CN109179660B - 一种基于填料式催化的含氨氮废水的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于填料式催化的含氨氮废水的处理方法，具体包括以下步骤：首先以百香果壳为原料制备百香果壳粉末，将其与硅凝胶、生活污泥、聚丙烯酸钠混合烧结制备复合填料；然后对其进行等离子体处理、高分子包覆，制得改性复合填料；废水处理时的生物膜反应器采用透明的有机玻璃作为滤柱，在滤柱中装填有上述制备的填料；将氨氮废水由蠕动泵泵入到生物膜反应器中，闷曝3‑5天，然后继续向生物膜反应器中泵入含氨氮废水，进行脱除氨氮处理，脱除氨氮后的废水达到标准后排放；滤柱内的填料进行再生后可重复利用。本发明公开的方法操作简单，氨氮去除率高，对水体无二次污染。
Description
技术领域
本发明涉及氨氮废水处理方法，具体的涉及一种基于填料式催化的含氨氮废水的处理方法。
背景技术
合成氨工业在生产过程中产生大量含氨氮工业废水，该行业废水具有污染物种类多、可生化性差、氨氮含量高等特点。目前合成氨工业废水普遍采用生化方法进行处理，特别是采用A/O脱氮为代表的生物脱氮工艺。生化方法的原理主要有硝化反硝化作用。硝化作用是氨转化为硝酸盐的主要途径，氨经氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化菌的先后作用转化为硝酸盐。其过程分为两步进行，第一步为氨氧化作用，指氨氧化细菌在氨单加氧酶的作用下将氨氧化成亚硝酸盐的过程；第二步为亚硝化作用，指亚硝酸盐氧化菌将亚硝酸盐氧化成硝酸盐的过程。
中国专利（200710120847.3）公开了一种高氨氮废水的生物强化处理方法，该方法采用厌氧-缺氧-好氧组合工艺，所用反应器为生物滤池反应器，内部填充打孔聚氨酯载体，在生物滤池生物膜驯化培养过程中，投加高效复合微生物，通过固定化技术强化处理高氨氮废水。该方法可同时除去渗滤液中碳和氮等污染，脱氮效率高，但是不同阶段硝化菌、反硝化菌在有机负荷、泥龄以及碳源需求上存在着矛盾和竞争，很难在单一系统中获得高效的氨氮去除率。中国专利（201510808804.9）公开了一种高氨氮废水处理工艺，该方法依次包括以下步骤：废水依次进入调节池，调节废水pH值；然后将废水泵入到两级氨氮吹脱塔，吹脱后的废水流入生化池进行进一步降解。该方法可有效脱出废水中的氨氮，但是成本较高，过程较复杂。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于填料式催化的含氨氮废水的处理方法，该方法操作简单，成本低，制得的填料强度大，孔隙率高，亲水性好，该方法氨氮去除率高。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于填料式催化的含氨氮废水的处理方法，包括以下步骤：
（1）将百香果壳粉碎，60-80℃下进行干燥处理1-2h，然后进行冷冻干燥，研磨处理，制得百香果壳粉末；
（2）将上述制得的百香果壳粉末、硅凝胶、生活污泥、聚丙烯酸钠混合造粒，然后置于马弗炉内惰性气体下进行烧结处理，制得复合填料；
（3）将上述复合填料采用等离子体进行处理；
（4）将等离子体处理后的复合填料分散于去离子水中，然后加入丙烯酸酯类单体、乳化剂，800W功率下超声处理1-4h，然后加入引发剂，搅拌混合均匀后缓慢升温至60-70℃，搅拌反应20-50min，反应结束后冷却至室温，过滤，滤后固体干燥，制得改性复合填料；
（5）生物膜反应器采用透明的有机玻璃作为滤柱，在滤柱中装填有上述制备的填料；
（6）将氨氮废水由蠕动泵泵入到生物膜反应器中，闷曝3-5天，然后继续向生物膜反应器中泵入含氨氮废水，进行脱出氨氮处理，脱出氨氮后的废水达到标准后排放；滤柱内的填料进行再生后可重复利用。
作为上述技术方案的优选，步骤（1）中，所述冷冻干燥的温度为-10~-5℃，所述冷冻干燥的时间为8-13h。
作为上述技术方案的优选，步骤（2）中，百香果壳粉末、硅凝胶、生活污泥、聚丙烯酸钠的质量比为4：（1-2）：（0.5-1.5）：0.3。
作为上述技术方案的优选，步骤（2）中，所述烧结处理的温度为400-600℃，所述烧结处理的时间为3-8h。
作为上述技术方案的优选，步骤（2）中，所述生活污泥的含水率为10-15%。
作为上述技术方案的优选，步骤（3）中，所述等离子体处理时的气氛为惰性气体，处理室的压力为10-80Pa，用于激发等离子体的微波功率为5-8W/cm2，处理时间为5-10min。
作为上述技术方案的优选，步骤（4）中，各组分的用量以重量份计，分别为：复合填料10-20份、丙烯酸酯类单体8-15份、乳化剂0.1-0.4份、引发剂0.8-1.3份。
作为上述技术方案的优选，步骤（5）中，填料的高度为滤柱高度的1/4-1/3。
作为上述技术方案的优选，步骤（6）中，氨氮处理时，含氨氮废水在生物膜反应器中的停留时间为20-100min，生物膜反应器的运行时间为8-12h。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明制得的填料强度大，在不同强度的水力剪切作用下具有较低的破损率；且其比表面积大，表面具有一定的粗糙度，孔隙率高，不会造成堵塞；本发明采用百香果壳、生活污泥等原料制备填料，成本低，制得的填料可有效吸附微生物细胞，吸附的微生物细胞在填料表面可有效形成纤维状的缠结结构；当填料接触含氨氮废水时，污染物在填料表面可有效被分解；
本发明制得的填料，从填料表面至填料中心，氧含量逐渐降低，在填料表面为好氧段，硝化菌在填料表面可有效将废水中的NH3-N 氧化为 NO3-N ；而在填料的中心往往会形成厌氧区；反硝化细菌利用进水中的有机物作为碳源，可有效将废水中的NO3-N转化为氮气，实现反硝化；本发明公开的方法氨氮去除率高，对水体无二次污染，对设备要求低。
具体实施方式：
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
一种基于填料式催化的含氨氮废水的处理方法，包括以下步骤：
（1）将百香果壳粉碎，60-80℃下进行干燥处理1h，然后在-10~-5℃下进行冷冻干燥8h，研磨处理，制得百香果壳粉末；
（2）将上述制得的百香果壳粉末、硅凝胶、生活污泥、聚丙烯酸钠混合造粒，然后置于马弗炉内惰性气体下400℃下进行烧结处理3h，制得复合填料；其中，百香果壳粉末、硅凝胶、生活污泥、聚丙烯酸钠的质量比为4：1：0.5：0.3；
（3）将上述复合填料采用等离子体进行处理；其中，所述等离子体处理时的气氛为惰性气体，处理室的压力为10Pa，用于激发等离子体的微波功率为5W/cm2，处理时间为5-10min；
（4）将等离子体处理后的复合填料分散于去离子水中，然后加入丙烯酸酯类单体、乳化剂，800W功率下超声处理1h，然后加入引发剂，搅拌混合均匀后缓慢升温至60-70℃，搅拌反应20min，反应结束后冷却至室温，过滤，滤后固体干燥，制得改性复合填料；其中，各组分的用量以重量份计，分别为：复合填料10份、丙烯酸酯类单体8份、乳化剂0.1份、引发剂0.8份；
（5）生物膜反应器采用透明的有机玻璃作为滤柱，在滤柱中装填有上述制备的填料；
（6）将氨氮废水由蠕动泵泵入到生物膜反应器中，闷曝3-5天，然后继续向生物膜反应器中泵入含氨氮废水，进行脱出氨氮处理，脱出氨氮后的废水达到标准后排放；滤柱内的填料进行再生后可重复利用。
实施例2
一种基于填料式催化的含氨氮废水的处理方法，包括以下步骤：
（1）将百香果壳粉碎，60-80℃下进行干燥处理2h，然后在-10~-5℃下进行冷冻干燥13h，研磨处理，制得百香果壳粉末；
（2）将上述制得的百香果壳粉末、硅凝胶、生活污泥、聚丙烯酸钠混合造粒，然后置于马弗炉内惰性气体下600℃下进行烧结处理8h，制得复合填料；其中，百香果壳粉末、硅凝胶、生活污泥、聚丙烯酸钠的质量比为4：2：1.5：0.3；
（3）将上述复合填料采用等离子体进行处理；其中，所述等离子体处理时的气氛为惰性气体，处理室的压力为80Pa，用于激发等离子体的微波功率为8W/cm2，处理时间为5-10min；
（4）将等离子体处理后的复合填料分散于去离子水中，然后加入丙烯酸酯类单体、乳化剂，800W功率下超声处理4h，然后加入引发剂，搅拌混合均匀后缓慢升温至60-70℃，搅拌反应50min，反应结束后冷却至室温，过滤，滤后固体干燥，制得改性复合填料；其中，各组分的用量以重量份计，分别为：复合填料20份、丙烯酸酯类单体15份、乳化剂0.4份、引发剂1.3份；
（5）生物膜反应器采用透明的有机玻璃作为滤柱，在滤柱中装填有上述制备的填料；
（6）将氨氮废水由蠕动泵泵入到生物膜反应器中，闷曝3-5天，然后继续向生物膜反应器中泵入含氨氮废水，进行脱出氨氮处理，脱出氨氮后的废水达到标准后排放；滤柱内的填料进行再生后可重复利用。
实施例3
一种基于填料式催化的含氨氮废水的处理方法，包括以下步骤：
（1）将百香果壳粉碎，60-80℃下进行干燥处理1.5h，然后在-10~-5℃下进行冷冻干燥9h，研磨处理，制得百香果壳粉末；
（2）将上述制得的百香果壳粉末、硅凝胶、生活污泥、聚丙烯酸钠混合造粒，然后置于马弗炉内惰性气体下400℃下进行烧结处理5h，制得复合填料；其中，百香果壳粉末、硅凝胶、生活污泥、聚丙烯酸钠的质量比为4：1.2：0.7：0.3；
（3）将上述复合填料采用等离子体进行处理；其中，所述等离子体处理时的气氛为惰性气体，处理室的压力为30Pa，用于激发等离子体的微波功率为6W/cm2，处理时间为5-10min；
（4）将等离子体处理后的复合填料分散于去离子水中，然后加入丙烯酸酯类单体、乳化剂，800W功率下超声处理2h，然后加入引发剂，搅拌混合均匀后缓慢升温至60-70℃，搅拌反应30min，反应结束后冷却至室温，过滤，滤后固体干燥，制得改性复合填料；其中，各组分的用量以重量份计，分别为：复合填料12份、丙烯酸酯类单体10份、乳化剂0.15份、引发剂0.9份；
（5）生物膜反应器采用透明的有机玻璃作为滤柱，在滤柱中装填有上述制备的填料；
（6）将氨氮废水由蠕动泵泵入到生物膜反应器中，闷曝3-5天，然后继续向生物膜反应器中泵入含氨氮废水，进行脱出氨氮处理，脱出氨氮后的废水达到标准后排放；滤柱内的填料进行再生后可重复利用。
实施例4
一种基于填料式催化的含氨氮废水的处理方法，包括以下步骤：
（1）将百香果壳粉碎，60-80℃下进行干燥处理1h，然后在-10~-5℃下进行冷冻干燥10h，研磨处理，制得百香果壳粉末；
（2）将上述制得的百香果壳粉末、硅凝胶、生活污泥、聚丙烯酸钠混合造粒，然后置于马弗炉内惰性气体下450℃下进行烧结处理6h，制得复合填料；其中，百香果壳粉末、硅凝胶、生活污泥、聚丙烯酸钠的质量比为4：1.3：0.9：0.3；
（3）将上述复合填料采用等离子体进行处理；其中，所述等离子体处理时的气氛为惰性气体，处理室的压力为40Pa，用于激发等离子体的微波功率为6W/cm2，处理时间为5-10min；
（4）将等离子体处理后的复合填料分散于去离子水中，然后加入丙烯酸酯类单体、乳化剂，800W功率下超声处理2h，然后加入引发剂，搅拌混合均匀后缓慢升温至60-70℃，搅拌反应40min，反应结束后冷却至室温，过滤，滤后固体干燥，制得改性复合填料；其中，各组分的用量以重量份计，分别为：复合填料14份、丙烯酸酯类单体12份、乳化剂0.2份、引发剂1份；
（5）生物膜反应器采用透明的有机玻璃作为滤柱，在滤柱中装填有上述制备的填料；
（6）将氨氮废水由蠕动泵泵入到生物膜反应器中，闷曝3-5天，然后继续向生物膜反应器中泵入含氨氮废水，进行脱出氨氮处理，脱出氨氮后的废水达到标准后排放；滤柱内的填料进行再生后可重复利用。
实施例5
一种基于填料式催化的含氨氮废水的处理方法，包括以下步骤：
（1）将百香果壳粉碎，60-80℃下进行干燥处理1.6h，然后在-10~-5℃下进行冷冻干燥11h，研磨处理，制得百香果壳粉末；
（2）将上述制得的百香果壳粉末、硅凝胶、生活污泥、聚丙烯酸钠混合造粒，然后置于马弗炉内惰性气体下500℃下进行烧结处理6h，制得复合填料；其中，百香果壳粉末、硅凝胶、生活污泥、聚丙烯酸钠的质量比为4：1.8：1.1：0.3；
（3）将上述复合填料采用等离子体进行处理；其中，所述等离子体处理时的气氛为惰性气体，处理室的压力为60Pa，用于激发等离子体的微波功率为7W/cm2，处理时间为5-10min；
（4）将等离子体处理后的复合填料分散于去离子水中，然后加入丙烯酸酯类单体、乳化剂，800W功率下超声处理3h，然后加入引发剂，搅拌混合均匀后缓慢升温至60-70℃，搅拌反应30min，反应结束后冷却至室温，过滤，滤后固体干燥，制得改性复合填料；其中，各组分的用量以重量份计，分别为：复合填料16份、丙烯酸酯类单体12份、乳化剂0.3份、引发剂1.1份；
（5）生物膜反应器采用透明的有机玻璃作为滤柱，在滤柱中装填有上述制备的填料；
（6）将氨氮废水由蠕动泵泵入到生物膜反应器中，闷曝3-5天，然后继续向生物膜反应器中泵入含氨氮废水，进行脱出氨氮处理，脱出氨氮后的废水达到标准后排放；滤柱内的填料进行再生后可重复利用。
实施例6
一种基于填料式催化的含氨氮废水的处理方法，包括以下步骤：
（1）将百香果壳粉碎，60-80℃下进行干燥处理1.8h，然后在-10~-5℃下进行冷冻干燥12h，研磨处理，制得百香果壳粉末；
（2）将上述制得的百香果壳粉末、硅凝胶、生活污泥、聚丙烯酸钠混合造粒，然后置于马弗炉内惰性气体下550℃下进行烧结处理7h，制得复合填料；其中，百香果壳粉末、硅凝胶、生活污泥、聚丙烯酸钠的质量比为4：1.8：1.3：0.3；
（3）将上述复合填料采用等离子体进行处理；其中，所述等离子体处理时的气氛为惰性气体，处理室的压力为70Pa，用于激发等离子体的微波功率为7W/cm2，处理时间为5-10min；
（4）将等离子体处理后的复合填料分散于去离子水中，然后加入丙烯酸酯类单体、乳化剂，800W功率下超声处理3h，然后加入引发剂，搅拌混合均匀后缓慢升温至60-70℃，搅拌反应40min，反应结束后冷却至室温，过滤，滤后固体干燥，制得改性复合填料；其中，各组分的用量以重量份计，分别为：复合填料18份、丙烯酸酯类单体14份、乳化剂0.35份、引发剂1.2份；
（5）生物膜反应器采用透明的有机玻璃作为滤柱，在滤柱中装填有上述制备的填料；
（6）将氨氮废水由蠕动泵泵入到生物膜反应器中，闷曝3-5天，然后继续向生物膜反应器中泵入含氨氮废水，进行脱出氨氮处理，脱出氨氮后的废水达到标准后排放；滤柱内的填料进行再生后可重复利用。
上述实施例中的废水中NH3-N的进水浓度为20-36mg/L，10h后通过在出水口采样，测定出水中NH3-N的浓度，从而测试NH3-N去除率，测试结果如表1所示。
表1
| 进水浓度，mg/L | 出水浓度，mg/L | 去除率，% | |
| 实施例1 | 20.7 | 0.25 | 98.8 |
| 实施例2 | 31.5 | 0.53 | 98.3 |
| 实施例3 | 24.5 | 0.22 | 99.1 |
| 实施例4 | 30.8 | 0.51 | 98.3 |
| 实施例5 | 25.5 | 0.31 | 98.9 |
| 实施例6 | 35.6 | 0.65 | 98.2 |
从上述测试结果可以看出，本发明公开的方法氨氮去除率高。
Claims (8)
1.一种基于填料式催化的含氨氮废水的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将百香果壳粉碎，60-80℃下进行干燥处理1-2h，然后进行冷冻干燥，研磨处理，制得百香果壳粉末；
（2）将上述制得的百香果壳粉末、硅凝胶、生活污泥、聚丙烯酸钠混合造粒，然后置于马弗炉内惰性气体下进行烧结处理，制得复合填料；百香果壳粉末、硅凝胶、生活污泥、聚丙烯酸钠的质量比为4：（1-2）：（0.5-1.5）：0.3；
（3）将上述复合填料采用等离子体进行处理；
（4）将等离子体处理后的复合填料分散于去离子水中，然后加入丙烯酸酯类单体、乳化剂，800W功率下超声处理1-4h，然后加入引发剂，搅拌混合均匀后缓慢升温至60-70℃，搅拌反应20-50min，反应结束后冷却至室温，过滤，过滤得到的固体进行干燥处理，制得改性复合填料；
（5）生物膜反应器采用透明的有机玻璃作为滤柱，在滤柱中装填有上述制备的改性复合填料；
（6）将氨氮废水由蠕动泵泵入到生物膜反应器中，闷曝3-5天，然后继续向生物膜反应器中泵入含氨氮废水，进行脱除氨氮处理，脱除氨氮后的废水达到标准后排放；滤柱内的填料进行再生后可重复利用。
2.如权利要求1所述的一种基于填料式催化的含氨氮废水的处理方法，其特征在于，步骤（1）中，所述冷冻干燥的温度为-10~-5℃，所述冷冻干燥的时间为8-13h。
3.如权利要求1所述的一种基于填料式催化的含氨氮废水的处理方法，其特征在于，步骤（2）中，所述烧结处理的温度为400-600℃，所述烧结处理的时间为3-8h。
4.如权利要求1所述的一种基于填料式催化的含氨氮废水的处理方法，其特征在于，步骤（2）中，所述生活污泥的含水率为10-15%。
5.如权利要求1所述的一种基于填料式催化的含氨氮废水的处理方法，其特征在于，步骤（3）中，所述等离子体处理时的气氛为惰性气体，处理室的压力为10-80Pa，用于激发等离子体的微波功率为5-8W/cm2，处理时间为5-10min。
6.如权利要求1所述的一种基于填料式催化的含氨氮废水的处理方法，其特征在于，步骤（4）中，各组分的用量以重量份计，分别为：复合填料10-20份、丙烯酸酯类单体8-15份、乳化剂0.1-0.4份、引发剂0.8-1.3份。
7.如权利要求1所述的一种基于填料式催化的含氨氮废水的处理方法，其特征在于，步骤（5）中，改性复合填料的高度为滤柱高度的1/4-1/3。
8.如权利要求1所述的一种基于填料式催化的含氨氮废水的处理方法，其特征在于，步骤（6）中，氨氮处理时，含氨氮废水在生物膜反应器中的停留时间为20-100min，生物膜反应器的运行时间为8-12h。
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