申請日2017.01.06

　　公開(公告)日2017.05.24

　　IPC分類號C02F3/34

　　摘要

　　本發(fā)明公開了提供一種水處理凈化裝置及其水處理方法，該裝置包括用于固定生物膜組件的框架，框架內(nèi)安裝有生物膜組件;生物膜組件包括納米碳纖維掛膜載體，納米碳纖維掛膜載體上掛載有細(xì)菌或/和微生物膜。其水處理方法的步驟是：S1、制成用于固定生物膜組件的框架，將納米碳纖維掛膜載體以線型的方式垂直掛設(shè)在框架內(nèi)，或以U形的方式掛設(shè)在框架內(nèi);S2、將細(xì)菌或/和微生物固著在濾料或載體，并使細(xì)菌或/和微生物繁殖形成生物膜;S3、在需凈化的水體中設(shè)置圍堰，圍堰之間形成處理池，采用人工堰壩切斷河流，然后利用河水的自然落差或采用水泵將水引入建設(shè)在水體中的處理池中;S4、將帶有生物膜組件的框架布置于處理池中。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種水處理凈化裝置，其特征在于：包括用于固定生物膜組件的框架，所述框架內(nèi)安裝有生物膜組件;所述生物膜組件包括納米碳纖維掛膜載體，所述納米碳纖維掛膜載體上掛載有細(xì)菌或/和微生物膜。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水處理凈化裝置，其特征在于：一個所述框架內(nèi)的生物膜組件為若干個，以線型或U形布置方式設(shè)置于框架內(nèi)。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水處理凈化裝置，其特征在于：所述細(xì)菌為硝化菌、絲狀菌;所述微生物為輪蟲或線蟲。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水處理凈化裝置，其特征在于：所述帶固定生物膜組件的框架為若干個，以并行的方式設(shè)置于待凈化的水體中。

　　5.一種利用權(quán)利要求1至4中任一種所述水處理凈化裝置進(jìn)行水處理凈化的處理方法，其特征在于：該處理方法的步驟是：

　　S1、制成用于固定生物膜組件的框架，將納米碳纖維掛膜載體以線型的方式垂直掛設(shè)在框架內(nèi)，或以U形的方式掛設(shè)在框架內(nèi);

　　S2、將細(xì)菌或/和微生物固著在濾料或載體，并使細(xì)菌或/和微生物繁殖形成生物膜;

　　S3、在需凈化的水體中設(shè)置圍堰，圍堰之間形成處理池，采用人工堰壩切斷河流，然后利用河水的自然落差或采用水泵將水引入建設(shè)在水體中的處理池中;

　　S4、將帶有生物膜組件的框架布置于處理池中。

　　說明書

　　一種水處理凈化裝置及其水處理方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及水處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種水處理凈化裝置及其水處理方法。將納米碳纖維應(yīng)用于高寒高海拔地區(qū)的水處理。

　　背景技術(shù)

　　生物膜技術(shù)是人們長期以來根據(jù)自然界中水體自凈的現(xiàn)象，農(nóng)田灌溉時(shí)土壤對污染物的凈化作用以及有機(jī)物的腐敗過程，總結(jié)、模擬而發(fā)展起來的一種污水處理技術(shù)。它使微生物群體附著于某些載體的表面上呈膜狀，通過與污水接觸，生物膜上的微生物攝取污水中的有機(jī)物作為營養(yǎng)吸收并加以同化，從而使污水得到凈化。該方法自1893年第一個生物膜處理設(shè)施(生物濾池)試驗(yàn)成功以來，因其降解能力強(qiáng)、接觸時(shí)間短、占地面積小以及投資少等特點(diǎn)而得到了長足的發(fā)展與應(yīng)用。近年來，由于城市周圍中小河流污染事故的不斷發(fā)生，生物膜技術(shù)又有了新的應(yīng)用領(lǐng)域。當(dāng)前國外特別是日本在利用生物膜技術(shù)凈化河流方面發(fā)展較快，已達(dá)到了工程化程度。我國對該法在河流治理中的應(yīng)用研究還處于起步階段。

　　生物膜法凈化河流的實(shí)質(zhì)是對天然河流中所發(fā)生的生物過程的一種強(qiáng)化，把天然過程變?yōu)榱颂烊贿^程和人工過程的結(jié)合體。它拫據(jù)天然河床上附著的生物膜的凈化作用及過濾作用，人工填充濾料或載體供細(xì)菌絮凝生長，形成生物膜。當(dāng)污染的河水經(jīng)過生物膜時(shí)，污水和濾料或載體上附著生長的菌膠團(tuán)開始接觸，菌膠團(tuán)表面由于細(xì)菌和胞外聚合物的作用，絮凝或吸附了水中的有機(jī)物，與介質(zhì)中的有機(jī)物濃度形成一種動態(tài)的平衡，使菌膠團(tuán)表面既附有大量的活性細(xì)菌，又有較高濃度的有機(jī)物，成為細(xì)菌繁殖活動的適宜場所。由于這種有利條件，菌膠團(tuán)表層的細(xì)菌迅速繁殖，很快消耗水中有機(jī)物，這時(shí)污染河水中的有機(jī)物大部分被去除，水質(zhì)也得到了改善。生物膜降解污染物質(zhì)的具體過程主要分為四個階段：(1)污染物質(zhì)向生物膜表面擴(kuò)敢;(2)污染物在生物膜內(nèi)部擴(kuò)散;(3)微生物分泌的酵素與催化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng);(4)代謝生成物排出生物膜。生物膜由于固著在濾料或載體上，因此能在其中生長世代時(shí)間較長的細(xì)菌和較高級的微生物，如硝化菌的繁殖速度要比一般的假單胞菌慢40～50倍，這就使生物膜法在去除有機(jī)物的同時(shí)具有脫氮除磷的作用，尤其是對受有機(jī)物及氨氮污染的河流有明顯的凈化效果。另外，在生物膜上還可能大量出現(xiàn)絲狀菌、輪蟲、線蟲等，從而使生物膜凈化能力大大增強(qiáng)。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供一種水處理凈化裝置及其水處理方法。

　　為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

　　一種水處理凈化裝置，包括用于固定生物膜組件的框架，所述框架內(nèi)安裝有生物膜組件;所述生物膜組件包括納米碳纖維掛膜載體，所述納米碳纖維掛膜載體上掛載有細(xì)菌或/和微生物膜。

　　作為對上述技術(shù)方案的改進(jìn)，一個所述框架內(nèi)的生物膜組件為若干個，以線型或U形布置方式設(shè)置于框架內(nèi)。

　　作為對上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述細(xì)菌為硝化菌、絲狀菌等;所述微生物為輪蟲或線蟲等。

　　作為對上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述帶固定生物膜組件的框架為若干個，以并行的方式設(shè)置于待凈化的水體中。

　　本發(fā)明并提供了一種利用上述裝置進(jìn)行水處理凈化的處理方法，該方法的步驟是：

　　S1、制成用于固定生物膜組件的框架，將納米碳纖維掛膜載體以線型的方式垂直掛設(shè)在框架內(nèi)，或以U形的方式掛設(shè)在框架內(nèi);

　　S2、將細(xì)菌或/和微生物固著在濾料或載體，并使細(xì)菌或/和微生物繁殖形成生物膜;

　　S3、在需凈化的水體中設(shè)置圍堰，圍堰之間形成處理池，采用人工堰壩切斷河流，然后利用河水的自然落差或采用水泵將水引入建設(shè)在水體中的處理池中;

　　S4、將帶有生物膜組件的框架布置于處理池中。

　　碳纖維是含碳量高于90%的無機(jī)高分子纖維。其中含碳量高于99%的稱石墨纖維。碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)類似人造石墨，是亂層石墨結(jié)構(gòu)。碳纖維各層面間的間距約為3.39到3.42A，各平行層面間的各個碳原子，排列不如石墨那樣規(guī)整，層與層之間借范德華力連接在一起。

　　納米碳纖維材料是具有良好生物相容性的纖維狀的碳材料，其在宿主與生物反應(yīng)上具有優(yōu)異的生物相容性、電、機(jī)械等綜合特性被人們所注目。納米碳纖維是在生物碳纖維基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行表面處理，增強(qiáng)生物相容性。碳纖維表面能低，與水的潤濕性差，表面呈現(xiàn)出疏水性，經(jīng)表面修飾處理后，碳纖維表面含氧官能團(tuán)增加，表面能增加，與水的潤濕性得到改善，接觸角變小，表面呈現(xiàn)出親水性。在污水處理過程中對污染物的吸附以及生物膜的負(fù)載都與生物碳纖維表面官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)與組成密切相關(guān)，通過調(diào)整表面修飾方法和工藝參數(shù)，可以制備出潤濕性好和微生物相容性高的生物碳纖維。

　　納米碳纖維材料是一種比表面積大、吸附和脫附性能強(qiáng)、與生物有良好兼容性的新型填料，由腈綸、丙綸和表面修飾后的活性碳纖維復(fù)合而成。它具有豐富的微孔結(jié)構(gòu)，孔徑分布范圍廣;比表面積很大，一般都在1000m2/g以上，具有較大的吸附容量;其微孔直接分布于纖維的表面，因而吸附質(zhì)擴(kuò)散的路徑短、時(shí)間短，其吸附和再生的速率快，可在較溫和條件下再生。針對其吸附容量大、吸附速率快、脫附速度快、灰分少、處理量大且使用時(shí)間長等優(yōu)點(diǎn)，本裝置用于水處理領(lǐng)域，其操作安全、由于體積密度小和吸脫層薄，不會造成蓄熱和過熱現(xiàn)象，也不易發(fā)生事故，且節(jié)能和經(jīng)濟(jì)，可用于大型上水、凈水處理，不僅凈化效率高，而且處理量大，裝置緊湊，占地面積小，設(shè)備投資小和效益高。

　　納米碳纖維材料應(yīng)用在水處理領(lǐng)域中的特點(diǎn)：

　　1、掛膜時(shí)間短;2、對微生物活性化而分解處理速度加快;3、剩余污泥少;4、脫氮效果好;5、懸浮污染物效果好;6、耗能少，對環(huán)境負(fù)荷小。

　　生物膜法凈化河流的實(shí)質(zhì)是對天然河流中所發(fā)生的生物過程的一種強(qiáng)化，把天然過程變?yōu)榱颂烊贿^程和人工過程的結(jié)合體。它拫據(jù)天然河床上附著的生物膜的凈化作用及過濾作用，人工填充濾料或載體供細(xì)菌絮凝生長，形成生物膜。當(dāng)污染的河水經(jīng)過生物膜時(shí)，污水和濾料或載體上附著生長的菌膠團(tuán)開始接觸，菌膠團(tuán)表面由于細(xì)菌和胞外聚合物的作用，絮凝或吸附了水中的有機(jī)物，與介質(zhì)中的有機(jī)物濃度形成一種動態(tài)的平衡，使菌膠團(tuán)表面既附有大量的活性細(xì)菌，又有較高濃度的有機(jī)物，成為細(xì)菌繁殖活動的適宜場所。由于這種有利條件，菌膠團(tuán)表層的細(xì)菌迅速繁殖，很快消耗水中有機(jī)物，這時(shí)污染河水中的有機(jī)物大部分被去除，水質(zhì)也得到了改善。

　　生物膜降解污染物質(zhì)的具體過程主要分為四個階段：

　　1)污染物質(zhì)向生物膜表面擴(kuò)敢;

　　2)污染物在生物膜內(nèi)部擴(kuò)散;

　　3)微生物分泌的酵素與催化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng);

　　4)代謝生成物排出生物膜。

　　生物膜由于固著在濾料或載體上，因此能在其中生長世代時(shí)間較長的細(xì)菌和較高級的微生物，如硝化菌的繁殖速度要比一般的假單胞菌慢40～50倍，這就使生物膜法在去除有機(jī)物的同時(shí)具有脫氮除磷的作用，尤其是對受有機(jī)物及氨氮污染的河流有明顯的凈化效果。另外，在生物膜上還可能大量出現(xiàn)絲狀菌、輪蟲、線蟲等，從而使生物膜凈化能力大大增強(qiáng)。

　　生物膜規(guī)格及安裝方式：

　　生物膜填料選用碳纖維納米材料，布置在圍水堰內(nèi)。首次投放的生物膜填料可先行掛膜再投放到河道中，以保證形成的生物膜中的占優(yōu)勢地位的是我們所需要的優(yōu)勢菌群;亦可將未掛膜的碳纖維納米材料直接投放到河道中，自然形成生物膜。

　　1、單組規(guī)格：框架規(guī)格為L×B×H=1000mm×1000mm×1200mm。

　　2、設(shè)置方式：采用人工堰壩切斷河流，然后利用河水的自然落差或采用水泵將水引入建設(shè)在河岸邊的河水處理設(shè)施中，采用與污水處理廠相類似的處理方法，把河流水全量處理后再放回河流的下游。

　　3、生物膜填料安裝方式

　　將碳纖維納米填料垂直固定在1000mm×1000mm×1200mm的框架內(nèi)

　　本裝置適應(yīng)于自然環(huán)境水、城市廢水、工業(yè)廢水等。

　　在河流生態(tài)修復(fù)工程采用碳纖維可以吸附很多微生物，這些微生物會分解污水中有機(jī)物，能有效改善水質(zhì)。

　　首次投放的生物膜填料需先行掛膜再投放到河道中，以保證形成的生物膜中的占優(yōu)勢地位的是我們所需要的優(yōu)勢菌群。亦可將未掛膜的碳纖維納米材料直接投放到河道中，自然形成生物膜。

　　與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

　　本發(fā)明中的水處理凈化裝置，用于水處理領(lǐng)域，其操作安全，其水處理方法不僅凈化效率高，而且處理量大，裝置緊湊，占地面積小，設(shè)備投資小和效益高。