一种核壳式结构的微生物载体及浮沉式治理污染水体的方法
【专利摘要】本发明公开一种核壳式结构的微生物载体，包括外壳体、球芯体和防护网套，所述外壳体和所述球芯体均为多孔微隙结构，所述外壳体经过好氧微生物培养着床熟化处理，所述球芯体经过厌氧微生物培养着床熟化处理，所述球芯体置于所述外壳体之中，并在所述外壳体的外部包覆一层所述防护网套。本发明通过厌氧菌产气自动上浮，和水面富氧氮气释放下沉，来高效低能耗的利用生物反应处理污水，针对污水水体上层富氧和底层厌氧的不同环境，分别发挥好氧/厌氧菌的生物学反应优势，实现高效低能耗的污水降解处理。本发明同时公开了一种所述核壳式结构的微生物载体的制造方法和一种浮沉式治理污染水体的方法。
【专利说明】
一种核壳式结构的微生物载体及浮沉式治理污染水体的方法
技术领域
[0001]本发明是一种核壳式结构的微生物载体及浮沉式治理污染水体的方法，属于污水处理的生物工程技术领域。
【背景技术】
[0002]污水的生物处理是一个微生物生命进程的自然过程，相比物理和化学处理方法投资少能耗低。
[0003]污水生物处理一般分为好氧微生物处理和厌氧生微物处理而，这两类微生物生存的氧环境条件需求截然相反，同时各自都有不可替代的生物化学反应优势。为了充分发挥两类生物不同的优势，通常将污水在时序和空间上分开分别经历“厌氧”和“好氧”这两道工序，以求污水处理生物降解的高效彻底。
[0004]因为好氧/厌氧微生物生存条件的差异和不相容，在进行两种生物过程反应的的过渡和转换时，需要分别在时间上或空间上对环境进行厌氧/好氧的条件分割转换，继而对菌群进行厌氧/好氧菌群的转换重新培育，这都将占用和耗用大量时间和场地，造成污水处理生物方法推广应用的耗时长占地面积大的低率瓶颈，严重制约了污水生物处理技术的推广应用。
[0005]在自然界中的水体，尤其是静止水体，无论自然的还是人工的水体，尤其是富营养污染严重的水体，其从底层自下而上自然呈现缺氧到富氧的水层，当然是由于水体表面接触氧含量高的大气而呈富氧态，而底部生物活动耗尽氧气而呈缺氧状态。
[0006]通过人工搅动上下水体，可以实现这种厌氧/好氧微生物群交替作用，但是装置昂贵且耗能。
[0007]相对现有污水生物处理中必须在空间或时序上设置好氧/厌氧生物反应不相容的宏观环境的技术弱点，本发明提出了一种设置好氧/厌氧相容的微观环境的技术方法，通过厌氧菌产气自动上浮，和水面富氧氮气释放下沉，来高效低能耗的利用生物反应处理污水的新方案。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种核壳式结构的微生物载体及浮沉式治理污染水体的方法，通过厌氧菌产气自动上浮，和水面富氧氮气释放下沉，来高效低能耗的利用生物反应处理污水，针对污水水体上层富氧和底层厌氧的不同环境，分别发挥好氧/厌氧菌的生物学反应优势，实现高效低能耗的污水降解处理。
[0009]本发明的目的通过以下技术方案来具体实现:
[0010]—种核壳式结构的微生物载体，包括外壳体、球芯体和防护网套，所述外壳体和所述球芯体均为多孔微隙结构，所述外壳体经过好氧微生物培养着床熟化处理，所述球芯体经过厌氧微生物培养着床熟化处理，所述球芯体置于所述外壳体之中，并在所述外壳体的外部包覆一层所述防护网套。
[0011]进一步的，在所述球芯体与所述外壳体之间放入若干个发泡塑料小球调节比重，并保证所述球芯体与所述外壳体同心布置，同时也要求发泡塑料小球均匀的分布在所述球芯体和所述外壳体之间。
[0012]所述外壳体和所述球芯体采用黏土、活性碳颗粒、碳纤维丝、有机纤维和无机纤维丝制成。
[0013]所述无机纤维丝包括石棉纤维丝、矿物纤维丝、玻璃纤维丝中的任一种和碳纤维丝;优选地，所述碳纤维丝、有机纤维丝、无机纤维丝的直径在10微米-200微米、长度不超过10mm，所述活性炭颗粒的粒度在30-200目之间。
[0014]其中，所述黏土占体积份数的40%，所述活性炭颗粒占体积份数的30%，，所述有机纤维优选为聚乙烯纤维，占体积份数的15 %，所述无机纤维丝占体积份数的15 %，所述无机纤维丝中的碳纤维丝占体积份数的10%，其他无机纤维丝占体积份数的5%。
[0015]所述防护网套采用塑料网、钢丝网、铝合金网或铁丝网的任意一种。
[0016]—种所述核壳式结构的微生物载体的制造方法，所述外壳体分成两个半壳体，由两个半壳体对接而成，所述外壳体的两个半壳体和所述球芯体分别由黏土、活性碳颗粒、碳纤维丝原料、有机纤维和无机纤维丝经过捏炼混合，然后冲压成型后阴干，再进行保护气氛烧结成型，控制所述有机纤维在烧结过程中汽化形成孔隙，并且所述碳纤维丝原料在烧结时碳化，形成活性碳颗粒间的碳纤维丝通道;将所述外壳体的两个半壳体经过好氧微生物培养着床熟化处理，将所述球芯体经过厌氧微生物培养着床熟化处理后，将所述球芯体放入两个半壳体扣合而成的外壳体中，并在所述外壳体的外部包覆一层防护网套。
[0017]进一步的，在所述球芯体和所述外壳体之间的间隙中放入若干个发泡塑料小球调节比重，并保证所述球芯体与所述外壳体同心布置，同时也要求发泡塑料小球均匀的分布在所述球芯体和所述外壳体之间。
[0018]所述有机纤维采用低温挥发的有机纤维，如聚乙烯类纤维。
[0019]所述防护网套采用塑料网、钢丝网、铝合金网或铁丝网的任意一种。
[0020]所述黏土占体积份数的40%，所述活性炭颗粒占体积份数的30%，所述有机纤维优选为聚乙烯纤维，占体积份数的15%，所述无机纤维丝占体积份数的15%。
[0021]—种浮沉式治理污染水体的方法，采用至少内、外两层多孔微隙结构的载体，其中位于外部的多孔微隙结构经过好氧微生物培养着床熟化处理，位于内部的多孔微隙结构经过厌氧微生物培养着床熟化处理，使载体在沉入水体底部时，厌氧菌消化氨氮产生氮气并存留在载体的多孔微隙结构中，载体的比重减小而向上浮动至水面，在载体浮出水面时，载体外层的好氧菌开始消解水体中的有机污染成分，同时保持位于内部的厌氧菌处于厌氧环境;当载体浮在水面时，载体外部的多孔微隙结构中的氮气释放到大气中，从而使载体的多孔微隙结构逐渐充水，随着比重增加而重新沉入水体底部，以此循环。
[0022]优选的，所述载体采用球形结构，载体的内、外两层多孔微隙结构也分别采用球形结构。
[0023]进一步的，在内、外两层多孔微隙结构之间加入若干个发泡塑料球来调节比重，并保证两层多孔微隙结构同心布置，同时也要求发泡塑料小球均匀的分布在两层多孔微隙结构之间。
[0024]更进一步的，在外层多孔微隙结构的外部包覆有一层保护网套。
[0025]所述防护网套采用塑料网、钢丝网、铝合金网或铁丝网的任意一种。
[0026]将制好的载体抛入待处理的污水水体之中，沉入污水水体底部的载体中的厌氧菌得到最适宜的厌氧环境，消化氨氮产生氮气，载体随着厌氧菌生产氮气的增加比重减轻逐步上浮至水面。载体的外壳中着床的好氧菌得到适宜的富氧环境条件，开始消解水体有机污染成分的工作，同时保持了载体内部的厌氧条件保护了厌氧菌群。当陶粒球体浮在水面时，载体外部表面的微隙接触到空气后，原水体张力造成的气阻迅速消失，迅速将载体内的氮气释放到大气中，载体通过微隙逐渐充满水，比重增加而沉入水底，由此开始下一个浮/沉一一好氧/厌氧消解处理污水的循环。
[0027]本发明公开一种由黏土复合材料制成的内外分层的核壳式结构的微生物载体，使得内球体和外壳体分别形成适宜厌氧/好氧菌群同时分别附着生存的微环境，且内外层相互联通便于传质和排气，外层由保护网套包覆。当污水水体的上下部分别形成厌氧/好氧环境时，投入其中的核壳式结构的微生物载体在内部厌氧好氧菌群的活动下，会自动在水体上下浮沉运动，分别消化各自所需要的污水有机物成分，实现污水有机物消解的目的，解决了传统污水生物处理过程中，由于厌氧/好氧时空的环境条件转换、厌氧/好氧微生物群落置换所造成的虽然设施造价、运行能耗低，但被低运行效率制约的技术瓶颈。
【附图说明】
[0028]下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
[0029]图1是本发明实施例所述核壳式结构的微生物载体的结构示意图。
[°03°]图2是外壳体的结构示意图。
【具体实施方式】
[0031 ] 实施例一
[0032]如图1-2所不，本发明实施例所述一种核壳式结构的微生物载体，包括外壳体1、球芯体2和防护网套4，所述外壳体I和所述球芯体2均为多孔微隙结构，所述外壳体I经过好氧微生物培养着床熟化处理，所述球芯体2经过厌氧微生物培养着床熟化处理，所述球芯体置于所述外壳体之中，并在所述外壳体I的外部包覆一层所述防护网套4，防止载体之间相互碰创及与边壁擦碰损坏。
[0033]进一步的，在所述球芯体2与所述外壳体I之间放入若干个发泡塑料小球3调节比重，并保证所述球芯体与所述外壳体同心布置，同时也要求发泡塑料小球均匀的分布在所述球芯体和所述外壳体之间。这样设计的好处在于，当载体浮出水面时，载体上部的气体首先释放出去，造成载体上部的比重大，所以使载体释放了气体的上部向下偏转，促使其他部分的气体释放。
[0034]所述外壳体I和所述球芯体2采用黏土、活性碳颗粒、碳纤维丝、有机纤维和无机纤维丝制成。
[0035]其中，所述黏土占体积份数的40%，作为微生物着床基材和球体结构及粘合剂；
[0036]所述活性炭颗粒占体积份数的30%，用于微生物附着床；
[0037]所述无机纤维丝包括石棉纤维丝、矿物纤维丝、玻璃纤维丝中的任一种和碳纤维丝;优选地，所述碳纤维丝、有机纤维丝、无机纤维丝的直径在10微米-200微米、长度不超过10mm，所述活性炭颗粒的粒度在30-200目之间。
[0038]所述有机纤维占体积份数的15%，采用低温挥发的有机纤维，有选为聚乙烯类纤维，使其在烧结时挥发形成排气管道，也可以作为污水因浓度差异传质通道；
[0039]所述无机纤维丝占体积份数的15%，起到耐高温，增强球壳作用，选用玻璃纤维、石英玻璃纤维、硼纤维、陶瓷纤维等。
[0040]其中所述无机纤维丝中的碳纤维丝占体积份数的10%，碳纤维丝原料如竹纤维在焙烧温度下，其增强球体结构作用，在焙烧时碳化，形成碳颗粒间的碳纤维丝通道，增强同种菌群的恢复力;其他无机纤维丝占体积份数的5%。
[0041]所述防护网套采用塑料网、钢丝网、铝合金网或铁丝网的任意一种。
[0042]实施例二
[0043]本实施例所述核壳式结构的微生物载体的制造方法，所述外壳体分成两个半壳体，由两个半壳体对接而成，在制成两半壳体时，对接的边缘处需要制成子母扣形式以便于扣合与黏结。
[0044]所述外壳体的两个半壳体和所述球芯体分别由黏土、活性碳颗粒、碳纤维丝原料、有机纤维和无机纤维丝经过捏炼混合，然后冲压成型后阴干，再进行保护气氛烧结成型。
[0045]外壳体的两个半壳体和球芯体，因为功能差别，配方比例不同。针对外壳体和球芯体，请分别给出优选的配方比例。
[0046]控制所述有机纤维在烧结过程中汽化形成孔隙，并且所述碳纤维丝原料在烧结时碳化，形成活性碳颗粒间的碳纤维丝通道;将所述外壳体的两个半壳体经过好氧微生物培养着床熟化处理，将所述球芯体经过厌氧微生物培养着床熟化处理后，将所述球芯体放入两个半壳体扣合而成的外壳体中，并在所述外壳体的外部包覆一层防护网套，防止载体之间相互碰创及与边壁擦碰损坏。
[0047]进一步的，在所述球芯体和所述外壳体之间的间隙中放入若干个发泡塑料小球调节比重，并保证所述球芯体与所述外壳体同心布置，同时也要求发泡塑料小球均匀的分布在所述球芯体和所述外壳体之间。这样设计的好处在于，当载体浮出水面时，载体上部的气体首先释放出去，造成载体上部的比重大，所以使载体释放了气体的上部向下偏转，促使其他部分的气体释放。
[0048]所述有机纤维采用低温挥发的有机纤维，如聚乙烯类纤维。
[0049]所述防护网套采用塑料网、钢丝网、铝合金网或铁丝网的任意一种。
[0050]所述黏土占体积份数的40%，所述活性炭颗粒占体积份数的30%，所述有机纤维优选为聚乙烯纤维，占体积份数的15 %，所述无机纤维丝占体积份数的15 %，所述无机纤维丝中碳纤维丝占体积份数的10%，其他无机纤维丝占体积分数的5%。
[0051 ] 实施例三
[0052]本实施例所述浮沉式治理污染水体的方法，采用至少内、外两层多孔微隙结构的载体，其中位于外部的多孔微隙结构经过好氧微生物培养着床熟化处理，位于内部的多孔微隙结构经过厌氧微生物培养着床熟化处理，使载体在沉入水体底部时，厌氧菌消化氨氮产生氮气并存留在载体的多孔微隙结构中，载体的比重减小而向上浮动至水面，在载体浮出水面时，载体外层的好氧菌开始消解水体中的有机污染成分，同时保持位于内部的厌氧菌处于厌氧环境；当载体浮在水面时，载体外部的多孔微隙结构中的氮气释放到大气中，从而使载体的多孔微隙结构逐渐充水，随着比重增加而重新沉入水体底部，以此循环。
[0053]优选的，所述载体采用球形结构，载体的内、外两层多孔微隙结构也分别采用球形结构。
[0054]进一步的，在内、外两层多孔微隙结构之间加入若干个发泡塑料球来调节比重，并保证两层多孔微隙结构同心布置，同时也要求发泡塑料小球均匀的分布在两层多孔微隙结构之间。
[0055]更进一步的，在外层多孔微隙结构的外部包覆有一层保护网套。
[0056]所述防护网套采用塑料网、钢丝网、铝合金网或铁丝网的任意一种。
[0057]将制好的载体抛入待处理的污水水体之中，沉入污水水体底部的载体中的厌氧菌得到最适宜的厌氧环境，消化氨氮产生氮气，载体随着厌氧菌生产氮气的增加比重减轻逐步上浮至水面。载体的外壳中着床的好氧菌得到适宜的富氧环境条件，开始消解水体有机污染成分的工作，同时保持了载体内部的厌氧条件保护了厌氧菌群。当陶粒球体浮在水面时，载体外部表面的微隙接触到空气后，原水体张力造成的气阻迅速消失，迅速将载体内的氮气释放到大气中，载体通过微隙逐渐充满水，比重增加而沉入水底，由此开始下一个浮/沉一一好氧/厌氧消解处理污水的循环。
[0058]本发明公开一种由黏土复合材料制成的内外分层的核壳式结构的微生物载体，使得内球体和外壳体分别形成适宜厌氧/好氧菌群同时分别附着生存的微环境，且内外层相互联通便于传质和排气，外层由保护网套包覆。当污水水体的上下部分别形成厌氧/好氧环境时，投入其中的核壳式结构的微生物载体在内部厌氧好氧菌群的活动下，会自动在水体上下浮沉运动，分别消化各自所需要的污水有机物成分，实现污水有机物消解的目的，解决了传统污水生物处理过程中，由于厌氧/好氧时空的环境条件转换、厌氧/好氧微生物群落置换所造成的虽然设施造价、运行能耗低，但被低运行效率制约的技术瓶颈。
【主权项】
1.一种核壳式结构的微生物载体，其特征在于，包括外壳体、球芯体和防护网套，所述外壳体和所述球芯体均为多孔微隙结构，所述外壳体经过好氧微生物培养着床熟化处理，所述球芯体经过厌氧微生物培养着床熟化处理，所述球芯体置于所述外壳体之中，并在所述外壳体的外部包覆一层所述防护网套。2.如权利要求1所述的一种核壳式结构的微生物载体，其特征在于，在所述球芯体与所述外壳体之间放入若干个发泡塑料小球调节比重，并保证所述球芯体与所述外壳体同心布置，同时也要求发泡塑料小球均匀的分布在所述球芯体和所述外壳体之间。3.如权利要求1或2所述的一种核壳式结构的微生物载体，其特征在于，所述外壳体和所述球芯体均采用黏土、活性碳颗粒、有机纤维丝和无机纤维丝制成。4.如权利要求3所述的一种核壳式结构的微生物载体，其特征在于，所述无机纤维丝包括石棉纤维丝、矿物纤维丝、玻璃纤维丝中的任一种和碳纤维丝;优选地，所述碳纤维丝、有机纤维丝、无机纤维丝的直径在10微米-200微米、长度不超过1mm，所述活性炭颗粒的粒度在30-200目之间。5.如权利要求4所述的一种核壳式结构的微生物载体，其特征在于，其中，所述黏土占体积份数的40%，所述活性炭颗粒占体积份数的30%，所述有机纤维丝采用低温挥发的有机纤维，优选为聚乙烯纤维，占体积份数的15%，所述无机纤维丝占体积份数的15%，所述无机纤维丝中的碳纤维丝占体积份数的10%，其他无机纤维丝占体积份数的5%。6.如权利要求1所述的一种核壳式结构的微生物载体，其特征在于，所述防护网套采用塑料网、钢丝网、铝合金网或铁丝网的任意一种。7.—种权利要求1-6之一所述核壳式结构的微生物载体的制造方法，其特征在于，所述外壳体分成两个半壳体，由两个半壳体对接而成，所述外壳体的两个半壳体和所述球芯体分别由黏土、活性碳颗粒、有机纤维丝和无机纤维丝经过捏炼混合，其中，所述无机纤维丝包括石棉纤维丝、矿物纤维丝、玻璃纤维丝中的任一种和碳纤维丝;然后冲压成型后阴干，再在保护气氛中进行烧结成型，控制所述有机纤维丝在烧结过程中汽化形成孔隙，并且所述碳纤维丝原料在烧结时碳化，形成活性碳颗粒间的碳纤维丝通道;将所述外壳体的两个半壳体经过好氧微生物培养着床熟化处理，将所述球芯体经过厌氧微生物培养着床熟化处理后，将所述球芯体放入两个半壳体扣合而成的外壳体中，并在所述外壳体的外部包覆一层防护网套。8.—种浮沉式治理污染水体的方法，其特征在于，采用至少内、外两层多孔微隙结构的载体，其中位于外部的多孔微隙结构经过好氧微生物培养着床熟化处理，位于内部的多孔微隙结构经过厌氧微生物培养着床熟化处理，使载体在沉入水体底部时，厌氧菌消化氨氮产生氮气并存留在载体的多孔微隙结构中，载体的比重减小而向上浮动至水面，在载体浮出水面时，载体外层的好氧菌开始消解水体中的有机污染成分，同时保持位于内部的厌氧菌处于厌氧环境;当载体浮在水面时，载体外部的多孔微隙结构中的氮气释放到大气中，从而使载体的多孔微隙结构逐渐充水，随着比重增加而重新沉入水体底部，以此循环。9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述载体采用球形结构，载体的内、外两层多孔微隙结构也分别采用球形结构。10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在内、外两层多孔微隙结构之间加入若干个发泡塑料球来调节比重，并保证两层多孔微隙结构同心布置，同时也要求发泡塑料小球均匀的分布在两层多孔微隙结构之间。11.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在外层多孔微隙结构的外部包覆有一层防护网套。12.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述防护网套采用塑料网、钢丝网、铝合金网或铁丝网的任意一种。
【文档编号】C02F3/30GK105884026SQ201610270976
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】罗璐
【申请人】罗璐