CN103145234A - 好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体及制备方法 - Google Patents

好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体及制备方法 Download PDF

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Abstract

好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体及其制备方法，属水处理领域。本发明可解决低碳氮比污水因碳源不足生物脱氮效率低且工艺复杂、因物化处理成本高、有二次污染等弊端，从而实现低成本、无二次污染的高效脱氮。好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体，其材料组成包括单质铁粉、活性炭粉末、石膏粉、铜粉和催化剂；催化剂为锰粉、钛粉、镁粉和钒粉的一种或其任意组合；其制备方法是按材料组成取料混合、制成5～20mm的颗粒、进行干燥、然后焙烧后冷却，最后将制备的颗粒在污水中通过微生物挂膜培养即得到好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体。该发明可高效处理低碳氮比污水，使污水总氮脱出90%以上。

Description

好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体及制备方法
技术领域
本发明涉及好氧条件低碳氮（C/N）比污水氨氮直接脱氮的生物颗粒载体及其制备方法，属于水处理领域。
背景技术
随着社会经济的发展，各种环境问题正变得日益突出，其中由于大量污水（废水）排放引起的地表水富营养化和地下水污染已严重影响了人们的生活。而当前污水中的氨氮污染就是一个极其严峻的环境问题。为减少水中的氨氮，目前工业上常用的方法主要有化学法和生物法。化学法去除氨氮主要以吹脱法和折点加氯法为主，但这两种方法都会对环境造成二次污染。而去除氨氮的生物法其周期较长，对处理温度、溶解氧、时间等有较高的要求，同时还受污水的pH值、碳/氮（C/N）比的影响，尤其在污水氨氮脱除（氨氮脱除是指污水中的氨氮最终是以氮气的方式脱除，而不是将氨氮转化成硝态氮结束）处理中，更因有机碳源的不足（低C/N比）而影响脱氮效果，造成污水处理的脱氮困难。采用何种技术才能对低C/N比污水中氨氮进行快速高效脱除一直是研究者致力于该领域的焦点和难点。因此，研究发明低C/N比污水中氨氮快速高效脱除的新技术具有非常重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是低C/N比污水若采用生物脱氮需要投加碳源，若碳源不足，脱氮效率低且工艺复杂；若采用物化处理污水中的氨氮其效率低、成本高、还会伴随二次污染。
本发明解决其技术问题的技术方案：
好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体，其材料组成包括单质铁粉、活性炭粉末、石膏粉、铜粉和催化剂；催化剂为锰粉、钛粉、镁粉和钒粉中的一种或其任意组合。
好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体的材料组成按体积比为单质铁占40～50%，活性炭粉末占35～42%，石膏粉占5～8%，铜粉占4～5%，锰粉占1～2%，钛粉占1～2%，镁粉占1～2%，钒粉占1～2%。
好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体的制备方法包括：
步骤一按所述的材料组成和配比取料混合；
步骤二加水制成5～20mm的颗粒；
步骤三将制备的颗粒放在110±2℃的干燥箱中，在N2气的保护下，干燥1～2h；
步骤四将干燥后的颗粒放入焙烧炉中，通入N2/CO气体，升温至500℃～600℃，进行预热20～30min，并继续以通气流量为10L/min·Kg～60L/min·Kg通入H2/CO气体，其H2/CO的体积比为40%︰60%，再将温度升至680℃～950℃，焙烧30～60min；
步骤五最后通入N2气冷却至室温；
步骤六将步骤一至五制备的颗粒，在污水中通过微生物挂膜培养即得到好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体。
所得到的好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体是将物化与生化技术进行耦合，通过好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体本身的物化作用和其表面生物膜的生化作用，实现高效去除低碳氮（C/N）比污水和低C/N比受污染的地下水中的氨氮和其他含氮物质。采用此生物颗粒载体处理低碳氮（C/N）比污水无需外加有机碳源，自身能克服污水中有机碳源的不足，脱氮效率高且工艺简单，处理成本低、无二次污染。
制备好的好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体，其堆积密度≤1050Kg/m3，简压强度≥0.5Mpa，比表面积≥500m2/g，孔隙率≥65%。
本发明的有益效果：
本发明所提供的好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体及制备方法可解决低碳氮比污水因有机碳源不足生物脱氮效率低且工艺复杂、因物化处理脱氮效率低、成本高、并伴随二次污染等弊端，从而实现低成本、无二次污染的高效脱氮，快速达到国家标准要求。
好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体利用铁/碳（Fe/C）原电池的电子得失反应和载体上生物膜作用，将氨氮（NH3-N）、硝态氮（NO2 --N,NO3 --N）进行脱氮，并以N2气方式排除水体。好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体中所加入的催化剂，可起到催化作用，加快脱氮反应的进行，同时使生物颗粒载体的强度得到提高，比表面积增加，生物膜的量提高。
好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体制备简单，可实现产品产业化生产。
具体实施方式
好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体的材料组成包括单质铁粉、活性炭粉末、石膏粉、铜粉和催化剂；催化剂为锰粉、钛粉、镁粉和钒粉的一种或其任意组合。
好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体的材料组成按体积比为单质铁占40～50%，活性炭粉末占35～42%，石膏粉占5～8%，铜粉占4～5%，锰粉占1～2%，钛粉占1～2%，镁粉占1～2%，钒粉占1～2%。
好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体的制备方法之一，该制备方法包括：
步骤一按所述的材料组成和配比取料混合
取单质铁粉︰活性炭粉末︰石膏粉︰铜粉︰锰粉︰钛粉︰镁粉︰钒粉的体积比为50%︰42%︰8%︰5%︰2%︰2%︰2%︰2%进行混合。
步骤二加水制成5mm的颗粒；
步骤三将制备的颗粒放在110±2℃的干燥箱中，在N2气的保护下，干燥1h；
步骤四将干燥后的颗粒放入焙烧炉中，通入N2/CO气体，升温至500℃，进行预热20min，并继续以通气流量为10L/min·Kg通入H2/CO气体，其H2/CO的体积比为40%︰60%，再将温度升至680℃，焙烧30min；
步骤五最后通入N2气冷却至室温；
步骤六将步骤一至五制备的颗粒，在污水中通过微生物挂膜培养即得到好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体。
采用好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体的制备方法之一制备的好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体，在处理COD/TN＜2，NH3-N为20～60mg/L的污水时，运行稳定后，总氮（TN）可实现90%以上的脱出效果，出水COD＜20mg/L。
好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体的制备方法之二，该制备方法包括：
步骤一按所述的材料组成和配比取料混合
取单质铁粉︰活性炭粉末︰石膏粉︰铜粉︰锰粉︰钛粉︰镁粉︰钒粉的体积比为40%︰35%︰5%︰4%︰1%︰1%︰1%︰1%进行混合。
步骤二加水制成20mm的颗粒；
步骤三将制备的颗粒放在110±2℃的干燥箱中，在N2气的保护下，干燥2h；
步骤四将干燥后的颗粒放入焙烧炉中，通入N2/CO气体，升温至500℃，进行预热30min，并继续以通气流量为60L/min·Kg通入H2/CO气体，其H2/CO的体积比为40%︰60%，再将温度升至950℃，焙烧60min；
步骤五最后通入N2气冷却至室温；
步骤六将步骤一至五制备的颗粒，在污水中通过微生物挂膜培养即得到好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体。
采用好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体的制备方法之二制备的好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体，在处理COD/TN＜2，NH3-N为20～40mg/L的污水，运行稳定后，总氮（TN）可实现90%以上的脱出效果，出水COD＜20mg/L或处理COD/TN＜2，NO3 --N为10～30mg/L的受污染的地下水，运行稳定后，NO3 --N可去除90%以上，出水COD＜10mg/L。
好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体的制备方法之三，该制备方法包括：
步骤一按所述的材料组成和配比取料混合
取单质铁粉︰活性炭粉末︰石膏粉︰铜粉︰锰粉︰钛粉︰镁粉︰钒粉的体积比为45%︰40%︰7%︰5%︰2%︰1%︰2%︰1%进行混合。
步骤二加水制成10mm的颗粒；
步骤三将制备的颗粒放在110±2℃的干燥箱中，在N2气的保护下，干燥2h；
步骤四将干燥后的颗粒放入焙烧炉中，通入N2/CO气体，升温至550℃，进行预热25min，并继续以通气流量为50L/min·Kg通入H2/CO气体，其H2/CO的体积比为40%︰60%，再将温度升至800℃，焙烧45min；
步骤五最后通入N2气冷却至室温；
步骤六将步骤一至五制备的颗粒，在污水中通过微生物挂膜培养即得到好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体。
采用好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体的制备方法之三制备的好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体，在处理COD/TN＜2，NH3-N为20～50mg/L的污水，运行稳定后，总氮（TN）可实现90%以上的脱出效果，出水COD＜20mg/L或处理COD/TN＜2，NO3 --N为10～30mg/L的受污染的地下水，运行稳定后，NO3 --N可去除90%以上，出水COD＜10mg/L。
好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体的制备方法之四，该制备方法包括：
步骤一按所述的材料组成和配比取料混合
取单质铁粉︰活性炭粉末︰石膏粉︰铜粉︰锰粉︰镁粉︰钒粉的体积比为50%︰42%︰5%︰4%︰2%︰2%︰1%进行混合。
步骤二加水制成20mm的颗粒；
步骤三将制备的颗粒放在110±2℃的干燥箱中，在N2气的保护下，干燥2h；
步骤四将干燥后的颗粒放入焙烧炉中，通入N2/CO气体，升温至550℃，进行预热30min，并继续以通气流量为60L/min·Kg通入H2/CO气体，其H2/CO的体积比为40%︰60%，再将温度升至800℃，焙烧60min；
步骤五最后通入N2气冷却至室温；
步骤六将步骤一至五制备的颗粒，在污水中通过微生物挂膜培养即得到好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体。
采用好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体的制备方法之四制备的好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体，在处理COD/TN＜2，NH3-N为20～50mg/L的污水，运行稳定后，总氮（TN）可实现90%以上的脱出效果，出水COD＜20mg/L或处理COD/TN＜2，NO3 --N为10～20mg/L的受污染的地下水，运行稳定后，NO3 --N可去除90%以上，出水COD＜10mg/L。
好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体的制备方法之五与制备方法四的区别：制备方法之五的材料组成中催化剂组成为，锰粉︰钛粉︰镁粉的体积比为2%︰1%︰2%。
好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体的制备方法之六与制备方法四的区别：制备方法之六的材料组成中催化剂组成为，锰粉︰钛粉︰钒粉的体积比为2%︰1%︰2%。
好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体的制备方法之七与制备方法四的区别：制备方法之七的材料组成中催化剂组成为，钛粉︰镁粉︰钒粉的体积比为1%︰2%︰2%。
好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体的制备方法之八与制备方法四的区别：制备方法之八的材料组成中催化剂组成为，锰粉︰镁粉的体积比为2%︰2%。
好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体的制备方法之九与制备方法四的区别：制备方法之九的材料组成中催化剂组成为，锰粉︰钛粉的体积比为2%︰1%。
好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体的制备方法之十与制备方法四的区别：制备方法之十的材料组成中催化剂组成为，锰粉︰钒粉的体积比为2%︰1%。
好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体的制备方法之十与制备方法四的区别：制备方法之十的材料组成中催化剂组成为，镁粉︰钒粉的体积比为2%︰2%。
好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体的制备方法之十一与制备方法四的区别：制备方法之十一的材料组成中催化剂组成为，钛粉︰镁粉的体积比为1%︰2%。
好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体的制备方法之十二与制备方法四的区别：制备方法之十二的材料组成中催化剂组成为，钛粉︰钒粉的体积比为1%︰2%。
好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体的制备方法之十三与制备方法四的区别：制备方法之十三的材料组成中催化剂只有锰粉，投加量为2%。
好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体的制备方法之十四与制备方法四的区别：制备方法之十四的材料组成中催化剂只有钛粉，投加量为2%。
好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体的制备方法之十五与制备方法四的区别：制备方法之十五的材料组成中催化剂只有镁粉，投加量为2%。好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体的制备方法之十六与制备方法四的区别：制备方法之十六的材料组成中催化剂只有钒粉，投加量为2%。
本发明制得的好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体的堆积密度≤1050Kg/m3，简压强度≥0.5Mpa，比表面积≥500m2/g，孔隙率≥65%。

Claims (2)

1.好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体，其特征在于：
好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体，其材料组成包括单质铁粉、活性炭粉末、石膏粉、铜粉和催化剂；催化剂为锰粉、钛粉、镁粉和钒粉中的一种或其任意组合；
好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体的材料组成按体积比为单质铁占40～50%，活性炭粉末占35～42%，石膏粉占5～8%，铜粉占4～5%，锰粉占1～2%，钛粉占1～2%，镁粉占1～2%，钒粉占1～2%。
2.好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体的制备方法，其特征在于：该制备方法包括：
步骤一按权利要求1所述的材料组成和配比取料混合；
步骤二加水制成5～20mm的颗粒；
步骤三将制备的颗粒放在110±2℃的干燥箱中，在N2气的保护下，干燥1～2h；
步骤四将干燥后的颗粒放入焙烧炉中，通入N2/CO气体，升温至500℃～600℃，进行预热20～30min，并继续以通气流量为10L/min·Kg～60L/min·Kg通入H2/CO气体，其H2/CO的体积比为40%︰60%，然后再将温度升至680℃～950℃，焙烧30～60min；
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