专利名称：一种磁性三维填料的制作方法
技术领域：
本实用新型属于环境污染水处理领域，特别是涉及一种磁性三维填料，该填料不仅克服了传统生物填料的各种缺点，同时可以促进和强化城市污水中的COD降解和硝化反硝化脱氮效果。
背景技术：
目前，在全球范围内的近6万座城市污水处理厂中，有3万多座采用了活性污泥法工艺，而我国城市污水处理80%的工艺是活性污泥法。在一定历史时期内，活性污泥法在城市污水处理中发挥了重要的作用，这得益于它的处理效果好、处理成本低、运行维护方便。 但近年来，城市化和城镇化速度的加快，使城市人口数量不断增长，城市污水排放量增大； 工业废水的排入等原因使城市污水的水质特征发生改变，污水的难降解程度提高；城市污水排放标准的提高，使城市污水处理厂普遍采用的活性污泥法面临着挑战。因此，城市污水处理面临着处理水量和水质两方面的严格要求。与传统活性污泥法相比，生物膜法具有占地面积小、污泥浓度高、处理水量大、污泥产率低、可承受高的水量和水质负荷等优点，一般用于高浓度的污染废水处理。主要生物膜法工艺有MBR、BAF、MBBR、生物转盘和生物滤池等，但各自存在一些缺点。MBR工艺出水水质在膜法中最好，但是膜组件价格昂贵，易出现膜污染，运行能耗非常高，这导致吨水处理成功居高不下；BAF工艺中因填料的空隙率小，容易发生填料阻塞，导致水头损失高，需要经常进行反冲洗，操作运行不便，出水水质不稳定；MBBR是一种悬浮填料生物膜反应器，通过曝气使填料之间相互摩擦来进行生物膜更新，但是在实际工程中，通过操作来控制膜厚以完成脱氮极难实现。生物转盘在小水量污水处理中使用，但是当水量过大，则会存在基建费用高，能耗高等劣势。因此，采用生物膜法对活性污泥工艺进行改造是应对城市污水处理水量、水质变化，降低运行成本，实现城市污水处理节能降耗的一个重要途径，而填料则成为其中的核心技术。目前，国内外应用较多的为软性、半软性和组合填料等。软性填料存在中心绳易散丝打结、抗拉力不均勻、纤维丝易断且伸展性不好、生物膜容易结团、实际比表面积小等缺点； 半软性填料则明显存在比表面积小、生物量受限制；组合填料虽然集合了软性和半软性填料的优点，但是其并未完全解决两者本身存在的缺陷。现代研究表明，适度磁场对微生物的生长和代谢有促进作用，有利于污染物的降解。考虑到城市污水厂外置磁场不实际，因此，若能在活性污泥工艺中添加具有磁性的填料，那么该法不仅具有生物膜法的优点，同时其处理效果也会因磁场的作用而得到强化。
发明内容本实用新型根据磁场的生物学效应原理，并综合考虑现有各种填料的优缺点，开发和研究出一种磁性三维填料。本实用新型的磁性三维填料采用两根或三根奥氏体型不锈钢丝夹扭磁性纤丝成毛刷式三维结构，即可得到磁性三维填料。磁性三维填料在外观上为圆柱体型，磁性纤毛沿中心的奥氏体型不锈钢丝向四周发散分布。根据实际需要，磁性三维填料直径控制在5 30cm、磁性纤丝磁场强度控制小于60mT、纤丝直径0. 5 2. 5mm。通过控制磁性纤丝的条数将空隙率保持在80士 18%。该填料适用于各类水质净化处理工艺，尤其适用于城市污水处理厂活性污泥工艺的改造和升级。将本实用新型的磁性三维填料采用模块式安装固定于活性污泥工艺生化池后，可以提高城市污水处理厂的日处理水量，降低水力停留时间，提高出水水质及耐水量、水质冲击负荷能力。磁性三维填料具有以下特征(1)机械强度高，使用时间长。磁性三维填料使用材质为特制塑料材料，因此，该填料物理机械性能，机械强度好；耐高温和低温；抗蠕变性，耐疲劳性，耐摩擦性，尺寸稳定性好。与软性、半软性及组合填料相比，该填料机械强度高，填料纤丝舒展性好，填料纤丝不会发生因生物量过大而出现纤丝断裂或结团下垂等现象。(2)空隙率保持在80士 18%。根据实际需要可以调整纤丝的条数，来实现不同的填料空隙率。填料空隙率范围可控制在80士 18%。高的空隙率可以减少水流阻力，并防止填料结团堵塞，有利于填料上的生物膜更新。(3)实际比表面积大，成膜后可达到500m 1200m2/m3。该填料拥有独特的纤丝结构，填料的比表面积决定因素为填料上的生物膜量。这是由于填料在成膜后，生物膜越厚， 生物膜的立体网状交联就越发达，提供给填料的生长空间越大，使填料具有比传统填料更大的实际比表面积。(4)氧转移率和利用率比传统填料提高10%。该填料的特殊纤丝结构，可以有效切割气泡，使氧转移率和利用率提高10%，降低曝气能耗。(5)生物膜内微生物活性高。该填料表面小于60mT的磁场强度对微生物生长代谢有促进作用。填料表面的微生物在磁场作用下活性得到提高。同时，磁场可以促进微生物酶的分泌，如脱氢酶、氨氧化和亚硝酸盐氧化酶等酶的分泌，对微生物酶促动力学有作用，促进污染物的降解速率，有利于COD降解、硝化和反硝化去除城市污水中的碳、氮等污染物。
附图1 本发明的磁性三维填料俯视图附图2 本发明的磁性三维填料侧视图1-磁性纤丝；2-不锈钢丝附图3 本发明的磁性三维填料磁性纤丝表面磁感线分布图具体实施方式
本实用新型的磁性三维填料主要材质为塑料材料。制作方法为将重量组成为 65 士 15%塑料、25 士 15%磁性材料及10 士 5%助剂，于高温条件下熔融混勻后，通过螺杆泵进行注塑、拉丝后，可得到直径为0. 5 2. 5mm的纤丝条。采用充磁机对丝条进行径向充磁后，使填料表面具有小于60mT磁场强度，磁感线呈磁性纤丝径向分布。最后，再用两根或三根不锈钢丝将磁性纤丝夹扭形成毛刷式三维结构，使磁性纤丝向四周均勻发散分布，即可得到本发明的磁性三维填料，该填料的主要特征参数如表1所示[0019]表1磁性三维填料主要特征参数
填料直径 (mm)纤丝直径 (mm)填料长度 (m)比表面积 (m2/m3)空隙率 (%)纤丝表面磁场强度 (mT)50 ~ 3000.5 ~ 2.5根据具体需要500~ 120080± 18<60
权利要求1.一种磁性三维填料，其特征在于该填料用两根或三根不锈钢丝( 将磁性纤丝(1) 夹扭形成毛刷式三维结构的磁性填料。
2.根据权利要求1所述的磁性三维填料，其特征在于该填料外观为圆柱体型三维毛刷结构，由磁性纤丝(1)环绕中心的不锈钢丝O)向四周均勻发散分布。
3.根据权利要求1所述的磁性三维填料，其特征在于该填料是由直径为0.5 2. 5mm 的磁性纤丝(1)和不锈钢丝夹扭构成圆柱体型，填料直径为5 30cm。
4.根据权利要求1所述的磁性三维填料，其特征在于该填料磁性纤丝(1)表面磁感应强度小于60mT，其磁感线呈磁性纤丝(1)径向分布。
5.根据权利要求1所述的磁性三维填料，其特征在于该填料是由中心两根奥氏体型不锈钢丝(2)夹扭磁性纤丝(1)成圆柱型三维结构，其空隙率保持在80士 18%。
专利摘要本实用新型涉及一种磁性三维填料。磁性三维填料是用两根或三根奥氏体型不锈钢丝将磁性纤丝夹扭而成。磁性三维填料在外观上为圆柱体型三维毛刷结构。磁性三维填料不仅具有机械强度高、使用时间长、空隙率大、实际比表面积大、氧转移速率和氧利用率高等特点，同时填料表面的弱磁场作用可以强化污水中COD降解、硝化反硝化等作用。本实用新型的磁性三维填料适合于城市污水处理活性污泥法改造和生物膜工艺污水处理单元。
文档编号C02F3/10GK202297241SQ201120151070
公开日2012年7月4日 申请日期2011年5月11日 优先权日2011年5月11日
发明者姚创, 白涛, 陈凯, 雷恒毅 申请人:中山大学, 广州珠江环保科技发展有限公司