一种生物填料包及其在污水处理中的应用的制作方法

专利名称：一种生物填料包及其在污水处理中的应用的制作方法
技术领域：
本发明属于污水生化处理领域，涉及一种水处理用的生物填料。
背景技术：
根据固定化微生物和生物膜法的理论和应用，水处理行业研发了诸多类型的生物 填料，这些填料由于材料、形状、质量、比重等方面的差异造成功能、效果的不同。例如陶 粒、石英砂、稀土瓷砂都为颗粒状，过滤效果好、在水中易固定，但对微生物的固定效果差； 活性炭、硅藻土具有丰富的微孔、很大的表面积、吸附性能好，但过滤效果不理想；锰砂、磁 铁矿等除铁、除锰性能佳，过滤效果好，但生物亲和性差；腐殖土、泥炭土等含有大量有机 质、生物亲和性好、能大量有效地固定微生物，但在水体中不容易固定、易堵塞、过滤效果 差；而合成材料填料具有化学稳定性强，耐腐蚀、孔隙可变不堵塞的优点，但生物亲和性差。 且不同的填料不容易组合使用，如石英砂成颗粒状，密度大，在水中能停留，而腐殖土又极 易被水冲走，两者很难组合使用。因此在实际应用中一般为单一材料。针对上述问题，本发明将不同填料组合使用让其发挥更高的效率并具备多种功 能，应用更加方便。根据水质情况、填料功能、填料密度，将不同的填料装入比表面积大、利 于微生物附着的纤维布袋中，组成一种高效适用的生物填料包。

发明内容
本发明目的是提供一种适用于污水处理的生物填料包及其应用。本发明采用的技术方案是一种生物填料包，由纤维布制成的纤维布袋填充填料基质后封口制成。制备所述 纤维布的原料主要为聚酯纤维、聚丙烯纤维之一或其混合；所述填充基质为下列之一或其 中两种以上的混合沸石、硅藻土、活性炭、腐殖土、石英砂、锰砂、磁铁矿、稀土瓷砂、陶粒、 沙土、泥炭土 ；所述聚酯纤维或聚丙烯纤维的直径为2 8dtex，长度为30 86mm。所述纤维布的原料主要为聚酯纤维和聚丙烯纤维的混合物时，质量配比如下聚 酯纤维30 70%、聚丙烯纤维30 70%。优选的，所述聚酯纤维的直径为3 6dtex、长 度为45 76mm，聚丙烯纤维的直径为3 5dtex、长度为43 66mm，所述纤维布每m2克重 为 150 350g。根据需要，所述纤维布袋的原料组成可添加质量占聚酯纤维和/或聚丙烯纤维质 量百分比如下的组分之一或其混合3 30% (该质量百分数为棉纤维质量占聚酯纤维和 /或聚丙烯纤维质量的百分数，下同)的棉纤维，3% 10%的聚丙烯腈纤维， 5%的活 性炭纤维；所述棉纤维的直径为2 7dtex、长度为30 77mm ；所述聚丙烯腈纤维的直径为 2 8dtex、长度为30 86mm ；所述活性炭纤维的直径为5 10 μ m，长度不限(纤维经碳 化后长度是不规则的)。纤维布是以针刺工艺生产的非织造布，纤维布的克重为100 600g/m2。针刺非织 造布相对于织造布具有一次成型、强度高、孔隙丰富可变、制造费用低的优点。
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在纤维布袋的材料合成中，所用纤维的品种、直径、长度以及纤维布的克重会影响 纤维布的比表面积、孔隙结构、透水性、亲水性、稳定性、耐腐蚀性等从而对微生物的栖息环 境产生影响。并且不同的纤维材料组成也决定了纤维布的使用条件。聚酯纤维具有强度高、耐冲击性好、耐热、耐腐、耐蛀、耐酸不耐碱、耐光性好、吸湿 性差、保形性好的特点，适用于腐蚀性或光照强或水利冲击大或酸性以及中性的水体环境 中，但不适用于碱性水质的水体环境中。聚丙烯纤维具有强度高、制成织物尺寸稳定、耐磨、弹性好、化学稳定性好、热稳定 性差、不耐日晒、易于老化脆损的特点，适用于化学性质不稳定的水体环境中，并且由于聚 丙烯纤维的克重较轻，水的通透性良好，具有很好的过滤性；但是在光照强的水体中易老化 脆损。同时聚酯纤维和聚丙烯纤维都有很好的亲脂性，利于亲酯性微生物的附着。可根据 填料包应用时的气候特点、水体流速、水质情况、水体中微生物的特性选择将聚酯纤维和聚 丙烯纤维单独或混合使用以达到不同的效果。聚丙烯腈纤维具有很好的热弹性、耐日光性，在纤维布原料中添加3% 10%的 聚丙烯腈纤维可增加纤维布的热弹性、耐日光性，适合光照强的环境使用。棉纤维具有很好的亲水性，有利于亲水性微生物的附着，在纤维布原料中添加 3% 30%的棉纤维可增加纤维布的生物亲和性。但棉纤维强度低，易被腐蚀、降解，不宜单 独或在高污染的水体使用。活性炭纤维具有很好的吸附性，在纤维布原料中添加 5%的活性炭纤维(粘 胶纤维或聚丙烯腈纤维碳化获得)可增加纤维布的吸附性，适合在污染浓度较高的水体中 使用。本发明提供了一种具有适宜的孔隙结构、疏密度，能在不同条件下使用，更有利于 微生物挂膜，能为微生物营造一个良好的环境的纤维布袋。优选的制备所述纤维布袋的聚酯纤维的直径为3 6dtex、长度为45 76mm。纤 维布为单一聚酯纤维时，纤维布的克重为200 400g/m2 ；优选的制备所述纤维布袋的聚丙 烯纤维的直径为3 5dtex、长度为43 66mm。纤维布为单一聚丙烯纤维时，纤维布的克 重为100 200g/m2 ；优选的聚酯纤维和聚丙烯纤维的混合质量比例为40 60%。纤维布 为聚酯纤维和聚丙烯纤维混合时，纤维布的克重为150 350g/m2。优选的，所述纤维布袋的原料组成可添加10 20%的棉纤维，棉纤维的直径为 2 5dtex、长度为35 56mm。优选的，所述纤维布袋的原料组成可添加4 7%的聚丙烯腈纤维，聚丙烯腈纤维 的直径为3 5dtex、长度为43 66mm。优选的，所述纤维布袋的原料组成可添加2 3%的活性炭纤维，活性炭纤维的直 径为5 10 μ m。优选的，添加棉纤维、聚丙烯腈纤维、活性炭纤维的纤维布的克重为250 450g/本发明可根据不同水质情况，选择将不同的填料基质组合使用，更有效地发挥不 同填料基质的作用。例如石英砂和腐殖土组合使用既能发挥很好的过滤效果又能有效地固 定微生物，但石英砂成颗粒状，密度大，在水中能停留，而腐殖土又极易被水冲走，两者很难 组合使用。纤维布袋能将两者有机组合起来，不仅能发挥各自的优点，还能防止堵塞，使填料在水中有效地固定，而纤维布袋本身就具有比表面积大、利于微生物附着的特点，三者组 成一种高效适用的生物填料包。优选的，沸石、硅藻土、活性炭具有更好的吸附性；石英砂、锰砂、磁铁矿、稀土瓷 砂、陶粒具有更好的过滤功能；腐殖土、泥炭土具有良好的微生物固定效果。优选的，根据不同使用条件，可以填充填料基质的一种或一类强化特定效果；也可 将三类不同特性的填料基质组合使用。本发明生物填料包可投加、定殖特定的微生物菌粉和菌液，以缩短挂膜时间，提高 污水处理效率。具体的，菌粉可拌和在填料基质里，菌液可洒泼在填料基质上。优选的，所述微生物菌粉和菌液为光合细菌、芽孢杆菌、放线菌、乳酸菌、酵母菌、 反硝化细菌的一种或两种及以上。本发明生物填料包具有固定植物根系的作用，可在生物填料包上种植绿色植物 (主要是在以人工湿地工艺处理污水的系统中应用)，绿色植物有助于污染降解并可美化 环境。优选的，绿色植物可选择挺水植物、沉水植物、浮叶植物、浮水植物等水生植物，种
植的方法包括压播、插播等。本发明生物填料包有助于水的流动，同时又能拦截固体悬浮物，因此具备良好的 过滤作用。优选的，以聚丙烯纤维为主材制作纤维布袋，再填充石英砂、陶粒形成所述生物填 料包具有良好的过滤作用。所述纤维布袋用线缝制，可缝制的形状包括矩形、正多边形、圆形、半圆形、不规则 图形等，填充填料基质后再将纤维布袋袋口密封即可得本发明所述生物填料包；纤维布袋 袋口的封口方式为缝制或绑扎。优选的，缝制材料可选择聚乙烯、聚丙烯、尼龙线，绑扎材料可选择聚乙烯、聚丙 烯、尼龙绳或者市场上常见的专用扎口带。本发明涉及所述的生物填料包在污水处理中的应用，包括污水处理厂、池等设施 里的污水处理以及被污染天然水体的污水处理。具体的，所述应用为将本发明所涉生物填料包(其中可添加微生物菌粉或菌液) 放置于污水里，利用快速、大量繁殖的微生物在纤维布袋和填料基质上形成生物膜；同时利 用生物填料包的过滤功能拦截、沉积污染物，并发挥微生物、动植物的协同作用，从而达到 降解污染的目的，降低污水C0D&、BOD5, SS、TP、TN等各项污水指标。本发明的有益效果主要体现在(1)本发明根据填料包应用环境有针对性地选择纤维的种类、直径、长度以及纤维 布的克重来控制纤维布袋适宜的孔隙结构、疏密度，营造对微生物友好的环境，有利于微生 物附着，提高净化污水的能力。(2)本发明解决了不同填料难混合使用的问题，用纤维布袋能将不同的填料基质 有机组合起来，组成一种高效适用的生物填料包，能发挥更高的效率并且使用更加方便。(3)本发明生物填料包的形式也有利于好氧、兼性、厌氧微生物的生长，由于填料 包的特殊形式，填料包内部较深，且纤维布袋为内部的填料基质提供相对稳定的保护环境， 因此填料包由内到外形成了稳定的厌氧、兼性、好氧区，特别是厌氧区较其他填料具有更好的厌氧效果。(4)本发明纤维布袋具有微小孔径，透气、透水而不透沙、土、颗粒等固体物质，因 此具有良好的过滤效果，可拦截固体和吸附水体中污染物，能够充分与水中的污染物接触、 延长水流路径、强化水体污染物处理效果。(5)本发明生物填料包上可种植水生植物，发挥生物膜、藻类、水生动植物的协同 作用，强化处理效果，同时美化水体景观。(6)本发明可根据不同使用条件有针对性地投加特定的微生物菌粉或菌液，增加 优势菌种，缩短挂膜时间，提高微生物效率。


图1为本发明生物填料包结构示意图，其中a为纤维布袋，b为填料基质，c为封口 材料。图2为布置生物填料包的接触氧化池截面图；图3为一种生物填料包应用于人工湿地的结构示意图，其中1 水体；2 土地界 面；3 生物填料包；4 水生植物。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于 此实施例1 纤维布的制作方法为将直径为6dtex，长度为46mm的聚酯纤维，制成长5000cm、 宽400cm、厚4mm、克重为400g/m2的针刺非织造布(由台州西南无纺布厂按照上述配方生 产，下同)。实施例2 制作方式及制作长宽同实施例1，所用材料为直径7dtex、长度55mm的聚丙烯纤 维，制得纤维布厚度为5mm，克重为200g/m2。实施例3 制作方式及制作尺寸同实施例1，所用材料为直径5dtex、长度55mm的聚酯纤维 (质量分数为50%)和直径3dtex、长度45mm的聚丙烯纤维(质量分数为50%)，制得纤维 布克重为^Og/m2。实施例4 制作方式及制作长宽同实施例1，所用材料为直径4dtex、长度45mm的聚酯纤维 (质量分数为40 % )，直径7dtex、长度65mm的聚丙烯纤维(质量分数为60 % )和直径 8dtex、长度55mm的聚丙烯腈纤维(质量为聚酯纤维和聚丙烯纤维质量之和的7% )，制得 纤维布厚度为5mm，克重为M0g/m2。实施例5 制作方式及制作尺寸同实施例1，所用材料为直径7dtex、长度40mm的聚酯纤 维(质量分数为60 % )，直径5dtex、长度42mm的聚丙烯纤维(质量分数为40 % )，直径 5dtex、长度55mm的聚丙烯腈纤维(质量为聚酯纤维和聚丙烯纤维质量之和的10% )和直径4dtex、长度46mm的棉纤维(质量为聚酯纤维和聚丙烯纤维质量之和的10% )，制得纤维 布克重为400g/m2。实施例6 制作方式及制作尺寸同实施例1，所用材料为直径3dtex、长度48mm的聚酯纤维 (质量分数为30 % )，直径7dtex、长度46mm的聚丙烯纤维(质量分数为70 % )，直径4dtex、 长度60mm的聚丙烯腈纤维(质量为聚酯纤维和聚丙烯纤维质量之和的5% )，直径4dtex、 长度52mm的棉纤维(质量为聚酯纤维和聚丙烯纤维质量之和的15% )和直径为8 μ m的活 性炭纤维(质量为聚酯纤维和聚丙烯纤维质量之和的5% )，制得纤维布克重为350g/m2。实施例7 将实施例1 6中纤维布裁剪成矩形，规格尺寸为1200mmX800mm，对折后尺寸为 SOOmmX 600mm，再将一长边和一短边用聚丙烯线缝制得到纤维布袋。实施例8 参照实施例7纤维布袋的制作方法，纤维布裁剪成矩形，规格尺寸为 2000mmX 1000mm，对折后尺寸为IOOOmmX 1000mm，两个边用聚乙烯线缝制。实施例9 参照实施例7纤维布袋的制作方法，纤维布裁剪成正六边形，边长800mm，将两片 布料重叠，五个边用尼龙线缝制。实施例10 将填料基质磁铁矿和Ig的光合细菌菌粉(购买于杭州向天歌生物科技有限公司) 混合均勻后装入实施例7 9中的纤维布袋中，填充系数为85 %，用高强度聚乙烯线将袋口 细密缝制，制得一种生物填料包。实施例11 参照实施例10生物填料包的制作方法，填料基质可以为锰砂，菌粉为芽孢杆菌和 反硝化细菌的混合菌3g (购买于杭州向天歌生物科技有限公司)，填充系数为80 %，缝制用 聚丙烯线。实施例12 参照实施例10生物填料包的制作方法，填料基质可以为沸石，填充系数为75%， 缝制用尼龙线。实施例13 参照实施例10生物填料包的制作方法，填料基质可以为石英砂和活性炭(体积比 为1 1)，填充系数为85%，用聚乙烯绳捆扎。实施例14 参照实施例10生物填料包的制作方法，填料基质可以为磁铁矿和腐殖土(体积比 为2 1)，向填料基质喷洒乳酸菌、酵母菌、反硝化细菌组成的混合菌液20ml (购买于杭州 向天歌生物科技有限公司)，填充系数为80%，用聚丙烯绳捆扎。实施例15 参照实施例10生物填料包的制作方法，填料基质可以为沙土、硅藻土、锰砂(体积 比为2 1 1)，填充系数为80%，用尼龙绳捆扎。实施例16
参照实施例10生物填料包的制作方法，填料基质可以为腐殖土、稀土瓷砂、磁铁 矿(体积比为2 1 1)，填充系数为90%，用扎口带捆扎。实施例17 生物填料包在污水处理厂中的应用本实施例中的污水进水水质情况见表1所示。日平均污水量为450m3/d。该污水处理厂采用的工艺为A/0(厌氧池/接触氧化池)法处理污水。在使用本发明的生物填料包之前，该污水处理厂厌氧池底部和接触氧化池(如图 2所示)中使用的填料为六角形聚丙烯蜂窝填料(巩义市夹津口华瑞水处理器材厂生产)， 污水处理厂处理后的出水水质见表1所示，由于氨氮和总磷含量超标，因此达不到《城镇污 水处理厂污染物排放标准GB 18918-2002))中一级B排放标准。本实施例中，解决方案为在该厌氧池底部放置一层生物填料包1 (所用纤维布同 实施例6，生物填料包制作方式同实施例10)，生物填料包规格为矩形SOOmmX 600mm和方形 IOOOmmX 1000mm，数量分别为50包、40包；在该生物接触氧化池处理单元中，放置生物填料 包2 (所用纤维布同实施例5，纤维布袋制作同实施例7，生物填料包制作方式同实施例13)， 共计225包。经过生物接触氧化池处理后的污水水体中含有较多的脱落生物膜等悬浮物，经过 污泥沉淀池处理后以污泥形式沉淀去除。污水处理达到《城镇污水处理厂污染物排放标准 GB 18918-2002》中一级B排放标准，结果如表1所示。运行稳定的结果表明本实施例中的 生物填料包适用于该污水处理厂，处理污水的能力相对于原六角形聚丙烯蜂窝填料得到提
尚ο表1 实施例17进出水水质情况(单位mg/L)
权利要求
1.一种生物填料包，由纤维布制成的纤维布袋填充填料基质后封口制成，制备所述纤 维布的原料主要为聚酯纤维、聚丙烯纤维之一或其混合；所述填充基质为下列之一或其中 两种以上的混合沸石、硅藻土、活性炭、腐殖土、石英砂、锰砂、磁铁矿、稀土瓷砂、陶粒、沙 土、泥炭土 ；所述聚酯纤维或聚丙烯纤维的直径为2 8dtex，长度为30 86mm，所述纤维 布每m2克重为100 600g。
2.如权利要求1所述的生物填料包，其特征在于制备所述纤维布的原料主要为聚酯纤 维和聚丙烯纤维的混合物，质量配比如下聚酯纤维30 70%、聚丙烯纤维30 70%。
3.如权利要求1或2所述的生物填料包，其特征在于制备所述纤维布的原料中，还包括 质量占聚酯纤维和/或聚丙烯纤维质量百分比如下的组分之一或其混合3 30%的棉纤 维，3% 10%的聚丙烯腈纤维， 5%的活性炭纤维；所述棉纤维的直径为2 7dtex、 长度为30 77mm ；所述聚丙烯腈纤维的直径为2 8dtex、长度为30 86mm ；所述活性炭 纤维的直径为5 10 μ m。
4.如权利要求1所述的生物填料包在污水处理中的应用。
5.如权利要求4所述的应用，其特征在于所述应用为将所述填料包投入被污染水体 中，对水体进行处理。
6.如权利要求5所述的应用，其特征在于所述填料包内添加有微生物菌粉或菌液。
全文摘要
本发明提供了一种适用于污水处理的生物填料包及其应用。所述生物填料包由纤维布制成的纤维布袋填充填料基质后封口制成。制备所述纤维布的原料主要为聚酯纤维、聚丙烯纤维之一或其混合；所述聚酯纤维或聚丙烯纤维的直径为2～8dtex，长度为30～86mm。本发明生物填料包具有丰富的孔径和较大的比表面积，可为水生生物提供栖息场所，促进微生物大量增殖；该生物填料包可以种植水生植物，同时有利于水生动物的生长；该生物填料包还具有对水体杂质进行过滤的作用。本发明生物填料包应用于污水处理中，具有挂膜性能好、生物种类多样、去除污染物(特别针对水体中N、P的去除)效果好的特点。
文档编号C02F3/30GK102060381SQ201010550638
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月19日 优先权日2010年11月19日
发明者周熙城, 朱春林, 李敏, 胡雄光, 邓海静, 郁芳, 饶鸿来 申请人:杭州朗境环保科技有限公司