CN110668578A - 一种好氧预膜改性材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种好氧预膜改性材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

一种好氧预膜改性材料及其制备方法和应用，该方法先利用颗粒填料在曝气生物滤池进行快速挂膜；将形成的生物膜与填料置于马弗炉内500～600℃下焙烧，形成新型生物炭；将该生物炭通过FeCl2·4H2O与NaBH4还原改性后制得ZVI生物炭；将ZVI生物炭投加到厌氧UASB反应器中进行颗粒污泥培养。本发明的优点主要体现在：通过好氧挂膜能够在短时间内得到大量的生物膜材料，通过高温焙烧形成的生物炭基材料，经过ZVI改性后，不仅可以作为颗粒污泥内核，快速吸附附着微生物，为微生物提供载体，还可以为微生物提供微量元素促进微生物生长并形成颗粒污泥，强化污染物的降解效率和颗粒污泥的成型速度。

Description

一种好氧预膜改性材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于污水处理领域，具体一种好氧预膜改性材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着工业化的不断发展，人类活动产生大量污染物，这些污染物经水、空气等途径进入环境，往往对环境造成极大的污染。厌氧发酵产沼气是一条符合当前循环经济发展理念的可行性资源化途径，是处理高浓度污染物较为有效的方法，并且厌氧发酵是污泥减量化、稳定化的常用手段之一，是目前大型污水厂最为经济的废水、污泥处理方法。而厌氧发酵过程中优良性能的厌氧颗粒污泥的产生常常是反应器运行成功的标志。虽然厌氧发酵具有很多优点，但污泥成型需要较长时间，并且厌氧发酵过程各种不稳定因素的影响，往往很难形成处理效果好的颗粒污泥。在现有技术中，常投加各种聚合物、惰性物质以及其他吸附材料等方法来加速厌氧发酵。虽然在短期内效果明显，但投加物常常因为投加量难以把握，对厌氧微生物产生毒害作用或抑制微生物的活性，进而影响厌氧反应器处理效果，造成污泥解体，甚至造成水体酸化，污染物的浓度达不到排放的要求，反应器运行失败。
发明内容
解决的技术问题：为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种好氧预膜改性材料及其制备方法和应用，通过投加新型生物炭，既可以避免因生物相容性问题造成微生物死亡，而且可以起到高效厌氧发酵并快速形成颗粒污泥。
技术方案：一种好氧预膜改性材料的制备方法，制备步骤为：曝气生物滤池中填加填料；取污水处理厂活性污泥到滤池内，投加量需完全浸没滤池中填料，闷曝1～4d；采用间歇培养并逐渐提高流速的方法进水，并在底部进行曝气，等待挂膜成功；将负载有生物膜的填料取出并置于马弗炉中，在氮气氛围中500～600℃高温焙烧4～6h形成生物炭，冷却至室温后，研磨至粒径为0.1～0.75mm；取研磨的颗粒与FeCl2·4H2O，超声分散在去离子水中，加入NaBH4后，氮气氛围下搅拌过滤，所述生物炭:FeCl2·4H2O:NaBH4质量比为1:(1～1.6):(0.2～0.3)，过滤物在真空干燥箱内105℃烘3～5h，制得改性ZVI生物炭。
优选的，上述填料为直径1～3mm的沸石、陶粒、秸秆微粒或煤渣，所加填料体积占滤池体积的30～50％。
优选的，上述活性污泥为污泥混合液，所述混合液为污泥上清液或污泥悬液。
优选的，上述滤池进水COD浓度100～500mg/L，NH3-N 20～50mg/L，进水水温10～25℃,初期进水，初始滤速设定为0.4m/h，COD去除率逐渐稳定后调整为0.8m/h，曝气使水中溶解氧范围为1～10mg/L。
优选的，上述挂膜成功的标志为COD、NH3-N去除率稳定，填料表面有大量微生物膜。
优选的，上述生物膜与填料置于马弗炉焙烧，在氮气氛围中，控制升温幅度5℃/min。
优选的，上述生物炭与FeCl2·4H2O、NaBH4的质量比为1:1.4:0.27。
上述制备方法制得的改性ZVI生物炭。
上述改性ZVI生物炭在废水处理中的应用。改性ZVI生物炭以5～15g/L的量与厌氧污泥混匀后，投加到厌氧UASB反应器内，投加量占反应器体积的25～40％。
有益效果：1、曝气生物滤池内好氧投加的填料价格廉价，易于获取。2、通过好氧方法可以得到大量生物膜。3、该高温焙烧形成的生物炭基材料具有生物相容性好的优点，对微生物无毒无害。4、通过生物炭改性制得ZVI生物炭进行投加，不仅可以作为颗粒污泥内核，快速吸附附着微生物，为微生物提供载体，还可以为微生物提供微量元素促进微生物生长，加速颗粒污泥的形成。
附图说明
图1为本发明工艺流程图；
图2为曝气生物滤池示意图；
图3为UASB反应器装置图；
图4为实施例1投加对比图；
图5为实施例2投加对比图；
图6为实施例3投加对比图。
具体实施方式
以下通过结合具体实施例进一步对本发明进行详述，但本发明并不限于此。
实施例1
(1)好氧挂膜：在曝气生物滤池中填加1～3mm天然斜发沸石，投加量为滤池体积的40％；取污水处理厂污泥上清液到滤池内浸没填料物，进行闷曝，闷曝时间1d；采用间歇培养并逐渐增加流速的方法进水，并在底部进行曝气，开始小流量进水，进水COD浓度100～500mg/L，NH3-N 100～500mg/L，进水水温10～25℃，初期，COD去除率低，载体挂膜少，滤速设定为0.4m/h，后期载体逐渐挂膜，COD去除率逐渐稳定后调整为0.8m/h，曝气使水中溶解氧范围1～10mg/L，待污泥附着，出水去除率稳定，挂膜完成；
(2)生物炭制备：将生物膜与填料取出，置于坩埚内并加盖，马弗炉升温5℃/min至600℃高温焙烧6h，马弗炉温度冷却至室温后取出，用研钵研磨烧制的生物炭，标准筛筛颗粒粒径至0.1～0.75mm之间，备用；
(3)生物炭改性：取冷却研磨过后的1g生物炭和1.4g FeCl2·4H2O，超声分散在100mL去离子水中，加入0.27g NaBH4搅拌，氮气氛围下过滤，真空干燥箱105℃烘5h，制得改性ZVI生物炭。
(4)厌氧投加：将改性烘干后的改性ZVI生物炭以10g/L的量与剩余污泥混匀后，投加到厌氧UASB反应器内进行厌氧反应，投加量为反应器体积的30％。初始进水COD 1000mg/L，pH 6.8～7.5，温度30～35℃，停留时间为48h，COD:N:P＝200:5:1，并补充微量元素，具体见下表1。采用逐步COD的方式，COD去除率达到80％，提升COD，至2000mg/L，最终提升到5000mg/L。之后逐渐减少水力停留时间48h、36h、24h、12h。
从图4可以看出，在投加改性ZVI生物炭的UASB反应器和不添加生物炭的空白对照组相比，投加了改性ZVI生物炭的UASB反应器内颗粒污泥成型速度明显比对照组快。
表1：微量元素
Figure BDA0002197565390000031
实施例2
(1)好氧挂膜：在曝气生物滤池中填加1～3mm陶粒，投加量为滤池体积的30％；取污水处理厂污泥混液到滤池内浸没填料物，进行闷曝，闷曝时间1d，换水继续闷曝1d；采用间歇培养并逐渐增加流速的方法进水，并在底部进行曝气，开始小流量进水，进水COD浓度50～250mg/L，NH3-N 100～500mg/L，进水水温10～25℃，初期COD去除率低,载体挂膜少，滤速设定为0.4m/h，后期载体逐渐挂膜，COD去除率逐渐稳定后调整为1m/h，曝气使水中溶解氧范围1～10mg/L，待污泥附着，出水去除率稳定，挂膜完成；
(2)生物炭制备：将生物膜与填料取出，置于坩埚内加盖后，马弗炉升温5℃/min至600℃高温焙烧6h，马弗炉温度冷却至室温后取出，用研钵研磨烧制的生物炭，标准筛筛颗粒粒径至0.1～0.75mm之间，备用；
(3)生物炭改性：取冷却研磨过后的1g生物炭和1g FeCl2·4H2O，超声分散在100mL去离子水中，加入0.2g NaBH4搅拌，氮气氛围下过滤，真空干燥箱105℃烘5h，制得改性ZVI生物炭。
(4)厌氧投加：将改性烘干后的改性ZVI生物炭以15g/L的量与剩余污泥混匀后，投加到厌氧UASB反应器内进行厌氧反应，投加量为反应器体积的35％。初始进水COD 1000mg/L，pH 6.8～7.5，温度30～35℃，停留时间为48h，COD:N:P＝200:5:1，并补充微量元素。采用逐步COD的方式，COD去除率达到80％，提升COD，至2000mg/L，最终提升到5000mg/L。之后逐渐减少水力停留时间48h、36h、24h、12h。
从图5可以看出，在投加改性ZVI生物炭的UASB反应器和不添加生物炭的空白对照组相比，投加了改性ZVI生物炭的UASB反应器内颗粒污泥成型速度明显比对照组快。
实施例3
(1)好氧挂膜：在曝气生物滤池中填加1～3mm秸秆微粒，投加量为滤池体积的40％；取污水处理厂污泥混液到滤池内浸没填料物，进行闷曝，闷曝时间1d，换水继续闷曝1d；采用间歇培养并逐渐增加流速的方法进水，并在底部进行曝气，开始小流量进水，进水COD浓度100～500mg/L，NH3-N 20～50mg/L，进水水温10～25℃，初期COD去除率低,载体挂膜少，滤速设定为0.4m/h，后期载体逐渐挂膜，COD去除率逐渐稳定后调整为0.8m/h，曝气使水中溶解氧范围1～10mg/L，待污泥附着，出水去除率稳定，挂膜完成；
(2)生物炭制备：将生物膜与填料取出，置于坩埚内加盖后，马弗炉升温5℃/min至600℃高温焙烧6h，马弗炉温度冷却至室温后取出，研磨烧制的生物炭，标准筛筛颗粒粒径至0.1～0.75mm之间，备用；
(3)生物炭改性：取冷却研磨过后的1g生物炭和2g FeCl2·4H2O，超声分散在100mL去离子水中，加入0.3g NaBH4搅拌，氮气氛围下过滤，真空干燥箱105℃烘5h，制得改性ZVI生物炭。
(4)厌氧投加：将改性烘干后的改性ZVI生物炭以15g/L的量与剩余污泥混匀后，投加到厌氧UASB反应器内进行厌氧反应，投加量为反应器体积的35％。初始进水COD 1000mg/L，pH 6.8～7.5，温度30～35℃，停留时间为48h，COD:N:P＝200:5:1，并补充微量元素。采用逐步COD的方式，COD去除率达到80％，提升COD，至2000mg/L，最终提升到5000mg/L。之后逐渐减少水力停留时间48h、36h、24h、12h。
从图6可以看出，在投加改性ZVI生物炭的UASB反应器和不添加生物炭的空白对照组相比，投加了改性ZVI生物炭的UASB反应器内颗粒污泥成型速度明显比对照组快。
以上实施例的只是用于分析理解本发明的制备方法及应用范围，但本发明不限于以上实例。如果本领域的普通技术人员受其启示，对本发明直接进行改变、替代、修饰等，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种好氧预膜改性材料的制备方法，其特征在于制备步骤为：曝气生物滤池中填加填料；取污水处理厂活性污泥到滤池内，投加量需完全浸没滤池中填料，闷曝1～4 d；采用间歇培养并逐渐提高流速的方法进水，并在底部进行曝气，等待挂膜成功；将负载有生物膜的填料取出并置于马弗炉中，在氮气氛围中500～600 ℃高温焙烧4～6 h形成生物炭，冷却至室温后，研磨至粒径为0.1～0.75 mm；取研磨的颗粒与FeCl2·4H2O，超声分散在去离子水中，加入NaBH4后，氮气氛围下搅拌过滤，所述生物炭:FeCl2·4H2O:NaBH4质量比为1:（1～1.6）:（0.2～0.3），过滤物在真空干燥箱内105℃烘3～5 h，制得改性ZVI生物炭。
2.根据权利要求1所述好氧预膜改性材料的制备方法，其特征在于所述填料为直径1～3 mm的沸石、陶粒、秸秆微粒或煤渣，所加填料体积占滤池体积的30～50%。
3.根据权利要求1所述好氧预膜改性材料的制备方法，其特征在于所述活性污泥为污泥混合液，所述混合液为污泥上清液或污泥悬液。
4.根据权利要求1所述好氧预膜改性材料的制备方法，其特征在于所述滤池进水COD浓度 100～500 mg/L，NH3-N 20～50 mg/L，进水水温10～25℃, 初期进水，初始滤速设定为0.4 m/h， COD去除率逐渐稳定后调整为0.8 m/h，曝气使水中溶解氧范围为 1～10 mg/L。
5.根据权利要求1所述好氧预膜改性材料的制备方法，其特征在于所述挂膜成功的标志为COD、NH3-N去除率稳定，填料表面有大量微生物膜。
6.根据权利要求1所述好氧预膜改性材料的制备方法，其特征在于所述生物膜与填料置于马弗炉焙烧，在氮气氛围中，控制升温幅度5 ℃/min。
7.根据权利要求1所述好氧预膜改性材料的制备方法，其特征在于所述生物炭与FeCl2·4H2O、NaBH4的质量比1:1.4:0.27。
8.权利要求1-7任一所述制备方法制得的改性ZVI生物炭。
9.根据权利要求8所述改性ZVI生物炭在废水处理中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于改性ZVI生物炭以5～15 g/L的量与厌氧污泥混匀后，投加到厌氧UASB反应器内，投加量占反应器体积的25～40 %。
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