以改性贝类为主的混合生态填料、复合填料球、净化槽装置及制备工艺的制作方法

本发明涉及水处理和生态修复设备及方法技术领域，具体来说是一种以改性贝类为主的混合生态填料、复合填料球、净化槽装置及制备工艺。

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背景技术：
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近年来随着经济的发展，河道污染越来越严重，由于生态系统破坏，河道中的水生动植物逐渐消失，河道失去了自净能力，水体富营养化现象越来越明显，水体的富营养化引起了藻类和其他水生植物的大量繁殖、水体溶解氧下降、水质恶化及水生生物的大量死亡。针对水体富营养化的关键因子氮、磷元素的治理和去除成为富营养化水体处理领域的研究热点。

营养物质大量进入水体生态系统造成了水体的富营养化，其中氮、磷营养盐是导致水体富营养化的主要因素。目前富营养化水体处理领域控制氮磷元素主要采用物理吸附、化学处理、生物处理等方法。物理吸附法的原理是水体流经表面疏松多孔的过滤材料，过滤材料将导致水体富营养化的营养盐截留在吸附材料表面上。而目前的现有技术，存在着氮、磷去除效果差，水力停留时间长，占地面积较大，没有很好的生态与经济效益的缺点。因此，需要设计一种新型的填料、复合填料球、净化槽装置及相应的制备工艺。

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技术实现要素：
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本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种以改性贝类为主要原料、生态与经济效益好、氮、磷去除效果好且占地面积小的混合生态填料、复合填料球、净化槽装置及制备工艺。

为了实现上述目的，设计一种以改性贝类为主的混合生态填料，所述的混合生态填料由起初生物填料与茶叶渣活性炭、沸石、石灰石、瓜子片、陶粒、软石混合制备而成，所述的起初生物填料由贝类构成，所述混合生态填料的质量百分比具体如下：起初生物填料60％-70％，茶叶渣活性炭10％,沸石、石灰石、瓜子片、陶粒、软石综合20％-30％，所述的混合生态填料为空心圆柱体结构，所述的空心圆柱体的圆柱面上设有若干通孔。

优选地，所述的混合生态填料中还能添加功能性填料。

本发明还设计一种采用所述的以改性贝类为主的混合生态填料的复合填料球，所述的复合填料球由外层的中空球体结构和内层的填料容纳结构构成，所述的中空球体结构外表面设有网孔。

优选地，所述的填料容纳结构内被均分为若干个扇形空间，用于容纳填料。

本发明还设计一种采用所述的以改性贝类为主的混合生态填料的净化槽装置，所述的净化槽装置包括生态填料、复合填料球和净化槽稳固装置，所述的复合填料球由外层的中空球体结构和内层的填料容纳结构构成，所述的中空球体结构外表面设有网孔。

优选地，所述的填料容纳结构内被均分为若干个扇形空间，每个扇形空间内各设有一个混合生态填料。

优选地，所述的净化槽稳固装置包括填料球固定装置和固定净化槽装置，所述的填料球固定装置为若干个网格相连而构成的框架结构，所述的框架结构与水流方向相垂直设置；所述的固定净化槽装置用于将复合填料球固定装置固定在河底。

优选地，若干所述的净化槽装置并排设置于河底，相邻净化槽装置的侧面通过连接固件进行连接，用于维持净化槽装置的载重平衡和稳固。

本发明还设计一种以改性贝类为主的混合生态填料的制备工艺，所述的制备工艺包括如下步骤：

a.制备起初生物填料：将贝类生物的贝壳去除残余肉质和附着物后进行粗粉碎，将粗粉碎后的贝壳置浸泡于质量分数为4％的氢氧化钠溶液中，并在微波辅助作用下分离去除贝壳的角质层和珍珠层，分离后进行烘干、过滤和研磨以得到起初生物填料；

b.配置混合生态填料：将起初生物填料与茶叶渣、活性炭、沸石、石灰石、瓜子片、陶粒、卵石进行混合以得到混合生态填料，所述混合生态填料的质量百分比具体如下：起初生物填料60％-70％，茶叶渣活性炭10％,沸石、石灰石、瓜子片、陶粒、软石综合20％-30％，此外还能根据使用需要添加功能性填料；

c.将混合生态填料置于空心圆柱型模具中，并在350～500℃温度下预热1～3小时，然后再升温至750～800℃煅烧1～2小时，最后将温度降至200～300℃保温1～1.5小时，以制得所述的混合生态填料。

本发明同现有技术相比，组合结构简单可行，易于安装与拆卸，其优点在于：

贝类混合生态填料配方来源广泛、价格低廉，能够实现变废为宝，符合现代绿色社会可持续发展的需求；

贝类混合生态填料具有较高的比表面积、高空隙率、材质轻而且强度高、物理化学性质稳定，对生物的增殖无危害作用；

复合填料球内外两层结构不仅固定贝类混合生态填料，且比表面积大，易于挂膜，不堵塞；

采用净化槽稳固装置，具有固着性和流体流通性，安全稳定，可避免冲刷问题。

[附图说明]

图1是本发明一实施例中混合生态填料的结构示意图；

图2是本发明一实施例中复合填料球的俯视图；

图3是本发明一实施例中净化槽的河道安装断面示意图,；

图4是本发明一实施例中填料球稳固框架的示意图；

图中：1-混合生态填料；2-复合填料球；3-填料球稳固框架；4-钢筋预制件；5-河底。

[具体实施方式]

下面结合附图对本发明作进一步说明，这种装置的结构及工艺的原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，对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。

如图1-3所示，本实施例提供了一种以改性贝类为主的混合生态填料净化槽装置，该净化槽装置包括混合生态填料、复合填料球和净化槽稳固装置。

本实施例提供一种所述的浑河生态填料的制备工艺示例：

所述的混合生态填料原材料为厚壳牡蛎、扇贝和贻贝的至少一种，贝壳是一种生物矿物材料，碳酸钙约占95％，其余为有机质，是一种天然的有机/无机复合材料，取一定量的贝壳，去除残余的肉质和附着物后进行促粉碎，在4％(质量分数)氢氧化钠溶液中浸泡48小时后，在微波辅助作用下去除贝壳的角质层、分离珍珠层，经过烘干、过滤、研磨后得到起初生物填料。

所述混合生态填料中，填料以改性的贝壳构成的起初生物填料为主，与茶叶渣活性炭、沸石、石灰石、瓜子片、陶粒、卵石按照比例进行混合，所述的茶叶渣活性炭指的是以茶叶渣为原料制成的活性炭，所述混合生态填料的质量百分比具体如下：起初生物填料60％-70％，茶叶渣活性炭10％,沸石、石灰石、瓜子片、陶粒、软石综合20％-30％。此外，除改性贝壳外可以根据填料的具体使用场景涉及到的功能选用其他一种或者几种功能性填料的组合，以使本实施方式的填料相应地具有吸附、降解及其他的功能，本发明对此不做限制，但本实施例示例如下，所述的功能性填料包括但不限于：蛭石、珍珠岩、膨润土、风化煤材料。

所述的蛭石，属于粘土矿物中的一种，有着巨大的比表面积和阳离子交换容量，能够发挥出色的吸附作用，能够通过物质的离子交换作用和表面络合作用去除水体中的重金属物质。蛭石对于水体中的金属元素铜及镉具有较好的吸附效果。

所述的珍珠岩，是酸性火山熔岩形成的玻璃质岩石，当珍珠岩被忽然间被高温加热时，其原本水分急速膨胀形成大量的气孔使得体积增大，形成极细的空气间层，具有一定的吸附作用，珍珠岩对于COD的降解具有明显效果。

所述的膨润土，是一种以蒙脱石为主要成分的粘土矿物，对水质改善的机理主要为物理吸附、离子交换吸附和化学吸附，主要表现在：膨润土具有较好的离子交换性，对水体的COD和色度有良好去除能力，并且可有效缓解水体生态系统中的厌氧硝化过程中的氨氮抑制，提高系统的稳定性，显著改善水体系统中的厌氧硝化整体性能，能够作为对改性贝类降解氨氮能力的补充。

所述的风化煤主要由腐殖酸等组成，风化煤腐殖酸对水体中的重金属离子具有较好的吸附作用，尤其对铅浓度较高的水体的改善效果较好，抑制了水体中的铅向水生植物中的迁移。

所述贝类混合生态填料置于空心圆柱型模具中在350～500℃温度下预热1～3小时，然后升温至750～800℃煅烧1～2小时，在温度200～300℃时保温1～1.5小时，制得所述混合贝类填料。通过高温手段对填料进行变性条件处理，可达到较高去除水体营养盐的结果。

参见图1，所述贝类混合生态填料最终塑形为外半径1.2cm内半径为0.6cm，长6cm的多孔空心圆柱体结构，空心圆柱体的圆柱面上设有若干通孔。即使在水流流速较大的水体当中也可维持空心圆柱状，使得材料的利用效率增强，延长使用时间，从而发挥出更好的去氮除磷效果。

所述贝类混合生态填料有着优异的力学强度、化学稳定性、热稳定性和高比表面积，微蜂窝状多孔结构，生物相容性好，错综复杂的毛细结构能更有效的附着硝化细菌，大量的超细微气孔为硝化细菌提供理想的繁殖场所，当水流从微孔中通过时，水流中的悬浮物质，胶体颗粒，大小有机物等被截留，吸附在微孔道内。多孔空心圆柱状混合贝类填料质轻多孔、表面粗糙、比表面积大、易于挂膜、强度高、耐冲洗、滤苏高、不堵塞。所述贝类混合生态填料为微生物的生长提供了良好的生殖场所，随着时间的推移，微生物和真菌产生协同效应，改良水体环境，营造生物共存空间，使菌群结构合理分布，修复植被和恢复区域生态系统功能。

参见图2，所述复合填料球是选用聚乙烯、聚丙烯材料注塑而成的悬浮填料球，该复合填料球分内外双层，外部为中空鱼网状球体，即外表面设有网孔的中空球体结构，内部为由多扇立体式球体塑料丝构成的填料容纳结构。该复合填料球具有全立体结构，比表面积大，易挂膜，不堵塞；全塑结构具有好氧功能，微生物易生成、耐酸碱、抗老化，不受水流影响，使用寿命长，安装方便，在悬浮的复合填料球表面形成生物膜，发生接触氧化反应，降解污水中的有机污染物质，便于固定贝类混合生态填料，所述贝类混合生态填料发挥去氮除磷作用的同时以复合填料球为主发生硝化反硝化反应降解河道中的氨氮，截留絮凝悬浮物质，使受污水体得以净化，营造微生物生境，并且具有一定的稳定性，促使生态系统进行长期的自我修复。

所述混合贝类填料均匀分布在所述双层复合填料球中。本实施例中，复合填料球直径10cm，复合填料球的外部是中空渔网状球体，内部结构为多扇立体塑料丝，将球体内部平均分为8个扇形空间，每个扇形空间放置一个多孔空心圆柱贝类混合生态填料。

生物挂膜处理污染水体是水体微生物处理技术的主要方式，生物膜能够为参与污染物净化的微生物、原生动物、小型浮游动物等提供附着生长条件，采用本发明的复合填料球后，大量参与污染物质净化的生物在复合填料球中生长，并且在复合填料球中固着生长不易被大型的水生动物和鱼类吞食，构成巨大的生物膜表面积，污水中的有机污染物、藻类、氮、磷等营养元素通过被生物膜上的微生物摄取，能够有效降低污染物的总量，使水体得到净化。

参见图3和图4，所述净化槽稳固装置由填料球固定装置和固定净化槽装置组成，用于固定复合填料球、维持净化槽功能性稳定，防止河水冲刷，具有一定的固着性和流体流通性，便于物质流通、物种的固定以及与环境的适应性，且便于回收。

参见图4，本实施例中，所述填料球固定装置为由不锈钢材料组建的填料球稳固框架，填料球稳固框架包含若干固定网格，该不锈钢填料球稳固框架直径6mm，间隔为5cm，最终该框架网格的型号为10cm×10cm×10cm，不锈钢材质具有耐腐蚀防锈功能。每个网格固定一个含有改性生态填料的复合填料球，便于维持所述填料球固定装置的立体框架构架。本实施例净化槽采用10×10×5模式，每个净化槽构建500个网格，放置净化槽时，10×10的净化槽切面与水流方向垂直从而提高净化效果，该净化槽单元规格可根据河道具体情况进行改变。

本实施例中，所述固定净化槽装置是采用钢筋预制件在净化槽的底部进行固定，钢筋预制件采用不锈钢材质，预制件直径为12mm，固定预制件间距间隔50cm，预制件的长度为1m。在净化槽侧面也能设置固定固件，与并排的净化槽进行连接，连接固件间距50cm，用于净化槽载重平衡和稳固，防止河水冲刷破坏，通过钢铁预制件可使该净化槽适应水体不同流速，结合改性贝类混合生态填料和生物挂膜系统提高水体营养盐的降解效率。所述净化槽在污染水体反应时间30-40min时，总磷去除率达90％以上，总氮去除率达75％以上。

该净化槽工艺不受水深条件限制，单元式净化槽可灵活拼装，不仅施工方便，而且高效、吸附能力强、效果明显成本低。本发明将多种污水处理的方法进行了结合，发挥了处理方法的最佳效果和优势，组合过后的污水处理装置能够达到较高的处理效果，尤其在蓝藻、水华前期使用对其爆发具有有效的抑制作用和降低作用。