專利名稱：一種粗竹纖維污水處理填料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于污水處理領(lǐng)域，涉及一種污水生物填料及其制備方法；具體涉及一種粗竹纖維污水處理填料及其制備方法。
背景技術(shù)：
污水處理生物膜法是與活性污泥法并列發(fā)展起來的污水生物處理技術(shù)，包括生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化池、曝氣生物濾池及生物流化床等工藝形式，其共同特點(diǎn)是微生物附著生長在填料表面，形成生物膜，污水與生物膜接觸后，污染物被微生物吸附轉(zhuǎn)化，污水得到凈化。填料在污水處理生物膜法工藝中的作用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(I)作為微生物棲息和生長繁殖的場所，填料的加入為微生物生長繁殖創(chuàng)造更為有利的生存環(huán)境，維持較高的生物量，并使生物相更為豐富；(2)在好氧生物膜法工藝中，填料起到切割、阻擋空氣氣泡的作用，可以增加氣泡的停留時(shí)間和氣/液接觸面積，加快氧的轉(zhuǎn)移速率，強(qiáng)化傳質(zhì)效果，提高氧氣利用率，從而減少曝氣量，節(jié)約能耗；(3)在固定床生物膜反應(yīng)器中，填料起到吸附、截留污水中懸浮物的作用，降低反應(yīng)器出水懸浮物濃度；(4)作為生物膜反應(yīng)器中生物膜與廢水接觸的場所，填料對水流具有一定的調(diào)配作用，從而促進(jìn)廢水在反應(yīng)器內(nèi)均勻分布。

由此可見，填料是生物膜法工藝的關(guān)鍵技術(shù)之一，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)污水處理系統(tǒng)的處理效果和運(yùn)行成本。因此長期以來，國內(nèi)外眾多專家學(xué)者致力于新型填料的研發(fā)，從填料強(qiáng)度、密度、比表面積、親水性能、布水布?xì)庑阅艿冉嵌戎窒嗬^開發(fā)出彈性填料、軟性填料、組合填料、懸浮填料等多種有機(jī)填料，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會效益，但也普遍存在一些不足之處，主要表現(xiàn)為:因多采用PVC、PE、PP等有機(jī)材料加工制成，成本高；生物親和性較差，導(dǎo)致啟動(dòng)周期長。如何從人造化工有機(jī)材料中走出來，從選擇天然材料角度入手，開發(fā)出新型填料，使之在比表面積、強(qiáng)度、布水布?xì)獾燃夹g(shù)性能方面可以與常規(guī)有機(jī)填料相比擬，在生產(chǎn)成本、微生物親和性能方面又具備顯著競爭優(yōu)勢，一直是眾多專家學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)，也是新型填料研發(fā)的重大技術(shù)難點(diǎn)。竹子是一種天然可再生資源，利用竹材產(chǎn)品替代化纖和塑料等人造材料，制備廢水處理生物填料具有顯著的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，白曉慧等人直接利用成年竹材編制成竹球填料應(yīng)用于味精廢水的處理、張奎等人將新鮮竹子剖切成后制成竹絲，處理化糞池出水，均取得較好效果。經(jīng)檢索表明，國內(nèi)外關(guān)于采用粗竹纖維基材加工制備生物填料的相關(guān)專利尚未見至|J。中國專利CN2107464U直接將竹桿用繩裝配成刺猬式填料，可提高啟動(dòng)速度、且成本低廉。中國專利CN1429778直接將成年竹子絲條穿插固定于中心繩上,構(gòu)成生物填料。該填料造價(jià)遠(yuǎn)比同類產(chǎn)品低，并可在寡營養(yǎng)、低溫情況下快速掛膜，且具有比表面積大、耐海水腐蝕等特點(diǎn)。在竹纖維加工制備技術(shù)方面，國內(nèi)外專利主要集中于用竹細(xì)纖維的精細(xì)加工過程；在竹材產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用方面，至今都未見基于粗竹纖維生物填料的污水處理生物膜技術(shù)的專利報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種粗竹纖維污水處理填料。本發(fā)明的另一目的在于提供一種粗竹纖維污水處理填料的制備方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種粗竹纖維污水處理填料，其在于所述的污水處理填料以粗竹纖維為基材。上述的粗竹纖維污水處理填料，其在于所述的污水處理填料是以粗竹纖維為基材均勻穿插固定于中心繩或者鑲嵌于固定盤面上制得的生物彈性或組合填料，所述的粗竹纖維呈立體均勻排列的輻射狀結(jié)構(gòu)。上述的粗竹纖維污水處理填料，其在于所述中心繩的每個(gè)固定點(diǎn)或者所述固定盤的每個(gè)鑲嵌點(diǎn)上穿插固定或鑲嵌多根粗竹纖維，所述多根粗竹纖維的柔韌性不同，包括低柔韌性的粗竹纖維和中柔韌性的粗竹纖維；所述低柔韌性的粗竹纖維和中柔韌性的粗竹纖維的用量比為1:廣5。

上述的粗竹纖維污水處理填料，其在于所述的低柔韌性的粗竹纖維為直徑0.S^lmm的竹纖維，所述的中柔韌性的粗竹纖維為直徑小于0.8mm大于等于0.6mm的竹纖維。上述的粗竹纖維污水處理填料，其在于所述的低柔韌性的粗竹纖維和中柔韌性的粗竹纖維在每個(gè)固定點(diǎn)或者鑲嵌點(diǎn)上均勻分布，或者低柔韌性的粗竹纖維和中柔韌性的粗竹纖維在每個(gè)固定點(diǎn)或者鑲嵌點(diǎn)上分為兩層，上層為低柔韌性的粗竹纖維，下層為中柔韌性的粗竹纖維。上述的粗竹纖維污水處理填料，其在于所述粗竹纖維的制備方法為:(I)選取3 5年竹齡的毛竹進(jìn)行切割分段處理；(2)對分段后的竹材進(jìn)行機(jī)械碾壓處理，并輸送到分離機(jī)進(jìn)行松解處理；(3)在強(qiáng)堿條件進(jìn)行水熱-化學(xué)軟化處理:在常壓、8(T95°C或者0.5 1.0 MPa、15(T220°C條件下，將進(jìn)行松解處理后的竹材浸泡在質(zhì)量百分濃度為109Γ40%的燒堿或石灰水溶液中，常壓、80 95°C條件下浸泡4 8 h;0.5 1.0 MPa、15(T220°C條件下浸泡:Γ8min ；(4)將軟化后竹材輸送至梳纖機(jī)進(jìn)行梳纖處理，根據(jù)需要獲得粗竹纖維。上述方法中，在(I)于水熱-化學(xué)軟化處理前，進(jìn)行機(jī)械松解處理，有利于后續(xù)的軟化及梳纖處理。一種粗竹纖維污水處理填料的制備方法，其在于包括以下步驟:(I)制備粗竹纖維:選取3 5年竹齡的毛竹進(jìn)行切割分段處理；對分段后的竹材進(jìn)行機(jī)械碾壓處理，并輸送到分離機(jī)進(jìn)行松解處理；在強(qiáng)堿條件進(jìn)行水熱-化學(xué)軟化處理:在常壓、8(T95°C或者0.5^1.0 MPa、15(T220°C條件下，將進(jìn)行松解處理后的竹材浸泡在質(zhì)量百分濃度為10°/Γ40%的燒堿或石灰水溶液中，常壓、8(T95°C條件下浸泡Γ8 h ；0.5^1.0MPa、15(T22(TC條件下浸泡3 8 min ;將軟化后竹材輸送至梳纖機(jī)進(jìn)行梳纖處理，根據(jù)需要獲得粗竹纖維；
(2)以步驟(I)制備的粗竹纖維為基材穿插固定于中心繩或者鑲嵌于固定盤面上制得生物彈性或組合填料，所述的粗竹纖維呈立體均勻排列的輻射狀結(jié)構(gòu)。上述的粗竹纖維污水處理填料的制備方法，其在于所述中心繩的每個(gè)固定點(diǎn)或者所述固定盤的每個(gè)鑲嵌點(diǎn)上穿插固定或鑲嵌多根粗竹纖維，所述多根粗竹纖維的柔韌性不同，包括低柔韌性的粗竹纖維和中柔韌性的竹基粗纖維；所述低柔韌性的粗竹纖維和中柔韌性的粗竹纖維的用量比為1:廣5。上述的粗竹纖維污水處理填料的制備方法，其在于所述的低柔韌性的粗竹纖維為直徑0.S^lmm的竹纖維，所述的中柔韌性的粗竹纖維為直徑小于0.8mm大于等于0.6mm的竹纖維。上述的粗竹纖維污水處理填料的制備方法，其在于所述的低柔韌性的粗竹纖維和中柔韌性的粗竹纖維在每個(gè)固定點(diǎn)或者鑲嵌點(diǎn)上均勻分布，或者低柔韌性的粗竹纖維和中柔韌性的粗竹纖維在每個(gè)固定點(diǎn)或者鑲嵌點(diǎn)上分為兩層，上層為低柔韌性的粗竹纖維，下層為中柔韌性的粗竹纖維。以天然廉價(jià)、可再生的成年竹材為原料，制備出生物親和性好、抗腐蝕性強(qiáng)、剛?cè)徇m中、易于加工處理的粗竹纖維生物填料基材。所制得粗竹纖維可用于制備多種類型的污水處理生物填料?？商娲F(xiàn)有固定式污水處理彈性填料或組合填料中的主體材料(有機(jī)合成材料)。如將所得粗竹纖維穿插固定于中心繩或者鑲嵌于固定盤面上制得的生物彈性或組合填料，可制得彈性填料或組合填料。本發(fā)明申請文件所述的常壓為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，即0.1MPa0本發(fā)明的有益效果:采用所開發(fā)的粗竹纖維制備成的彈性填料處理畜禽養(yǎng)殖廢水(厭氧消化后出水)，并與傳統(tǒng)的化工合成材料的有機(jī)彈性填料進(jìn)行了對比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明:(I)生物反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)間比傳統(tǒng)有機(jī)彈性填料縮短了 7天；(2)在水溫為20 30°C、水力停留時(shí)間為12 24 h、進(jìn)水化學(xué)需氧量和銨氮濃度分別為80(Tl200 mg/L和35(T500mg條件下，化學(xué)需氧量和銨氮去除率分別達(dá)到60 80%和7515%之間。比傳統(tǒng)有機(jī)彈性填料相比，化學(xué)需氧量和銨氮平均去除效果提高了 5%和
8% ο本發(fā)明的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn):采用柔韌性(或硬度)不同的粗竹纖維為基材穿插固定于中心繩、或鑲嵌于固定盤面上，制得污水處理用生物彈性或組合填料。因粗竹纖維柔韌性的差異性，掛膜后(即微生物附著生長后)將均勻分布、充分舒展于生化反應(yīng)器中，不至于凝聚結(jié)團(tuán)，充分利用空間，增強(qiáng)微生物與污水接觸機(jī)會，傳質(zhì)作用加強(qiáng)。


圖1為實(shí)施例1制備的污水處理填料結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為實(shí)施例2制備的污水處理填料結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1制備 粗竹纖維污水處理填料(I)原料選取及切割分段處理:選取3 5年竹齡的毛竹，沿竹節(jié)進(jìn)行切割分段處理，依據(jù)切割后竹材長度進(jìn)行分類存放。(2)機(jī)械碾壓松解處理:對分段后的竹材進(jìn)行機(jī)械碾壓處理，并輸送到分離機(jī)進(jìn)行松解處理。(3)在強(qiáng)堿條件進(jìn)行水熱-化學(xué)軟化處理:在常壓、90°C條件下，將進(jìn)行松解處理后的竹材浸泡在質(zhì)量百分濃度為25%的燒堿溶液中，浸泡
6h。(4)梳纖處理:將軟化后竹材輸送至梳纖機(jī)進(jìn)行梳纖處理，分別獲得直徑為0.9 mm和0.7mm的竹基粗竹纖維。以采用上述步驟制備的粗竹纖維為基材均勻穿插固定于中心繩I上制得生物彈性填料，所述的粗竹纖維呈立體均勻排列的輻射狀結(jié)構(gòu)。所述中心繩I的每個(gè)固定點(diǎn)4所穿插固定的多根粗竹纖維的柔韌性不同，包括低柔韌性粗竹纖維2(直徑為0.9 mm的竹基粗竹纖維)和中柔韌性竹基粗纖維3 (直徑為0.7 mm的竹基粗竹纖維);所述低柔韌性粗竹纖維2和中柔韌性粗竹纖維3的用量比為1:2。如圖1所示，所述的低柔韌性粗竹纖維2和中柔韌性粗竹纖維3·在每個(gè)固定點(diǎn)上分為兩層，上層為低柔韌性粗竹纖維2，下層為中柔韌性粗竹纖維3。所述的中心繩I材質(zhì)為聚酰烴類(如聚酰胺)。實(shí)施例2制備粗竹纖維污水處理填料(I)原料選取及切割分段處理:選取3 5年竹齡的毛竹，沿竹節(jié)進(jìn)行切割分段處理，依據(jù)切割后竹材長度進(jìn)行分類存放。(2)機(jī)械碾壓松解處理:對分段后的竹材進(jìn)行機(jī)械碾壓處理，并輸送到分離機(jī)進(jìn)行松解處理。(3)在強(qiáng)堿條件進(jìn)行水熱-化學(xué)軟化處理:在
0.75 MPa、185°C條件下，將進(jìn)行松解處理后的竹材浸泡在質(zhì)量百分濃度為25%的石灰水溶液中，浸泡6 min ； (4)梳纖處理:將軟化后竹材輸送至梳纖機(jī)進(jìn)行梳纖處理，分別獲得直徑為0.9 mm和0.7mm的竹基粗竹纖維。以采用上述步驟制備的粗竹纖維為基材均勻穿插固定于中心繩I上制得生物彈性填料，所述的粗竹纖維呈立體均勻排列的輻射狀結(jié)構(gòu)。所述中心繩I的每個(gè)固定點(diǎn)4所穿插固定的多根粗竹纖維的柔韌性不同，包括低柔韌性粗竹纖維2 (直徑為0.9 mm的竹基粗竹纖維)和中柔韌性竹基粗纖維3 (直徑為0.7 mm的竹基粗竹纖維);所述低柔韌性粗竹纖維2和中柔韌性粗竹纖維3的用量比為1:2。如圖2所示，所述的低柔韌性粗竹纖維2和中柔韌性粗竹纖維3在每個(gè)固定點(diǎn)上均勻分布。所述的中心繩I材質(zhì)為聚酰烴類(如聚酰胺)。采用實(shí)施例1制備的粗竹纖維污水處理填料處理畜禽養(yǎng)殖廢水(厭氧消化后出水)，并與傳統(tǒng)的化工合成材料的有機(jī)彈性填料進(jìn)行了對比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明:(I)生物反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)間比傳統(tǒng)有機(jī)彈性填料縮短了 7天；(2)在水溫為20 30°C、水力停留時(shí)間為12 24 h、進(jìn)水化學(xué)需氧量和銨氮濃度分別為800 1200 mg/L和35(T500mg條件下，化學(xué)需氧量和銨氮去除率分別達(dá)到60 80%和7515%之間。比傳統(tǒng)有機(jī)彈性填料相比，化學(xué)需氧量和銨氮平均去除效果提高了 5%和8%。由于采用柔韌性(或硬度)不同的粗竹纖維為基材穿插固定于中心繩上，制得污水處理用生物彈性或組合填料。因粗竹纖維柔韌性的差異性，掛膜后(即微生物附著生長后)將均勻分布、充分舒展于生化反應(yīng)器中，不至于凝聚結(jié)團(tuán)，充分利用空間，增強(qiáng)微生物與污水接觸機(jī)會，傳質(zhì)作用加強(qiáng)。
權(quán)利要求
1.一種粗竹纖維污水處理填料，其特征在于所述的污水處理填料以粗竹纖維為基材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粗竹纖維污水處理填料，其特征在于所述的污水處理填料是以粗竹纖維為基材均勻穿插固定于中心繩或者鑲嵌于固定盤面上制得的生物彈性或組合填料，所述的粗竹纖維呈立體均勻排列的輻射狀結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的粗竹纖維污水處理填料，其特征在于所述中心繩的每個(gè)固定點(diǎn)或者所述固定盤的每個(gè)鑲嵌點(diǎn)上穿插固定或鑲嵌多根粗竹纖維，所述多根粗竹纖維的柔韌性不同，包括低柔韌性的粗竹纖維和中柔韌性的粗竹纖維；所述低柔韌性的粗竹纖維和中柔韌性的粗竹纖維的用量比為1:廣5。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的粗竹纖維污水處理填料，其特征在于所述的低柔韌性的粗竹纖維為直徑0.S^lmm的竹纖維，所述的中柔韌性的粗竹纖維為直徑小于0.8mm大于等于0.6mm的竹纖維。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的粗竹纖維污水處理填料，其特征在于所述的低柔韌性的粗竹纖維和中柔韌性的粗竹纖維在每個(gè)固定點(diǎn)或者鑲嵌點(diǎn)上均勻分布，或者低柔韌性的粗竹纖維和中柔韌性的粗竹纖維在每個(gè)固定點(diǎn)或者鑲嵌點(diǎn)上分為兩層，上層為低柔韌性的粗竹纖維，下層為中柔韌性的粗竹纖維。
6.根據(jù)權(quán)利要求Γ3中任意一項(xiàng)所述的粗竹纖維污水處理填料，其特征在于所述粗竹纖維的制備方法為: (1)選取3 5年竹齡的毛竹進(jìn)行切割分段處理； (2)對分段后的竹材進(jìn)行機(jī)械碾壓處理，并輸送到分離機(jī)進(jìn)行松解處理； (3)在強(qiáng)堿條件進(jìn)行水熱-化學(xué)軟化處理:在常壓、80 951:或者0.5 1.0MPa、15(T220°C條件下，將進(jìn)行松解處理后的竹材浸泡在質(zhì)量百分濃度為109Γ40%的燒堿或石灰水溶液中，常壓、80 95°C條件下浸泡4 8 h;0.5 1.0 MPa、15(T220°C條件下浸泡:Γ8min ； (4)將軟化后竹材輸送至梳纖機(jī)進(jìn)行梳纖處理，根據(jù)需要獲得粗竹纖維。
7.一種粗竹纖維污水處理填料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)制備粗竹纖維:選取3 5年竹齡的毛竹進(jìn)行切割分段處理；對分段后的竹材進(jìn)行機(jī)械碾壓處理，并輸送到分離機(jī)進(jìn)行松解處理；在強(qiáng)堿條件進(jìn)行水熱-化學(xué)軟化處理:在常壓、8(T95°C或者0.5^1.0 MPa、15(T220°C條件下，將進(jìn)行松解處理后的竹材浸泡在質(zhì)量百分濃度為10% 40%的燒堿或石灰水溶液中，常壓、80 95°C條件下浸泡4 8 h ;0.5 1.0 MPa、15(T220°C條件下浸泡:Γ8 min ;將軟化后竹材輸送至梳纖機(jī)進(jìn)行梳纖處理，根據(jù)需要獲得粗竹纖維； (2)以步驟(I)制備的粗竹纖維為基材穿插固定于中心繩或者鑲嵌于固定盤面上制得生物彈性或組合填料，所述的粗竹纖維呈立體均勻排列的輻射狀結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的粗竹纖維污水處理填料的制備方法，其特征在于所述中心繩的每個(gè)固定點(diǎn)或者所述固定盤的每個(gè)鑲嵌點(diǎn)上穿插固定或鑲嵌多根粗竹纖維，所述多根粗竹纖維的柔韌性不同，包括低柔韌性的粗竹纖維和中柔韌性的竹基粗纖維；所述低柔韌性的粗竹纖維和中柔韌性的粗竹纖維的用量比為1:廣5。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的粗竹纖維污水處理填料的制備方法，其特征在于所述的低柔韌性的粗竹纖維為直徑0.S^lmm的竹纖維，所述的中柔韌性的粗竹纖維為直徑小于0.8mm大于等于0.6mm的竹纖維。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的粗竹纖維污水處理填料的制備方法，其特征在于所述的低柔韌性的粗竹纖維和中柔韌性的粗竹纖維在每個(gè)固定點(diǎn)或者鑲嵌點(diǎn)上均勻分布，或者低柔韌性的粗竹纖維和中柔韌性的粗竹纖維在每個(gè)固定點(diǎn)或者鑲嵌點(diǎn)上分為兩層，上層為低柔韌性的粗竹纖維，下層為 中柔韌性的粗竹纖維。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種粗竹纖維污水處理填料及其制備方法，所述的污水處理填料以粗竹纖維為基材。所述的污水處理填料是以粗竹纖維為基材均勻穿插固定于中心繩或者鑲嵌于固定盤面上制得的生物彈性或組合填料，所述的粗竹纖維呈立體均勻排列的輻射狀結(jié)構(gòu)。采用本發(fā)明的污水處理填料處理污水生物反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)間比傳統(tǒng)有機(jī)彈性填料縮短了7天；比傳統(tǒng)有機(jī)彈性填料相比，化學(xué)需氧量和銨氮平均去除效果明顯提高。因粗竹纖維柔韌性的差異性，掛膜后將均勻分布、充分舒展于生化反應(yīng)器中，不至于凝聚結(jié)團(tuán)，充分利用空間，增強(qiáng)微生物與污水接觸機(jī)會，傳質(zhì)作用加強(qiáng)。
文檔編號C02F3/10GK103145236SQ20131006059
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月26日
發(fā)明者曹玉成, 周健, 趙錦星 申請人:宜興市氿潤環(huán)保研究所有限公司