所述骨架條11從內(nèi)向外依次與所述內(nèi)圈9和外圈1連接。所述中心環(huán)圈3的內(nèi)圈9中相鄰骨架條11之間分布有雪花狀枝條12。
[0024]由圖3所示，所述碳素纖維束2的兩端均為自由端，中間則固定在所述中心環(huán)圈3的內(nèi)圈9與骨架條11的結(jié)合處，所述碳素纖維束2的兩個(gè)自由端則搭接在所述中心環(huán)圈3的外圈10上。所述碳素纖維束2中的纖維是經(jīng)過(guò)漿紗過(guò)程特殊處理、并能夠在水中迅速蔓延開的特殊纖維絲，每根碳素纖維束由12000?24000根直徑為5?ΙΟμπι的長(zhǎng)纖維絲集合而成，所述長(zhǎng)纖維絲上的各自表面上都有細(xì)微的凹凸結(jié)構(gòu)，其形成的比表面積可達(dá)1000m2/g。
[0025]由圖4所示，用中心繩14和與所述管節(jié)7相適配的套管13將若干個(gè)所述球狀碳素纖維組合填料按一定的垂直間距h固定成串，所述垂直間距h可為150?400mm，串與串之間的水平間距d可為200?500mm，一條成串的填料的有效長(zhǎng)度可為1500?4000mm。在使用時(shí)，中心繩的上下兩端固定在支架上，相鄰兩條填料串中的球狀填料相互間隔排布。
[0026]所述網(wǎng)格球形殼體I由聚丙烯材料注塑而成，球體直徑為80?150mm;所述中心繩14材質(zhì)為塑料或聚酯纖維，所述套管13為塑料套管。
[0027]實(shí)際處理廢水時(shí)，當(dāng)廢水浸沒填料后，碳素纖維束迅速分散開來(lái)，在充氧曝氣攪拌擾動(dòng)下，微生物菌群在分散開來(lái)的碳素纖維絲的表面聚集，逐漸形成微生物膜，當(dāng)廢水流經(jīng)填料時(shí)，生物膜與廢水接觸后將水中的污染物吸附在其表面，然后微生物將吸附在其表面的有機(jī)物、氮、磷等污染物作為其新陳代謝所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，微生物在獲取養(yǎng)料后不斷生長(zhǎng)繁殖和代謝死亡，生物膜也將在水流和曝氣沖刷下不斷更新和脫落，脫落的生物膜將沉入池底或隨水流流出生物反應(yīng)裝置，生物膜不斷更新?lián)Q代，廢水也將不斷得到凈化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種球狀碳素纖維組合填料，其特征在于:主體由網(wǎng)格球形殼體(I)和碳素纖維束(2)組成，所述網(wǎng)格球形殼體(I)由兩個(gè)對(duì)稱的中空半球殼體(1-1、1-2)相對(duì)拼接而成，所述碳素纖維束(2)被夾持在所述兩個(gè)對(duì)稱的半球殼體(1-1、1-2)之間，所述半球殼體(1-1、1-2)均由若干橫向加強(qiáng)圈(5)和縱向加強(qiáng)圈(6)組成的網(wǎng)狀半球面(4)及中心環(huán)圈(3)組成，所述網(wǎng)狀半球面(4)的凸頂端均設(shè)一個(gè)管節(jié)(7)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種球狀碳素纖維組合填料，其特征在于:所述中心環(huán)圈(3)包括一個(gè)位于中心的管節(jié)(8)，環(huán)繞該管節(jié)(8)的內(nèi)圈(9)和外圈(10)，及沿所述管節(jié)(8)的側(cè)壁呈放射狀地延伸出6?8條骨架條(11)，所述骨架條(11)從內(nèi)向外依次與所述內(nèi)圈(9)和外圈(10)連接，所述中心環(huán)圈(3)的內(nèi)圈(9)中相鄰骨架條(11)之間分布有雪花狀枝條(12)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種球狀碳素纖維組合填料，其特征在于:所述碳素纖維束(2)的兩端均為自由端，中間則固定在所述中心環(huán)圈(3)的內(nèi)圈(9)與骨架條(11)的結(jié)合處，所述碳素纖維束(2)的兩個(gè)自由端則搭接在所述中心環(huán)圈(3)的外圈(10)上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種球狀碳素纖維組合填料，其特征在于:所述碳素纖維束(2)中的纖維是經(jīng)過(guò)漿紗過(guò)程特殊處理、并能夠在水中迅速蔓延開的特殊纖維絲，每根碳素纖維束由12000?24000根直徑為5?ΙΟμπι的長(zhǎng)纖維絲集合而成，所述長(zhǎng)纖維絲上的各自表面上都有細(xì)微的凹凸結(jié)構(gòu)，其形成的比表面積達(dá)I OOOmVg。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種球狀碳素纖維組合填料，主體由網(wǎng)格球形殼體和碳素纖維束組成，網(wǎng)格球形殼體由兩個(gè)對(duì)稱的中空半球殼體相對(duì)拼接而成，碳素纖維束被夾持在這兩個(gè)對(duì)稱的半球殼體之間。本球狀碳素纖維組合填料總體強(qiáng)度高、韌性好、抗沖擊能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)；其中的碳素纖維束具有巨大的表面積及生物附著能力，易于掛膜，水質(zhì)凈化效果好；采用球狀立體網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，起到均勻布水、布?xì)饧扒懈顨馀葑饔?，并且充氧效率高，水頭損失小，不易堵塞。
【IPC分類】C02F3/00, C02F3/10, C02F3/34
【公開號(hào)】CN205241329
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520888024
【發(fā)明人】陳思莉, 郭訓(xùn)文, 顧曉揚(yáng), 簡(jiǎn)磊, 姜元臻, 汪曉軍, 顧曉鴻, 汪彤春
【申請(qǐng)人】廣州市華綠環(huán)保科技有限公司, 環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所
【公開日】2016年5月18日
【申請(qǐng)日】2015年11月6日