專利名稱：一種生物填料包及其在污水處理中的應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于污水生化處理領域，涉及一種水處理用的生物填料。
背景技術：
根據(jù)固定化微生物和生物膜法的理論和應用，水處理行業(yè)研發(fā)了諸多類型的生物 填料，這些填料由于材料、形狀、質量、比重等方面的差異造成功能、效果的不同。例如陶 粒、石英砂、稀土瓷砂都為顆粒狀，過濾效果好、在水中易固定，但對微生物的固定效果差； 活性炭、硅藻土具有豐富的微孔、很大的表面積、吸附性能好，但過濾效果不理想；錳砂、磁 鐵礦等除鐵、除錳性能佳，過濾效果好，但生物親和性差；腐殖土、泥炭土等含有大量有機 質、生物親和性好、能大量有效地固定微生物，但在水體中不容易固定、易堵塞、過濾效果 差；而合成材料填料具有化學穩(wěn)定性強，耐腐蝕、孔隙可變不堵塞的優(yōu)點，但生物親和性差。 且不同的填料不容易組合使用，如石英砂成顆粒狀，密度大，在水中能停留，而腐殖土又極 易被水沖走，兩者很難組合使用。因此在實際應用中一般為單一材料。針對上述問題，本發(fā)明將不同填料組合使用讓其發(fā)揮更高的效率并具備多種功 能，應用更加方便。根據(jù)水質情況、填料功能、填料密度，將不同的填料裝入比表面積大、利 于微生物附著的纖維布袋中，組成一種高效適用的生物填料包。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是提供一種適用于污水處理的生物填料包及其應用。本發(fā)明采用的技術方案是一種生物填料包，由纖維布制成的纖維布袋填充填料基質后封口制成。制備所述 纖維布的原料主要為聚酯纖維、聚丙烯纖維之一或其混合；所述填充基質為下列之一或其 中兩種以上的混合沸石、硅藻土、活性炭、腐殖土、石英砂、錳砂、磁鐵礦、稀土瓷砂、陶粒、 沙土、泥炭土 ；所述聚酯纖維或聚丙烯纖維的直徑為2 8dtex，長度為30 86mm。所述纖維布的原料主要為聚酯纖維和聚丙烯纖維的混合物時，質量配比如下聚 酯纖維30 70%、聚丙烯纖維30 70%。優(yōu)選的，所述聚酯纖維的直徑為3 6dtex、長 度為45 76mm，聚丙烯纖維的直徑為3 5dtex、長度為43 66mm，所述纖維布每m2克重 為 150 350g。根據(jù)需要，所述纖維布袋的原料組成可添加質量占聚酯纖維和/或聚丙烯纖維質 量百分比如下的組分之一或其混合3 30% (該質量百分數(shù)為棉纖維質量占聚酯纖維和 /或聚丙烯纖維質量的百分數(shù)，下同)的棉纖維，3% 10%的聚丙烯腈纖維， 5%的活 性炭纖維；所述棉纖維的直徑為2 7dtex、長度為30 77mm ；所述聚丙烯腈纖維的直徑為 2 8dtex、長度為30 86mm ；所述活性炭纖維的直徑為5 10 μ m，長度不限(纖維經(jīng)碳 化后長度是不規(guī)則的)。纖維布是以針刺工藝生產的非織造布，纖維布的克重為100 600g/m2。針刺非織 造布相對于織造布具有一次成型、強度高、孔隙豐富可變、制造費用低的優(yōu)點。
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在纖維布袋的材料合成中，所用纖維的品種、直徑、長度以及纖維布的克重會影響 纖維布的比表面積、孔隙結構、透水性、親水性、穩(wěn)定性、耐腐蝕性等從而對微生物的棲息環(huán) 境產生影響。并且不同的纖維材料組成也決定了纖維布的使用條件。聚酯纖維具有強度高、耐沖擊性好、耐熱、耐腐、耐蛀、耐酸不耐堿、耐光性好、吸濕 性差、保形性好的特點，適用于腐蝕性或光照強或水利沖擊大或酸性以及中性的水體環(huán)境 中，但不適用于堿性水質的水體環(huán)境中。聚丙烯纖維具有強度高、制成織物尺寸穩(wěn)定、耐磨、彈性好、化學穩(wěn)定性好、熱穩(wěn)定 性差、不耐日曬、易于老化脆損的特點，適用于化學性質不穩(wěn)定的水體環(huán)境中，并且由于聚 丙烯纖維的克重較輕，水的通透性良好，具有很好的過濾性；但是在光照強的水體中易老化 脆損。同時聚酯纖維和聚丙烯纖維都有很好的親脂性，利于親酯性微生物的附著?？筛鶕?jù) 填料包應用時的氣候特點、水體流速、水質情況、水體中微生物的特性選擇將聚酯纖維和聚 丙烯纖維單獨或混合使用以達到不同的效果。聚丙烯腈纖維具有很好的熱彈性、耐日光性，在纖維布原料中添加3% 10%的 聚丙烯腈纖維可增加纖維布的熱彈性、耐日光性，適合光照強的環(huán)境使用。棉纖維具有很好的親水性，有利于親水性微生物的附著，在纖維布原料中添加 3% 30%的棉纖維可增加纖維布的生物親和性。但棉纖維強度低，易被腐蝕、降解，不宜單 獨或在高污染的水體使用?；钚蕴坷w維具有很好的吸附性，在纖維布原料中添加 5%的活性炭纖維(粘 膠纖維或聚丙烯腈纖維碳化獲得)可增加纖維布的吸附性，適合在污染濃度較高的水體中 使用。本發(fā)明提供了一種具有適宜的孔隙結構、疏密度，能在不同條件下使用，更有利于 微生物掛膜，能為微生物營造一個良好的環(huán)境的纖維布袋。優(yōu)選的制備所述纖維布袋的聚酯纖維的直徑為3 6dtex、長度為45 76mm。纖 維布為單一聚酯纖維時，纖維布的克重為200 400g/m2 ；優(yōu)選的制備所述纖維布袋的聚丙 烯纖維的直徑為3 5dtex、長度為43 66mm。纖維布為單一聚丙烯纖維時，纖維布的克 重為100 200g/m2 ；優(yōu)選的聚酯纖維和聚丙烯纖維的混合質量比例為40 60%。纖維布 為聚酯纖維和聚丙烯纖維混合時，纖維布的克重為150 350g/m2。優(yōu)選的，所述纖維布袋的原料組成可添加10 20%的棉纖維，棉纖維的直徑為 2 5dtex、長度為35 56mm。優(yōu)選的，所述纖維布袋的原料組成可添加4 7%的聚丙烯腈纖維，聚丙烯腈纖維 的直徑為3 5dtex、長度為43 66mm。優(yōu)選的，所述纖維布袋的原料組成可添加2 3%的活性炭纖維，活性炭纖維的直 徑為5 10 μ m。優(yōu)選的，添加棉纖維、聚丙烯腈纖維、活性炭纖維的纖維布的克重為250 450g/本發(fā)明可根據(jù)不同水質情況，選擇將不同的填料基質組合使用，更有效地發(fā)揮不 同填料基質的作用。例如石英砂和腐殖土組合使用既能發(fā)揮很好的過濾效果又能有效地固 定微生物，但石英砂成顆粒狀，密度大，在水中能停留，而腐殖土又極易被水沖走，兩者很難 組合使用。纖維布袋能將兩者有機組合起來，不僅能發(fā)揮各自的優(yōu)點，還能防止堵塞，使填料在水中有效地固定，而纖維布袋本身就具有比表面積大、利于微生物附著的特點，三者組 成一種高效適用的生物填料包。優(yōu)選的，沸石、硅藻土、活性炭具有更好的吸附性；石英砂、錳砂、磁鐵礦、稀土瓷 砂、陶粒具有更好的過濾功能；腐殖土、泥炭土具有良好的微生物固定效果。優(yōu)選的，根據(jù)不同使用條件，可以填充填料基質的一種或一類強化特定效果；也可 將三類不同特性的填料基質組合使用。本發(fā)明生物填料包可投加、定殖特定的微生物菌粉和菌液，以縮短掛膜時間，提高 污水處理效率。具體的，菌粉可拌和在填料基質里，菌液可灑潑在填料基質上。優(yōu)選的，所述微生物菌粉和菌液為光合細菌、芽孢桿菌、放線菌、乳酸菌、酵母菌、 反硝化細菌的一種或兩種及以上。本發(fā)明生物填料包具有固定植物根系的作用，可在生物填料包上種植綠色植物 (主要是在以人工濕地工藝處理污水的系統(tǒng)中應用)，綠色植物有助于污染降解并可美化 環(huán)境。優(yōu)選的，綠色植物可選擇挺水植物、沉水植物、浮葉植物、浮水植物等水生植物，種
植的方法包括壓播、插播等。本發(fā)明生物填料包有助于水的流動，同時又能攔截固體懸浮物，因此具備良好的 過濾作用。優(yōu)選的，以聚丙烯纖維為主材制作纖維布袋，再填充石英砂、陶粒形成所述生物填 料包具有良好的過濾作用。所述纖維布袋用線縫制，可縫制的形狀包括矩形、正多邊形、圓形、半圓形、不規(guī)則 圖形等，填充填料基質后再將纖維布袋袋口密封即可得本發(fā)明所述生物填料包；纖維布袋 袋口的封口方式為縫制或綁扎。優(yōu)選的，縫制材料可選擇聚乙烯、聚丙烯、尼龍線，綁扎材料可選擇聚乙烯、聚丙 烯、尼龍繩或者市場上常見的專用扎口帶。本發(fā)明涉及所述的生物填料包在污水處理中的應用，包括污水處理廠、池等設施 里的污水處理以及被污染天然水體的污水處理。具體的，所述應用為將本發(fā)明所涉生物填料包(其中可添加微生物菌粉或菌液) 放置于污水里，利用快速、大量繁殖的微生物在纖維布袋和填料基質上形成生物膜；同時利 用生物填料包的過濾功能攔截、沉積污染物，并發(fā)揮微生物、動植物的協(xié)同作用，從而達到 降解污染的目的，降低污水C0D&、BOD5, SS、TP、TN等各項污水指標。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在(1)本發(fā)明根據(jù)填料包應用環(huán)境有針對性地選擇纖維的種類、直徑、長度以及纖維 布的克重來控制纖維布袋適宜的孔隙結構、疏密度，營造對微生物友好的環(huán)境，有利于微生 物附著，提高凈化污水的能力。(2)本發(fā)明解決了不同填料難混合使用的問題，用纖維布袋能將不同的填料基質 有機組合起來，組成一種高效適用的生物填料包，能發(fā)揮更高的效率并且使用更加方便。(3)本發(fā)明生物填料包的形式也有利于好氧、兼性、厭氧微生物的生長，由于填料 包的特殊形式，填料包內部較深，且纖維布袋為內部的填料基質提供相對穩(wěn)定的保護環(huán)境， 因此填料包由內到外形成了穩(wěn)定的厭氧、兼性、好氧區(qū)，特別是厭氧區(qū)較其他填料具有更好的厭氧效果。(4)本發(fā)明纖維布袋具有微小孔徑，透氣、透水而不透沙、土、顆粒等固體物質，因 此具有良好的過濾效果，可攔截固體和吸附水體中污染物，能夠充分與水中的污染物接觸、 延長水流路徑、強化水體污染物處理效果。(5)本發(fā)明生物填料包上可種植水生植物，發(fā)揮生物膜、藻類、水生動植物的協(xié)同 作用，強化處理效果，同時美化水體景觀。(6)本發(fā)明可根據(jù)不同使用條件有針對性地投加特定的微生物菌粉或菌液，增加 優(yōu)勢菌種，縮短掛膜時間，提高微生物效率。


圖1為本發(fā)明生物填料包結構示意圖，其中a為纖維布袋，b為填料基質，c為封口 材料。圖2為布置生物填料包的接觸氧化池截面圖；圖3為一種生物填料包應用于人工濕地的結構示意圖，其中1 水體；2 土地界 面；3 生物填料包；4 水生植物。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發(fā)明進行進一步描述，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于 此實施例1 纖維布的制作方法為將直徑為6dtex，長度為46mm的聚酯纖維，制成長5000cm、 寬400cm、厚4mm、克重為400g/m2的針刺非織造布(由臺州西南無紡布廠按照上述配方生 產，下同)。實施例2 制作方式及制作長寬同實施例1，所用材料為直徑7dtex、長度55mm的聚丙烯纖 維，制得纖維布厚度為5mm，克重為200g/m2。實施例3 制作方式及制作尺寸同實施例1，所用材料為直徑5dtex、長度55mm的聚酯纖維 (質量分數(shù)為50%)和直徑3dtex、長度45mm的聚丙烯纖維(質量分數(shù)為50%)，制得纖維 布克重為^Og/m2。實施例4 制作方式及制作長寬同實施例1，所用材料為直徑4dtex、長度45mm的聚酯纖維 (質量分數(shù)為40 % )，直徑7dtex、長度65mm的聚丙烯纖維(質量分數(shù)為60 % )和直徑 8dtex、長度55mm的聚丙烯腈纖維(質量為聚酯纖維和聚丙烯纖維質量之和的7% )，制得 纖維布厚度為5mm，克重為M0g/m2。實施例5 制作方式及制作尺寸同實施例1，所用材料為直徑7dtex、長度40mm的聚酯纖 維(質量分數(shù)為60 % )，直徑5dtex、長度42mm的聚丙烯纖維(質量分數(shù)為40 % )，直徑 5dtex、長度55mm的聚丙烯腈纖維(質量為聚酯纖維和聚丙烯纖維質量之和的10% )和直徑4dtex、長度46mm的棉纖維(質量為聚酯纖維和聚丙烯纖維質量之和的10% )，制得纖維 布克重為400g/m2。實施例6 制作方式及制作尺寸同實施例1，所用材料為直徑3dtex、長度48mm的聚酯纖維 (質量分數(shù)為30 % )，直徑7dtex、長度46mm的聚丙烯纖維(質量分數(shù)為70 % )，直徑4dtex、 長度60mm的聚丙烯腈纖維(質量為聚酯纖維和聚丙烯纖維質量之和的5% )，直徑4dtex、 長度52mm的棉纖維(質量為聚酯纖維和聚丙烯纖維質量之和的15% )和直徑為8 μ m的活 性炭纖維(質量為聚酯纖維和聚丙烯纖維質量之和的5% )，制得纖維布克重為350g/m2。實施例7 將實施例1 6中纖維布裁剪成矩形，規(guī)格尺寸為1200mmX800mm，對折后尺寸為 SOOmmX 600mm，再將一長邊和一短邊用聚丙烯線縫制得到纖維布袋。實施例8 參照實施例7纖維布袋的制作方法，纖維布裁剪成矩形，規(guī)格尺寸為 2000mmX 1000mm，對折后尺寸為IOOOmmX 1000mm，兩個邊用聚乙烯線縫制。實施例9 參照實施例7纖維布袋的制作方法，纖維布裁剪成正六邊形，邊長800mm，將兩片 布料重疊，五個邊用尼龍線縫制。實施例10 將填料基質磁鐵礦和Ig的光合細菌菌粉(購買于杭州向天歌生物科技有限公司) 混合均勻后裝入實施例7 9中的纖維布袋中，填充系數(shù)為85 %，用高強度聚乙烯線將袋口 細密縫制，制得一種生物填料包。實施例11 參照實施例10生物填料包的制作方法，填料基質可以為錳砂，菌粉為芽孢桿菌和 反硝化細菌的混合菌3g (購買于杭州向天歌生物科技有限公司)，填充系數(shù)為80 %，縫制用 聚丙烯線。實施例12 參照實施例10生物填料包的制作方法，填料基質可以為沸石，填充系數(shù)為75%， 縫制用尼龍線。實施例13 參照實施例10生物填料包的制作方法，填料基質可以為石英砂和活性炭(體積比 為1 1)，填充系數(shù)為85%，用聚乙烯繩捆扎。實施例14 參照實施例10生物填料包的制作方法，填料基質可以為磁鐵礦和腐殖土(體積比 為2 1)，向填料基質噴灑乳酸菌、酵母菌、反硝化細菌組成的混合菌液20ml (購買于杭州 向天歌生物科技有限公司)，填充系數(shù)為80%，用聚丙烯繩捆扎。實施例15 參照實施例10生物填料包的制作方法，填料基質可以為沙土、硅藻土、錳砂(體積 比為2 1 1)，填充系數(shù)為80%，用尼龍繩捆扎。實施例16
參照實施例10生物填料包的制作方法，填料基質可以為腐殖土、稀土瓷砂、磁鐵 礦(體積比為2 1 1)，填充系數(shù)為90%，用扎口帶捆扎。實施例17 生物填料包在污水處理廠中的應用本實施例中的污水進水水質情況見表1所示。日平均污水量為450m3/d。該污水處理廠采用的工藝為A/0(厭氧池/接觸氧化池)法處理污水。在使用本發(fā)明的生物填料包之前，該污水處理廠厭氧池底部和接觸氧化池(如圖 2所示)中使用的填料為六角形聚丙烯蜂窩填料(鞏義市夾津口華瑞水處理器材廠生產)， 污水處理廠處理后的出水水質見表1所示，由于氨氮和總磷含量超標，因此達不到《城鎮(zhèn)污 水處理廠污染物排放標準GB 18918-2002))中一級B排放標準。本實施例中，解決方案為在該厭氧池底部放置一層生物填料包1 (所用纖維布同 實施例6，生物填料包制作方式同實施例10)，生物填料包規(guī)格為矩形SOOmmX 600mm和方形 IOOOmmX 1000mm，數(shù)量分別為50包、40包；在該生物接觸氧化池處理單元中，放置生物填料 包2 (所用纖維布同實施例5，纖維布袋制作同實施例7，生物填料包制作方式同實施例13)， 共計225包。經(jīng)過生物接觸氧化池處理后的污水水體中含有較多的脫落生物膜等懸浮物，經(jīng)過 污泥沉淀池處理后以污泥形式沉淀去除。污水處理達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準 GB 18918-2002》中一級B排放標準，結果如表1所示。運行穩(wěn)定的結果表明本實施例中的 生物填料包適用于該污水處理廠，處理污水的能力相對于原六角形聚丙烯蜂窩填料得到提
尚ο表1 實施例17進出水水質情況(單位mg/L)
權利要求
1.一種生物填料包，由纖維布制成的纖維布袋填充填料基質后封口制成，制備所述纖 維布的原料主要為聚酯纖維、聚丙烯纖維之一或其混合；所述填充基質為下列之一或其中 兩種以上的混合沸石、硅藻土、活性炭、腐殖土、石英砂、錳砂、磁鐵礦、稀土瓷砂、陶粒、沙 土、泥炭土 ；所述聚酯纖維或聚丙烯纖維的直徑為2 8dtex，長度為30 86mm，所述纖維 布每m2克重為100 600g。
2.如權利要求1所述的生物填料包，其特征在于制備所述纖維布的原料主要為聚酯纖 維和聚丙烯纖維的混合物，質量配比如下聚酯纖維30 70%、聚丙烯纖維30 70%。
3.如權利要求1或2所述的生物填料包，其特征在于制備所述纖維布的原料中，還包括 質量占聚酯纖維和/或聚丙烯纖維質量百分比如下的組分之一或其混合3 30%的棉纖 維，3% 10%的聚丙烯腈纖維， 5%的活性炭纖維；所述棉纖維的直徑為2 7dtex、 長度為30 77mm ；所述聚丙烯腈纖維的直徑為2 8dtex、長度為30 86mm ；所述活性炭 纖維的直徑為5 10 μ m。
4.如權利要求1所述的生物填料包在污水處理中的應用。
5.如權利要求4所述的應用，其特征在于所述應用為將所述填料包投入被污染水體 中，對水體進行處理。
6.如權利要求5所述的應用，其特征在于所述填料包內添加有微生物菌粉或菌液。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種適用于污水處理的生物填料包及其應用。所述生物填料包由纖維布制成的纖維布袋填充填料基質后封口制成。制備所述纖維布的原料主要為聚酯纖維、聚丙烯纖維之一或其混合；所述聚酯纖維或聚丙烯纖維的直徑為2～8dtex，長度為30～86mm。本發(fā)明生物填料包具有豐富的孔徑和較大的比表面積，可為水生生物提供棲息場所，促進微生物大量增殖；該生物填料包可以種植水生植物，同時有利于水生動物的生長；該生物填料包還具有對水體雜質進行過濾的作用。本發(fā)明生物填料包應用于污水處理中，具有掛膜性能好、生物種類多樣、去除污染物(特別針對水體中N、P的去除)效果好的特點。
文檔編號C02F3/30GK102060381SQ201010550638
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月19日 優(yōu)先權日2010年11月19日
發(fā)明者周熙城, 朱春林, 李敏, 胡雄光, 鄧海靜, 郁芳, 饒鴻來 申請人:杭州朗境環(huán)保科技有限公司