碳纤维填料生物膜技术

碳纤维填料生物膜技术（精选3篇）

碳纤维填料生物膜技术 篇1

摘要：生物填料是膜反应器水处理技术的核心, 其材质、结构、性能等的不同会对水处理效果产生直接的影响。本文对水处理生物填料的技术发展状况进行了简述, 并介绍了该领域专利申请情况, 并结合具体案例进行了专利审查分析。

关键词：水处理,生物填料,专利审查

在水处理方法中, 生物接触氧化工艺是其中较为实用的一种方法。而其中的生物填料是微生物附着生长的载体, 是膜反应器水处理技术的核心。生物填料的作用在于, 首先其表面能够为微生物提供生长繁殖所需要的空间, 其次生物填料所具有的较大比表面积可以充分富集微生物, 使反应器的微生物量提高。此外, 生物填料的特殊结构可以对水气进行再分布, 改善水处理的效果。随着经济社会的发展以及人们对水环境的要求日益提高, 水处理领域的要求也越来越严格。因此, 开发出具有比表面积大、水处理效率高以及成本低的生物填料一直是国内外学者研究的热点。

1 生物填料的发展现状

现在应用比较广泛的生物填料材质主要是以聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯等高分子聚合物注塑而成的各种形状的普通填料。不同填料的材质、结构、性能等会对水处理效果产生直接的影响。目前我国使用的生物填料大致可以分为三类:固定式填料、悬挂式填料和分散式填料。

1.1 固定式填料

固定式生物填料是指填料整体固定, 在反应器内保持不动。这类填料主要由蜂窝状生物填料和波纹板状生物填料, 其材质有酚醛树脂加玻璃纤维布及固化剂、不饱和树脂加玻璃纤维布及固化剂、塑料等。

1.2 悬挂式填料

悬挂式填料包括软性填料、半软性填料、弹性立体填料、组合型填料等, 它们具有相似的结构特点, 都为在中心绳上等间距设有挂膜物, 中心绳两端固定在池底与池顶。这类填料使用寿命高的可达5~10年, 且价格适中, 当前市场上最具竞争力。软性生物填料的挂膜物多为尼龙涤纶维纶等纤维束, 具有理论比表面积大、挂膜容易、造价低、运费省、组装方便、不堵塞等优点。

1.3 分散式填料

分散型填料包括堆积式、悬浮式填料, 具体例如鲍尔环、阶梯环、空心球、悬浮粒子等。其中, 陶粒的应用较为广泛, 由于其内部的微孔结构, 使其具有容重小、强度高、保温隔音效果好、防火、抗冻、耐化学腐蚀、耐细菌腐蚀、抗震性好及施工适应性强等优良性能。

2 水处理生物填料的专利审查实践

生物接触氧化工艺是水处理中较常用的工艺, 国内该领域的专利申请也较为活跃, 有关水处理生物填料的专利申请量超过3000件。从申请趋势来看, 根据专利数据库的统计, 从2000年开始专利申请量就一直处于稳步上升的态势。

目前对生物填料的改进主要侧重于其材料本身物理化学性质的改善, 如比表面积、填料结构与布水、布气性能及生物膜更新等方面。例如对填料进行适当的亲水与生物亲和改性, 就可以提高填料的传质、挂膜性能, 从而改善水处理效果。

以下结合一个实际申请案例来说明生物填料领域的专利审查过程。

发明名称:一种悬挂可拼装式生物载体及其应用

独立权利要求1:一种悬挂可拼装式生物载体, 其特征在于, 所述生物载体为悬挂式网状的多孔载体, 由多孔网安装在固定支架上组成, 所用多孔网为在多孔网面上由网丝编制出表面凸起构成;所述固定支架由竖支杆和横支杆相互连接组成, 并在长度方向分层;多孔网在固定支架的水平或竖直面上、或在水平、竖直面都由挂钩固定在每层周边的横、竖支杆上, 形成可拼装的多孔网生物载体。

本申请的发明点在于采用了一种新的填料载体:多孔网, 其表面形成锥形的凸起, 微生物容易进入网内部但不容易流出, 在增大比表面积的同时可以将微生物截留在载体内部, 提高载体固定微生物的能力, 提高整个反应器微生物的浓度。因此, 以“填料、载体”和“多孔网”为检索要素在数据库中进行现有技术的检索, 并结合C PC分类号, 得到最接近的现有技术对比文件1U S2002158011A 1, 该文件公开了一种污水处理装置包含数个容器填充微生物载体, 并公开了:污水处理装置500由多个填充生物载体的柱状体503堆叠而成, 柱状体由一个多孔容器504组成, 容器504可以为一个表面为网面的篮子。其中“柱状体503”相当于本申请的网状的多孔载体, “堆叠”相当于本申请的拼装式, “多孔容器504”相当于本申请的多孔网。本申请与对比文件1的区别仅在于本申请还有固定支架、表面凸起等。另外, 对比文件2JP2009274044A公开了一种污水净化装置, 海绵载体 (12a, 12b) 负载在支撑体11的两边表面上, 海绵载体12为多孔微生物载体, 其选用的材料应能够使载体形成三角柱状体并固载微生物以净化水体。并由对比文件2中说明书附图可直接确定支撑体11为网状, 其中海绵载体12成三角柱状体粘负在支撑体表面上且海绵载体为多孔材料, 因而相当于多孔网面上表面凸起, 其作用与本申请中的凸起作用相同, 都是为提高微生物的固载能力。因此对比文件1及对比文件2适合用于评述权利要求1的创造性。

由该案例可见, 生物填料的发展趋势是需要不断提高填料的比表面积及微生物的固载能力, 从而提高水处理效果。然而中国的研究者在开发新的生物填料时, 除了注重国内现有技术的发展外, 还应重视了解国外有关生物填料技术的应用与研究。只有基于国内外技术的发展平台上, 才能发明创造出推动人类社会进步的专利技术。

3 结语

水处理生物填料的发展时间虽然不长, 但已经引起了研究者的广泛兴趣, 水处理生物填料的品种层出不穷, 针对不同的应用场合, 使用合适的填料。随着更多环保相关法规的颁布以及国家知识产权战略的推进, 企业必然会更加关注发展高效、性能良好的生物填料, 并且对自身技术的专利保护也更加重视, 相信会有更多功能更齐全的填料出现。

参考文献

[1]杭世珺等主编.净水厂, 污水厂工艺与设备手册.北京:化学工业出版社, 2011.

[2]何君.水处理生物填料发展现状与趋势.北方环境, 2013.

[3]孙娜, 林波, 李风琴, 杨圣云, 左艳君.水处理填料的研究进展.江西化工, 2005.

[4]迟玉霞.填料在水处理中的应用.化工给排水设计, 1998.

[5]孙红梅, 杨小丽, 陆继来, 邹敏, 方华, 夏明芳, 王世和.微污染水处理中生物填料的应用研究.安全与环境工程, 2008.

碳纤维填料生物膜技术 篇2

摘要：使用腐熟鸡粪堆肥分别与树皮、木片、泥炭、陶粒和木炭以1∶1(V/V)混合组成生物滤池填料,分别以CB、CW、CP、KC及CC作为其编号,编号后加数字1和2标注表示填料组成分别在第1和第2轮试验中所使用,试验在填料层高度为50 cm、气体停留时间为68.4 s的情况下,比较了不同填料组成的生物滤池对鸡粪堆肥臭气去除效果的.影响.结果表明,由堆肥和树皮组成填料的生物滤池比使用其他填料具有更强的氨去除能力.筛选试验1中,CB1对氨的累积去除率达到93.73%,CW1为83.09%,CP1为75.81%,CB1的氨去除效果最好;在筛选试验2中,CB2对氨的累积去除率最高达100%,CC2次之,KC2填料最差.对填料中各形态氮含量的分析表明,CB填料的3种无机态氮以及全氮的增加量均比其他4种填料的要高,表明腐熟鸡粪堆肥和树皮混合组成的填料较其他4种组合填料具有更好的氨吸附、吸收能力.作 者：陆日明 王德汉 项钱彬 陈广银 LU Ri-ming WANG De-han XIANG Qian-bin CHEN Guang-yin 作者单位：陆日明,LU Ri-ming(华南农业大学环境科学与工程系,广东,广州,510642;广州怡地环保实业总公司,广东,广州,510030)

王德汉,项钱彬,陈广银,WANG De-han,XIANG Qian-bin,CHEN Guang-yin(华南农业大学环境科学与工程系,广东,广州,510642)

新型纤维挂膜填料污水处理分析 篇3

1 新型纤维挂膜填料的污水处理实验

1.1 新型纤维挂膜填料与传统材料的对比试验

新型纤维挂膜填料的主要化学成分是皂甙类, 每个单体的平均直径大概是350mm左右, 平均高度为550mm左右, 密度跟其他传统材料相差不大【1】。这种材料从构造的角度来讲, 比传统材料具备更大的表面积, 在抗冲刷能力方面更加具备优势, 在反应中可以实现快速地挂膜和反应, 经过处理后降解速度很快, 不会造成任何环境污染, 从这些角度进行综合考虑, 新型纤维挂膜填料更加适合污水处理, 更具备经济价值和使用价值, 值得广泛推广。

1.2 实验装置的设置和步骤

新型纤维挂膜填料的试验装置要按照科学的标准设置, 按照生物膜反应器的标准容积设置为20L, 将装置中的活性物质高度填充到足够的高度, 填料的高度大概是500mm, 在抽取污水进行净化处理的时候, 要保证装置工作的顺序, 在进水的瞬间要严格控制气压机的流量, 将各项指标都按照标准严格设置好, 进行科学实验。

1.3 实验测试的具体方法和测验仪器

在进行试验测试时, 其中水质的各项指标采用的是《水和废水监测分析》中方法进行, 要严格按照国家相关规定来进行测试, 其中pH值的测量采用的是pHS3C精密设备, COD采用DR400风光度设备, 水质的pH值及各项氮、氧的含量和仪器指标也必须严格按照国家制定标准进行设置, 保证实验数据的真实性和可靠性。

2 污水处理过程中的常用过滤技术

2.1 污水处理技术中常用的材料对比

在污水处理过程中要用到滤料, 常用的有石英砂、纤维球等材料, 在操作的具体过程中, 新型纤维挂膜材料与传统的球形聚乙烯材料相比, COD的平均去除率更高, 形式主要以过滤罐和过滤池两种方式为主, 对不同的水质可以选择不同的过滤装置, 使过滤效率达到最高, 过滤过程最稳定。

2.2 纤维滤料在污水处理中的使用

在具体的污水处理工作中, 纤维过滤的效率比较高, 而且纤维这种材料使用的寿命相对其他材料来讲也比较长, 因为寿命长这个特点, 纤维材料在无数处理行业中成为首选材料。在纤维过滤材料中也分很多种, 具体的有纤维球, 纤维束过滤等, 在这些纤维材料中对不同污染的水质起到的作用效果也是不相同的, 纤维球存在不易冲洗的特点, 其他纤维材料的净化效果相对来讲又都存在着各自缺陷, 新型纤维材料出现后, 传统的纤维污水处理材料被快速地取代了。

2.3 新型纤维材料在使用中的特点

新型纤维材料过滤技术是一种结构性很强、性能优越的过滤技术, 在这个过程中采用新型的纤维材料作为滤料, 新型纤维材料的过滤能力很强, 阻力相对来讲更小, 在实验过程中有效解决了其他纤维材料难于清洗的缺陷, 新型纤维滤料的滤料与水中杂质相互接触的机会更高, 大大提高了污水中杂质的附着能力, 在截污能量方面也有了明显的增强【1】。新型纤维材料完美解决了老式滤料存在的不足, 充分发挥出了纤维材料的特点, 达到了相对理想的深层次过滤效果, 在使用造价和节约水资源方面, 也比传统材料有着明显的优势。

3 对实验过程和处理结果进行科学合理讨论

3.1 生物膜反应器挂膜方面的试验结果

在实验中的污泥选材为泥塘中的活性泥, 在经过足够的污水处理之后进行二次回流进入污水处理装置, 在实验具体过程中, 圆柱形反应器皿内已经按照实验标准装入了新型的生物材料, 填装高度达到500mm, 在容器内部体积的比例占到三分之一, 在注入活性泥土的瞬间体积达到了10L, 在这个过程中同时注入生活污水10L, 在对比试验中, 将另外一套实验装置中注入传统的球形聚合乙烯填充染料, 采用相同的方式进行挂膜处理。在动作开始时候, 反应器的处理效率并没有出现明显的不同, 两个装置的反映效率分别达到了70%和80%, 在这个过程中, 可以认为生物挂膜已经基本完成。反应初期, 新型纤维挂膜填料的污水处理效率就已经远远地超过了传统材料, 两种材料的COD在短时间内出现了急速上升的趋势, 新型纤维挂膜在相同填料进入到水条件下的过程中会表现出更多的反映效率, 传统材料在挂膜启动2 周后才可以勉强达到COD的稳定去除率, 相比较而言, 新型材料在这个过程中的效率比传统材料提高了78.57%。

3.2 反应器稳定运行条件下对生活污水的处理

在新型纤维挂膜填料进入到稳定运行状态后, 新型物质对生物膜反应的去除率可以达到78%左右, 传统聚乙烯填料在反映过程中的去除率勉强能都达到70%左右, 在运行过程中对污水的处理情况也有波动。通过对比可知, 新型生物填料在反映过程中对COD的去除率可以达到很高的程度, 而且运行过程中也相当稳定安全。而传统球形聚乙烯填料能够在反映过程中逐渐呈现上升趋势, 平均去除率达到75%, 通过各个方面进行综合比较, 传统的聚乙烯材料在处理效果上要比新型材料弱上不少。新型纤维材料在稳定反应期的时间内, 对TN和TP的祛除效果更佳有效, 跟传统材料70%的去除率比起来, 要高出将近10个百分点, 新型材料在更方面都取得了明显的实验效果。

3.3 在微生物相方面的具体分析

实验的设置时间相对较长, 当实验时间进行到第40 个周期, 也就是20天左右的实践时, 试验装置内部出现了明显的波动现象, 装置内部的曝气强度明显减小, 反应器的反映时间明显增大, 在实验过程中温度明显升高, 通过显微镜进行观察, 可以发现新型物质材料内出现了蠕动生物。通过科学数据显示, 蠕虫出现的平均温度为18 度, 当将实验装置的温度进行降低时, 发现蠕虫的质量发生了明显的减少。蠕虫的出现对水质产生了极为重要的影响, 根据相关生物化学的研究资料表明, 蠕虫在一定程度上能够起到减少污泥含量的作用, 通过显微镜再次进行深度观察, 可以发现容器内的蠕虫正在对新型物质材料发生吞噬, 使一段时间内的水质出现了明显上升的趋势, 如果对蠕虫进行有效的控制, 在这种情况下可以更加有效地进行污水净化处理。

4 结语

经过实验得到有效证实, 新型生物材料在发生反映的过程中, 与传统材料相比具有很明显的优势, 但是在这个过程中, 新型纤维挂膜的反映稳定性和处理效率等方面都有了明显提升, 通过数据观察这个数据明显高于传统材料。可见新型纤维挂膜填料在污水处理方面比传统材料具备更加明显的优势。

参考文献

[1]邓小文, 马建立, 籍鹏飞.新型填料在生物接触氧化工艺中的应用研究[J].中国环保产业, 2011, 06:22-26.

[2]唐艳, 唐彬, 夏世斌.新型动态膜生物反应器处理生活污水的试验研究[J].中国水运 (下半月刊) , 2010, 10:180-181.