CN102285716A

CN102285716A - 一种硝化生物脱氮载体

Info

Publication number: CN102285716A
Application number: CN2010102044472A
Authority: CN
Inventors: 李娅琳; 武鹏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-06-21
Filing date: 2010-06-21
Publication date: 2011-12-21

Abstract

本发明公开了一种硝化生物脱氮载体，包括如下组分及重量配比：聚醚多元醇100、多异氰酸酯20～62、硅酮表面活性稳定剂1～3、活性发泡剂3～30、水4～8、叔胺类催化剂和/或有机金属催化剂0.5～0.6。本发明通过采用最佳的组分和合理的物料配比实现了制备成本低廉、对高氨氮污水中目标污染物去除效果好、硝化—反硝化工艺过程在同一好氧池内发生、反应只控制在亚硝化阶段，不发生硝化反应，有效降低基建投资和运行成本的优点。

Description

一种硝化生物脱氮载体

技术领域

本发明涉及污水治理新材料领域，具体地，涉及一种硝化生物脱氮载体。

背景技术

当今环境恶化、人口膨胀、资源短缺并列为阻碍人类社会可持续发展的三大世界性问题。煤、石油化工、制革等行业高氨氮污水对水环境的污染日趋严重。目前在国内还没有找到真正适合我国国情的治理技术，就现有的工艺技术而言，不是运行成本过高就是工艺技术不成熟，造成大多数高氨氮污水处理厂都不能正常运行，污染指标氨氮和总氮大部分是超标排放的，而总氮的去除率更低，几乎没有去除效果。所以目前对新的高效低能的脱氮工艺的研究已成为人们关注的热点。

传统的脱氮处理过程包括硝化和反硝化两个阶段。在将有机氮转化为氨氮的基础上，硝化阶段是将污水中的氨氮氧化为亚硝酸盐氮或硝酸盐氮的过程，大多是转化为硝酸盐氮；反硝化阶段是将硝化过程中产生的硝酸盐或亚硝酸盐还原成氮气的过程。当废水中的氮以亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的形态存在时，仅需反硝化一个阶段。曾有资料报道短程硝化-反硝化技术，把硝化反应过程控制在氨氧化产生NO₂ ^-的阶段，阻止NO₂ ^-进一步氧化，直接以NO₂ ^-作为菌体呼吸链氢受体进行反硝化，在该工艺过程中必须要实现亚硝酸盐的积累，阻止消化细菌的繁殖，由于受控制条件限制，目前在应用上尚处于实验室研究或小试阶段，在工程应用上目前尚无报道，而且要想通过以上两种发法实现脱氮的目的，运行成本特别的高。要么在反硝化阶段外加有机碳元(甲醇等)要么有相当量的硝化液回流，比如说简单的城镇生活污水，总氮在50mg/L左右，若要用传统的脱氮技术解决总氮，那么硝化液的回流比至少在200％以上，而对于含有较高浓度氨氮浓度的工业污水就更不用说了，不但要更大的池容，而且要更多的提升设备及其配套的搅拌系统、管道等，资金投入比较大，总氮的去除却并不理想。

目前国内大多数河流、湖泊出现大面积蓝藻、水华污染的主要原因就是以前对污水中氨氮的去除，采用的是传统的方法或可靠的新型工艺技术，将氨氮的转化只停留在亚硝酸盐或硝酸盐的阶段后就直接排入受纳水体，有的工艺技术甚至连氨氮转化为亚硝酸盐或硝酸盐的过程几乎都没有。

还有全程自养生物脱氮技术是就单个生物膜的内、外而言，其原理上是可行的，但实际对总氮的去除率是相当的低，就去除总氮而言，该技术几乎没有工业化应用的推广价值，因为到目前为止还没有关于合理运用它的计算依据。

综上所述，传统的生物脱氮技术以及资料上报道的新型生物脱氮技术，就其理论而言是可行的，但要真正实现工业化应用还是有一定的缺陷或不足，要么运行成本过高，给企业带来的负担过重，要么还处于实验室研究阶段，没有可靠的计算依据及设计依据供参考。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种硝化生物脱氮载体，以实现制备成本低廉、对高氨氮污水中目标污染物去除效果好、硝化—反硝化工艺过程在同一好氧池内发生、反应只控制在亚硝化阶段，不发生硝化反应，有效降低基建投资和运行成本的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种硝化生物脱氮载体，包括如下组分及重量配比：

聚醚多元醇 100

多异氰酸酯 20～62

硅酮表面活性稳定剂 1～3

活性发泡剂 3～30

水 4～8

叔胺类催化剂和/或有机金属催化剂 0.5～0.6。

将上述重量配比的原料在25-35℃温度下充分混合、搅拌，最终得到硝化生物脱氮载体。

进一步地，所述聚醚多元醇官能度为2.5～3，羟值为56或46，分子量为3000～3500。

进一步地，所述多异氰酸酯，指数为105～115。

进一步地，所述叔胺类催化剂为三乙烯二胺，2-二甲胺基乙基，高斯米特中的一种或几种。

进一步地，所述有机金属催化剂为辛酸亚锡。

本发明硝化生物脱氮载体可广泛应用于城镇生活污水、炼油、煤化工污水、焦化废水、皮革等工业污水的治理，更适合于工业污水中氨氮浓度比较高的皮革污水的污染治理。

作用过程及原理：

使用本发明硝化生物脱氮载体处理高氨氮污水是在传统生物脱氮技术的基础上，利用向曝气池内投加本发明硝化生物脱氮载体，在曝气池内单个生物载体的外表面实现亚硝化反应，内部实现亚硝酸盐的反硝化，并不需要控制亚硝酸盐的积累，使亚硝化、反硝化在同一曝气池内的同一个生物载体上发生。通过该工艺过程的合理应用使污水中的氨氮、总氮达到同时下降的目的。其基本原理如下：

本发明硝化生物脱氮载体特有的结构，使介质在载体外层逐渐向载体内部渗透的过程中，逐渐形成外层好氧层，内层缺氧/厌氧层，使得好氧的亚硝化菌和兼性反硝化菌共存于同一个生物载体上。氨氧化菌(亚硝化菌)一般附着在生物膜的表面，从外界获得氧气，把氨氮氧化成亚硝酸盐；而反硝化所需的缺氧环境一般存在于生物载体的内部，亚硝酸盐和介质中的有机物通过扩散进入硝化生物脱氮载体的内部，在硝化生物脱氮载体内层的缺氧部位，亚硝酸盐和介质中的有机物进行反硝化而变为氮气和二氧化碳后同时被去除。反硝化所需的底物亚硝酸氮并不是来自进水底物，而是通过生物膜自身的氨氧化作用产生的。所以，亚硝酸氮以及介质中有机物的浓度是生物膜脱氮的关键。完全可以用生物载体的结构和扩散理论来解释硝化生物脱氮载体中发生短程生物脱氮的机制，如图1所示。水中氨氮浓度较高时，在适宜的工况条件下，亚硝化速率很高，细胞间亚硝酸浓度过高的时候会促使亚硝酸氮向外扩散，致使水中的亚硝酸氮浓度升高。介质在从生物载体外表面逐渐向内部渗入或扩散的过程中，随着氨氧化细菌的繁殖及亚硝化细菌的耗氧，介质中的溶解氧逐渐降低，甚至达到缺氧或厌氧的程度，此时介质中的底物亚硝酸氮和有机物在硝化生物脱氮载体内部反硝化细菌的作用下发生反硝化过程，将亚硝酸盐与有机物转化为转化成氮气、二氧化碳和水。因此，当生物载体外表面的亚硝化速率等于内部反硝化速率时，氨氮及总氮的去除率最高。

实验数据：

通过上述组分和质量配备制备的硝化生物脱氮载体处理含氨氮废水，年损失率在8％以下，比表面积达到25m²/g以上，氨氮容积负荷达到0.65kgNH₃-N/m³载体·d，亚硝酸盐的容积负荷在0.6～3.2kgNO₂-N/m³载体·d。本发明硝化生物脱氮载体能实现氨氮，总氮的同时去除，载体表面所生长的生物量达到30g/L以上。与活性污泥法相比，可以节省25％的供氧量，降低能耗，减少占地面积；在C/N符合要求的情况下提高氨氮和总氮(TN)的去除率，氨氮的去除率在90％以上，在合理的工况条件下使总氮的去除率在80％以上。

采用该项目工艺技术治理的城镇生活污水，治理后的排放尾水中的各污染指标均能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)的一级A标准，特别是常规污水处理工艺难以解决的污染指标——氨氮、总氮。采用该项目工艺技术治理的工业污水，使治理后排放尾水中的污染指标氨氮能达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的一级排放标准。

有益效果

本发明一种硝化生物脱氮载体与现有技术相比较主要具有以下几方面优点：

1.传统的生物脱氮工艺是：氨氮—亚硝酸盐—硝酸盐—氮气，也曾有资料报道的氨氮—亚硝酸盐—氮气，但未见真正的工业化实施，而本发明完全在工业化应用中实现了氨氮—亚硝酸盐—氮气的转化，真正实现了污水的生物脱氮过程。

2.传统生物硝化系统常采用的活性污泥或流化(固定)填料的比表面积相对来说都是比较小的，比表面积最大的也在15m²/g以下，而本发明硝化生物脱氮载体的比表面积在25m²/g以上，由于其具有相当大的比表面积，所以在其上固定了大量的微生物，生物负载量高达30g/L以上。

3.传统的生物载体对微生物的附着主要是依靠吸附作用固定的，成活后的微生物会随污水的流动而流失。而本发明硝化生物脱氮载体在合成过程中添加了一定的高分子合成材料，使合成后的载体表面带有一定的阳离子活性基团及羟基等亲水性基团，与污水中带有负电荷的微生物产生了键、价结合的固定化技术，结合牢固，成活后的微生物不容易在水、气的剪切作用下流失。本发明硝化生物脱氮载体的选择与加工上遵循以下基本原则：1)足够的机械强度；2)优良的稳定性；3)良好的表面带电特性；4)无毒性或抑制性；5)优越的物理性状；6)表面亲水性。

4.曾有资料报道过类似本发明硝化生物脱氮载体的生物载体，但其都是采用自然开孔的方法，孔径大小与规格比较杂乱，而ZM系列载体在生产加工过程中有意的控制了载体的规格与开孔大小，开孔结构是采用大孔与微孔相结合，本发明硝化生物脱氮载体独特的结构特征和运行特点是其能够进行短程生物脱氮的根本原因。大孔主要用于水，气介质的通道，小孔甚至微孔用于生物膜的附着。

5.氨氮的硝化是需要消耗碱度的，现有技术都是选择投加烧碱的方法补充因硝化而消耗的碱度，pH突变范围大，不易控制，影响硝化反应发生的速率。本发明硝化生物脱氮载体是选择投加具有缓冲作用的弱碱碳酸钠，pH值突变范围小，易控制，硝化过程稳定，其适合的pH值范围是7.8～8.0，该pH值有利于亚硝化菌的生长繁殖，不利于硝化菌的生长繁殖，当pH值超过8.0时容易发生亚硝酸盐向硝酸盐的转化。

利用本发明硝化生物脱氮载体处理高氨氮污水短程生物脱氮工艺技术是在传统生物污水处理工艺，特别是曝气生物流化池污水处理技术的基础上研究开发的新型生物脱氮工艺技术，其基础技术是传统生物脱氮的理论基础。该生物脱氮工艺技术在研究开发时克服了传统微生物载体对微生物固定不牢靠、微生物易流失的缺点。微生物与载体的结合力除了有简单的物理吸附外，还有正、负电荷相吸的固定化技术，微生物与载体的结合力牢固，不易流失，生物负载量大，独特的硝化生物脱氮载体结构，使同一载体内部有好氧、缺氧、厌氧环境的存在，从而使氨氮、总氮的去除在同一池内发生。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明硝化生物脱氮载体的生物脱氮的过程示意图；

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

一种硝化生物脱氮载体，包括如下组分及重量配比：官能度为2.5，羟值为56，分子量为3000的聚醚多元醇100、指数为105～115的多异氰酸酯20、硅酮表面活性稳定剂1、活性发泡剂3、水4、三乙烯二胺叔胺类催化剂0.5。

将上述重量配比的原料在25℃温度下充分混合、搅拌，最终得到硝化生物脱氮载体。

处理高氨氮污水时，C/N符合要求的情况下提高氨氮和总氮(TN)的去除率，氨氮的去除率为95％，在合理的工况条件下使总氮的去除率为85％。

实施例二

一种硝化生物脱氮载体，包括如下组分及重量配比：官能度为3，羟值为46，分子量为3500的聚醚多元醇100、指数为：105～115的多异氰酸酯62、硅酮表面活性稳定剂3、活性发泡剂30、水8、2-二甲胺基乙基叔胺类催化剂0.6。

将上述重量配比的原料在35℃温度下充分混合、搅拌，最终得到硝化生物脱氮载体。

处理高氨氮污水时，C/N符合要求的情况下提高氨氮和总氮(TN)的去除率，氨氮的去除率为98％，在合理的工况条件下使总氮的去除率为82％。

实施例三

一种硝化生物脱氮载体，包括如下组分及重量配比：官能度为2.7，羟值为56，分子量为3200的聚醚多元醇100、指数为：105～115的多异氰酸酯20～42、硅酮表面活性稳定剂2、活性发泡剂15、水6、斯米特叔胺类催化剂0.2、辛酸亚锡有机金属催化剂0.35。

将上述重量配比的原料在30℃温度下充分混合、搅拌，最终得到硝化生物脱氮载体。

处理高氨氮污水时，在C/N符合要求的情况下提高氨氮和总氮(TN)的去除率，氨氮的去除率为94％，在合理的工况条件下使总氮的去除率为89％。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种硝化生物脱氮载体，其特征在于，包括如下组分及重量配比：

聚醚多元醇 100

多异氰酸酯 20～62

硅酮表面活性稳定剂 1～3

活性发泡剂 3～30

水 4～8

叔胺类催化剂和/或有机金属催化剂 0.5～0.6。

2.根据权利要求1所述的硝化生物脱氮载体，其特征在于，所述聚醚多元醇官能度为2.5～3，羟值为56或46，分子量为3000～3500。

3.根据权利要求1所述的硝化生物脱氮载体，其特征在于，所述多异氰酸酯，指数为：105～115。

4.根据权利要求1所述的硝化生物脱氮载体，其特征在于，所述叔胺类催化剂为三乙烯二胺，2-二甲胺基乙基，高斯米特中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的硝化生物脱氮载体，其特征在于，所述有机金属催化剂为辛酸亚锡。