污水处理用新型填料结构、配方及其制造设备、方法与流程

本发明涉及污水处理技术领域，更具体地说，它涉及一种污水处理用新型填料结构、配方及其制造设备、方法。

背景技术：

污水处理的生物法，就是利用微生物新陈代谢功能，使污水中呈溶解和胶体的有机污染物被降解并转化为无害的物质，使污水得以净化。在污水生物膜法处理工艺中，填充的填料是其核心部分。填料是生物膜赖以栖息的场所，是生物膜的载体，影响着微生物的生长、繁殖、脱落和形态及空间结构，同时兼有截留悬浮物质的作用，填料的配置直接影响着整个污水处理的效率。

现有技术中，如专利公告号为cn210438475u的中国专利，提出了一种便于安装的城镇污水处理用生物填料，其整体框架设置为内外环结构，内外环上设置有多个安装孔，利用上述安装孔设置有多条醛化纤维，外环由于重力，内环和外环呈圆台状，使得内环和外环上的醛化纤维均能够在污水体中丝束分散均匀，易生膜、换膜，增强污水处理效果。

和上述现有技术相类似，现有生物填料的主要改进还是在于结构本身，尽可能充分的增大微生物的附着面积以及污水与填料之间的接触面积。但污水的处理效率不仅与微生物的数量有关，还和微生物的生物活性有着密切的关联，当前污水处理所用的生物填料除了接触面积有限外，也缺少对微生物活性的激活和对微生物反应微环境的改善。

技术实现要素：

针对实际污水处理中生物填料接触面积小，微生物活性较低，影响污水处理效率这一问题，本发明目的一在于提出一种污水处理用新型填料结构，其能够有效增大生物填料与污水之间的接触面积，提升污水处理效率，便于生产。本发明目的二在于提出一种污水处理用新型填料的配方，基于上述配方，能够有效改善生物填料中微生物的活性以及微生物反应的微环境。本发明目的三在于提出一种污水处理用新型填料的制造设备，其能够高效的制备出上述生物填料。基于上述污水处理用新型填料的制造设备，本发明目的四在于提出一种污水处理用新型填料的制造方法。具体方案如下：

一种污水处理用新型填料结构，包括呈中空设置的填料本体，上述填料本体沿其轴向设置有主流体通道，所述主流体通道的侧壁上沿其周向开设有多个辅流体通道，多个所述辅流体通道的截面呈弧形扇面状且开口与主流体通道相连通；

所述填料本体的表面开设有用于增加微生物与污水接触面积的附着生长槽。

通过上述技术方案，在使用过程中，主流体通道为污水的流动提供主要通道，在上述通道中污水的流速较快，水压较小，在辅流体通道中脱落的老化生物膜能够被吸到主流体通道中并迅速排出，辅流体通道设置成弧形扇面结构，保证了辅流体通道中的污水流速稳定，给予微生物与污水中有机污染物充分的接触面积及接触时间，同时，主流体通道中的脱落的老化生物膜也不易重新进入到辅流体通道中。位于填料本体外侧表面的附着生长槽则大大增加了生物调料与污水的接触面积。

进一步的，所述填料本体整体呈片状或柱状，所述主流体通道呈圆柱形，多个辅流体通道均匀环绕所述主流体通道设置；

所述主流体通道、辅流体通道与填料本体之间呈实心设置。

通过上述技术方案，根据使用环境的属性，例如所在厌氧、缺氧、好氧工艺段，以及是否采用mbbr工艺，可以灵活选择以不同形态设置的填料本体，片状填料尤其适用于好氧曝气环境，或用生物绳串联后作为组合填料使用，而圆柱体填料适用于所有生物降解场合，适用范围广。

进一步的，所述附着生长槽绕填料本体周向均匀设置且截面呈圆弧状。

通过上述技术方案，方便污水流动的同时提供更大的表面积供微生物附着生长，增加微生物与污水的接触面积。

一种污水处理用新型填料配方，应用于如前所述的污水处理用新型填料结构，包括：合成树脂、磁性材料、沸石、发泡剂；

其中，所述合成树脂的重量占上述原材料总重的30%~80%，上述磁性材料重量占比10%~30%，上述沸石重量占比10%~30%，上述发泡剂重量占比5%~20%。

通过上述技术方案，在生物填料中加入磁性材料，在磁性材料之间形成磁化空间，能够将通过上述磁化空间的污水磁化，磁化后的污水会产生较多的自由活性基团，能够提升微生物的活性，提升其对污水的处理效率。

进一步的，所述合成树脂占比60%，磁性材料占比20%，沸石占比10%，发泡剂占比10%；或

合成树脂占比50%，磁性材料占比20%，沸石占比20%，发泡剂占比10%。

通过上述技术方案中的第一配比，对于污水生物降解工艺来说，用于好氧曝气区，尤其是mbbr工艺时，填料挂膜后应与水的比重接近，以呈现上下翻滚的混合态。通过上述技术方案中的第二配比，对于其他非好氧曝气区或者滤池类好氧区时，则填料比重较重，保证更好的磁化生物激活和氨氮吸附能力。

进一步的，所述合成树脂配置为烯烃类树脂或醛化纤纶；

所述磁性材料配置为软磁材料和/或硬磁材料；

所述沸石可采用天然沸石、人工沸石、改性沸石或其结合；

所述发泡剂配置为硬酯酸锌酯或硬脂酸钙或活性氧化锌。

一种污水处理用新型填料制造设备，用于制备如前所述的污水处理用新型填料配方所成的生物填料，包括：

原料混合段，包括混合段壳体以及设置于壳体内的搅拌输出装置，用于将生产生物填料的原料进行混合并输出；

加热熔融段，包括一与所述原料混合段的混合输出口相连通的加热通道，接收原料混合段输出的混合体，将其加热至设定温度并输出；

挤压塑形段，与所述加热熔融段相连通，内置有塑形模具，配置为用于将加热后的混合体挤压成型至设定形状及大小；

切割段，包括至少一个与所述挤压塑形段输出口相垂直设置的切割刀片，用于将挤压成型后的混合体分割至设定长度的段状结构；

冷却段，用于对自切割段输出的段状混合体进行冷却；

磁化激活段，包括一与所述冷却段相连通的磁化通道，用于对混合体中的磁性材料进行充磁并输出，生成所述生物填料。

通过上述技术方案，首先将原料按照如前所述的配比加入到原料混合段中，由原料混合段进行混合，而后加热并挤压成型，在挤压成型并冷却后对上述混合体进行磁化，使之内部形成多条具有磁化作用的微观的磁化通道，利于激活生物填料上的微生物活性，提升污水处理效率。同时，上述制造设备，也能够实现生物填料的持续快速不间断生产。

进一步的，所述加热熔融段包括加热管、设置于加热管中的加热装置以及与所述加热管同轴设置的螺旋推送装置，所述加热管上设置有与所述原料混合段相连通的入料口，所述加热管靠近挤压塑形段的一端管径逐渐减小且与所述挤压塑形段同轴连通。

通过上述技术方案，能够将混合后的原料均匀加热并向原料提供向前推进的推进力。

进一步的，所述冷却段包括与切割段中的管体相连通的冷却管，以及套设于所述冷却管外壁上的冷却罩体，所述冷却管与冷却罩体之间形成水冷空间，所述冷却罩体上开设有进水口与出水口，所述进水口与出水口分别与外部冷却水管相连通。

通过上述技术方案，能够根据需要对切割后的混合体进行冷却。

进一步的，本发明还提出了一种污水处理用新型填料制造方法，基于如前所述的污水处理用新型填料制造设备，包括如下步骤：

s1，原料混合步骤，将合成树脂、磁性材料、沸石和发泡剂的粉末以设定速率及搅拌方式混合均匀；

s2，移送加热步骤，将混合均匀的原料加热至设定温度并设定的压力及速度推送输出；

s3，挤压塑形步骤，将混合加热后的原料按照设定形状挤压成型并输出；

s4，切割冷却步骤，将挤压塑形后的原料切割并冷却至设定温度；

s5，磁化激活步骤，利用磁化通道，激活成型后的原料中的磁性材料，于磁性材料颗粒之间形成预设强度大小的磁场；

s6，成型输出。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明通过不同材料的混合和配比，制作利于生物附着生长、耐生物降解，且具有降解反应微环境调节和增加生物降解活性功能的特殊材料。新型填料结构结合其配方，不仅增大生物填料的接触面积，也能激活微生物活性，改善微生物反应微环境

附图说明

图1为本发明生物填料的断面示意图；

图2为本发明塑形模具的断面示意图；

图3为本发明污水处理用新型填料制造设备的结构示意图。

附图标记：1、填料本体；2、主流体通；3、辅流体通道；4、附着生长槽；5、原料混合段；50、壳体；51、双螺旋锥形混合机；6、加热熔融段；60、加热管；61、加热装置；62、螺旋推送装置；7、挤压塑形段；70、塑形管体；71、塑形模具；8、切割段；80、切割刀片；9、冷却段；90、冷却管；91、冷却罩体；92、进水管；93、出水管；10、磁化激活段。

具体实施方式

在现有的污水生物膜法处理工艺中，技术的改进方向往往是如何增加生物填料上微生物与污水之间的接触面积，而并没有充分考虑到微生物的活性提升上，导致污水处理的效率得不到有效的提升。

下面结合实施例及图对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。

一种污水处理用新型填料结构，如图1所示，包括呈中空设置的填料本体1，上述填料本体1沿其轴向设置有主流体通2道，主流体通2道的侧壁上沿其周向开设有多个辅流体通道3，多个辅流体通道3的截面呈弧形扇面状且开口与主流体通2道相连通。

优选的，上述填料本体1整体呈圆片状或圆柱状，主流体通2道呈圆柱形，辅流体通道3设置为8个且均匀环绕主流体通2道设置。辅流体通道3与主流体通2道之间的连接处的宽度不小于1mm，以便于污染物的传质，同时脱落后的老化生物膜也能够从辅流体通道3进入到主流体通2道中。在使用过程中，主流体通2道为污水的流动提供主要通道，在上述通道中污水的流速较快，水压较小，在辅流体通道3中脱落的老化生物膜能够被吸到主流体通2道中并迅速排出，辅流体通道3设置成弧形扇面结构，保证了辅流体通道3中的污水流速稳定，给予微生物与污水中有机污染物充分的接触面积及接触时间，同时，主流体通2道中的脱落的老化生物膜也不易重新进入到辅流体通道3中。

为了增加生物调料与污水的接触面积，填料本体1的表面开设有用于增加微生物与污水接触面积的附着生长槽4。所述附着生长槽4沿填料本体1的长度方向开设，且绕填料本体1的周向均匀设置。上述附着生长槽4的截面呈圆弧状。

在本实施例中，所述主流体通2道、辅流体通道3与填料本体1之间呈实心设置。如图1所示，基于上述结构设置，当生物填料中添加有磁性材料时，不仅能够在实心的生物填料内部形成微观的磁场环境，还能够在宏观环境中形成磁场环境，如在辅流体通道3中形成磁场，有利于污水水体的磁化，提升污水水体的活性。

优选的，在本实施例中，上述填料本体1呈片状设置，填料本体1的两侧面设置有与相邻填料本体1相契合的开槽及凸起，以便在使用时根据需要将多个片状的填料本体1组合成柱状结构。在特定的实施方式中，上述填料本体1上开设有连接通道，以便于将填料本体1与外部的生物绳或其它填料本体1相连接。

在实际使用中，根据使用环境的属性，例如所在厌氧、缺氧、好氧工艺段，以及是否采用mbbr工艺，可以灵活选择以不同形态设置的填料本体1，片状填料尤其适用于好氧曝气环境，或用生物绳串联后作为组合填料使用，而圆柱体填料适用于所有生物降解场合，适用范围广。

进一步优化的，上述填料本体1的结构拐角处均设置为倒圆角，以便于磁力线的均匀分布，使得污水能够快速均匀的磁化。

应用于上述污水处理用新型填料结构，本发明还提出了一种污水处理用新型填料配方，主要包括：合成树脂、磁性材料、沸石、发泡剂。

其中，合成树脂的重量占上述原材料总重的30%~80%，上述磁性材料重量占比10%~30%，上述沸石重量占比10%~30%，上述发泡剂重量占比5%~20%。

进一步详述的，上述合成树脂配置为烯烃类树脂或醛化纤纶，优选烯烃类树脂，进一步优选为聚乙烯、聚丙烯的其中一种或其混合物。进一步优选的，合成树脂为聚乙烯和聚丙烯的混合物。在本发明中，上述合成树脂用作粘接剂，形成填料骨架结构，并作为微生物栖息生长的主要载体。

在本发明中，磁性材料配置为软磁材料和/或硬磁材料，上述磁性材料充磁后，在填料本体1内部和表面空隙中形成微磁场，对污水进行磁化，提高传质速率，同时刺激微生物的生长活性，使其生物降解速率更快，效率更高。由于本发明中磁性材料主要用于提供微磁化环境，且从材料易得性和性价比角度考虑，磁性材料优选软磁材料，例如，优选铁氧体磁性材料，上述铁氧体磁性材料在磁场环境中可以被磁化。

在本发明中，上述沸石可采用天然沸石、人工沸石、改性沸石或其结合。沸石因其硅铝氧四面体分子筛结构，具有丰富的空隙和阳离子交换作用，因此可以提供更多的比表面积供微生物附着生长，并且可以吸收富集臭气成分，借微生物降解去除。沸石与磁化材料联用，提供了更多的微态磁化场，促进物化和生化反应，并刺激微生物的生长活性。另外沸石因其优异的阳离子交换性能，可以吸收有害重金属和氨氮等阳离子成分，吸附的氨氮可以被硝化菌降解从而使沸石得到生物再生，恢复吸附能力，从而使系统具有更大的抗氨氮浓度负荷冲击的能力。

在本发明中，优选比表面积大于200m2/g，阳离子交换容量大于5mg/g的沸石。

本发明中，发泡剂用于为填料增加微细孔隙，为微生物附着生长提供更多的通道和表面积，以及更多的微磁场环境。采用市面上常用于合成树脂的发泡剂，如硬酯酸锌酯或硬脂酸钙或活性氧化锌等。

于污水生物降解工艺而言，用于好氧曝气区，尤其是mbbr工艺时，填料挂膜后应与水的比重接近，以呈现上下翻滚的混合态，此时上述生物填料的重量占比优选为：合成树脂占比60%，磁性材料占比20%，沸石占比10%，发泡剂占比10%。

而对于其它非好氧曝气区或者滤池类好氧区，则填料比重可以较重，为保证更好的磁化生物激活和氨氮吸附能力，上述重量比优选为：合成树脂占比50%，磁性材料占比20%，沸石占比20%，发泡剂占比10%。

应当指出，上述针对于两种不同使用工况的重量配比仅是优选实施方式，在具体实施方式中，可以根据实际需求加以修改。

如图2和图3所示，本发明还提出了一种污水处理用新型填料制造设备，用于制备如前的污水处理用新型填料配方所成的生物填料，主要包括：原料混合段5、加热熔融段6、挤压塑形段7、切割段8、冷却段9和磁化激活段10。

上述原料混合段5包括混合段壳体50以及设置于壳体50内的搅拌输出装置，用于将生产生物填料的原料进行混合并输出。如前所述，上述原料包括合成树脂、磁性材料、沸石、发泡剂等。混合时将上述原料以固体粉末的方式放置到壳体50中。

上述壳体50呈漏斗状设置，所述搅拌输出装置包括双螺旋锥形混合机51、三维摆动混合机槽型混合机等市面常用混合设备，优选采用双螺旋锥形混合机51。

加热熔融段6包括一与原料混合段5的混合输出口相连通的加热通道，接收原料混合段5输出的混合体，将其加热至设定温度并输出。

详述的，所述加热熔融段6包括加热管60、设置于加热管60中的加热装置61以及与加热管60同轴设置的螺旋推送装置62，加热管60上设置有与原料混合段5相连通的入料口，加热管60靠近挤压塑形段7的一端管径逐渐减小且与挤压塑形段7同轴连通。

所述加热装置61包括设置于加热管60上的电热组件，如电热丝等，上述电热组件通电产热并将热量传输至加热管60道内部，当混合后的原料经过上述加热管60后，原料中的树脂熔融，便于后期成型固化。采用螺旋推送装置62也能够让原料混合体在行进的过程中与加热管60壁充分的接触，使得混合体受热均匀。

挤压塑形段7包括一塑形管体70，上述塑形管体70与加热熔融段6的加热管60相连通且一体成型设置。所述塑形管体70内置有塑形模具71，配置为用于将加热后的混合体挤压成型至设定形状及大小。上述塑形模具71的截面如图2所示。

优选的，为了方便更换塑形模具71，塑形管体70上绕其轴向开设有多个螺纹孔，上述塑形模具71的外侧边缘设置有与上述螺纹孔位置大小相适配的螺纹槽，使用时将塑形模具71移动至塑形管体70中的对应位置，让螺纹孔与螺纹槽相对应，而后利用螺栓将二者锁紧固定。

如图3所示，加热管60与塑形管体70之间设有一冷却区段，上述冷却区段可以使得混合加热后的原料混合体稍加冷却，便于成型。

在本发明中，切割段8包括至少一个与挤压塑形段7输出口相垂直设置的切割刀片80，用于将挤压成型后的混合体分割至设定长度的段状结构。如图3所示，上述切割段8上沿其断面开设有刀槽，切割刀片80活动设置于上述刀槽中并由驱动件驱动进行来回往复动作。上述切割刀片80的驱动件可以配置为伸缩气缸，利用伸缩气缸的来回往复运动带动上述切割刀片80运动，进而切割加热成型后的混合体。实际生产中，通过控制螺旋推送装置62的推进速度以及切割刀片80来回往复运动的时间间隙，便可以控制各段混合体，即填料本体1的长度。

本发明中，冷却段9用于对自切割段8输出的段状混合体进行冷却，采用间接非接触的方式进行冷却，包括如下与切割段8的管体同轴设置的冷却管90，切割成型后的混合体经过冷却管90进入到磁化激活管中。上述冷却管90的外部套设有一冷却罩体91，冷却罩体91与冷却管90之间形成冷却空间。所述冷却罩体91上开设有进水口与出水口，上述进水口与出水口分别与外部的进水管92以及出水管93相连通。冷却时，向冷却罩体91中通入设定温度的冷却水，带走冷却管90中的热量。

为了精准控制冷却温度，上述进水管92、出水管93与一储水容器相连通，利用管路中的水泵驱动水体流动，并利用冷却设施对储水容器中的水体进行温度调节。

在本实施例中，上述加热管60、塑形管道、冷却管90均可采用不锈钢材料制成。

在本发明中，磁化激活段10包括一与冷却段9相连通的磁化通道，用于对混合体中的磁性材料进行充磁并输出，最终生成前述的生物填料。上述磁化通道与冷却管90同轴连接，具体可以采用法兰连接。磁化通道外部围绕设置有永磁体或电磁体，用于生成设定强度大小的磁场以对混合体中的磁性材料进行充磁。经过冷却段9的生物填料降温至一定程度，有利于填料磁化，否则温度过高容易消磁。磁化激活后的生物填料即为最终产品。

基于上述污水处理用新型填料制造设备，进一步的，本发明还提出了一种污水处理用新型填料制造方法，包括如下步骤：

s1，原料混合步骤，将合成树脂、磁性材料、沸石和发泡剂的粉末以设定速率及搅拌方式混合均匀；

s2，移送加热步骤，将混合均匀的原料加热至设定温度并设定的压力及速度推送输出；

s3，挤压塑形步骤，将混合加热后的原料按照设定形状挤压成型并输出；

s4，切割冷却步骤，将挤压塑形后的原料切割并冷却至设定温度；

s5，磁化激活步骤，利用磁化通道，激活成型后的原料中的磁性材料，于磁性材料颗粒之间形成预设强度大小的磁场。

上述步骤s2中，加热温度为100摄氏度~250摄氏度，优选为150摄氏度~200摄氏度。为了避免其它物料成分在重力作用下发生不均匀分布，熔融态时间不超过60s。

在步骤s4中，冷却后的半成品温度设置为40摄氏度以下，优选为30摄氏度，便于后期磁化操作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。