專利名稱：一種污、廢水處理用載體及其處理方法
技術領域：
本發明涉及一種微生物載體及其處理方法，具體涉及一種污、廢水處理用載體及其處理方法。
背景技術：
污、廢水的凈化方法有物理、化學和生物方法之分，生物方法是迄今最符合自然規律且經濟有效的方法。根據微生物在反應器中的生長方式，可將生物處理方法分為兩大類——活性污泥法和生物膜法。在活性污泥法中，微生物以個體或絮體的方式懸浮在污、廢水中，通過外力的攪拌或均質作用，使得懸浮的微生物與污、廢水充分接觸，通過微生物的生命活動和微生物絮體的生物絮凝作用，達到降解、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種載體表面，其固定生長的生長模式使得微生物在載體表面的大量繁殖形成復雜的菌膠團，污、廢水中的污染物主要通過微生物的生化活動降解去除。
活性污泥法構筑物簡單，處理容量大，但動力消耗大，剩余污泥多，污泥處理處置費用高，對水質變化敏感；生物膜法傳質條件好，產泥量低，抗沖擊能力強，但構筑物較復雜。
污、廢水的生物處理，如果從微生物氧化化學物質獲取獲取能量時的最終電子受體來區分，又可以分為好氧微生物處理和厭氧生物處理二類。好氧微生物處理，是在有游離氧的情況下，以氧為電子受體的好氧微生物，使有機物降解為穩定的無害化物質的處理方法；厭氧生物處理，是指在沒有游離氧的情況下，有些微生物以有機化合物、二氧化碳和硫酸鹽為最終電子受體，使有機物降解為穩定的無害化物質的方法。
在好氧環境中，微生物生長效率最高，降解單位污染物所生成的細胞物質非常高；好氧處理能夠支撐完整的食物鏈，包括食物鏈底部的細菌和頂部的輪蟲；厭氧環境微生物的生長效率較低，以細菌占主導地位，大大分子的有機物往往是先通過厭氧微生物降解為小分子后最終被好氧微生物利用而徹底分解。與好氧生物處理法相比，厭氧處理運轉費用低，但反應的時間長，處理不徹底。因此，為了盡可能徹底地去除污、廢水中的污染物，在污水生物處理工藝中往往將兩種生物處理方法進行組合。
生物除磷脫氮就是一個好氧和厭氧生物處理組合應用的范例。
硝化細菌是一類專性好氧細菌，在好氧條件下污廢水中的蛋白質類化合物經亞硝酸菌、硝酸菌轉化成亞硝酸鹽，由硝酸菌把亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽；然后，在厭氧或兼氧條件下，硝酸鹽經反硝化菌轉化為游離氮，進入大氣，最終完成氮污染物的降解。
生物除磷的機理如下在厭氧條件下，除磷菌處于壓抑狀態而分解體內的多聚磷酸鹽產生能量，并放出磷酸鹽以維持除磷菌的代謝，同時將胞外有機酸攝入胞內并合成聚β-羥基丁酸(PHB)；壓抑狀態越長，磷釋放越徹底，同時也可在胞內合成更多的PHB。在好氧條件下，除磷菌利用分解胞內PHB產生的ATP將廢水中的磷酸鹽過量攝取到胞內，并轉變成聚磷酸鹽。由于厭、好氧的交替，除磷菌可利用胞內和胞外的能量進行分解代謝和合成代謝，因而在與其他微生物的競爭中占優勢，可在系統中大量增殖，形成一種穩定的高效除磷污泥體系。
綜上所述，由于污、廢水生物處理過程的核心是通過微生物來實現的，因此如何提高生物處理單元中單位容積內微生物的數量就成了各種污、廢水生物處理技術的關鍵。對于生物膜技術而言，如何在有限的體積中盡可能大的延展生物膜的固定基質——載體的表面積也就成了生物膜技術的一個關鍵，所以非常有必要開發一種污、廢水處理用的高效載體。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于之一是，提供一種污、廢水處理用載體，該載體可提高生物處理單元中單位容積內微生物的數量，并在有限的體積中盡可能大的延展生物膜的固定基質的表面積。
本發明要解決的技術問題在于之二是，提供一種制造上述載體的方法。
本發明為解決第一個技術問題所采用的技術方案是，一種污、廢水處理用載體，其特征在于，包括具有固定作用的中間層和設在所述中間層表面上的外層，所述外層為眾多細絲栽植于所述中間層表面而形成。
上述污、廢水處理用載體，所述中間層為多孔隙材料構成，所述孔隙包括眾多孔徑為0.1～2mm，最好為0.1～0.5mm的粗孔隙。
上述污、廢水處理用載體，所述中間層的細絲上有眾多微孔，所述微孔的孔徑為5～300μm，最好為5～50μm。
上述污、廢水處理用載體，所述中間層為2～4mm厚的帶狀，由多孔泡沫塑料構成，所述表層設在帶狀中間層的兩面，厚度為2～5mm，所述細絲為高分子聚合纖維。所述高分子聚合纖維為復合丙綸纖維、晴綸纖維、聚丙乙烯纖維或聚乙烯纖維。
上述污、廢水處理用載體，所述高分子聚合纖維經過去極化處理。
與現有技術相比，本發明污、廢水處理用載體，由于具有由眾多細絲構成的表層，細絲直徑小，數量多，所以載體的比表面積必然巨大，也就是在有限的體積中盡可能大的延展了生物膜的固定基質的表面積，可以為水中微生物生長、繁殖提供巨大的生物附著表面，從而提高了該載體每個生物處理單元中單位容積內微生物的數量。
本發明為解決第二個技術問題所采用的技術方案是，一種污、廢水處理用載體的處理方法，其特征在于，包括將構成所述載體表層的細絲去極化處理，所述去極化處理為，將細絲材料置于有機多價正離子溶液中浸泡，使有機正離子被吸附到具有負電性的載體細絲表面，形成大量的弱鍵，被吸附的有機多價正離子所剩余的正電基團可與細菌表面的負電基團作用，從而加快細菌的附著和固定過程。上述污、廢水處理用載體的處理方法，所述細絲為聚合纖維，所述有機多價正離子為PEI(polyethyleneimine[-CH2-CH2-NH-]n)，浸泡時間至少為20分鐘，最好為30～50分鐘。
圖1是本發明污、廢水處理用載體的結構示意圖；圖2是本發明載體在反應器中的安放示意圖。
具體實施例方式
實施例一如圖1所示，一種污、廢水處理用載體，是一種使用于反應器中的載體，包括具有固定作用的帶狀中間層101和設在所述中間層101表面上的外層102，所述外層102為眾多細絲103栽植于所述中間層表面而形成；所述中間層為3mm厚的帶狀，由多孔孔隙泡沫塑料構成，孔隙包括眾多孔徑為0.1～0.5mm的粗孔隙，所述表層設在帶狀中間層的兩面，平均厚度約為3mm，所述細絲為經過去極化處理的高分子聚合纖維復合丙綸纖維，復合丙綸纖維上有眾多孔徑為5～50μm的微孔。
實施例二一種污、廢水處理用載體的處理方法，包括將構成所述載體表層的細絲去極化處理，所述去極化處理為，將復合丙綸纖維細絲材料置于有機多價正離子PEI(polyethyleneimine[-CH2-CH2-NH-]n)溶液中浸泡30分鐘，使有機正離子被吸附到具有負電性的載體細絲表面，形成大量的弱鍵，被吸附的有機多價正離子所剩余的正電基團可與細菌表面的負電基團作用，從而加快細菌的附著和固定過程。
一般來說，微生物在正常生長環境下，其表面帶有負電荷，如果通過技術手段使得纖維材料表面帶正電荷，則污、廢水中的微生物與載體間的斥力將大大減小，有利于微生物的吸附、固著、生長。
上述帶狀污、廢水處理用載體，聚合纖維鉸鏈在泡沫層中，固定牢固。多孔泡沫塑料層主要的功能是附著固定聚合纖維。中間層由于粗孔隙的存在，其內部也大量存在微型的氣室或小腔供微生物附著生長而形成很多微小的生物反應器；這些小氣室往往由單一菌種占據，成為功能獨特的生物反應器。
復合丙綸纖維是生物惰性材料，不可被微生物降解，其物理、化學性質也非常穩定，不會參與微生物的生化反應，因此具有很好的生物穩定性和理化穩定性。
符合丙綸纖維的直徑約為100μm，這些纖維在高倍顯微鏡下觀察時可發現纖維上密布許多大大小小的微孔，直徑在5μm到50μm之間，這種微孔結構既有利于有機多價正離子的吸附沉淀，又有利于細菌群落的固著。載體內部的這種微孔結構，可最大限度地截流水體中的細菌，為細菌群落(直徑范圍1～5μm)提供排他的生存環境。每一個微孔都會形成單一或復合的微生物群落，發展成為一個特殊的生物反應器，進行特定的生物酶促反應。
由于載體外層纖維細絲的直徑小，數量多，所以其比表面積必然巨大，每平方米的載體產品能夠提供約200平方米的表面積。實施例一的帶狀載體總厚度約為9mm，若折算成體積比，則每立方米載體可提供約20,000平方米的表面積，可以為水中微生物生長、繁殖提供巨大的生物附著表面。
載體的表觀密度(質量/表觀體積)為0.19～0.20，其巨大的表面積和極低的表觀密度使它被置放在水中時，會產生很大的浮力；再加上細菌分解產生的氣體物質形成的小氣泡會密布在載體表層，保證不會因固著細菌的大量繁殖使得載體下垂、沉底。生物膜始終處于分散狀態，增加了生物膜和廢水中的有機污染物的相互接觸，提高了凈化率。
固著在載體上的微生物形成的生物膜，是二層結構最靠載體的是厭氧層，這是由于氧從生物膜表面向里傳遞時阻力較大，且外層微生物已經將水中的大部分溶解氧利用掉的緣故；外層由于供氧較為充沛，使得表層生物的代謝活動相對旺盛從而形成好氧層。介于好氧層和厭氧層之間的部分便是兼氧層，適合兼性微生物生存繁殖。特殊設計的載體和生物膜的結構相匹配，好氧微生物附著在載體的外層，厭氧微生物附著在載體的里層，使好氧反應和厭氧反應能在同一載體結構中進行。由于微生物在生命活動過程中細胞表面還會分泌多種粘多糖類的生物膠體，形成菌膠團，使得生物膜和載體纖維膠結在一起成為復雜的穩定結構，保證了生物膜的穩定性。
在應用實施例一所述污、廢水處理用載體時，衡量填料的處理效果的重要指標是容積負荷Nw。傳統的填料一般是以立方米為計量單位的，所以BOD的容積負荷Nw是以kgBOD/(m3·d)來計量。實施例一帶狀載體是以面積來計算的，所以，它的計量單位以kgBOD/(m2·d)來計量。也就是說，可以根據污水的BOD值來確定飄帶的使用面積，從而得出飄帶的用量。根據大量的實驗飄帶的Nw取值范圍為0.08～0.15kgBOD/(m2·d)。折算成為立方米為100～150kgBOD/(m3·d)。
如圖2所示，使用實施例一污、廢水處理用載體時，將載體104的底部用與載體同樣的材料做成如袖套般的套管106縫合在一起，每隔一根載體的距離縫合一根，形成一種梳狀整體外觀。其管狀套管主要用來固定飄帶用。方法是用直徑合適的PVC管穿進套管，然后將PVC管按照一定的間距固定在反應器105底部即可。PVC管的長度以反應池的尺寸為準。進水后，又因載體的密度小于水，所以會馬上飄浮起來，在反應池中形成如海草般的懸飄模式。載體104在反應器105中的密度可以根據需要調整。
權利要求
1.一種污、廢水處理用載體，其特征在于，包括具有固定作用的中間層和設在所述中間層表面上的外層，所述外層為眾多細絲栽植于所述中間層表面而形成。
2.根據權利要求1所述污、廢水處理用載體，其特征在于，所述中間層為多孔隙材料構成，所述孔隙包括眾多孔徑為0.1～2mm的粗孔隙。
3.根據權利要求1所述污、廢水處理用載體，其特征在于，所述孔隙包括眾多孔徑為0.1～0.5mm的粗孔隙。
4.根據權利要求1、2或3所述污、廢水處理用載體，其特征在于，所述栽植于中間層表面的細絲上有眾多微孔，所述微孔的孔徑為5～300μm。
5.根據權利要求4所述污、廢水處理用載體，其特征在于，所述微孔的孔徑為5～50μm。
6.根據權利要求1所述污、廢水處理用載體，其特征在于，所述中間層為2～4mm厚的帶狀，由多孔泡沫塑料構成，所述表層設在帶狀中間層的兩面，厚度為2～5mm，所述細絲為高分子聚合纖維。
7.根據權利要求6所述污、廢水處理用載體，其特征在于，所述高分子聚合纖維為復合丙綸纖維、晴綸纖維、聚丙乙烯纖維或聚乙烯纖維。
8.根據權利要求6或7所述污、廢水處理用載體，其特征在于，所述高分子聚合纖維經過去極化處理。
9.污、廢水處理用載體的處理方法，其特征在于，包括將構成所述載體表層的細絲去極化處理，所述去極化處理，為將細絲材料置于機多價正離子溶液中浸泡，使有機正離子被吸附到具有負電性的載體細絲表面，形成大量的弱鍵，被吸附的有機多價正離子所剩余的正電基團可與細菌表面的負電基團作用，從而加快細菌的附著和固定過程。
10.根據權利要求9所述污、廢水處理用載體的處理方法，其特征在于，所述細絲為聚合纖維，所述有機多價正離子為PEI，浸泡時間為至少為20分鐘。
全文摘要
一種污、廢水處理用載體，包括具有固定作用的中間層和設在所述中間層表面上的外層，所述外層為眾多細絲栽植于所述中間層表面而形成，所述細絲最好經過去極化處理，本發明污、廢水處理用載體，由于具有由眾多細絲構成的表層，細絲直徑小，數量多，所以載體的比表面積必然巨大，從而提高了該載體每個生物處理單元中單位容積內微生物的數量；污、廢水處理用載體的處理方法，包括將構成所述載體表層的細絲去極化處理，所述去極化處理為，將細絲材料置于有機多價正離子溶液中浸泡，使有機正離子被吸附到具有負電性的載體細絲表面，形成大量的弱鍵，被吸附的有機多價正離子所剩余的正電基團可與細菌表面的負電基團作用，加快了細菌的附著和固定過程。
文檔編號C02F3/10GK1824614SQ20051003331
公開日2006年8月30日 申請日期2005年2月23日 優先權日2005年2月23日
發明者徐夢新 申請人:徐夢新