專利名稱：憎水性材料的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種憎水性材料的應(yīng)用，主要應(yīng)用于無動力或微動力生活污水處理裝置中的兼氧及好氧部分。
背景技術(shù)：
從上世紀80年代開始，生活污水凈化沼氣池在借鑒農(nóng)村沼氣池和傳統(tǒng)化糞池技術(shù)的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來。這種簡易的生活污水處理技術(shù)以其投資分散、不耗能源、運行費用低以及節(jié)約用地等優(yōu)點逐漸發(fā)展成為我國南方生活污水分散處理的主要技術(shù)，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。
為了達到環(huán)保要求，這類生活污水處理凈化裝置通常需要實現(xiàn)生物脫氮除磷的功能，而生物脫氮除磷需要有厭氧/兼氧/好氧交替的生物環(huán)境，系統(tǒng)中的兼氧區(qū)需要系統(tǒng)中的氧氣濃度達到O. 5mg/L以上，好氧部分則需要更高的氧氣含量。但是，目前這類分散的污水處理裝置大多是無動力或微動力的，其兼氧區(qū)復(fù)氧主要是依靠空氣與水面接觸，形成自然復(fù)氧，然而，自然復(fù)氧的效率往往較低，目前無動力的污水凈化裝置中，其水下的溶解氧濃度通常為O. 3-0. 4mg/L，在這樣的條件下很難滿足脫氮除磷的要求。目前，對于裝置中復(fù)氧狀態(tài)的技術(shù)，主要集中在曝氣裝置和水流紊動方面，然而，這些措施雖然能增加水中的溶解氧，但需要對裝置進行復(fù)雜的工藝改進，將大大提高裝置的成本，因此在實際應(yīng)用中受到了一定限制。
另一方面，為了提高其處理效率，這類裝置中往往會安裝生物填料以提高微生物濃度，生物填料是該類裝置的核心組成部分之一。目前，對于填料的研究和開發(fā)主要還在提高其生物濃度方面，如專利CN1151379 “動態(tài)生物球填料”和專利CN1418827 “動態(tài)微發(fā)泡生物填料體及填料裝置”等，其主要目的仍在于提高填料的生物附著能力，對于填料的其他功能(如復(fù)氧功能等)的開發(fā)，目前仍鮮見報道。然而，對于村鎮(zhèn)中廣泛使用的分散式污水凈化裝置而言，如果通過填料能提高系統(tǒng)的復(fù)氧能力，則可使整個系統(tǒng)脫氮除磷的能力大為提高，不僅如此，對于微動力的裝置而言，由于其復(fù)氧效率較低，導(dǎo)致曝氣消耗的動力增加， 從而提高了運行成本。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)填料在無動力或微動力裝置中截流氧氣功能不強、復(fù)氧效率較低的問題，提供一種憎水性材料的應(yīng)用，本發(fā)明可提高水面與空氣的接觸面積及接觸時間，從而提高生物填料的復(fù)氧性能。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種憎水性材料的應(yīng)用，其特征在于將憎水性材料應(yīng)用于生物填料中。
所述憎水性材料制作成生物填料的支撐結(jié)構(gòu)、隔板或氣流均布結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于污水凈化系統(tǒng)的兼氧區(qū)或好氧區(qū)中。
所述生物填料的支架或外殼用憎水性材料制作。
所述生物填料為懸浮生物填料時，懸浮生物填料的外殼利用憎水性材料制作，與懸浮生物填料組合使用，加入污水凈化系統(tǒng)的兼氧區(qū)或好氧區(qū)中。
所述生物填料為懸浮生物填料時，將懸浮生物填料的外殼改性，使其具備憎水性材料的特性，與生物填料組合使用，加入污水凈化系統(tǒng)的兼氧區(qū)或好氧區(qū)中。
所述生物填料為軟性生物填料或彈性生物填料時，將憎水性材料制作成軟性生物填料或彈性生物填料的支架，應(yīng)用于污水凈化系統(tǒng)的兼氧區(qū)或好氧區(qū)中。
所述憎水性材料為憎水性纖維，懸浮生物填料的外殼制作成空心的球形，內(nèi)徑為 60mm-100mm,外殼的密度不大于lg/cm3,球形外殼上均勻設(shè)置有開孔，開孔的孔口大小為 5-10mmo
所述生物填料的支架呈圓形，直徑為40mm-100mm，厚度不大于6mm，軟性生物填料固定在支架上。
所述憎水性材料是指濕潤角大于90°的憎水性材料，其材料的孔隙度宜大于 10%。
所述生物填料包括維尼綸生物填料、絳綸生物填料、聚氨酯類泡沫生物填料、沸石生物填料或活性炭等填料。
采用本發(fā)明的優(yōu)點在于一、本發(fā)明將憎水性材料應(yīng)用于生物填料中，充分利用了憎水性材料多孔且水分之不易附著的特性，利用其在在水中形成氣膜，通過氣膜增大氣_水接觸面積和接觸時間，增加水中的溶解氧，而利用普通生物填料附著水中的微生物，提高反應(yīng)器內(nèi)的生物濃度；與普通的生物填料相比，這種組合其生物附著性能與其相當(dāng)，但復(fù)氧效率可提高30%-50%左右，使用憎水性材料作為生物填料外殼的反應(yīng)裝置，在無動力的條件下，其兼氧區(qū)水下的溶解氧可達O. 8mg/L左右。
二、本發(fā)明的組合填料加入?yún)捬趸蚣嫜跸到y(tǒng)之后，通過填料的分布使得氧氣均布于整個系統(tǒng)當(dāng)中，在普通生物填料的無動力污水凈化裝置中，其氧氣分布將隨水深度的增加而逐漸減少，而本發(fā)明的組合填料可以通過多孔憎水性材料形成的氣膜將空氣帶入裝置兼氧區(qū)的各處，使系統(tǒng)中氧氣分布較為均勻，從而更充分的與微生物接觸。
三、本發(fā)明用于微動力曝氣的裝置中，憎水性材料表面形成的氣膜可截流曝氣裝置曝出的部分氣體，保證反應(yīng)器中含有較高氣體量，并且使氣體均布于反應(yīng)器中，通過填料中的憎水性外殼保持反應(yīng)系統(tǒng)中的溶解氧含量，可大大提高曝氣裝置的效率，與使用普通填料的類似裝置比較，該組合填料的曝氣能耗可降低20%左右。
四、本發(fā)明的原料來源廣泛，制造工藝簡單，且靈活多變，既可以利用憎水性材料直接制成填料的外殼或支架，也可以對已經(jīng)制成的普通填料進行改性，在實際應(yīng)用中可根據(jù)具體情況進行調(diào)整，適用范圍廣泛。
五、本發(fā)明中，所述外殼呈球形，內(nèi)徑為60mm-100mm,外殼的材料密度在lg/cm3左右為宜，球形外殼上應(yīng)均勻開孔，開孔的孔口大小為5-10mm見方為宜，開孔后，不僅可以使系統(tǒng)中地污水可通過孔口流過,與球殼內(nèi)的生物填料接觸,也可以增加水流與憎水材料的接觸面積，使其復(fù)氧效率更高；且此直徑的球殼有足夠大的表面積，既可以保證系統(tǒng)中有一定面積的憎水性材料以使系統(tǒng)溶氧充分，又不至于浪費過多的外殼材料，若球殼內(nèi)徑大于 IOOmm或小于60mm,應(yīng)適當(dāng)調(diào)整開孔的密度和大小，使得球體外殼和殼內(nèi)生物填料達到最佳組合，達到上述目的。
六、本發(fā)明中，所述生物填料的支架呈圓形,直徑為40mm-100mm,厚度不大于6mm, 軟性生物填料固定在支架上，該直徑的軟性和彈性填料支架既可保證有足夠的空間粘接軟性或彈性填料，也可以讓憎水性材料具有足夠的表面積使得復(fù)氧效率充分，同時該直徑的裝置易于加工和生產(chǎn)，利于推廣。
七、所述憎水性材料是指濕潤角大于90°的憎水性材料，其材料的孔隙度宜大于 10%，這樣的憎水性材料不僅可以與水形成氣膜，賦予其復(fù)氧的功能，而且材料內(nèi)的孔洞則可截流更多的氣體，使材料的復(fù)氧效率更高。
圖I為本發(fā)明支架結(jié)構(gòu)示意2為本發(fā)明外殼結(jié)構(gòu)示意中標記為1、外殼，2、開孔，3、生物填料，4、支架。
具體實施方式
實施例I一種憎水性材料的應(yīng)用，將憎水性材料應(yīng)用于生物填料中，提高生物填料的復(fù)氧功能。
本發(fā)明中，所述憎水性材料是指濕潤角大于90°且孔隙度宜大于10%的憎水性材料。
本發(fā)明主要利用憎水性材料與水的親和能力不強，對水有排斥性，從而在水中形成氣膜，增加氣液接觸時間和接觸面積，從而提高水中的溶解氧。本發(fā)明利用憎水性材料替代傳統(tǒng)的聚乙烯/聚丙烯等材料，作為生物填料支架或外殼，組成一種組合填料，應(yīng)用于分散式無動力或微動力的污水處理裝置中。當(dāng)這種組合填料加入到水中時，多孔性憎水材料將空氣帶入水中，形成氣膜，這層氣膜中含有一定量的氧氣，通過長時間的與水接觸，氣膜中的氧氣將溶于水中，增加水的溶解氧。
對于利用普通的懸浮生物填料或其他填料的污水處理系統(tǒng)，可將其外殼涂抹憎水材料，或利用物理/化學(xué)方法將其外殼改變?yōu)槎嗫椎脑魉圆牧?，而?nèi)部則仍然使用易于生物附著的生物填料，這種改性后的填料可作為生物填料和提高復(fù)氧效率的措施使用。
對于軟性生物填料或彈性生物填料而言，可采用多孔憎水性材料作為軟性生物填料或彈性生物填料的填料支架，或?qū)⑵胀ú牧现瞥傻奶盍现Ъ芾迷魉圆牧线M行改性， 使其通過氣膜增加空氣與水的接觸時間和接觸面積，從而提高凈化裝置兼氧區(qū)的溶解氧。
本發(fā)明中，所述生物填料包括維尼綸生物填料、絳綸生物填料、聚氨酯類泡沫生物填料、沸石生物填料或活性炭生物填料等。
本發(fā)明中，憎水性材料可以為憎水性纖維、憎水性塑料、憎水性泡沫等材料，但并不局限于這些材料，也可采用現(xiàn)有技術(shù)中的其它憎水性材料。
以下分別對各種組合進行詳細說明。
實施例2將所述憎水性材料制作成生物填料的支撐結(jié)構(gòu)、隔板或氣流均布結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于污水凈化系統(tǒng)的兼氧區(qū)或好氧區(qū)中。
進一步地，支撐結(jié)構(gòu)可以為支架或外殼，將所述生物填料的支架或外殼用憎水性材料制作。
實施例3當(dāng)所述生物填料為懸浮生物填料時，懸浮生物填料的外殼利用憎水性材料制作，與懸浮生物填料組合使用，加入污水凈化系統(tǒng)的兼氧區(qū)或好氧區(qū)中。
實施例4當(dāng)所述生物填料為懸浮生物填料時，將懸浮生物填料的外殼改性，使其具備憎水性材料的特性，與生物填料組合使用，加入污水凈化系統(tǒng)的兼氧區(qū)或好氧區(qū)中。
實施例5當(dāng)所述生物填料為軟性生物填料或彈性生物填料時，將憎水性材料制作成軟性生物填料或彈性生物填料的支架，應(yīng)用于污水凈化系統(tǒng)的兼氧區(qū)或好氧區(qū)中。
利用多孔憎水性材料作為軟性生物填料或彈性生物填料的支架。對于軟性生物填料或彈性生物填料而言，在安裝過程中常常需要在系統(tǒng)中安裝固定生物填料的支架。利用強度較大多孔憎水材料制作其支架，不僅可以保證軟性/彈性填料的安裝的穩(wěn)定性，而且通過憎水材料對系統(tǒng)進行復(fù)氧，比普通填料外殼來說可使氧氣在水中的停留時間提高200% 以上，復(fù)氧效率提高20%以上，從而讓水中的微生物種群更加多樣化，從而提高其脫氮除磷效果。與普通軟性/彈性生物填料相比，系統(tǒng)中充足的空氣含量的增加可使脫氮除磷的效率提高10%以上。
實施例6利用多孔憎水性材料作為生物填料的外殼I，與球形生物填料組合加入生活污水凈化系統(tǒng)中。外殼I最佳為空心的球形，其球殼內(nèi)徑為60mm-100mm,球殼的密度應(yīng)不大于Ig/ cm3。球殼上應(yīng)設(shè)置開孔2，開孔2的大小和密度可根據(jù)實際情況加以調(diào)整，開孔的孔口大小為5-10_。球殼內(nèi)部應(yīng)裝填生物填料3，生物填料3可選擇聚氨酯泡沫、沸石、活性炭等填料。將此類組合填料應(yīng)用于無動力或微動力的分散式生活污水凈化裝置中，球殼上形成的氣膜可提高系統(tǒng)內(nèi)的溶解氧濃度，在不曝氣的情況下，其兼氧區(qū)的溶解氧通常可達到O.8mg/L 左右。
例如，內(nèi)徑可以選擇60mm、80mm或100mm,尤其以75mm-85mm為最佳，這個直徑范圍內(nèi)的憎水性材料制成的填料球殼，即可以使系統(tǒng)中的生物填料的裝填密度達到一定程度， 使生物附著充分，又可以保證球殼上憎水性材料有足夠大的表面，使其達到較好的復(fù)氧效率。
實施例7所述生物填料的支架4呈圓形,直徑為40mm-100mm,厚度不大于6mm,軟性生物填料粘接固定在支架上。
例如,直徑可以選擇40mm、60mm或100mm,尤其以60mm-80mm為最佳,這個直徑可使支架與生物填料的配合達到最佳，即保證了填料支架上面軟性或彈性填料的附著的量，又可以充分利用憎水材料表面積，有效地復(fù)氧，同時該直徑的填料支架加工工藝較為成熟，利于生產(chǎn)和推廣。
實施例8對于普通的懸浮生物填料，可將憎水性材料涂抹在填料外殼，或者通過物理/化學(xué)等現(xiàn)有的手段將生物填料外殼改性，使其外殼的潤濕角大于90°，并使外殼的粗糙程度增加， 以增強其憎水性能。將改性后的組合填料投加到生活污水凈化處理裝置中的兼氧區(qū)中，相比之前的普通生物填料而言，其生物附著量相當(dāng)，但其外殼通過憎水的特性將給系統(tǒng)提供更多的溶解氧，其復(fù)氧效率將比同類的凈化裝置高出30%-50%。同時，均布的填料將使水中的溶解氧也均布于水中，使氧氣與水中的微生物更徹底的混合，提高裝置污水處理的效率。
實施例10在微動力的生活污水凈化裝置中，采用憎水性材料作為生物填料的外殼，隔板或填料支架可提高曝氣的效率。在曝氣時，該外殼形成的氣膜可以有效截流曝氣裝置中曝出的空氣，憎水性材料表面形成的氣膜可使空氣在水中停留2-3h，而普通的塑料外殼通常只能截流水中的少量氣泡，而由于無法附著在氣膜上，很多氣泡只能在水中停留不到lOmin，因此， 使用憎水性材料作為外殼，可大大提高空氣與水的接觸時間，使曝氣變得更為高效。憎水材料的這種氣體截流功能可大大降低曝氣裝置的能耗，曝氣裝置通常只需要消耗原先能耗的 70%-80%即可滿足系統(tǒng)中氧氣供給的要求，并且取得更好的出水水質(zhì)。
顯然，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)所掌握的技術(shù)知識和慣用手段，根據(jù)以上所述內(nèi)容，還可以做出不脫離本發(fā)明基本技術(shù)思想的多種形式，這些形式上的變換均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種憎水性材料的應(yīng)用，其特征在于將憎水性材料應(yīng)用于生物填料中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的憎水性材料的應(yīng)用，其特征在于所述憎水性材料制作成生物填料的支撐結(jié)構(gòu)、隔板或氣流均布結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于污水凈化系統(tǒng)的兼氧區(qū)或好氧區(qū)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的憎水性材料的應(yīng)用，其特征在于所述生物填料的支架或外殼用憎水性材料制作。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的憎水性材料的應(yīng)用，其特征在于所述生物填料為懸浮生物填料時，懸浮生物填料的外殼利用憎水性材料制作，與懸浮生物填料組合使用，加入污水凈化系統(tǒng)的兼氧區(qū)或好氧區(qū)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的憎水性材料的應(yīng)用，其特征在于所述生物填料為懸浮生物填料時，將懸浮生物填料的外殼改性，使其具備憎水性材料的特性，與生物填料組合使用， 加入污水凈化系統(tǒng)的兼氧區(qū)或好氧區(qū)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的憎水性材料的應(yīng)用，其特征在于所述生物填料為軟性生物填料或彈性生物填料時，將憎水性材料制作成軟性生物填料或彈性生物填料的支架，應(yīng)用于污水凈化系統(tǒng)的兼氧區(qū)或好氧區(qū)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的憎水性材料的應(yīng)用，其特征在于所述憎水性材料為憎水性纖維，懸浮生物填料的外殼制作成球形，內(nèi)徑為60mm-100mm,外殼的密度不大于lg/cm3,球形外殼上均勻設(shè)置有開孔，開孔的孔口大小為5-10mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的憎水性材料的應(yīng)用，其特征在于所述生物填料的支架呈空心的圓形，直徑為40mm-100mm,厚度不大于6mm,軟性生物填料固定在支架上。
9.根據(jù)權(quán)利要求I一8中任一項所述的憎水性材料的應(yīng)用，其特征在于所述憎水性材料是指濕潤角大于90°的憎水性材料，且材料孔隙度大于10%。
10.根據(jù)權(quán)利要求I一8中任一項所述的憎水性材料的應(yīng)用，其特征在于所述生物填料包括維尼綸生物填料、絳綸生物填料、聚氨酯類泡沫生物填料、沸石生物填料或活性炭。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種憎水性材料的應(yīng)用，將憎水性材料應(yīng)用于生物填料中，將所述憎水性材料制作成生物填料的支撐結(jié)構(gòu)、隔板或氣流均布結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于污水凈化系統(tǒng)的兼氧區(qū)或好氧區(qū)中。本發(fā)明可提高水面與空氣的接觸面積及接觸時間，從而提高生物填料的復(fù)氧性能。
文檔編號C02F3/10GK102923847SQ201210484090
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月26日
發(fā)明者潘科, 湯曉玉, 祝其麗, 何明雄, 胡啟春 申請人:農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所