一種用於生物濾床的複合填料的製作方法
2023-10-07 03:07:34
專利名稱：一種用於生物濾床的複合填料的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於生物濾床的複合填料，屬於廢氣淨化領域。
背景技術：
廢氣的生物淨化過程，實質是附著在生物填料介質上的微生物在適宜的環境條件下，利用廢氣中的汙染物作為碳源和能源，維持其生命活動，並將它們分解為CO2、H2O和SO42-等無害無機物的過程，是一項綠色環保技術；同時由於其工藝流程簡單，操作簡便，成本低，尤其適用於處理低濃度大風量的廢氣而日益受到人們的重視。
根據廢氣生物處理的原理，理想的生物濾床填料載體應具有下列特性較大的接觸比表面積和內部孔隙率，保水性能好，孔隙率高，物理強度高，填充密度低，耐腐蝕、不易分解腐爛，氣流壓力損失小，並且能為微生物生長提供必需的養分。
生物濾床填料通常為天然材料，目前常用的有泥炭、堆肥、珍珠巖和蛭石、木片或植物葉杆、樹皮等。但這些材料在使用過程中往往因分解、破碎所致的結構不穩定，導致氣流分布不勻、局部厭氧、填料易被壓實，導致床層阻力降很高，且汙染物去除效果受到影響，需要經常更換填料等問題。
發明內容為了解決現有技術中用於生物濾床的各種天然填料結構不穩定、汙染物去除效果差、需要經常更換的不足，本發明提供了一種具有一定強度和剛性、結構穩定、汙染物去除效果好、不需要經常更換的複合填料。
為達到發明目的本發明採用的技術方案是一種用於生物濾床的複合填料，所述複合填料主要由非金屬絲狀材料，有機質和多孔輕質無機材料組分混合，所述的非金屬絲狀材料為支撐物，經膠粘劑粘連、再經定型製得；所述的組分質量含量如下非金屬絲狀材料10～60％、有機質10～60％、多孔輕質無機材料10～60％。
所述非金屬絲狀材料是指具有一定規格和強度的非金屬絲狀物或纖維，可為下列之一或其中兩種或兩種以上的混合物①植物纖維、②高分子合成材料、③動物纖維。植物纖維有山棕纖維、椰殼纖維、竹木纖維或絲等；高分子合成材料有聚丙烯、聚乙烯、聚醯胺等高分子原料製作的拉絲或纖維；動物纖維有豬鬃、馬鬃或粗羊毛等。
所述有機質為下列之一或其中兩種或兩種以上的混合物①有機肥、②富含腐殖酸的泥炭、③富含腐殖酸的風化褐煤。
所述多孔輕質無機材料為下列之一或其中兩種或兩種以上的混合物①珍珠巖、②沸石、③膨脹蛭石、④硅藻土、⑤火山巖、多孔陶瓷等輕質多孔矽酸鹽無機材料、⑥竹炭。
所述膠粘劑為下列之一①天然乳膠、氯丁乳膠或丁氰乳膠等橡膠型膠粘劑，②聚醋酸乙烯、聚丙烯酸、聚氨酯、聚醯胺、聚氨酯等熱塑型膠粘劑，③環氧樹脂、酚醛樹脂、丙烯酸聚脂等熱固型膠粘劑，④環氧—聚醯胺、環氧—氯丁等混合型膠粘劑。
所述複合填料製成球形、或圓柱形、或立方體，外形尺寸為5～150mm。纖維和其它材料均勻分布，並通過混合、膠粘和定型等工藝保持一定空間或空隙；填料單元外緣的纖維成份可略高於填料內部或和填料內部相同。多孔輕質無機材料、有機質、菌劑和緩釋肥四種原料，可以是各自分開、分別製成粒徑為1～15mm任何形狀或無規則的顆粒；或以任意組合(任何兩者、三者或全部四種)混合後一起後製成粒徑為1～20mm任何形狀或無規則的顆粒。
所述複合填料中可含有用於分解汙染物的微生物菌劑。所述菌劑是指含有能降解所需要處理廢氣中汙染物的混合降解菌菌種的製劑。如在處理含二氯甲烷、甲苯等有機汙染物的工業廢氣時，採用我們自己研發的BFP-C01型菌劑，該菌劑主要含假單胞菌、鹽桿菌、黃單胞菌、芽孢桿菌和放線菌分枝桿菌等高效降解菌以及與其結合的有機和無機載體、促生劑和礦物質。
所述複合填料中還可含有體積為非金屬絲狀材料、有機質、多孔輕質無機材料總體積0.1～0.2％的緩釋肥料。所述緩釋肥料是指含有適宜比例氮、磷、鉀、鈣、鎂和其它微量元素的特製緩釋複合肥料，或任何商品緩釋肥料。如通過聚合物包膜控制釋放的市售商品「愛貝施控施肥-木本植物用肥17-5-11」，其控制釋放期為12個月。
本發明還涉及製備所述的用於生物濾床的複合填料的方法，所述複合填料質量組分組成如下非金屬絲狀材料20～40％、有機質20～40％、多孔輕質無機材料20～40％，所述的複合填料按如下方法製備得到(1)將非金屬絲狀材料絲預處理，所述的預處理包括化學浸泡(如原料山棕纖維需事先用8～10％的鹼浸泡15～18小時)、整理、切斷或捲曲。
(2)其它原料預處理將非金屬絲狀材料以外的組分原料可以直接用商品顆粒或先造粒；也可取不規則形狀，但需事先篩分去除粉末。
(3)把預處理後的非金屬絲狀材料和其它預處理後的原料混合後採用噴膠膠合、縫合、或進模等工藝定型。
本發明所述的用於生物濾床的複合填料的有益效果主要體現在(1).由於所選用的非金屬絲狀材料的剛性和彈性、不易腐爛，以及它和其它材料間的所保持的足夠空間和空隙，且質輕這些特點，有效改進了填料層的透氣情況，減少了氣流阻力，延長了其使用壽命；也明顯減少了通常的生物濾床填料因長期使用的壓實現象；(2).有利於微生物生長繁殖，單位體積所生長的微生物數量大，故有利於高效穩定去除廢氣中的汙染物。
(3).本發明複合填料中所含有的有機質，既是微生物的掛載的場所，又能提供養份和保存水份。有利於微生物在廢氣負荷低、不穩定甚至在長期停工等不利情況下，使微生物活性或菌種得到保持。
(4).本發明複合填料中通過調節適宜的不同原料間相對比例，特別是無機和有機成份的相對比例，使填料能總是能保持合適的含水量，有利於微生物生長。
(5).本發明複合填料中可添加緩釋肥料，通過定期噴淋清水緩慢釋放以提供微生物生長所需的無機營養，節省了通常的生物過濾裝置需要配製營養液的設施投資費用和人工成本。
(6).本發明可在填料內部均勻混合少量的針對性的混合降解菌種，這些菌種可使生物反應器在安裝填料後不需要進行接種馴化，就能快速啟動，短期內使淨化廢氣達到設計預定效果。
圖1為實施例1所得複合填料結構示意圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明進行進一步描述，但本發明的保護範圍並不僅限於此實施例1膠粘棕纖維—泥炭/珍珠巖球狀複合填料1.填料製作(1)先將棕纖維絲縱橫交錯鋪層，噴天然膠乳粘結成厚10mm的支撐網，控制棕纖維絲網的密度為80～160kg/m3。然後把此棕纖維網在80～140℃下衝模定型8分鐘，製成外徑為50mm的棕纖維半球面，此時球殼厚減至6～8mm。
(2)另取上述棕纖維網和利用步驟(1)加工後的邊角料加工成10mmm見方的棕纖維塊B。
(3)取體積比為2∶3的泥炭和珍珠巖粉，並按總量0.15％體積比加入自製的BFP-A01型菌劑，該菌劑含高效降解三甲胺、有機硫等惡臭汙染物的菌種，充分混合均勻後製成直徑6～8mm的(泥炭+珍珠巖+菌劑)顆粒A，在40℃下乾燥成型。
(4)把步驟(3)所製成直徑6～8mm的顆粒A、10mmm見方的棕纖維塊B和顆粒型緩釋肥C(粒徑為2～3毫米，含16.1％的氮(N)、4.7％的磷(P2O5)等元素的市售商品「愛貝施控施肥-木本植物用肥17-5-11」)。三者充分均勻混合。A、B、C三者體積比例為38∶61.8∶0.2。
(5)取按第(1)條加工成兩個半圓棕纖維球殼，各自裝滿第(4)條所說的混合料，然後用線縫合併粘結，即得所述複合填料，其結構參見圖1。
按本方法製成的複合填料，由於其主要原料珍珠巖和棕纖維質輕，且泥炭比重也不大，故密度低，阻力降小。
2.應用效果把上述規格的複合填料安裝在一採用舊貨櫃改造的生物濾床內，安裝方式為亂堆但必須整體均勻，床層上部設置水噴淋系統。處理經冷卻至35℃以下的魚粉加工惡臭廢氣，廢氣中主要汙染物為三甲胺、濃度為110～380mg/m3，臭氣濃度為9000～12000(無量綱)，通過生物濾床的廢氣流量為2100m3/h。
由於該複合填料中添加了降解三甲胺和有機硫化物等混合降解菌的菌劑，生物反應器運行至第5天，淨化氣惡臭已基本消除。經測定，進出口氣體中的三甲胺各為176和0.4mg/m3；臭氣濃度各為9600和86。說明生物濾床已經除去了99.8％的三甲胺和99％的臭氣濃度。
該生物濾床自2005年5月安裝後開始運行至今已16個月，實際運行10個月(因夏季休漁期魚粉加工廠停工3個月)，至今效率仍未降低，只需每天早晚各噴淋一次清水，每次3分鐘。在開始啟動或停工後再次啟動時都沒有進行接種，在此期間沒有添加或補充任何材料。擬在實際運行12個月後在生物濾床表層均勻散布50升顆粒型緩釋肥C。
系統壓降在上升氣速為52.6mm/s情況下，穩定在298～416Pa/m之間。
實例2膠粘維綸和聚醯胺絲—顆粒有機肥—膨脹蛭石—竹炭複合填料1.填料製作(1)準備好商品有機複合肥A，即市售河北省正定縣環發有機肥公司生產的φ3mm柱狀顆粒有機肥，系用雞糞發酵製作。
(2)準備好粒徑3～6mm膨脹蛭石B，粒徑3～10mm的碎竹炭C。
(3)把上述A、B和C三種原料，各三分之一等體積混合，自然乾燥後備用。
(4)把直徑0.5mm的醛化維綸絲的聚醯胺絲，切成長20～100cm的長度後備用。
(5)取上述比例為68.1％醛化維綸絲和31.9％聚醯胺絲均勻混合，縱橫交錯鋪層厚10mm、長寬均為100cm的支撐網，噴J-58型聚氨酯膠粘結，15分鐘後用鋼板壓實減至成厚5mm的合成纖維支撐網，共製作兩塊。
(6)取一塊按步驟(5)製作的支撐網，上面鋪厚15mmm按上述步驟(3)所準備好的混合顆粒，然後在混合顆粒和另一塊按步驟(5)製作的支撐網上噴J-58型聚氨酯膠，立即粘結，並用2cm厚的木板壓2小時後使其整體平整。取下木板，即成總厚度為25mm的複合填料塊，自然乾燥放置24小時。
(7)把按步驟(6)製成的複合填料塊切割成25mm×20mm×20mm的方塊，即成所需的複合填料。
按本方法製成的複合填料，由於其主要原料膨脹蛭石、竹炭珍珠巖和棕纖維質輕，同樣做到了密度低，阻力降小。
本填料在工業應用時，可先切割成寬50mm的細長條，然後再縫合或粘合兩端，成φ50×50mm的圓柱體。
2.應用效果把上述規格的複合填料均勻安裝在規格為DN150×600、有效體積為6.36升的有機玻璃填料塔內，按生物濾床操作方式運行，處理濃度為600～1000mg/m3的甲苯廢氣，廢氣最大處理量為4.0m3/h。
甲苯廢氣預先進行加溼處理後進入填料塔，生物填料塔內溫度控制在25～35℃間，按通常方法接種啟動，培養生物膜。
16天後通過有機玻璃觀察，暴露在甲苯廢氣中的複合填料塊表面可見明顯的菌斑。
用氣相色譜法分析進出口氣流中的甲苯濃度，結果表明，進出口氣體中的甲苯濃度各為864.0和16.4mg/m3，說明生物濾床已經除去了98.1％的甲苯。
該生物濾床已運行了13個月，效率仍未降低，只需每天噴淋一次含少量氮磷等元素的無機營養液，在此期間沒有添加或補充任何材料。
系統壓降在上升氣速為52.6mm/s情況下，穩定在284～371Pa/m之間。
權利要求
1.一種用於生物濾床的複合填料，其特徵在於所述複合填料主要由非金屬絲狀材料，有機質和多孔輕質無機材料組分混合，所述的非金屬絲狀材料為支撐物，經膠粘劑粘連、再經定型製得；所述的組分質量含量如下非金屬絲狀材料10～60％、有機質10～60％、多孔輕質無機材料10～60％。
2.如權利要求1所述的用於生物濾床的複合填料，其特徵在於所述非金屬絲狀材料為下列之一或其中兩種或兩種以上的混合物①植物纖維、②動物纖維、③高分子合成材料。
3.如權利要求1所述的用於生物濾床的複合填料，其特徵在於所述的金屬絲狀材料為下列之一或其中兩種或兩種以上的混合物①山棕纖維、②椰殼纖維絲、③竹木纖維絲、④豬鬃、⑤馬鬃粗羊毛、⑥聚丙烯製作的拉絲或纖維、⑦聚乙烯製作的拉絲或纖維、⑧聚醯胺製作的拉絲或纖維。
4.如權利要求1所述的用於生物濾床的複合填料，其特徵在於所述有機質為下列之一或其中兩種或兩種以上的混合物①有機肥、②富含腐殖酸的泥炭、③富含腐殖酸的風化褐煤。
5.如權利要求1所述的用於生物濾床的複合填料，其特徵在於所述多孔輕質無機材料為下列之一或其中兩種或兩種以上的混合物①珍珠巖、②沸石、③膨脹蛭石、④硅藻土、⑤多孔矽酸鹽無機材料、⑥竹炭。
6.如權利要求1所述的用於生物濾床的複合填料，其特徵在於所述膠粘劑為下列之一①橡膠型膠粘劑、②熱塑型膠粘劑、③熱固型膠粘劑、④混合型膠粘劑。
7.如權利要求1～6之一所述的用於生物濾床的複合填料，其特徵在於所述複合填料製成球形、或圓柱形、或立方體，粒徑為5～150mm。
8.如權利要求1～5之一所述的用於生物濾床的複合填料，其特徵在於所述複合填料中還含有用於分解汙染物的微生物菌劑。
9.如權利要求8所述的用於生物濾床的複合填料，其特徵在於所述複合填料中還含有體積為非金屬絲狀材料、有機質、多孔輕質無機材料總體積0.1～0.2％的緩釋肥料。
10.製備如權利要求1所述的用於生物濾床的複合填料的方法，其特徵在於所述複合填料質量組分組成如下非金屬絲狀材料20～40％、有機質20～40％、多孔輕質無機材料20～40％，所述的製備方法為(1)將非金屬絲狀材料絲預處理，所述的預處理包括化學浸泡改性、整理、切斷、捲曲；(2)其它原料預處理將非金屬絲狀材料以外的組分原料直接選用商品顆粒、或造粒、或篩分去除粉末取不規則形狀；(3)把預處理後的非金屬絲狀材料和其它預處理後的原料混合後定型。
全文摘要
本發明提供了一種用於生物濾床的複合填料，所述複合填料主要由非金屬絲狀材料，有機質和多孔輕質無機材料組分混合，所述的非金屬絲狀材料為支撐物，經膠粘劑粘連、再經定型製得；所述的組分質量含量如下非金屬絲狀材料10～60％、有機質10～60％、多孔輕質無機材料10～60％。本發明複合填料所選用的非金屬絲狀材料的剛性和彈性、不易腐爛，以及它和其它材料間的所保持的足夠空間和空隙，且質輕這些特點，有效改進了填料層的透氣情況，減少了氣流阻力，延長了其使用壽命；也明顯減少了通常的生物濾床填料因長期使用的壓實現象。
文檔編號B01J19/30GK1935333SQ200610053480
公開日2007年3月28日 申請日期2006年9月20日 優先權日2006年9月20日
發明者陳建孟, 王家德, 王毓仁, 朱潤曄 申請人:浙江工業大學