本发明涉及污水处理领域，特别是涉及一种撬装式生物填料装置及其应用。
背景技术：
随着我国经济的高速发展，人民生活水平的提高，同时人们的环境保护意识增强，国家及地方相关职能部分提高了城市污水处理厂的出水排放标准，原有的污水处理厂出水水质无法满足新的排放标准，需提标改造后方能使出水达到新的排放要求。
然而在进行提标改造时，新增污水处理设施涉及到地基处理、建筑、结构、给排水、消防、防雷接地、绿化、道路硬化及设备安装调试等，工序复杂，需要较长的施工周期，需要的建设成本较大，受老旧污水处理厂各方面因素的限制，很难满足这些方面的要求。
技术实现要素：
基于此，有必要针对新增污水处理设施需要增加新的占地、建设施工周期长而且投资大的问题，提供一种撬装式生物填料装置及其应用。
一种撬装式生物填料装置，包括至少一个填料模块，所述填料模块包括三维框架、筛网和悬浮多孔生物填料；所述筛网由所述三维框架支撑并形成封闭的网笼结构；所述悬浮多孔生物填料自由填充于所述网笼结构中，所述悬浮多孔生物填料在所述网笼结构中的填充率为10％～80％。
在其中一个实施例中，所述悬浮多孔生物填料为尺寸为20mm至60mm的填料块。
在其中一个实施例中，所述悬浮多孔生物填料为具有三维互穿网络结构的高分子材料。
在其中一个实施例中，所述悬浮多孔生物填料具有大孔网络结构、介孔网络结构和微孔网络结构；
所述大孔网络结构由包括低聚物多元醇、多异氰酸酯和扩链剂在内的混合物聚合而成；
所述介孔网络结构由多元胺类交联剂与所述大孔网络结构中的羟基或异氰酸酯基；
所述微孔网络结构由二醛类化合物与所述介孔网络结构中的氨基交联而成。
在其中一个实施例中，所述多元胺类交联剂是壳聚糖。
在其中一个实施例中，所述悬浮多孔生物填料为聚合物发泡材料。
在其中一个实施例中，所述三维框架包括长方体框架，所述长方体框架具有六个矩形边框；所述筛网包括六个矩形筛网，所述六个矩形筛网分别设置于所述六个矩形边框中。
在其中一个实施例中，所述长方体框架的长、宽和高的尺寸均在2.0m至4.0m的范围内。
在其中一个实施例中，所述长方体框架由十二个支撑柱组成，其中平行间隔设置的一组四个所述支撑柱相对于所述长方体框架继续向外延伸，并形成所述长方体框架的支撑架。
在其中一个实施例中，所述矩形筛网为不锈钢钢丝编织的筛网或玻璃钢格栅。
在其中一个实施例中，所述撬装式生物填料装置包括多个所述填料模块，所述多个填料模块的所述三维框架相互连接。
所述的撬装式生物填料装置在好氧生化池中的应用。
本发明提供的撬装式生物填料装置，可将撬装完成后在生化池内安装，来增加生化池内微生物的含量；所述撬装式生物填料装置能够模块化、标准化生产加工，安装灵活、施工简单方便，由于无需新增生化池，有效降低了投资成本；所述封闭的网笼结构能够限制悬浮多孔生物填料的活动区域，使其根据需要在生化池内的特定位置固定微生物，且所述悬浮多孔生物填料不会流失，能够反复利用；自由填充在所述网笼结构中的悬浮多孔生物填料，能够在曝气条件下或水流推动下在所述网笼结构中流化，由于所述悬浮多孔生物填料在流化状态下进行剧烈的运动，从而导致界面的不断更新，不仅有利于微生物对污染物的吸附和降解，而且能加快生化反应速率。因此，在所述网笼结构和悬浮多孔生物填料的共同配合下，能够提高污水处理厂的处理效果，从而满足新的排放标准。
一种撬装式生物填料装置，包括至少一个填料模块，所述填料模块包括三维框架、筛网和组合填料；所述筛网由所述三维框架支撑并形成封闭的网笼结构；所述组合填料自由填充于所述网笼结构中，所述组合填料包括中空球形网状外壳和自由填充于所述中空球形网状外壳内的悬浮多孔生物填料，所述悬浮多孔生物填料在所述中空球形网状外壳内的填充率为80％至95％，所述组合填料在所述网笼结构中的填充率为10％至80％。
所述撬装式生物填料装置在缺氧生化池或厌氧生化池中的应用。
通过将悬浮多孔生物填料放置在中空球形网状外壳中，所述中空球形网状外壳可形成多个独立的子空间，从而在所述网笼结构中形成多个小的反应区，防止所述悬浮多孔生物填料在聚集在一起，避免填料模块内出现死区；另外，所述中空网状球形外壳相互之间具有孔隙，可以使得所述缺氧生化池或厌氧生化池在反应过程中产生的氮气等气体快速地排出，防止氮气等气体抑制微生物的反硝化反应；所述组合填料孔隙率较高，可以避免悬浮物对填料层的堵塞。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的撬装式生物填料装置的正视结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的三维框架的立体结构示意图；
图3为图1中a处的局部放大图；
图4为本发明一实施例提供的撬装式生物填料装置俯视结构示意图；
图5为本发明一实施例提供的连接件的俯视结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1至图5，本发明第一实施方式提供一种撬装式生物填料装置，包括至少一个填料模块10。所述填料模块10包括三维框架100、筛网200和悬浮多孔生物填料(图未示)。所述筛网200由所述三维框架100支撑并形成封闭的网笼结构。所述悬浮多孔生物填料自由填充于所述网笼结构中。所述悬浮多孔生物填料在所述网笼结构中的填充率为10％～80％。
本发明第一实施方式提供的撬装式生物填料装置，可将撬装完成后在生化池内安装，来增加生化池内微生物的含量；所述撬装式生物填料装置能够模块化、标准化生产加工，安装灵活、施工简单方便，由于无需新增生化池，有效降低了投资成本；所述封闭的网笼结构能够限制悬浮多孔生物填料的活动区域，使其根据需要在生化池内的特定位置固定微生物，且所述悬浮多孔生物填料不会流失，能够反复利用；自由填充在所述网笼结构中的悬浮多孔生物填，能够在曝气条件下或水流推动下在所述网笼结构中流化，由于所述悬浮多孔生物填料在流化状态下进行剧烈的运动，从而导致界面的不断更新，不仅有利于微生物对污染物的吸附和降解，而且能加快生化反应速率。因此，在所述网笼结构和悬浮多孔生物填料的共同配合下，能够提高污水处理厂的处理效果，从而满足新的排放标准。
所述悬浮多孔生物填料是指固定化微生物后密度接近于水，在水中呈悬浮状的填料。所述悬浮多孔生物填料自由填充于所述网笼结构中是指所述悬浮多孔生物填料仅仅放置在所述网笼结构中，而没有被填料架、绳索等固定，可在所述网笼结构中自由活动，因此，所述悬浮多孔生物填料在曝气条件或水流推动下可形成流化。所述悬浮多孔生物填料在所述网笼结构中填充率为10％～80％，这一范围内不仅可使所述网笼结构有充足的空间使得所述悬浮多孔生物填料流化，而且所述悬浮多孔生物填料在所述网笼结构中进行流化时没有死区的存在。更为优选地，所述悬浮多孔生物填料在所述网笼结构中填充率为40％～60％。
所述悬浮多孔生物填料可为块状物，例如长方体块、圆形块、三角形块、梯形块、不规则形状的块状物等等。所述悬浮多孔生物填料的尺寸优选为20mm至60mm，更优选为30mm至50mm，该尺寸范围更易形成良好的流化。这里的尺寸是指人们通常用于衡量块状物的尺寸参数，例如，当所述悬浮多孔生物填料为长方体块时，所述尺寸指的是长方体块的长、宽和高，当所述悬浮多孔生物填料为圆形块时，这里的尺寸指的是圆形块的直径，当所述悬浮多孔生物填料为三角形块或梯形块时，这里的尺寸指的是三角形块或梯形块的各个边长，当所述悬浮多孔生物填料为不规则形状的块状物时，这里的尺寸指的是不规则形状的块状物的平均直径。
所述悬浮多孔生物填料可以为具有三维互穿网络结构的高分子材料，从而在所述悬浮多孔生物填料内部形成多级的孔结构，即所述悬浮多孔生物填料中大孔、介孔和微孔同时存在。多级孔结构中可存在不同的水气条件，从而使得不同种类的微生物都可以生长，例如大孔中可生长好氧微生物，介孔中可生长兼性微生物，微孔中可生长厌氧微生物，从而可在所述悬浮多孔生物填料中形成具有层次结构的生态系统，所述悬浮多孔生物填料中可同时进行氨氧化、硝化和反硝化联合作用，有力的保证了氨氮的高效去除。另外，多级的孔结构使得所述悬浮多孔生物填料的孔隙率高、比表面积大，从而可以负载更多的微生物，提高微生物的负载量。
所述悬浮多孔生物填料可以包括聚氨酯大孔网络结构，所述聚氨酯大孔网络结构可由低聚物多元醇、多异氰酸酯和扩链剂聚合而成。在形成聚氨酯大孔网络结构后，可进一步在所述聚氨酯大孔网络结构中加入多元胺类的交联剂，所述多元胺类的交联剂能够与聚氨酯大孔网络结构中未反应的羟基或异氰酸酯基发生交联反应形成介孔网络结构。在形成介孔网络结构后，可进一步加入二醛类化合物与所述介孔网络结构中未反应的氨基进一步交联，从而形成微孔网络结构。所述多元胺类的交联剂可以是例如壳聚糖。所述二醛类化合物可以是例如戊二醛。由此形成的三维互穿网络结构中，存在大量的极性基团，例如氨基、酰胺基、羰基等基团，极性基团的存在有利于微生物的固定。
进一步地，可在所述聚氨酯大孔网络结构、所述介孔网络结构和/或所述微孔网络结构的形成过程中进入发泡剂，从而可以使所述悬浮多孔生物填料形成聚合物发泡材料，这种结构不仅具有较高的孔隙率，而且可以形成和水的密度接近的结构，从而使得所述悬浮多孔生物填料在负载微生物后可以悬浮在水中进行流化和高效传质。
本发明提供的悬浮多孔生物填料，由于带有丰富的极性基团，且孔隙率可达到96％以上，因此，具有很高的微生物负载量，即使在所述网笼结构中的填充率只有10％～80％，在流化状态下，也能够大大提高原有生化池的污水处理效果。并且，本发明提供的悬浮多孔生物填料，能够与微生物牢固结合，即使在流化状态下，也不易脱落和流失。
所述三维框架100可为刚性框架，以便对所述筛网进行更好地支撑，例如所述三维框架100可由不锈钢管制成。所述三维框架100可具有封闭的框架结构，从而便于形成所述封闭的网笼结构。所述三维框架100可以具有多种形状，例如可为球体框架、长方体框架(包括立方体框架)、不规则形状的框架等等。
请参阅图2，在一实施例中，所述三维框架100包括长方体框架110，所述筛网可由所述长方体框架110支撑并形成长方体网笼结构。所述长方体框架110包括六个矩形边框112。在一实施例中，所述筛网200可为六个矩形筛网，所述六个矩形筛网可分别设置于所述六个矩形边框112中，从而形成所述长方体网笼结构。
所述长方体框架110的长、宽和高的尺寸可根据生化池的实际工况和/或实际的土建条件来设定。优选地，所述长方体框架110的长、宽和高的尺寸均在2m至4m的范围内，例如在2.0m×2.0m×3.0m至4.0m×2.0m×3.0m的范围内，由此形成的网笼结构一方面不会由于体积过大而增加所述悬浮多孔生物填料流化的难度，另一方面不会由于体积过小，而使得生化池内需要放置过多的填料模块，而增加所述撬装式生物填料装置的安装难度，此外，所述长、宽和高的尺寸比例合适，避免由于所述长方体框架由于过长或过高而产生死区。
所述长方体框架110可由十二个支撑柱1121构成。十二个支撑柱1121可共同组成所述六个矩形边框112。优选地，十二个支撑柱1121中平行间隔设置的其中一组四个支撑柱1121在与其他支撑柱1121相交后继续延伸，从而形成用于支撑所述长方体框架110的支撑架，该支撑架可放置在生化池内，并使所述长方体框架110悬空设置在所述生化池原有的填料层上，而不会影响所述生化池原有的功能。优选地，所述十二个支撑柱1121为不锈钢方管，不锈钢方管具有强度大、表面平整、加工难度小等优点。优选地，形成所述支撑架的四个支撑柱1121远离所述长方体框架110的一端固定连接有垫块1122，从而更好地支撑所述填料模块10。
进一步地，所述三维框架100还包括加强边框120，所述加强边框120可设置于所述长方体框架110中，所述筛网可由所述长方体框架110和所述加强边框120共同支撑，从而进一步加强所述网笼结构的强度。优选地，所述加强边框120为矩形的加强边框。所述加强边框120可与构成所述支撑架的四个支撑柱1121平行间隔设置。
进一步地，请参阅图3，所述支撑柱1121上可设置有多个连接片1123，用于固定所述筛网200。所述筛网200可具有固定边框210，所述固定边框210可与所述多个连接片1123固定连接。在一实施例中，所述连接片1123和所述固定边框210上均对应设置有通孔，以使所述连接片1123和所述固定边框210可通过螺母、螺丝等进行连接。
所述筛网优选为具有一定刚性的筛网，例如不锈钢钢丝编织而成的网或者玻璃钢格栅，相对于柔性筛网(例如尼龙网)，可对所述悬浮多孔生物填料具有更好地限定作用，且不易被破坏。
优选地，所述三维框架100和所述筛网均有不锈钢材料制成，不锈钢材料不易被污水腐蚀，且质量轻，强度好，可使所述填料模块具有质量轻、强度大、耐用性好等优点。进一步地，所述三维框架100和所述筛网外表面均涂覆有防腐层。进一步地，所述不锈钢钢管的两端还设置有管堵1124，防止污水进入不锈钢钢管内。
所述撬装式生物填料装置可包括多个相互连接的填料模块10。所述多个相互连接的填料模块10可作为整体共同放置于原有生化池内，所述多个填料模块10可在所述生化池内形成多个流化区域，从而可以大大提高原有生化池的污水处理效果。在一实施例中，相邻两个填料模块10可共用一个矩形边框112和一个矩形筛网。在另一实施例中，相邻两个填料模块10的三维框架100可通过连接件20连接在一起。如图5所示，在一实施例中，所述连接件20为扁钢，所述扁钢上可设置用于螺接的通孔。相邻两个填料模块10的相邻两个矩形边框之间可通过多个扁钢连接在一起。另外，还可以根据生化池内的现有工况分段安装所述撬装式生物填料装置，进一步提高污水处理的效果。
所述生化池优选为好氧生化池。所述好氧生化池可通过曝气或者推流器推动使所述悬浮多孔生物填料流化，从而进行高效的气、液、固三相传质。应当可以理解，所述悬浮多孔生物填料也可以不在流化状态下使用，而作为普通悬浮多孔生物填料悬浮在水中或者聚集在一起，同样可以起到固定微生物和提高微生物负载量的作用，从而实现对原有生化池进行提标改造，因此，本发明第一实施方式提供的所述撬装式生物填料装置也可以用在没有曝气条件的缺氧生化池或者厌氧生化池中。发明人通过在某一现有的生化池中设置四个所述填料模块，使得所述生化池的提高了50％的bod5去除率，40％的氨氮去除率和25％的总氮去除率。
本发明第二实施方式提供一种撬装式生物填料装置，包括至少一个填料模块。所述填料模块包括三维框架、筛网和组合填料。所述筛网由所述三维框架支撑并形成封闭的网笼结构。所述组合填料自由填充于所述网笼结构中。所述组合填料包括中空球形网状外壳和自由填充于所述中空球形网状外壳内的悬浮多孔生物填料。所述悬浮多孔生物填料在所述中空球形网状外壳内的填充率为80％至95％，所述组合填料在所述网笼结构中的填充率为10％至80％。
第二实施方式中的三维框架、筛网、网笼结构和悬浮多孔生物填料与第一实施方式基本相同，在此不再赘述。
第二实施方式采用组合填料填充在所述网笼结构中，可以使得所述撬装式生物填料装置可以应用于缺氧生化池或厌氧生化池中。由于缺氧生化池或厌氧生化池中不存在曝气条件，因此所述悬浮多孔生物填料不能发生流化。本发明通过将所述悬浮多孔生物填料放置在中空网状球形外壳中，所述中空网状球形外壳可形成多个独立的子空间，从而在所述网笼结构中形成多个小的反应区，防止所述悬浮多孔生物填料在聚集在一起，避免填料模块内出现死区；另外，所述中空网状球形外壳相互之间具有孔隙，可以使得所述缺氧生化池或厌氧生化池在反应过程中产生的氮气等气体快速地排出，防止氮气抑制微生物的反硝化反应。
将所述悬浮多孔生物填料在所述中空球形网状外壳内的填充率设置为80％至95％，在增加生物负载量的同时，由于所述悬浮多孔生物填料为块状结构，所述悬浮多孔生物填料相互之间存在一定的孔隙，有利于氮气等气体的排出，且不容易截流悬浮物而造成堵塞。将所述组合填料在所述网笼结构中的填充率设置为10％至80％，在增加网笼结构内小的反应区数量的同时，给后续的反冲洗预留一定的空间。所述中空球形网状外壳的直径优选为90～110mm，该尺寸范围可对所述网笼结构进行合适的分区，避免死区的存在，而且可以使所述中空球形网状外壳之间可以形成合适的孔隙，使得填料区不易被堵塞。所述中空网状球形外壳可以由聚丙烯材料注塑而成，材质稳定，抗酸、抗碱、耐老化，耐生物降解，长期不需要更换，使用寿命可达15年。优选地，所述组合填料整体可以为悬浮生物填料。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。