CN102311253B - 一种同步脱氮除磷生物滤池填料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种同步脱氮除磷生物滤池填料及其制备方法，其中同步脱氮除磷生物滤池填料的原料为沸石矿石和水泥，沸石矿石与水泥的质量比为3∶1-1∶4；其制备方法是将沸石矿石粉碎得到30-80目的沸石粉料，将沸石粉料和水泥混合得混合料，将所得混合料通过成球盘成型或者通过挤出机成型得到粒径2-10mm的颗粒，常温静置不少于10天即得成品。本发明材料孔隙率高、孔径大，微生物可以深入颗粒内部空隙，作为生物滤池填料，微生物负载量大。在微生物作用下完成废水中硝化、反硝化脱氮和吸附除磷作用。本发明的高吸附性生物载体材料成本低，具有同步脱氮除磷作用。

Description

一种同步脱氮除磷生物滤池填料及其制备方法
一、技术领域
本发明涉及一种生物滤池填料及其制备方法，确切地说是一种同步脱氮除磷生物滤池填料及其制备方法。
二、背景技术
随着水污染的加剧，我国地面水体普遍发生富营养化。这就要求对污水进行更严格的脱氮除磷处理。生活污水二级出水、地面景观水体中的氮主要以氨、硝酸盐、亚硝酸盐、有机氮的形式存在，其中的磷主要以正磷酸盐和有机磷的形式存在。
目前深度处理水中氨氮主要通过曝气生物滤池中微生物硝化作用，把氨氮转化为硝酸盐和亚硝酸盐氮，氨氮的去除率可以达到90％以上，总氮的去除率不高，一般在20-40％。生活污水中有机氮、氨氮在好氧生化水处理中大部分转化为硝酸盐氮，一部分在系统中由于反硝化作用转化为氮气，水中仍残留价高的硝态氮。目前还缺乏针对生活污水廉价高效反硝化脱氮技术和材料。
对水中微量磷的深度处理普遍采用吸附法处理，廉价吸附剂仍然有待开发。向水中添加絮凝、沉淀剂，然后过滤截留沉淀去除水中的磷。虽然这些方法对除磷都有很好的效果，但是同时脱氮除磷的水处理技术和功能材料还有待开发。
三、发明内容
本发明是为了避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种颗粒孔隙率高、微生物负载量大、制备方法简单、成本低的同步脱氮除磷生物滤池填料及其制备方法。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明一种同步脱氮除磷生物滤池填料的特点在于其原料构成为：沸石矿石和水泥，所述沸石矿石与所述水泥的质量比为3∶1-1∶4。
本发明同步脱氮除磷生物滤池填料的特点也在于：所述沸石矿石为斜发沸石矿石，沸石矿石中沸石的质量含量≥60％。
本发明同步脱氮除磷生物滤池填料的制备方法的特点在于按以下步骤操作：
a、将沸石矿石粉碎得到30-80目的沸石粉料，将所述沸石粉料和水泥混合得混合料；
b、将所述混合料通过成球盘成型或者通过挤出机成型得到粒径2-10mm的颗粒，常温静置不少于10天即得成品。
本发明同步脱氮除磷生物滤池填料的制备方法的特点也在于：所述通过成球盘成型是将所述混合料匀速撒入成球盘中，成球盘以每分钟5-100转的速度转动，撒混合料的同时向成球盘中的混合料均匀喷水，喷水量与混合料的质量比为1∶2-2∶1，当成球盘中的颗粒粒径为2-10mm时停止添加混合料并下料。
本发明同步脱氮除磷生物滤池填料的制备方法的特点也在于：所述通过挤出机成型是将所述混合料与水混合，然后加入挤出机中造粒得到粒径2-10mm的颗粒，混合料与水的质量比为1∶2-2∶1。
沸石是一类具有较大离子交换容量的矿物，尤其是斜发沸石，自然界产出广，资源丰富，而且对水中低浓度的氨氮具有较强的选择性吸附作用。
与现有技术相比本发明的有益效果体现在：
1、本发明生物滤池填料既具有对氨氮、磷的高效吸附作用，又具有大量负载微生物的特性，是一种具有吸附功能的生物载体材料。
2、本发明生物滤池填料具有孔隙率高的特点，有大量开放孔隙存在(见图2)，孔径0.02-0.2mm，微生物可以深入颗粒内部空隙，与烧结陶粒和颗粒沸石相比，更容易被微生物挂膜。作为生物滤池填料，微生物负载量大，生化效率高，处理成本低。
3、本发明生物滤池填料装填滤柱后直接进水过滤，不需要曝气，系统运行稳定后，高吸附性生物载体材料表面和内部负载大量微生物，滤柱上部由于有溶解氧存在，微生物以硝化菌为主，主要发生氨氮的硝化作用。随着溶解氧消耗，滤柱中下部的微生物以反硝化菌为主，微生物利用水中溶解有机物、老化生物膜分解转化的有机物实现反硝化。
4、本发明生物滤池填料具有常温制备的优点，克服了陶粒填料表面结釉、开放孔隙率低的缺点，也不需要陶粒的高温制备过程和设备，节约能源，降低生物滤池填料生产成本。
5、本发明生物滤池填料制备使用的沸石颗粒细小(30-80目)，与直接破碎制备的颗粒沸石(3-6mm)相比，大大增加了微米级空隙体积，减少了溶质传质阻力，提高了吸附效果。
6、本发明生物滤池填料通过富集低浓度的氨氮和有机物，提高微生物代谢所需底质浓度，提高硝化和反硝化反应速率。
7、水泥不仅是颗粒材料的粘结剂，而且具有高效吸附磷的作用，本发明的材料具有同步脱氮除磷(见图4)功能。
四、附图说明
图1是本发明制备的生物滤池填料的照片。
图2是本发明制备的生物滤池填料颗粒断面场发射扫描电镜图像，表明生物滤池填料内部存在大量微米孔，微生物可以进入滤料内部。
图3是本发明制备的生物滤池填料颗粒负载微生物后断面场发射扫描电镜图像，表明生物滤池填料内部孔隙中分布大量微生物。
图4是利用本发明制备的生物滤池填料处理系统总磷、总氮、氨氮、硝态氮去除率(水力停留时间1h，进水总磷1.23-1.52mg/L)。
五、具体实施方式
以425号水泥、天然沸石矿石为原料制备生物滤池填料，非限定实施例叙述如下：
实施例1：
本实施例中同步脱氮除磷生物滤池填料是按以下方法制备得到的：
将斜发沸石矿石粉碎得到30-80目的沸石粉料，将600g沸石粉料和200g 425号水泥加入混料机中混合30分钟，使二种原料混合均匀得混合料；将混合料匀速撒入成球盘中，成球盘以每分钟5转的速度转动，撒混合料的同时向成球盘中的混合料均匀喷水，使混合料滚成球状颗粒，喷水量与混合料的质量比为1∶1，随着颗粒在成球盘中滚动，颗粒直径不断增大，直至颗粒直径达到3-5mm时把颗粒从成球盘中下料，然后把制备好的球状颗粒堆存，在常温下保湿养护20天以上，获得生物滤池填料(见图1)。本实施例制备的生物滤池填料粒径3-5mm；堆积密度1115g/cm3；28天颗粒强度大于110N。
实施例2：
本实施例中同步脱氮除磷生物滤池填料是按以下方法制备得到的：
将斜发沸石矿石粉碎得到30-80目的沸石粉料，将500g沸石粉料和500g 425号水泥加入混料机中混合30分钟，使二种原料混合均匀得混合料；将混合料匀速撒入成球盘中，成球盘以每分钟50转的速度转动，撒混合料的同时向成球盘中的混合料均匀喷水，使混合料滚成球状颗粒，喷水量与混合料的质量比为2∶1，随着颗粒在成球盘中滚动，颗粒直径不断增大，直至颗粒直径达到4-6mm时把颗粒从成球盘中下料，然后把制备好的球状颗粒堆存，在常温下保湿养护20天以上，获得生物滤池填料。本实施例制备的生物滤池填料粒径4-6mm；堆积密度1100g/cm3；28天颗粒强度大于110N。
实施例3：
本实施例中同步脱氮除磷生物滤池填料是按以下方法制备得到的：
将斜发沸石矿石粉碎得到30-80目的沸石粉料，将200g沸石粉料和800g 425号水泥加入混料机中混合30分钟，使二种原料混合均匀得混合料；将混合料匀速撒入成球盘中，成球盘以每分钟100转的速度转动，撒混合料的同时向成球盘中的混合料均匀喷水，使混合料滚成球状颗粒，喷水量与混合料的质量比为1∶2，随着颗粒在成球盘中滚动，颗粒直径不断增大，直至颗粒直径达到6-8mm时把颗粒从成球盘中下料，然后把制备好的球状颗粒堆存，在常温下保湿养护20天以上，获得生物滤池填料。本实施例制备的生物滤池填料粒径6-8mm；堆积密度1150g/cm3；28天颗粒强度大于110N。
水处理：
将实施例1-3制备的生物滤池填料装填入直径150mm、高度200mm的试验柱，填料有效高度1400mm。配制硝酸盐氮浓度20mg/L、COD60mg/L、磷浓度0.5mg/L的模拟废水。在试验柱中接种活性污泥，以配制的模拟水进水，以水力停留时间2小时运行。环境温度20℃，出水磷浓度始终保持在0.05以下，磷去除率90％。运行20天后出水氮和COD浓度稳定，硝酸盐氮去除率80％以上，COD去除率达到70％。

Claims (2)

1.一种同步脱氮除磷生物滤池填料，其特征在于其原料构成为：沸石矿石和水泥，所述沸石矿石与所述水泥的质量比为1：1或1：4；
所述沸石矿石为斜发沸石矿石，沸石矿石中沸石的质量含量≥60%；
所述生物滤池填料是按照以下方法制备得到的生物滤池填料：
a、将沸石矿石粉碎得到30-80目的沸石粉料，将所述沸石粉料和水泥混合得混合料；
b、将所述混合料通过成球盘成型或者通过挤出机成型得到粒径2-10mm的颗粒，常温静置不少于10天即得成品；
所述通过成球盘成型是将所述混合料匀速撒入成球盘中，成球盘以每分钟5-100转的速度转动，撒混合料的同时向成球盘中的混合料均匀喷水，喷水量与混合料的质量比为1:2-2:1，当成球盘中的颗粒粒径为2-10mm时停止添加混合料并下料；
所述通过挤出机成型是将所述混合料与水混合，然后加入挤出机中造粒得到粒径2-10mm的颗粒，混合料与水的质量比为1:2-2:1。
2.如权利要求1所述的同步脱氮除磷生物滤池填料的制备方法，其特征在于按以下步骤操作：
a、将沸石矿石粉碎得到30-80目的沸石粉料，将所述沸石粉料和水泥混合得混合料；
b、将所述混合料通过成球盘成型或者通过挤出机成型得到粒径2-10mm的颗粒，常温静置不少于10天即得成品；
所述通过成球盘成型是将所述混合料匀速撒入成球盘中，成球盘以每分钟5-100转的速度转动，撒混合料的同时向成球盘中的混合料均匀喷水，喷水量与混合料的质量比为1:2-2:1，当成球盘中的颗粒粒径为2-10mm时停止添加混合料并下料；
所述通过挤出机成型是将所述混合料与水混合，然后加入挤出机中造粒得到粒径2-10mm的颗粒，混合料与水的质量比为1:2-2:1。
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