纳米纤维应用:污水治理用生物挂膜


目录:

1.纳米纤维生物挂膜的原理
2.纳米纤维生物挂膜的产品优势
3.生物挂膜产品
4.应用领域

5.生物挂膜的安装方式
6.应用案例

 

1.纳米纤维生物挂膜的原理

生物挂膜是一种具有纤维状的缠绕结构,由固定的生物载体挂膜材料及附着在有机多聚物结构中的细胞组成。生物载体挂膜材料性能的好坏直接关系到污水处理效果。

图1 生物膜的构造剖面图

图2 生物挂膜表面SEM图

  1. 生物挂膜具有改性纤维层,选择与细胞有相融性和亲和性的制造材料
  2. 该类型产品属于纳米纤维挂膜,其纤维层的比表面积大、孔隙率高、长径比大、生物兼容性好,可利用微纳结构的电学梯度营造良好生物降解细菌生产环境
  3. 生物挂膜孔隙更接近于微生物大小,更加适合微生物的固定与繁衍,提升污水处理效果

生物膜的形成过程是微生物吸附、生长、脱落等综合作用的动态过程。生物膜生长于载体的表面,其中的丝状菌相互缠绕并漫生于水中,使生物膜呈现立体结构;生物膜法是使微生物附着在载体表面上并形成生物膜,当污水流经载体表面时,污水中的有机物及溶解氧向生物膜内部扩散;膜内微生物在有氧存在的情况下对有机物进行分解代谢和机体合成代谢,同时分解的代谢产物从生物膜扩散到水相和空气中,从而使废水中的有机物得以降解。

在基于生物膜法的污水处理技术中,轻子纳米团队的合作单位厦门大学团队通过静电纺丝得到纳米纤维生物膜载体,提高了膜材料性能,应用在污水处理的生物膜法中,提高污水处理效率。

图3(a)悬浮于液相中的有机污染物及微生物移动并附着在载体表面上;(b)碰撞到载体表面的细胞一部分在被表面吸附一段时间后因水力剪切或其他物理、化学和生物作用又解吸出来;(c)不可解吸的细胞摄取并消耗水中的有机物与营养物质,数目不断增多;(d)生物载体表面的生物膜逐渐不断累积,形成完整的生物膜

 

2.纳米纤维生物挂膜的产品优势
2.1纳米纤维在污水处理中的优点

  1. 纳米挂膜因其载体中大孔与基底材料的低孔隙相结合,大孔保持良好的气、液、固的接触条件,微孔用于固定微生物,纳米纤维的孔隙更接近微生物大小,更加适合细菌的生存
  2. 纳米生物挂膜因采用亲水性的材料,微孔中带有亲水性活性基团,可与微生物肽链中的某些活性基团形成离子键结合或共价键结合而将微生物及生物酶固定在载体上,在生物膜系统形成前比一般填料具有更快地固定微生物
  3. 固定化微生物后的载体密度接近于水的密度,微生物负载量大,提升水处理效率
  4. 与传统填料相比,其比表面积更大,孔隙率更高,可使污水、空气和生物膜更能得到充分掺混接触交换

2.2 产品优势

相比于其他同类产品,纳米纤维技术制备的生物挂膜具有显著优势,如图4所示。

图4 产品优势

 

3.生物挂膜产品
3.1生物挂膜产品类型展示

本技术可根据不同的工艺水质条件应用需求,可调节挂膜厚度及不同的组装形式。目前产品主要有以下四种:

图5 4种不同工艺水质条件下的生物挂膜


四种产品主要优势如下:

图6 4种生物挂膜产品的优势比较

3.2同类产品比较优势

图7 纳米生物挂膜的产品优势

各类材料实验数据对比,纳米生物挂膜的各项指标均优于一般材料,且挂膜量遥遥领先。


图8 纳米生物挂膜与市面上现在使用的各类填料质量对比图

 

纳米生物挂膜与市面上现在使用的各类填料进行对比:

图9 纳米生物挂膜与市面上现在使用的各类填料挂膜量对比图

纳米纤维膜孔隙更接近细菌大小,更加适合细菌吸附到膜表面、固着生长生存,形成生物膜,进行持续地水处理。

图10 纳米生物挂膜

3.3产品性能
测试条件:
1.将生物挂膜材料(面积均取0.01㎡)放入曝气污水池中浸泡(同一水面高度);
2.实验放置时间为同时性。

同种材料16天效果对比:

图11 同种材料(0.01㎡)16天的实验前后重量变化图

 


图12 同种材料(0.01㎡)16天的挂膜量(16组)变化图

 

4.应用领域

  1. 应用于农村/集镇分散农户污水处理
  2. 适用于企业内部小水量生活污水处理、企业污水小水量纳管预处理
  3. 适用于别墅、度假区小水量生活污水处理
  4. 适用于教育、卫生、高速系统分散点源生活污水处理
  5. 尤其适用于居住较为分散、地形地貌复杂的村庄

图13 纳米生物挂膜应用场景

 

5.生物挂膜的安装方式

  1. 生物挂膜的支架设置纵横间隔:100~200mm,因此,1m³生物挂膜支架生物挂膜安装量为 25~100m
  2. 生物挂膜固定方式是采用套入型支架,上下都进行固定,使得生物挂膜更加稳固,可以更好地处理污水,可沿支架附着 100~200mm 再固定
  3. 生物挂膜在曝气池内设置有两种方式:第一种分流式,生物挂膜安装在一侧,另一侧曝气,生物挂膜上下方必须留有足够的水流空间,必要的时候可以设置曝气导流板;第二种直接式曝气装置直接安装在生物挂膜的下方,水气混流直接与生物膜接触和供氧
  4. 分流式安装间距:100~150mm;直接式安装间距:150~200mm


图14 生物挂膜的安装形式

 

6.应用案例
6.1生物挂膜效果

图15 生物挂膜的效果

6.2生物挂膜应用实例
(1)佛山市顺德区龙江镇使用通用型生物挂膜,在卡鲁塞尔氧化沟端加入安装好的生物挂膜并固定,定时测试其COD去除率值及去盐率值的变化,期间水流动。生物挂膜发挥出了固定菌群及处理污水的作用,水样测试水质提升效果明显。  

(2)上海市政污水处理使用通用型生物挂膜,在三级好氧池端各加入安装好的生物挂膜并固定。接触氧化池内配装平板填料。下部配置曝气器,并用 ABS 工程塑料管做成曝气系统,曝气系统的气源由专门配置的风机提供。水的停留时间为 6 小时,剩余污泥产率: 0.8 kg/kgBOD5。

(3)福建某工业废水处理厂使用载菌型生物挂膜,在沉降曝气池端加入安装好的生物挂膜并固定,定时测试其COD去除率值及去盐率值的变化。经过数日后在出口处取水样测试,该水质COD值及氨氮值得到大大降低,该膜污水处理效果明显。  

图16生物挂膜发挥固定菌群和处理污水的效果


通过上述示例可得知生物挂膜发挥出了固定菌群及处理污水的作用,水样测试效果明显。纳米生物挂膜在市场上有着巨大的商业潜力,挂膜量大,处理污水效果佳。如需合作,可联系佛山轻子团队。

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