碳纤维材料核心技术
2013-03-28 09:31 分类：技术应用 来源：中国污水处理工程网
1生物碳纤维原位生物修复技术
生物碳纤维原位生物修复技术是在受污染区域直接进行污染水体的原位处理，不需要搬运或输送污染水体(包括底泥和岸边受污染的土壤)，直接采用微生物、酶与生物碳纤维为载体的自固定化技术对污染水体就地处理的净化处理。该技术在保证原有水体功能的同时实现了水质的净化处理，为被污染的水体提供了一个可靠的、卓有成效的修复方法，具有治理费用低、环境无影响、最大程度降解污染等特点。
2生物碳纤维浮岛技术
湖泊、河流等由于面积大等原因，利用一般工业或者生活污水采用的工艺不现实，所以选择生态浮岛工艺，在净化水质的同时也能起到景观的效果。其净化污水的机理为（1）水生植物能吸收污水中的N、P等有机物作为营养物质用于自身的合成；（2）水生植物的发达根系能分泌促进有机物降解的物质；（3）水生植物能遮蔽阳光，能抑制藻类的生长；（4）水生植物发达根系表面附着大量微生物能降解污染物。 但是，由于植物吸收能力有限，再加上根系上微生物量和种类有限等原因，导致这种传统的浮床工艺处理效果受限。
针对以上不足，围绕生物碳纤维材料，本中心提出采用人工浮岛+生物接触氧化的组合工艺处理河流、湖泊等微污染水体，将生物碳纤维与植物相结合，形成了生物碳纤维浮岛技术，由浮床框体、浮床床体、浮床基质、浮床植物、生物碳纤维材料五个部分组成。
生物碳纤维浮岛组合结构
本组合工艺具有以下几点优点：
（1）生物纤维材料具有高比表面积，吸附性能强，适应微生物生长及高强度等特点，完全解决了传统的生态浮岛存在的问题；
（2）生物纤维材料的性状与水生植物的根系有很好的相似性，利用水生植物和纤维填料附着的生物膜,强化植物与微生物之间的协同作用，提高微生物对水体的净化效果；
（3）生物纤维与床体的组合中放置于水中的纤维会受到水的牵引力，使得浮岛整体不容易移动，提高浮岛的稳定性和牢固性。
基于本中心的生物碳纤维浮岛技术，根据水生植物载体材料的差异，本中提出了4种用于污水处理的生物碳纤维浮岛组件，它们分别是：
（1）生物碳纤维填料+竹管浮岛；
（2）生物碳纤维填料+PVC管浮岛；
（3）生物碳纤维填料+聚乙烯泡沫浮岛；
（4）生物碳纤维填料+聚苯丙烯浮岛。
3生物碳纤维接触氧化技术
由于生物碳纤维具有高比表面积，强的吸附能力，因此本中心提出将其作为填料用于接触氧化池内，形成生物碳纤维接触氧化技术，该技术具有以下优势：
（1）BOD容积负荷高，污泥生物量大，处理效率较高，而且对进水冲击负荷的适应力强；
（2）处理时间短。因此在处理水量相同的条件下，所需装置的设备较小，因而占地面积小；
（3）能够克服污泥膨胀问题；
（4）有较高的生物浓度。
4生物碳纤维MBR技术
膜生物反应器（MBR）最大的特点便是用膜组件代替传统工艺中的二沉池进行固液分离以得到澄清的出水。以本中心研发的生物碳纤维双层平板膜为膜组件，形成了生物碳纤维MBR技术。与传统活性污泥法相比有以下明显优势：
（1）污染物去除率高，出水水质好。
（2）负荷变化适应强，耐冲击负荷。
（3）污泥排放量小。
（4）工艺流程短，系统设备简单紧凑，占地省。
（5）易实现自动化控制，维护简单，节省人力。
（6）系统启动速度快，水质可以很快达到处理要求。
并且，由于生物碳纤维双层平板膜的高吸附能力，该技术还具备了降低膜污染速度的优点。
生物碳纤维双层平板膜组件
5生物碳纤维+膜组件一体化反应器技术
生物碳纤维+膜组件一体化反应器是将生物碳纤维作为填料的接触氧化池与MBR膜反应器结合处理废水的反应器，进水先经过生物碳纤维材料的吸附和其表面生物净化作用之后进入MBR反应器中。活性碳纤维材料对COD的去除率在85%以上，氨氮去除率在60%以上。这种新型研发的一体化反应器技术采用碳纤维这种高吸附能力的材料作为膜组件的预处理，大大减少了膜污染的问题。不仅利用自身的吸附能力净化水质，而且它表面所形成生物膜能在很大程度上去除COD、氨氮、总磷。该技术具有以下优点：
（1）工艺参数易于控制；
（2）污泥产量低；
（3）设备紧凑，占地面积少；
（4）辫带式生物纤维这种高吸附能力的材料作为膜组件的预处理。大大减少了膜污染的问题；
（5）辫带式生物纤维不仅利用自身的吸附能力净化水质，而且它表面所形成生物膜能在很大程度上去除COD、氨氮、总磷。减少了后续的膜处理所需要的驱动压力；
（6）维护简便，膜组件可以实现在线清洗及维护；
（7）污染物去除率高，出水水质好。
生物碳纤维+膜组件一体化反应器
6UASB+生物碳纤维接触氧化组合反应器
该组合反应器包括升流式厌氧污泥床（UASB）与生物碳纤维结合粗氧化池组合。UASB由污泥反应区、气液固三相分离器（包括沉淀区）和气室三部分组成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。沼气以微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡，在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入气室，集中在气室沼气，用导管导出，固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿着斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。经过UASB处理后的污水COD的去除率在80%以上，氨氮去除率在50%。再经过生物碳纤维填料的接触氧化池处理。淹没在废水中的填料上长满生物膜，废水在与生物膜接触过程中，水中的有机物均被微生物吸附，氧化分解和转化为新的生物膜。从填料上脱落的生物膜，随水流流出。微生物所需要的氧气来自水中，空气来自池子底部的布气装置，在气泡上升过程中，一部分氧气溶解在水里。
生物碳纤维原位生物修复技术是在受污染区域直接进行污染水体的原位处理，不需要搬运或输送污染水体(包括底泥和岸边受污染的土壤)，直接采用微生物、酶与生物碳纤维为载体的自固定化技术对污染水体就地处理的净化处理。该技术在保证原有水体功能的同时实现了水质的净化处理，为被污染的水体提供了一个可靠的、卓有成效的修复方法，具有治理费用低、环境无影响、最大程度降解污染等特点。
2生物碳纤维浮岛技术
湖泊、河流等由于面积大等原因，利用一般工业或者生活污水采用的工艺不现实，所以选择生态浮岛工艺，在净化水质的同时也能起到景观的效果。其净化污水的机理为（1）水生植物能吸收污水中的N、P等有机物作为营养物质用于自身的合成；（2）水生植物的发达根系能分泌促进有机物降解的物质；（3）水生植物能遮蔽阳光，能抑制藻类的生长；（4）水生植物发达根系表面附着大量微生物能降解污染物。 但是，由于植物吸收能力有限，再加上根系上微生物量和种类有限等原因，导致这种传统的浮床工艺处理效果受限。
针对以上不足，围绕生物碳纤维材料，本中心提出采用人工浮岛+生物接触氧化的组合工艺处理河流、湖泊等微污染水体，将生物碳纤维与植物相结合，形成了生物碳纤维浮岛技术，由浮床框体、浮床床体、浮床基质、浮床植物、生物碳纤维材料五个部分组成。
生物碳纤维浮岛组合结构
本组合工艺具有以下几点优点：
（1）生物纤维材料具有高比表面积，吸附性能强，适应微生物生长及高强度等特点，完全解决了传统的生态浮岛存在的问题；
（2）生物纤维材料的性状与水生植物的根系有很好的相似性，利用水生植物和纤维填料附着的生物膜,强化植物与微生物之间的协同作用，提高微生物对水体的净化效果；
（3）生物纤维与床体的组合中放置于水中的纤维会受到水的牵引力，使得浮岛整体不容易移动，提高浮岛的稳定性和牢固性。
基于本中心的生物碳纤维浮岛技术，根据水生植物载体材料的差异，本中提出了4种用于污水处理的生物碳纤维浮岛组件，它们分别是：
（1）生物碳纤维填料+竹管浮岛；
（2）生物碳纤维填料+PVC管浮岛；
（3）生物碳纤维填料+聚乙烯泡沫浮岛；
（4）生物碳纤维填料+聚苯丙烯浮岛。
3生物碳纤维接触氧化技术
由于生物碳纤维具有高比表面积，强的吸附能力，因此本中心提出将其作为填料用于接触氧化池内，形成生物碳纤维接触氧化技术，该技术具有以下优势：
（1）BOD容积负荷高，污泥生物量大，处理效率较高，而且对进水冲击负荷的适应力强；
（2）处理时间短。因此在处理水量相同的条件下，所需装置的设备较小，因而占地面积小；
（3）能够克服污泥膨胀问题；
（4）有较高的生物浓度。
4生物碳纤维MBR技术
膜生物反应器（MBR）最大的特点便是用膜组件代替传统工艺中的二沉池进行固液分离以得到澄清的出水。以本中心研发的生物碳纤维双层平板膜为膜组件，形成了生物碳纤维MBR技术。与传统活性污泥法相比有以下明显优势：
（1）污染物去除率高，出水水质好。
（2）负荷变化适应强，耐冲击负荷。
（3）污泥排放量小。
（4）工艺流程短，系统设备简单紧凑，占地省。
（5）易实现自动化控制，维护简单，节省人力。
（6）系统启动速度快，水质可以很快达到处理要求。
并且，由于生物碳纤维双层平板膜的高吸附能力，该技术还具备了降低膜污染速度的优点。
生物碳纤维双层平板膜组件
5生物碳纤维+膜组件一体化反应器技术
生物碳纤维+膜组件一体化反应器是将生物碳纤维作为填料的接触氧化池与MBR膜反应器结合处理废水的反应器，进水先经过生物碳纤维材料的吸附和其表面生物净化作用之后进入MBR反应器中。活性碳纤维材料对COD的去除率在85%以上，氨氮去除率在60%以上。这种新型研发的一体化反应器技术采用碳纤维这种高吸附能力的材料作为膜组件的预处理，大大减少了膜污染的问题。不仅利用自身的吸附能力净化水质，而且它表面所形成生物膜能在很大程度上去除COD、氨氮、总磷。该技术具有以下优点：
（1）工艺参数易于控制；
（2）污泥产量低；
（3）设备紧凑，占地面积少；
（4）辫带式生物纤维这种高吸附能力的材料作为膜组件的预处理。大大减少了膜污染的问题；
（5）辫带式生物纤维不仅利用自身的吸附能力净化水质，而且它表面所形成生物膜能在很大程度上去除COD、氨氮、总磷。减少了后续的膜处理所需要的驱动压力；
（6）维护简便，膜组件可以实现在线清洗及维护；
（7）污染物去除率高，出水水质好。
生物碳纤维+膜组件一体化反应器
6UASB+生物碳纤维接触氧化组合反应器
该组合反应器包括升流式厌氧污泥床（UASB）与生物碳纤维结合粗氧化池组合。UASB由污泥反应区、气液固三相分离器（包括沉淀区）和气室三部分组成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。沼气以微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡，在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入气室，集中在气室沼气，用导管导出，固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿着斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。经过UASB处理后的污水COD的去除率在80%以上，氨氮去除率在50%。再经过生物碳纤维填料的接触氧化池处理。淹没在废水中的填料上长满生物膜，废水在与生物膜接触过程中，水中的有机物均被微生物吸附，氧化分解和转化为新的生物膜。从填料上脱落的生物膜，随水流流出。微生物所需要的氧气来自水中，空气来自池子底部的布气装置，在气泡上升过程中，一部分氧气溶解在水里。
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