CN106186301A - 一种基于再生水深度脱氮除磷的复合填料的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
一种基于再生水深度脱氮除磷的新型复合填料的制备方法及应用，属于环境工程领域。本发明可增大有效组分的比表面积，使得各有效组分混合更加均匀充分，提高了有效组分的利用效率，从而有利于解决传统颗粒复合填料的板结问题。新型复合填料包括内外两层不同组分的材料，其内层材料组成包括：硫磺粉，海绵铁粉和水泥，并采用30％的双氧水发泡；其外层材料组成包括：硫磺粉，海绵铁粉和石灰石粉。与传统的颗粒复合填料相比，本发明提升了硝酸盐的去除速率，使得系统的同步脱氮除磷能力得到大大提高，总氮和总磷去除率分别可达80％和97％以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于再生水深度脱氮除磷的复合填料的制备方法及应用，属于环境工程技术领域。
背景技术
再生水的深度脱氮除磷是实现污水资源化利用的有效途径。为确保再生水的回用安全，需对其进行深度脱氮除磷。针对其水质本身低碳比的特点，目前在脱氮方面，硫自养反硝化工艺往往因其无需投加碳源、价格低廉等优势被广泛应用，但该工艺会造成出水pH偏低，一定程度上制约了脱氮效果，因此需要添加一定量的石灰石中和硫自养反硝化过程中产生的H+，从而改善反硝化效果。在除磷方面，传统的生物除磷很难达到相关标准，需要结合化学法来强化除磷效果，而海绵铁填料因其高效的除磷能力成为水处理领域常用的除磷填料。因此，将硫磺、石灰石和海绵铁三者混合在一起可以在低碳氮比的条件下实现再生水的同步脱氮除磷。
目前在硫磺海绵铁复合填料的应用过程中往往会因为出现填料板结的问题而使处理效果受到影响；此外，填料颗粒的粒径大小，不同填料间的混合均匀程度等因素也会在一定程度上影响填料的利用效率、系统内的反应速率，从而影响系统脱氮同步除磷的能力。因此，针对上述问题开发出一种具有更高脱氮除磷能力的复合填料，对再生水的深度脱氮除磷具有重要的意义和良好的应用前景。本发明同时得到了国家自然科学基金项目和北京工业大学第十四届研究生科技基金项目的大力支持。
发明内容
本发明的目的在于开发出一种脱氮同步除磷能力更高效的复合填料应用于再生水深度处理方面。
为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案。
一种基于再生水深度脱氮除磷的复合填料，其特征在于：复合填料有内外两层不同组分的材料组成，其内层组成材料为硫磺粉、海绵铁粉和硅酸盐水泥，按体积比为硫磺粉40％，海绵铁粉20％，硅酸盐水泥40％；其外层组成材料包括硫磺粉、海绵铁粉和石灰石粉，按体积比为硫磺粉60％，海绵铁粉20％，石灰石粉20％。
一种基于再生水深度脱氮除磷的复合填料的制备方法，其特征在于：
步骤一按照内层材料组成与配比取料混合得到混合粉末；
步骤二加入步骤一混合粉末质量40％的水搅拌均匀得到浆体；
步骤三加入步骤二浆体质量1.5％的双氧水搅拌均匀后稳定2分钟，制备成3～5mm的颗粒待用；双氧水质量百分比浓度为30％；
步骤四按照外层材料组成与配比取料混合均匀后平铺在托盘中；
步骤五取步骤三制备出的颗粒放入步骤四的托盘中震荡，使其自然粘附托盘中的粉末，待其粒径达到5～8mm时停止粘附；
步骤六最后取出步骤五制备出的颗粒在室温下静置2天，待其充分凝结硬化后使用。
本发明得到的复合填料经过微生物挂膜培养后可以用于反硝化滤池中进行再生水深度处理。
本发明所述的基于再生水深度脱氮除磷的复合填料的有益效果主要体现在：
1、采用本发明的制备方法，增大了有效组分(硫磺，海绵铁，石灰石)的比表面积，同时也使得各组分之间混合更加均匀充分，提高了有效组分的利用效率；
2、与传统的颗粒复合填料相比，该复合填料可使系统的自养反硝化能力大大提高，硝态氮去除速率、总氮去除率分别提高1.86mg·L-1·h-1、25％。其原理为：由于本发明制备的填料增大了硫磺的比表面积，使得硫自养反硝化过程中的硫磺溶解速率增加，更容易被微生物所利用。从而使得自养反硝化的反应速率和能力大大提升；
3、与传统的颗粒复合填料相比，该填料除磷能力也有显著提升，总磷去除率提高了约15％。其原理为：采用本发明制备的填料增大了海绵铁、石灰石的比表面积，使得其更容易被硫自养反硝化过程中产生的H+所腐蚀，在该腐蚀过程中产生Fe2+、Ca2+与PO4 2-结合以化学沉淀的形式将水中的总磷去除；
4、本发明方法的制备过程中由于使用了H2O2发泡的技术手段，使得填料表面产生许多微孔，有利于微生物的附着挂膜；
5、本发明方法制备过程中操作简单，成本低廉，易于实现规模化生产。
6、如上所述，由于本发明方法中有效组分间的混合更为均匀，从而使得填料不易引发堵塞、板结等问题，也因此避免了填料的浪费。其原理为：海绵铁与硫磺等充分混合接触，使得其更容易被硫自养反硝化产生的H+所腐蚀，避免出现传统颗粒填料系统中的钝化问题，从而避免复合填料的板结、堵塞。
附图说明
图1复合填料制备实物图
图2实验组与对照组的硝酸盐去除速率和总氮去除率对比
图3实验组与对照组的总磷去除率对比
具体实施方式
下面结合实例对本发明作进一步的详细说明，以下实例旨在说明本发明，并不限制本发明的范围。
实施例
1.复合填料的制备
步骤一将硫磺粉(150目)、海绵铁粉(40目)和标号为42.5的普通硅酸盐水泥按体积比4:2:4均匀混合；
步骤二加入步骤一粉末质量40％的水(水灰比0.4)搅拌均匀；
步骤三加入步骤二浆体质量1.5％的双氧水(质量分数为30％)搅拌均匀后稳定约2分钟，制备成3～5mm的颗粒待用；
步骤四将硫磺粉、海绵铁粉、石灰石粉按体积比3:1:1混合均匀平铺在托盘中；
步骤五取步骤三制备出的颗粒放入步骤四的托盘中震荡，使其自然粘附托盘中的粉末，待其粒径达到5～8mm时停止粘附；
步骤六最后取出步骤五制备出的颗粒在室温下静置2天，待其充分凝结硬化后使用。制备完成后的填料如附图1所示。
2.复合填料的应用
取一定量的复合填料与等质量的传统颗粒复合填料进行脱氮除磷静态实验，并通过实验结果对比分析填料的同步脱氮除磷能力。
实验具体内容如下：实验用水为模拟二级出水，即向自来水中加入一定量的CH3COONa、KNO3和KH2PO4。该水质特征为：pH＝7.0～7.3，ρ(NO3 --N)＝30mg·L-1，ρ(COD)＝45mg·L-1，TP＝3.0mg·L-1，COD:TN＝1.5。
取30g复合填料放入一只250mL的锥形瓶中作为实验组，向其中加入30mL经过富集培养的活性污泥，再加实验配水至刻线。将锥形瓶封口后放入60r·min-1的摇床内震荡，控制温度为30℃±1℃。另取30g硫磺海绵铁颗粒填料(硫磺与海绵铁体积比为2:1)，混合均匀后放入另一只250mL的锥形瓶作为对照组，并控制其他条件与填料系统完全相同。控制水力停留时间为4h，每次换水200mL并重新加实验配水至刻线。待两反应器运行稳定后，测定两系统的脱氮除磷效果。
如附图2所示，结果表明，在该运行条件下实验组的硝态氮去除速率稳定在6.45mg·L-1·h-1左右，比对照组去除速率大约高1.86mg·L-1·h-1；实验组的总氮去除率可达80％以上，比对照组高出约25％。如附图3所示，实验组的总磷去除率可达97％以上，比对照组提高了约15％。可见，实验组的脱氮和除磷能力均显著优于对照组。因此，本发明方法制备出的复合填料具有更高的脱氮除磷能力，在低碳氮比的条件下可以达到良好的再生水深度脱氮除磷效果。
Claims (3)
1.一种基于再生水深度脱氮除磷的复合填料，其特征在于：复合填料有内外两层不同组分的材料组成，其内层组成材料为硫磺粉、海绵铁粉和硅酸盐水泥，按体积比为硫磺粉40％，海绵铁粉20％，硅酸盐水泥40％；其外层组成材料包括硫磺粉、海绵铁粉和石灰石粉，按体积比为硫磺粉60％，海绵铁粉20％，石灰石粉20％。
2.制备如权利要求1的一种基于再生水深度脱氮除磷的复合填料的制备方法，其特征在于：
步骤一按照内层材料组成与配比取料混合得到混合粉末；
步骤二加入步骤一混合粉末质量40％的水搅拌均匀得到浆体；
步骤三加入步骤二浆体质量1.5％的双氧水搅拌均匀后稳定2分钟，制备成3～5mm的颗粒待用；双氧水质量百分比浓度为30％；
步骤四按照外层材料组成与配比取料混合均匀后平铺在托盘中；
步骤五取步骤三制备出的颗粒放入步骤四的托盘中震荡，使其自然粘附托盘中的粉末，待其粒径达到5～8mm时停止粘附；
步骤六最后取出步骤五制备出的颗粒在室温下静置2天。
3.按照权利要求2方法制备得到的复合填料作为反硝化滤池填料挂膜培养后用于再生水深度脱氮除磷。
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