申请日2018.09.11
公开(公告)日2018.11.23
IPC分类号C02F3/12
摘要
基于三维立体结构的丝状微米级活性炭固着基水处理填料，属于污、废水处理领域。以三维立体结构的丝状形式为基本特征的载体骨架材料，在这特定骨架材料的基础上利用薄层PVA为固着基材，表面敷以微米级活性炭细微颗粒，通过PVA胶联过程使微米级活性炭细微颗粒稳固粘结在具有三维立体结构的丝状载体骨架材料表面，最终形成具有微米级活性炭细微颗粒表面且具有三维立体结构的填料，该填料由于具有较好的水力学结构特征，又具有非常适合于细菌附着生长的活性炭表面，适合于污、废水生物处理，尤其可扩展用于好氧条件中。
权利要求书
1.一种基于三维立体结构的丝状微米级活性炭固着基水处理填料，其特征在于，该填料整体为三维立体多孔结构，是由多条弯曲的丝状结构交织堆积或粘结在一起的三维立体多孔结构，多孔为丝与丝之间形成空隙，弯曲的丝状结构为波浪线状结构;在丝外表面通过PVA材料附着固定一层由微米级活性炭颗粒组成的致密活性炭层;从整体表面看该填料的丝状就是由活性炭粉末颗粒形成的。
2.按照权利要求1所述的一种基于三维立体结构的丝状微米级活性炭固着基水处理填料，其特征在于，丝的主体材料为高分子聚合物如聚乙烯或聚丙烯与石灰石粉构成，其中高分子聚合物的质量百分含量70-80%，石灰石粉末的质量百分含量20-30%。
3.按照权利要求1所述的一种基于三维立体结构的丝状微米级活性炭固着基水处理填料，其特征在于，丝与丝之间交叉堆积的方式为纵横交叉堆积。
4.按照权利要求1所述的一种基于三维立体结构的丝状微米级活性炭固着基水处理填料，其特征在于，整体形成的结构呈三维立体多孔块状结构，整体的三维立体多孔块状结构尺寸：(50-1000)mm×(50-1000)mm×(50-1000)mm。
5.按照权利要求1所述的一种基于三维立体结构的丝状微米级活性炭固着基水处理填料，其特征在于，其中丝直径为0.5-1.0mm;丝与丝之间形成的空隙孔径要保持在5mm-10mm。
6.按照权利要求1所述的一种基于三维立体结构的丝状微米级活性炭固着基水处理填料，其特征在于，活性炭层厚度控制在小于0.3mm。
7.按照权利要求1所述的一种基于三维立体结构的丝状微米级活性炭固着基水处理填料，其特征在于，微米级活性炭颗粒的粒径为：100-200目。
8.制备权利要求1-7任一项所述的基于三维立体结构的丝状微米级活性炭固着基水处理填料得方法，包括以下步骤：
(1)采用聚乙烯或聚丙烯等高分子聚合物质量分数70-80%和150-200目的石灰石粉末20-30%进行混合造粒;
(2)采用热熔挤出形式进行载体丝条制作：通过热熔挤出机挤出单条丝，在彻底冷却之前利用正方型模具，堆积成三维立体结构，同时使丝与丝之间形成空隙间距，通过水冷进行定形;
(3)配置质量分数为5-7%的PVA水溶液;
(4)将(3)PVA水溶液通过喷涂方式均匀喷涂于(2)丝状载体的表面，形成薄的PVA液体表面;
(5)利用喷涂方法，将粒径为150-200目的活性炭粉末均匀喷涂于带有PVA液体薄层的丝状载体(4)表面，厚度控制在小于0.3mm。
(6)将(5)浸泡在饱和硼酸溶液中，利用硼酸对载体表面的PVA进行胶联，胶联时间为2小时;
(7)胶联完成后，对填料进行清水冲洗;
(8)剪切成品。
说明书
基于三维立体结构的丝状微米级活性炭固着基水处理填料
技术领域
本发明属于污、废水处理领域，特别涉及一种基于三维立体结构的丝状微米级活性炭固着基水处理填料。
背景技术
目前在污、废水 处理领域所使用的生物填料主要分为两大类，一类是软性填料，包括软性组合及固定式，另一类为硬性或半软性填料，本发明主要针对硬性或半软性填料所存在的问题而发明的。目前这些填料主要产品种类包括：鲍尔环、多面空心球、海尔环、阶梯环、泰勒花环、共轭环、拉西环等。这些填料在设计上主要追求材料的比表面积和生物膜的更新，以及填料在反应池中水力冲击下的悬浮流动状态，认为细菌会在材料表面形成很好的生物膜。实际应用结果是，上述填料在厌氧池中挂膜效果还可以，但是在好氧池中，在较强的水力剪切力和较强曝气强度下，这些填料挂膜效果极差，尤其是初期生物膜形成极其困难。通过应用调查，有些产品在反应池中投加3年的时间，填料表面肉眼看不出明显的生物膜存在。那么造成该结果的原因是，目前设计的填料形式不适应好氧池的水力和曝气条件，所以需要在整体结构上创造出更为适合好氧反应池条件的填料。
另外，在水处理领域，活性炭由于具有很优异的细菌附着性、对水中离子和分子的极强吸附性，以及微环境条件下对污染物质在活性炭颗粒表面较强的富集性，而广泛地被使用在例如生物滤池、悬浮生物载体颗粒、流化床载体等工艺形式中。但是，到目前为止各种使用方法中还都仅限于以活性炭自身为材料的颗粒、球或者条状活性炭等形式使用，而具有一定的水力学特征结构，又具有活性炭优异特征的水处理材料一直是行业内所追求的。
发明内容
针对上述存在的问题，我们经过大量实验，从填料整体结构，尤其是填料表面状态、生物膜成膜条件进行了系统研究，形成了以三维立体结构的丝状形式为基本特征的载体骨架材料，本次发明是在这特定骨架材料的基础上利用薄层PVA为固着基材，表面敷以微米级活性炭细微颗粒，通过PVA胶联过程使微米级活性炭细微颗粒稳固粘结在具有三维立体结构的丝状载体骨架材料表面，最终形成具有微米级活性炭细微颗粒表面且具有三维立体结构的填料，该填料由于具有较好的水力学结构特征，又具有非常适合于细菌附着生长的活性炭表面，适合于污、废水生物处理，尤其可扩展用于好氧条件中。
本发明一种基于三维立体结构的丝状微米级活性炭固着基水处理填料，是基于原有已经形成的载体材料发明的基础上而提出的发明，其特征在于，该填料整体为三维立体多孔结构，是由多条弯曲的丝状结构交织堆积或粘结在一起的三维立体多孔结构，多孔为丝与丝之间形成空隙，弯曲的丝状结构为波浪线状结构;丝的主体材料为高分子聚合物如聚乙烯或聚丙烯等与石灰石粉构成，其中高分子聚合物的质量百分含量70-80%，石灰石粉末的质量百分含量20-30%;丝与丝之间交叉堆积的方式为纵横交叉堆积;在丝外表面通过PVA材料附着固定一层由微米级活性炭颗粒组成的致密活性炭层;从整体表面看该填料的丝状就是由活性炭粉末颗粒形成的，具有一定水力学特征的，具有三维立体结构的活性炭填料。
整体形成的结构呈三维立体多孔块状结构(见附图1)，其中丝直径为0.5-1.0mm;丝交织熔融或粘接形成三维立体多孔结构，整体的三维立体多孔块状结构尺寸：(50-1000)mm×(50-1000)mm×(50-1000)mm，这些三维立体多孔块状结构物直接投放处理装置中，或堆置在处理装置中。三维立体结构中的丝与丝之间形成的空隙孔径要保持在5mm-10mm(附图1中(2))，过大空隙承载生物量偏少，过小空隙容易被所形成的生物膜的堵塞)。
活性炭层厚度控制在小于0.3mm，微米级活性炭颗粒的粒径为：100-200目。
填料表面结构是微米级活性炭颗粒组成的致密活性炭层结构，该表面使填料具有了活性炭性质，该结构特性非常有利于细菌菌体和活性污泥絮体附着。载体以丝状材料交错堆积形成的三维立体结构更有利于初期生物膜的形成，以及所形成生物膜的稳定存在，另外，载体丝表面形成生物膜后生物膜环抱载体丝有利于生物膜的稳定，形成的生物膜中因为有致密活性炭层的存在极大地增强了生物膜结构的稳定性，以及形成整体生物膜后水处理系统运行过程中，在强大的气、水冲击下生物膜脱落更新时基础生物膜部分的保留。
一种基于三维立体结构的丝状微米级活性炭固着基水处理填料的制作方法，包括以下步骤：
(1)采用聚乙烯或聚丙烯等高分子聚合物质量分数70-80%和150-200目的石灰石粉末20-30%进行混合造粒;
(2)采用热熔挤出形式进行载体丝条制作：通过热熔挤出机挤出单条丝，在彻底冷却之前利用正方型模具，堆积成三维立体结构，同时使丝与丝之间形成空隙间距，通过水冷进行定形;
(3)配置质量分数为5-7%的PVA水溶液;
(4)将(3)PVA水溶液通过喷涂方式均匀喷涂于(2)丝状载体的表面，形成薄的PVA液体表面;
(5)利用喷涂方法，将粒径为150-200目的活性炭粉末均匀喷涂于带有PVA液体薄层的丝状载体(4)表面，厚度控制在小于0.3mm。
(6)将(5)浸泡在饱和硼酸溶液中，利用硼酸对载体表面的PVA进行胶联，胶联时间为2小时;
(7)胶联完成后，对填料进行清水冲洗;
(8)剪切成品。
基于上述基本组成和制作方法，赋予了该填料如下特点：
(1)采用微米级活性炭颗粒组成的致密活性炭层结构，形成的填料表面完全具有活性炭性质，细菌菌体和活性污泥絮体容易附着，使生物膜初期形成条件更好、生物膜形成快，附着所形成的生物膜稳定性好。
(2)在整体结构上，载体的三维立体丝状结构更有利于初期生物膜的形成，载体丝表面形成生物膜后生物膜环抱载体丝有利于生物膜稳定。另外，形成的生物膜中因为有炭致密活性炭层的存在极大地增强了生物膜结构的稳定性，以及形成整体生物膜后水处理系统运行过程，在强大的气、水冲击下生物膜脱落更新时基础生物膜部分的保留。
(3)由于主材料聚乙烯或聚丙烯材料中参杂了石灰石能够调节填料比重，使填料能够有目的的被制作成在水中呈沉淀、悬浮或者漂浮的特点。
(4)通过本次所采用的技术方法，可以实现任意形状的活性炭填料的制作。
该填料由于具有三维立体结构的丝状形式和材料表面的活性炭性质的特殊设计，使填料具有了易细菌附着性、生物膜高负载性能和挂膜后生物膜极佳的稳定性，从而带来的是优良的生化性能。该填料的广泛应用将极大地提高现有活性污泥法反应池的生化性能，为现有污水厂提标改造创造较好的技术途径，为新水厂建设提供较好的技术条件。