专利名称：一种粗竹纤维污水处理填料及其制备方法
技术领域：
本发明属于污水处理领域，涉及一种污水生物填料及其制备方法；具体涉及一种粗竹纤维污水处理填料及其制备方法。
背景技术：
污水处理生物膜法是与活性污泥法并列发展起来的污水生物处理技术，包括生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池、曝气生物滤池及生物流化床等工艺形式，其共同特点是微生物附着生长在填料表面，形成生物膜，污水与生物膜接触后，污染物被微生物吸附转化，污水得到净化。填料在污水处理生物膜法工艺中的作用主要体现在以下几个方面:(I)作为微生物栖息和生长繁殖的场所，填料的加入为微生物生长繁殖创造更为有利的生存环境，维持较高的生物量，并使生物相更为丰富；(2)在好氧生物膜法工艺中，填料起到切割、阻挡空气气泡的作用，可以增加气泡的停留时间和气/液接触面积，加快氧的转移速率，强化传质效果，提高氧气利用率，从而减少曝气量，节约能耗；(3)在固定床生物膜反应器中，填料起到吸附、截留污水中悬浮物的作用，降低反应器出水悬浮物浓度；(4)作为生物膜反应器中生物膜与废水接触的场所，填料对水流具有一定的调配作用，从而促进废水在反应器内均匀分布。
由此可见，填料是生物膜法工艺的关键技术之一，其性能的优劣直接关系到整个污水处理系统的处理效果和运行成本。因此长期以来，国内外众多专家学者致力于新型填料的研发，从填料强度、密度、比表面积、亲水性能、布水布气性能等角度着手相继开发出弹性填料、软性填料、组合填料、悬浮填料等多种有机填料，取得了较好的经济和社会效益，但也普遍存在一些不足之处，主要表现为:因多采用PVC、PE、PP等有机材料加工制成，成本高；生物亲和性较差，导致启动周期长。如何从人造化工有机材料中走出来，从选择天然材料角度入手，开发出新型填料，使之在比表面积、强度、布水布气等技术性能方面可以与常规有机填料相比拟，在生产成本、微生物亲和性能方面又具备显著竞争优势，一直是众多专家学者关注的热点，也是新型填料研发的重大技术难点。竹子是一种天然可再生资源，利用竹材产品替代化纤和塑料等人造材料，制备废水处理生物填料具有显著的技术和经济优势，白晓慧等人直接利用成年竹材编制成竹球填料应用于味精废水的处理、张奎等人将新鲜竹子剖切成后制成竹丝，处理化粪池出水，均取得较好效果。经检索表明，国内外关于采用粗竹纤维基材加工制备生物填料的相关专利尚未见至|J。中国专利CN2107464U直接将竹杆用绳装配成刺猬式填料，可提高启动速度、且成本低廉。中国专利CN1429778直接将成年竹子丝条穿插固定于中心绳上,构成生物填料。该填料造价远比同类产品低，并可在寡营养、低温情况下快速挂膜，且具有比表面积大、耐海水腐蚀等特点。在竹纤维加工制备技术方面，国内外专利主要集中于用竹细纤维的精细加工过程；在竹材产品开发和应用方面，至今都未见基于粗竹纤维生物填料的污水处理生物膜技术的专利报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种粗竹纤维污水处理填料。本发明的另一目的在于提供一种粗竹纤维污水处理填料的制备方法。本发明的目的可以通过以下技术方案实现:一种粗竹纤维污水处理填料，其在于所述的污水处理填料以粗竹纤维为基材。上述的粗竹纤维污水处理填料，其在于所述的污水处理填料是以粗竹纤维为基材均匀穿插固定于中心绳或者镶嵌于固定盘面上制得的生物弹性或组合填料，所述的粗竹纤维呈立体均匀排列的辐射状结构。上述的粗竹纤维污水处理填料，其在于所述中心绳的每个固定点或者所述固定盘的每个镶嵌点上穿插固定或镶嵌多根粗竹纤维，所述多根粗竹纤维的柔韧性不同，包括低柔韧性的粗竹纤维和中柔韧性的粗竹纤维；所述低柔韧性的粗竹纤维和中柔韧性的粗竹纤维的用量比为1:广5。
上述的粗竹纤维污水处理填料，其在于所述的低柔韧性的粗竹纤维为直径0.S^lmm的竹纤维，所述的中柔韧性的粗竹纤维为直径小于0.8mm大于等于0.6mm的竹纤维。上述的粗竹纤维污水处理填料，其在于所述的低柔韧性的粗竹纤维和中柔韧性的粗竹纤维在每个固定点或者镶嵌点上均匀分布，或者低柔韧性的粗竹纤维和中柔韧性的粗竹纤维在每个固定点或者镶嵌点上分为两层，上层为低柔韧性的粗竹纤维，下层为中柔韧性的粗竹纤维。上述的粗竹纤维污水处理填料，其在于所述粗竹纤维的制备方法为:(I)选取3 5年竹龄的毛竹进行切割分段处理；(2)对分段后的竹材进行机械碾压处理，并输送到分离机进行松解处理；(3)在强碱条件进行水热-化学软化处理:在常压、8(T95°C或者0.5 1.0 MPa、15(T220°C条件下，将进行松解处理后的竹材浸泡在质量百分浓度为109Γ40%的烧碱或石灰水溶液中，常压、80 95°C条件下浸泡4 8 h;0.5 1.0 MPa、15(T220°C条件下浸泡:Γ8min ；(4)将软化后竹材输送至梳纤机进行梳纤处理，根据需要获得粗竹纤维。上述方法中，在(I)于水热-化学软化处理前，进行机械松解处理，有利于后续的软化及梳纤处理。一种粗竹纤维污水处理填料的制备方法，其在于包括以下步骤:(I)制备粗竹纤维:选取3 5年竹龄的毛竹进行切割分段处理；对分段后的竹材进行机械碾压处理，并输送到分离机进行松解处理；在强碱条件进行水热-化学软化处理:在常压、8(T95°C或者0.5^1.0 MPa、15(T220°C条件下，将进行松解处理后的竹材浸泡在质量百分浓度为10°/Γ40%的烧碱或石灰水溶液中，常压、8(T95°C条件下浸泡Γ8 h ；0.5^1.0MPa、15(T22(TC条件下浸泡3 8 min ;将软化后竹材输送至梳纤机进行梳纤处理，根据需要获得粗竹纤维；
(2)以步骤(I)制备的粗竹纤维为基材穿插固定于中心绳或者镶嵌于固定盘面上制得生物弹性或组合填料，所述的粗竹纤维呈立体均匀排列的辐射状结构。上述的粗竹纤维污水处理填料的制备方法，其在于所述中心绳的每个固定点或者所述固定盘的每个镶嵌点上穿插固定或镶嵌多根粗竹纤维，所述多根粗竹纤维的柔韧性不同，包括低柔韧性的粗竹纤维和中柔韧性的竹基粗纤维；所述低柔韧性的粗竹纤维和中柔韧性的粗竹纤维的用量比为1:广5。上述的粗竹纤维污水处理填料的制备方法，其在于所述的低柔韧性的粗竹纤维为直径0.S^lmm的竹纤维，所述的中柔韧性的粗竹纤维为直径小于0.8mm大于等于0.6mm的竹纤维。上述的粗竹纤维污水处理填料的制备方法，其在于所述的低柔韧性的粗竹纤维和中柔韧性的粗竹纤维在每个固定点或者镶嵌点上均匀分布，或者低柔韧性的粗竹纤维和中柔韧性的粗竹纤维在每个固定点或者镶嵌点上分为两层，上层为低柔韧性的粗竹纤维，下层为中柔韧性的粗竹纤维。以天然廉价、可再生的成年竹材为原料，制备出生物亲和性好、抗腐蚀性强、刚柔适中、易于加工处理的粗竹纤维生物填料基材。所制得粗竹纤维可用于制备多种类型的污水处理生物填料。可替代现有固定式污水处理弹性填料或组合填料中的主体材料(有机合成材料)。如将所得粗竹纤维穿插固定于中心绳或者镶嵌于固定盘面上制得的生物弹性或组合填料，可制得弹性填料或组合填料。本发明申请文件所述的常压为一个标准大气压，即0.1MPa0本发明的有益效果:采用所开发的粗竹纤维制备成的弹性填料处理畜禽养殖废水(厌氧消化后出水)，并与传统的化工合成材料的有机弹性填料进行了对比实验，结果表明:(I)生物反应器启动时间比传统有机弹性填料缩短了 7天；(2)在水温为20 30°C、水力停留时间为12 24 h、进水化学需氧量和铵氮浓度分别为80(Tl200 mg/L和35(T500mg条件下，化学需氧量和铵氮去除率分别达到60 80%和7515%之间。比传统有机弹性填料相比，化学需氧量和铵氮平均去除效果提高了 5%和
8% ο本发明的另外一个优点:采用柔韧性(或硬度)不同的粗竹纤维为基材穿插固定于中心绳、或镶嵌于固定盘面上，制得污水处理用生物弹性或组合填料。因粗竹纤维柔韧性的差异性，挂膜后(即微生物附着生长后)将均匀分布、充分舒展于生化反应器中，不至于凝聚结团，充分利用空间，增强微生物与污水接触机会，传质作用加强。
图1为实施例1制备的污水处理填料结构示意图。图2为实施例2制备的污水处理填料结构示意图。
具体实施例方式实施例1制备 粗竹纤维污水处理填料(I)原料选取及切割分段处理:选取3 5年竹龄的毛竹，沿竹节进行切割分段处理，依据切割后竹材长度进行分类存放。(2)机械碾压松解处理:对分段后的竹材进行机械碾压处理，并输送到分离机进行松解处理。(3)在强碱条件进行水热-化学软化处理:在常压、90°C条件下，将进行松解处理后的竹材浸泡在质量百分浓度为25%的烧碱溶液中，浸泡
6h。(4)梳纤处理:将软化后竹材输送至梳纤机进行梳纤处理，分别获得直径为0.9 mm和0.7mm的竹基粗竹纤维。以采用上述步骤制备的粗竹纤维为基材均匀穿插固定于中心绳I上制得生物弹性填料，所述的粗竹纤维呈立体均匀排列的辐射状结构。所述中心绳I的每个固定点4所穿插固定的多根粗竹纤维的柔韧性不同，包括低柔韧性粗竹纤维2(直径为0.9 mm的竹基粗竹纤维)和中柔韧性竹基粗纤维3 (直径为0.7 mm的竹基粗竹纤维);所述低柔韧性粗竹纤维2和中柔韧性粗竹纤维3的用量比为1:2。如图1所示，所述的低柔韧性粗竹纤维2和中柔韧性粗竹纤维3·在每个固定点上分为两层，上层为低柔韧性粗竹纤维2，下层为中柔韧性粗竹纤维3。所述的中心绳I材质为聚酰烃类(如聚酰胺)。实施例2制备粗竹纤维污水处理填料(I)原料选取及切割分段处理:选取3 5年竹龄的毛竹，沿竹节进行切割分段处理，依据切割后竹材长度进行分类存放。(2)机械碾压松解处理:对分段后的竹材进行机械碾压处理，并输送到分离机进行松解处理。(3)在强碱条件进行水热-化学软化处理:在
0.75 MPa、185°C条件下，将进行松解处理后的竹材浸泡在质量百分浓度为25%的石灰水溶液中，浸泡6 min ； (4)梳纤处理:将软化后竹材输送至梳纤机进行梳纤处理，分别获得直径为0.9 mm和0.7mm的竹基粗竹纤维。以采用上述步骤制备的粗竹纤维为基材均匀穿插固定于中心绳I上制得生物弹性填料，所述的粗竹纤维呈立体均匀排列的辐射状结构。所述中心绳I的每个固定点4所穿插固定的多根粗竹纤维的柔韧性不同，包括低柔韧性粗竹纤维2 (直径为0.9 mm的竹基粗竹纤维)和中柔韧性竹基粗纤维3 (直径为0.7 mm的竹基粗竹纤维);所述低柔韧性粗竹纤维2和中柔韧性粗竹纤维3的用量比为1:2。如图2所示，所述的低柔韧性粗竹纤维2和中柔韧性粗竹纤维3在每个固定点上均匀分布。所述的中心绳I材质为聚酰烃类(如聚酰胺)。采用实施例1制备的粗竹纤维污水处理填料处理畜禽养殖废水(厌氧消化后出水)，并与传统的化工合成材料的有机弹性填料进行了对比实验，结果表明:(I)生物反应器启动时间比传统有机弹性填料缩短了 7天；(2)在水温为20 30°C、水力停留时间为12 24 h、进水化学需氧量和铵氮浓度分别为800 1200 mg/L和35(T500mg条件下，化学需氧量和铵氮去除率分别达到60 80%和7515%之间。比传统有机弹性填料相比，化学需氧量和铵氮平均去除效果提高了 5%和8%。由于采用柔韧性(或硬度)不同的粗竹纤维为基材穿插固定于中心绳上，制得污水处理用生物弹性或组合填料。因粗竹纤维柔韧性的差异性，挂膜后(即微生物附着生长后)将均匀分布、充分舒展于生化反应器中，不至于凝聚结团，充分利用空间，增强微生物与污水接触机会，传质作用加强。
权利要求
1.一种粗竹纤维污水处理填料，其特征在于所述的污水处理填料以粗竹纤维为基材。
2.根据权利要求1所述的粗竹纤维污水处理填料，其特征在于所述的污水处理填料是以粗竹纤维为基材均匀穿插固定于中心绳或者镶嵌于固定盘面上制得的生物弹性或组合填料，所述的粗竹纤维呈立体均匀排列的辐射状结构。
3.根据权利要求2所述的粗竹纤维污水处理填料，其特征在于所述中心绳的每个固定点或者所述固定盘的每个镶嵌点上穿插固定或镶嵌多根粗竹纤维，所述多根粗竹纤维的柔韧性不同，包括低柔韧性的粗竹纤维和中柔韧性的粗竹纤维；所述低柔韧性的粗竹纤维和中柔韧性的粗竹纤维的用量比为1:广5。
4.根据权利要求3所述的粗竹纤维污水处理填料，其特征在于所述的低柔韧性的粗竹纤维为直径0.S^lmm的竹纤维，所述的中柔韧性的粗竹纤维为直径小于0.8mm大于等于0.6mm的竹纤维。
5.根据权利要求3所述的粗竹纤维污水处理填料，其特征在于所述的低柔韧性的粗竹纤维和中柔韧性的粗竹纤维在每个固定点或者镶嵌点上均匀分布，或者低柔韧性的粗竹纤维和中柔韧性的粗竹纤维在每个固定点或者镶嵌点上分为两层，上层为低柔韧性的粗竹纤维，下层为中柔韧性的粗竹纤维。
6.根据权利要求Γ3中任意一项所述的粗竹纤维污水处理填料，其特征在于所述粗竹纤维的制备方法为: (1)选取3 5年竹龄的毛竹进行切割分段处理； (2)对分段后的竹材进行机械碾压处理，并输送到分离机进行松解处理； (3)在强碱条件进行水热-化学软化处理:在常压、80 951:或者0.5 1.0MPa、15(T220°C条件下，将进行松解处理后的竹材浸泡在质量百分浓度为109Γ40%的烧碱或石灰水溶液中，常压、80 95°C条件下浸泡4 8 h;0.5 1.0 MPa、15(T220°C条件下浸泡:Γ8min ； (4)将软化后竹材输送至梳纤机进行梳纤处理，根据需要获得粗竹纤维。
7.一种粗竹纤维污水处理填料的制备方法，其特征在于包括以下步骤: (1)制备粗竹纤维:选取3 5年竹龄的毛竹进行切割分段处理；对分段后的竹材进行机械碾压处理，并输送到分离机进行松解处理；在强碱条件进行水热-化学软化处理:在常压、8(T95°C或者0.5^1.0 MPa、15(T220°C条件下，将进行松解处理后的竹材浸泡在质量百分浓度为10% 40%的烧碱或石灰水溶液中，常压、80 95°C条件下浸泡4 8 h ;0.5 1.0 MPa、15(T220°C条件下浸泡:Γ8 min ;将软化后竹材输送至梳纤机进行梳纤处理，根据需要获得粗竹纤维； (2)以步骤(I)制备的粗竹纤维为基材穿插固定于中心绳或者镶嵌于固定盘面上制得生物弹性或组合填料，所述的粗竹纤维呈立体均匀排列的辐射状结构。
8.根据权利要求7所述的粗竹纤维污水处理填料的制备方法，其特征在于所述中心绳的每个固定点或者所述固定盘的每个镶嵌点上穿插固定或镶嵌多根粗竹纤维，所述多根粗竹纤维的柔韧性不同，包括低柔韧性的粗竹纤维和中柔韧性的竹基粗纤维；所述低柔韧性的粗竹纤维和中柔韧性的粗竹纤维的用量比为1:广5。
9.根据权利要求8所述的粗竹纤维污水处理填料的制备方法，其特征在于所述的低柔韧性的粗竹纤维为直径0.S^lmm的竹纤维，所述的中柔韧性的粗竹纤维为直径小于0.8mm大于等于0.6mm的竹纤维。
10.根据权利要求8所述的粗竹纤维污水处理填料的制备方法，其特征在于所述的低柔韧性的粗竹纤维和中柔韧性的粗竹纤维在每个固定点或者镶嵌点上均匀分布，或者低柔韧性的粗竹纤维和中柔韧性的粗竹纤维在每个固定点或者镶嵌点上分为两层，上层为低柔韧性的粗竹纤维，下层为 中柔韧性的粗竹纤维。
全文摘要
本发明公开了一种粗竹纤维污水处理填料及其制备方法，所述的污水处理填料以粗竹纤维为基材。所述的污水处理填料是以粗竹纤维为基材均匀穿插固定于中心绳或者镶嵌于固定盘面上制得的生物弹性或组合填料，所述的粗竹纤维呈立体均匀排列的辐射状结构。采用本发明的污水处理填料处理污水生物反应器启动时间比传统有机弹性填料缩短了7天；比传统有机弹性填料相比，化学需氧量和铵氮平均去除效果明显提高。因粗竹纤维柔韧性的差异性，挂膜后将均匀分布、充分舒展于生化反应器中，不至于凝聚结团，充分利用空间，增强微生物与污水接触机会，传质作用加强。
文档编号C02F3/10GK103145236SQ20131006059
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月26日 优先权日2013年2月26日
发明者曹玉成, 周健, 赵锦星 申请人:宜兴市氿润环保研究所有限公司