CN1091077C - 脱氮过滤器及其脱氮材料加工方法 - Google Patents

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Abstract

脱氮过滤器主要包括漏空承载的过滤器壳体(1)，壳体(1)内设置三层脱氮过滤介质，第一层为条状或片状燕麦秸秆和/或玉米秸秆(2)，第二层为条状或片状椴木和/或杉木和/或木屑片(3)，第三层为粒状或块状的焦炭和/或风化煤和/或褐煤和/或无烟煤(4)；或者壳体内设置的三层脱氮过滤介质(2)、(3)、(4)混合渗和。脱氮方法对过滤介质进行初加工，进行酸化处理，选用C/N＞50。

Description

脱氮过滤器及其脱氮材料加工方法
本发明涉及的是一种过滤器，尤其是一种利用生物技术的脱氮过滤器及其脱氮材料加工方法，属于环境保护中污水处理领域。
在现有技术中，利用水体中自然存在的微生物，让其在碎石等滤料上着床繁殖和作功，以其个体活动对污水进行处理，因而其体积负荷和有机物去除效率较低，尤其对脱氮等方面效果较差。为此，在一般的生物污水处理过程中，总要设置一个厌氧和缺氧过程，用来脱氮除磷。这样，处理时间自然就加长，投资成本大，操作工艺复杂，运行成本增高。生物活性污泥脱氮法、A/O法或称A2/O法。它包括硝化和反硝化二个反应过程，硝化是废水中的氨氮在好氧条件下通过好氧菌(亚硝酸菌和硝酸菌)的作用，被氧化成亚硝酸盐(NO2 -)和硝本盐(NO3 -)的反应过程。该种方法，首先要对废水进行6小时～8小时强烈曝气，才能完成硝化阶段；然后，再使废水处于5小时～6小时无氧状态，完成反硝化过程，整个污水处理时间过长。经对现有技术的检索，“生物脱氧系统的基本工艺流程”一文，摘自《废水中氮磷的处理》华师大出版社96年版，作者：徐亚同和“硝化—反硝化生物脱氮系统”一文，摘自《废水厌氧生物处理工程》中国环科出版社96年版，作者：张希衡，该两文结合污水处理工程中硝化、反硝化工艺去除氨氮，但都存在污水处理时间过长，工程费用较高的不足。
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出一种能高效降解污水中的氨氮和磷的脱氮过滤器及其脱氮材料加工方法。
本发明的技术方案如下：本发明的脱氮过滤器主要包括漏空承载的过滤器壳体，壳体内设置三层脱氮过滤介质，第一层为条状或片状燕麦秸杆和/或玉米秸杆，第二层为条状或片状椴木和/或粉木和/或木屑片，第三层为粒状或块状的焦炭和/或风化煤和/或褐煤和/或无烟煤；或者壳体内设置的三层脱氮介质分别以一定的比例混合渗和。上述结构形式一较适用于重污染区域，结构形式二较适用于轻污染区域。过滤器壳体内第一层和第二层的滤污机理为：由于这两层介质C/N比率较大(分别为200～250∶1和50～80∶1)，失调的C/N比，使得硝化菌处于极端的氮饥饿状态，增强了脱氮菌吞噬能力，加快了脱氮的速度。过滤器壳体内第三层煤和焦炭的滤污机理为：由于有抑制带电静电荷的功能，且含有丰富的腐植酸，为微生物着床创造了条件。对过滤介质进行预前处理，使材料的表面有酸化所形成的微孔，具有较大的比表面积(焦炭本身就具有较大比表面积)。其表面能生成一些官能团，如羧基≥COOH、羧基-OH、羰基≥C＝O等。因此它在水中进行较高效的吸附时，生成结合酶，特别有利于硝化菌的生长与繁殖，加速了有机物的分解(此时这些过滤介质即是固相酶的载体)。
本发明的脱氮材料加工方法在于：对选用的过滤介质煤和/或焦炭进行预前工艺处理，预前工艺处理包括：将煤和/或焦炭加工成2cm3～5cm3粒径左右的粒状和块状，用5％的硝酸溶液和8％的硫酸溶液混合液浸泡25小时～30小时，在酸液达到近中性程度时，用清水洗净、烤干，然后将这种经活性的焦炭块和煤块、煤粉置于40％湿度和不低于20℃温度的暗室内放6天～10天待用；利用椴木、杉木、木屑片、燕麦和玉米秸杆等材料具有C/N比率大的特点，选用C/N比率＞50的材料作为过滤介质，加速脱氮速度，并将这些材料加式成10cm～15cm条状物。
将脱氮过滤介质分层次或混合渗和设置到过滤器内，造成一种使原来就以噬氮的菌发生变异，在菌的生存条件(C/N比率)极大失调的情况下，大量原先的常规硝化菌因无法适应而死亡，仅有少量残存，这些残存的细菌，其遗传基因发生变异，变异后的细菌具有原硝化菌10倍～20倍的脱氮能力，大量制造这种变异菌，让它存活在这个特殊装置内，使之在合成自身的同时完成污水脱氮(使污水中的化学氮转化变为分子态氮释放)，极大地提高了脱氮的效率。另外由于硝化菌的胞外酶(细菌向外分泌的一种酶)充斥在酸化的微孔中(微孔为60～100，而胞外酶个体约为10)，每个微孔都形成了一个极小的厌氧过程或称脱氮过程。这样，水在推流过程中，表面接触较大的面积处于好氧状态；而材料的微孔中则处于厌氧脱氮过程。因此这个过程将原来的厌氧和好氧结合起来，大大缩短了脱氮处理的时间。
本发明具有实质性特点和显著的进步，现有技术由于需设置厌氧或缺氧段，再加上好氧段，因此水停留时间长达10小时以上，有时高达15小时，而本发明因具有降解氨氮和磷的特殊功效，可以把传统生物处理时间(缩短为6小时之内)、投资成本、营运消耗都大幅度减下来；另外，本发明具有取材方便，制作工艺简单，使用范围广等特点，本发明具有很高的实用价值。
以下将结合附图对本发明进一步描述：
图1本发明结构形式一示意图
图2本发明结构形式二示意图
如图1、图2所示，本发明的脱氮过滤器主要包括漏空承载的过滤器壳体1，壳体1内设置三层脱氮过滤介质，第一层为条状或片状燕麦秸杆和/或玉米秸杆2，第二层为条状或片状椴木和/或粉木和/或木屑片3，第三层为粒状或块状的焦炭和/或风化煤和/或褐煤和/或无烟煤4；或者壳体内设置的脱氮过滤介质2、3、4混合渗和。上述结构形式一较适用于重污染区域，结构形式二较适用于轻污染区域。过滤器壳体1内第一层2和第二层3的滤污机理为：由于这两层介质C/N比率较大(分别为200～250∶1和50～80∶1)，失调的C/N比，使得硝化菌处于极端的氮饥饿状态，增强了脱氮菌吞噬能力，加快了脱氮的速度。过滤器壳体1内第三层煤和焦炭4的滤污机理为：由于有抑制带电静电荷的功能，且含有丰富的腐植酸，为微生物着床创造了条件。对过滤介质4进行预前处理，使过滤介质4的表面有酸化所形成的微孔，具有较大的比表面积(焦炭本身就具有较大比表面积)。其表面能生成一些官能团，如羧基≥COOH、羧基-OH、羰基≥C＝O等。因此它在水中进行较高效的吸附时，生成结合酶，特别有利于硝化菌的生长与繁殖，加速了有机物的分解(此时这些过滤介质即是固相酶的载体)。
本发明的脱氮材料加工方法在于：对选用的过滤介质煤和/或焦炭4进行初加工，初加工包括：将煤和域焦炭4加工成2cm3～5cm3的粒状和块状，用5％的硝酸溶液和8％的硫酸溶液混合液浸泡25小时～30小时，在酸液达到近中性程度时，用清水洗净、烤干，然后将这种活性经的焦炭块和煤块、煤粉置于40％湿度和不低于20℃温度的暗室内放6天～10天待用；对选用的利用椴木、杉木、木屑片3和燕麦和玉米秸杆2材料也进行初加工，具有C/N比率大的特点，选用C/N比率＞50的过滤介质2、3，加速脱氮速度，并将这些材料加式成10cm～15cm条状物。
将脱氮过滤介质2、3、4分层次或混合渗和设置到过滤器壳体1内，造成一种使原来就以噬氮的菌发生变异，在菌的生存条件(C/N比率)极大失调的情况下，大量原先的常规硝化菌因无法适应而死亡，仅有少量残存，这些残存的细菌，其遗传基因发生变异，变异后的细菌具有原硝化菌10倍～20倍的脱氮能力，大量制造这种变异菌，让它存活在这个特殊装置内，使之在合成自身的同时完成污水脱氮(使污水中的化学氮转化变为分子态氮释放)，极大地提高了脱氮的效率。另外由于硝化菌的胞外酶(细菌向外分泌的一种酶)充斥在酸化的微孔中(微孔为60～100，而胞外酶个体约为10)，每个微孔都形成了一个极小的厌氧过程或称脱氮过程。这样，水在推流过程中，脱氮过滤介质2、3表面接触较大的面积处于好氧状态，而脱氮过滤介质5的微孔中则处于厌氧脱氮过程。把厌氧和好氧过程结合起来，大大缩短了脱氧处理的时间。
以下提供实例两则：
实例一：
利用本发明结构形式—的脱氮过滤器及其脱氮方法处理生活污水，污水水质：COD＝450mg/L、BOD＝250mg/L、NH3-N＝35mg/L、PH＝7。4小时后COD＝25mg/L、BOD＝8mg/L、NH3-N＝5mg/L、PH＝7
实例二：
利用本发明结构形式二的脱氮过滤器及其脱氮方法处理污水，污水水质为：COD＝180mg/L、BOD＝150mg/L、NH3-N＝15.8mg/L、T-P＝5mg/L、PH＝6.8。50kg/小时的过滤速度，过滤后结果是：COD＝3mg/L、BOD＝3mg/L、NH3-N＝0mg/L、总氮＝2mg/L、总磷＝0.1mg/L。

Claims (3)

1、一种脱氮过滤器，包括漏空承载的过滤器壳体(1)，其特征在于壳体(1)内设置三层脱氮过滤介质，第一层为条状或片状燕麦秸杆和/或玉米秸杆(2)，第二层为条状或片状椴木和/或杉木和/或木屑片(3)，第三层为粒状或块状的焦炭和/或风化煤和/或褐煤和/或无烟煤(4)；或者壳体内设置的脱氮过滤介质(2)、(3)、(4)混合渗和。
2、根据权利要求1所述的这种脱氮过滤器，其特征是对过滤介质(4)进行预前处理，使过滤介质(4)的表面有酸化所形成的微孔，具有较大的比表面积。
3、一种脱氮材料加工方法，其特征还在于对选用的过滤介质煤和/或焦炭(4)进行初加工，初加工包括：将煤和/或焦炭(4)加工成2cm3～5cm3的粒状和块状，用5％的硝酸溶液和8％的硫酸溶液混合液浸泡25小时～30小时，在酸液达到近中性程度时，用清水洗净、烤干，然后将这种经活性的焦炭块和煤块、煤粉置于40％湿度和不低于20℃温度的暗室内放6天～10天待用；对选用的利用椴木、杉木、木屑片(3)和燕麦和玉米秸杆(2)材料也进行初加工，将这些材料加工成10cm～15cm条状物。
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