CN102259974B - 磁铁矿-沸石磁性生物载体材料、其制备方法及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了磁铁矿-沸石磁性生物载体材料、其制备方法及其应用方法，其中磁铁矿-沸石磁性生物载体材料的原料为沸石，磁铁矿和水泥；其制备方法是将沸石和磁铁矿粉碎并过筛，然后添加水泥，混合均匀后加水，造粒成型并常温静置不少于10天，静置过程中不断向所得颗粒表面喷水使颗粒表面保持润湿即得成品。本发明磁性生物载体可以应用于生活污水二级处理水深度处理、工业废水的深度处理和资源化利用、微污染饮用水的深度处理以及城市景观水处理。
Description
一、技术领域
本发明涉及曝气生物滤池填料、其制备方法及其应用，确切地说是磁铁矿-沸石磁性生物载体材料、其制备方法及其应用方法。
二、背景技术
在我国随着城市污水处理率的提高和城市缺水越来越严重，污水资源化的需求越来越迫切。目前的污水回用率不足5％，经济性和安全性是实现污水回用的前提，按照目前处理技术水平和处理方法，污水处理厂二级处理的出水氮磷含量虽然达到了排放标准要求，但直接资源化，还会造成城市景观用水腐化、工业设备管道系统腐蚀等问题。因此，二级处理的出水资源化，还需要对二级处理的出水进一步深度脱氮除磷处理。另外，随着湖泊富营养化越来越严重，二级处理的出水深度脱氮除磷也是很迫切的需求。同时，城市景观水体、城市河流都受到不同程度的污染，为了保证水环境质量，也需要进行适当的处理。
生物载体填料是生物滤池必备的材料之一，反冲洗是生物滤池运行必要的步骤。为了降低反冲洗的难度，降低反冲洗的水耗和能耗，普遍采用的方法是降低滤料的表观密度，或者气-水混合反冲洗。但是由于生物滤池中生物膜的增厚、粘连常常使生物滤池滤料结块，反冲洗时不能很好地破坏结块的滤料，导致生物滤池水流短路越来越严重。另外，由于强烈的反冲洗，导致一些滤料表面生物膜过度脱落，致使反冲洗之后一段时间内生物滤池处理出水水质严重变差，需要若干小时后才能恢复正常。
三、发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种价廉、易于制备、使用方便的磁铁矿-沸石磁性生物载体材料、其制备方法及其应用方法。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明磁铁矿-沸石磁性生物载体材料的特点在于其原料按质量百分比构成为：
沸石45-82％，磁铁矿8-15％，水泥10-40％。
本发明磁铁矿-沸石磁性生物载体材料的特点在于：所述磁性生物载体材料的粒径为3-10mm。
本发明磁铁矿-沸石磁性生物载体材料的制备方法的特点在于按以下步骤操作：
将沸石和磁铁矿粉碎并过20-140目筛得粉料，向所得粉料中添加水泥，混合均匀后加水得混合浆料，加水量为所述混合浆料质量的30-60％，将所述混合浆料造粒成型得到粒径3-10mm的粒料，常温静置不少于10天，静置过程中不断向所得颗粒表面喷水使颗粒表面保持润湿即得成品。
本发明磁铁矿-沸石磁性生物载体材料的应用方法的特点在于按以下步骤操作：
将权利要求1或2所述的磁性生物载体材料装填构建曝气生物滤池，在曝气生物滤池上部加设电磁装置，在曝气生物滤池出现堵塞后，通过电磁装置吸引曝气生物滤池内的磁性生物载体并向上提升20-100cm，然后断开电磁装置电流，电磁装置磁性消失后磁性生物载体坠落，并沉入生物滤池，在下落过程中由于颗粒碰撞、水冲击力作用使粘连陶粒分散、生物膜脱落，磁性生物载体重新堆积形成空隙，实现曝气生物滤池再生。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明磁性生物载体材料能够被电磁铁吸引，可以通过电磁装置进行生物载体物料的装运和装卸料。利用本发明磁性生物陶粒构建的曝气生物滤池，在系统堵塞后用电磁装置将磁性生物填料提升至一定高度，然后断开电磁装置的电源，磁性生物陶粒在降落过程利用水的冲击使部分老化的生物膜脱落，同时，生物填料互相撞击散落，重新堆积形成再生空隙，回复处理能力。这种方式使生物滤池的滤料间空隙再生不需要反冲洗，系统生物处理能力和恢复远比传统陶粒生物滤池堵塞后气-水反冲后的恢复快得多。
2、本发明材料中沸石具有吸附氨氮的功能。通过磁性生物载体材料富集低浓度的氨氮和有机物，提高硝化菌等微生物代谢所需底质浓度，提高硝化反应速率，利用生物硝化作用，实现沸石的动态再生，解决沸石吸附氨氮后再生成本高、操作难度大的问题。
3、本发明由于在曝气生物滤池系统中不需要气-水反冲洗，相对于传统的反冲洗生物滤池，生物载体表面生物膜层厚，负载的生物量多，生物膜层中溶氧梯度，使微生物膜内同时存在硝化和反硝化菌，在生物陶粒表面和内部同时发生硝化和反硝化作用，脱氮效果好。
4、本发明制备的生物滤池填料由0.01-0.2mm的粉体颗粒经粘结或低温烧结形成具有强度的生物陶粒颗粒，表面粗糙，孔隙率高，大量开放孔隙存在，孔径0.01-0.1毫米，微生物可以深入生物载体颗粒内部空隙，作为曝气生物滤池填料，微生物负载量大，去除氨氮效率高，占地面积小，处理成本低。
5、本发明原料中铁氧化物具有一定的脱磷作用；磁性生物载体高含铁量及铁还原菌还原释放的微量铁离子可以提高载体负载微生物的代谢活性。
四、附图说明
图1是本发明制备的磁铁矿-沸石磁性生物载体材料的照片。
图2是本发明制备的磁铁矿-沸石磁性生物载体材料扫描电镜照片，从图2可以看出颗粒内部具有10-100微米的空隙。
五、具体实施方式
实施例1：
本实施例中磁铁矿-沸石磁性生物载体材料的原料按质量百分比构成为：
沸石45％，磁铁矿15％，水泥40％。
本实施例中磁铁矿-沸石磁性生物载体材料是按以下步骤制备得到的：
将沸石和磁铁矿粉碎得到20-140目的粉料，向所得粉料中添加水泥，混合均匀后加水得混合浆料，加水量为所述混合浆料质量的30-60％，将所述混合浆料撒入成球盘中造粒成型得到粒径3-5mm的粒料(图1)，常温静置不少于10天，静置过程中不断向所得颗粒表面喷水使颗粒表面保持润湿即得成品。
本实施例制备的磁铁矿-沸石磁性生物载体材料具有强磁性，其磁化率大于4000SI，颗粒强度大于100N，含有10微米到100微米的孔隙。
实施例2：
本实施例中磁铁矿-沸石磁性生物载体材料的原料按质量百分比构成为：
沸石82％，磁铁矿8％，水泥10％。
本实施例磁铁矿-沸石磁性生物载体材料的制备方法同实施例1。
本实施例制备的磁铁矿-沸石磁性生物载体材料具有强磁性，其磁化率大于4000SI，颗粒强度大于100N，含有10微米到100微米的孔隙。
实施例3：
本实施例中磁铁矿-沸石磁性生物载体材料的原料按质量百分比构成为：
沸石60％，磁铁矿10％，水泥30％。
本实施例磁铁矿-沸石磁性生物载体材料的制备方法同实施例1。
本实施例制备的磁铁矿-沸石磁性生物载体材料具有强磁性，其磁化率大于4000SI，颗粒强度大于100N，含有10微米到100微米的孔隙。
将实施例1-3制备的磁性生物载体材料装填入直径30mm、高度2000mm的试验柱，填料有效高度1200mm。配制氨氮浓度20mg/L、COD 50mg/L、磷浓度0.5mg/L的模拟含氮微污染水。在试验柱中接种生活污泥，以配制的氨氮水进水，按气水比3∶1鼓风曝气。用分光光度法检测出水氨氮浓度，TOC检测出水有机物浓度。环境温度25℃，运行10天后出水氨氮和COD浓度稳定，表明颗粒表面形成成熟的生物膜，出水氨氮浓度小于1mg/L，TOC浓度小于25mg/L，氨氮、COD和磷的去除率分别达到90％、50％和97％以上，出水水质达到III类地面水体水质标准，可以作为景观用水。
曝气生物滤池上部加设电磁装置，在曝气生物滤池出现严重堵塞后，通过电磁装置吸引曝气生物滤池内的磁性生物陶粒并向上提升20-100cm，然后断开电磁装置电流，电磁装置磁性消失后磁性陶粒坠落，并沉入曝气生物滤池，在下落过程中由于颗粒碰撞、水冲击力作用使粘连陶粒分散、生物膜脱落，磁性生物陶粒重新堆积形成空隙，从而实现曝气生物滤池再生。
Claims (1)
1.磁铁矿-沸石磁性生物载体材料，其特征在于其原料按质量百分比构成为：
沸石45-82%，磁铁矿8-15%，水泥10-40%；
所述磁性生物载体材料的粒径为3-10mm；
所述磁性生物载体材料的孔径为0.01-0.1毫米。
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