CN111056634A - 一种自养反硝化脱氮载体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种自养反硝化脱氮载体及其制备方法，其特征在于，包括以下成分：液态硫磺、惰性粉剂矿物质、菱镁矿、碳酸钙、氯化钙、硅藻土，所述载体的制备方法为：将上述惰性粉剂矿物质、菱镁矿、碳酸钙、氯化钙、硅藻土成分称重混合后粉碎成粉末，加入到液态硫磺中，经物料混合器进行混合搅拌，均匀混合，搅拌15‑25min，将物料经过成型器进行载体塑形处理，成型器塑形时通过适时打开调节阀门通过加热介质，如蒸汽或导热油及冷却水，经成型器塑形后的载体进入滗水及干燥器进行干燥处理，经干燥处理后的载体进入壳体分筛器中进行筛分，载体分成四种形态存在，最后包装成品。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种自养反硝化脱氮载体及其制备方法。
背景技术
水资源是人类赖以生存的重要资源，但是，近年来随着人口的大量增长和经济的迅速发展，特别是农业生产过程中农药、化肥的大量使用以及生活污水和工业废水的无序排放，使得大量硝酸盐进入地表及地下水体导致水中硝酸盐污染普遍存在并呈加剧趋势。长期饮用被硝酸盐污染的水容易导致高铁血红蛋白症以及＂蓝婴症＂等，其转化物还具＂三致＂风险，而且地表水的硝酸盐污染会引起水体的富营养化，恶化水质和生态环境，水中硝酸盐污染的治理刻不容缓。
为控制水体硝酸盐含量，确保水环境健康，世界各国均对水体中硝酸盐含量进行了严格规定。2007年我国开始实施的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)，规定硝酸盐(以N计)最高限值为10mg/L(地下水源限制时为20mg/L)。
NO3 --N在地下水中的背景值一般小于2mg/L，超过该值则表明地下水受到了人类活动的污染。我国依据地下水水质现状、地下水的用途及人体健康需要，根据《地下水质量标准》(GB/T14848-2017)将我国地下水以NO3 --N为标准(以N计、毒理学指标)划分为五类：Ⅰ类≤2.0mg/L、Ⅱ类≤5.0mg/L、Ⅲ类≤20.0mg/L、Ⅳ≤30.0mg/L、Ⅴ类＞30.0mg/L。
污水厂一级A标准的TN出水浓度为15mg/L，是地表水V类水体TN限值(2mg/L)的7倍多。
目前最常用的脱氮方法为异养反硝化，该过程对进水中碳氮比(C/N)要求比较严格，理论上C/N为2.87才可反硝化完全，但在实际工程中，由于溶解氧(DO)及其他因素的影响，C/N一般控制在4～5，才能实现出水总氮达标排放。若要进一步降低出水中硝酸盐的浓度，需投加碳源，该措施不仅增加了处理成本，而且投加量的控制较为困难，易造成二次污染。
研究高效、低成本的去除低C/N比废水如：工业废水、污水处理厂二级生化出水的NO3 --N以及脱除低浓度硝酸盐氮污染的湖泊水、地下水、饮用水中的NO3 —N以及养殖水净化等，最大限度的提高反硝化反应的限度，将污水中NO3 --N转化为N2而完全去除，是污水脱氮亟待解决的问题，将成为污水处理的热点和难点。目前污水处理常用的异养反硝化是：异养微生物以有机碳源作为电子供体，以硝酸盐作为电子受体，通过生物还原作用将硝酸盐还原为氮气的过程。异养反硝化菌菌种比较多且复杂，一般为厌氧菌，在处理过程中，因为缺少电子供体，需外加碳源，投加碳源有机物(甲醇、乙醇、醋酸、葡萄糖等)作为反硝化基质来保证反硝化进程的充分进行。因此，异养反硝化有如下缺点：外加碳源会带来较高的运行成本、且在进水水质波动情况下易造成碳源投放过量或者不足，存在残留有机基质的二次污染问题并影响出水水质。
自养反硝化指自养反硝化菌(某些化能自养型微生物)利用无机碳(CO2、HCO3 -、CO3 2-)作为碳源，主要以无机物(S、S2 -、H2、S2O3 2-、Fe、Fe2+、NH4 +等)作为硝酸盐氮还原的电子供体完成微生物新陈代谢，将缺少有机碳源的硝酸盐氮污染的水中的NO3 --N还原为N2。这一过程和同步反硝化自养反硝化有不同，同步反硝化适宜于原水中高氨氮废水且反硝化是从NO2 -开始，直接反硝化NH4 +。目前自养反硝化技术根据其电子供体类型的不同，主要有氢自养反硝化、硫自养反硝化、铁自养反硝化和厌氧氨氧化四种。
国内外近20年来关于自养反硝化的研究表明，自养反硝化菌在处理地下水、地表水硝酸盐氮污染，生活污水深度脱氮方面有广泛的应用前景。主要得益于自养反硝化技术的三大优点：(1)以还原态硫化合物、Fe2+、H2等无机物作为电子供体，不会产生残余有机物；(2)不需外加有机碳源，投资和运行成本大大降低；(3)自养型细菌生长周期长增长率低，降低了污泥产量和出水生物污染的风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自养反硝化脱氮载体及其制备方法，使自养反硝化菌(某些化能自养型微生物)可利用本载体提供的电子，将硝酸盐氮污染的水中的NO3 --N还原为N2而脱除。
解决了现有异养反硝化运行费用高、出水有机物超标、污泥产量大、CO2温室气体排放量大的问题。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：一种自养反硝化脱氮载体，包括以下成分：液态硫磺、惰性粉剂矿物质、菱镁矿、碳酸钙、氯化钙、硅藻土；
所述重量组分如下：液态硫磺40-70份、惰性粉剂矿物质10-30份、菱镁矿10—30份、碳酸钙10-30份、氯化钙10-30份、硅藻土10-30份。
进一步地，所述液态硫磺55份、惰性粉剂矿物质24份、菱镁矿18份、碳酸钙20份、氯化钙22份、硅藻土24份。
进一步地，所述液态硫磺65份、惰性粉剂矿物质26份、菱镁矿24份、碳酸钙22份、氯化钙20份、硅藻土26份。
进一步地，所述惰性粉剂矿物质为铁矿粉、硫铁矿粉、磁铁矿粉的混合物，且铁矿粉、硫铁矿粉、磁铁矿粉的比例为0.5:1:2。
一种自养反硝化脱氮载体的制备方法，所述步骤如下：
所述载体的制备方法为：将上述惰性粉剂矿物质、菱镁矿、碳酸钙、氯化钙、硅藻土成分称重混合后粉碎成粉末，加入到液态硫磺中，经物料混合器进行混合搅拌，均匀混合，搅拌15-25min，将物料经过成型器进行载体塑形处理，成型器塑形时通过适时打开调节阀门通过加热介质，如蒸汽或导热油及冷却水，经成型器塑形后的载体进入滗水及干燥器进行干燥处理，经干燥处理后的载体进入壳体分筛器中进行筛分，载体分成四种形态存在，最后包装成品。
所述的液态硫磺另一种形式为固体硫磺熔融而成。
进一步地，所述载体为3～8mm球体或椭球体结构中的任意一种，且表面略粗糙，上有一处0.5-1mm小孔。
进一步地，所述载体为直径Φ1～3cm，高1～3mm的圆柱体，且表面略粗糙。
进一步地，所述载体为直径Φ1～3cm，高1～3mm的圆柱体串联连接起来的链式形态。
进一步地，所述载体为由直径Φ1～3cm，高1～3mm的圆柱体串联连接起来的链式形态链式产品组成的帘式结构。
所述硫磺：为自养反硝化反应提供电子供体。
所述惰性粉剂矿物质：铁离子提供电子供体，促进硫自养反应进行，铁自养反硝化产生碱度，有利于系统维持稳定的Ph值。反应生产的Fe3+可与磷酸盐结合实现除磷。
所述菱镁矿可为微生物提供微量镁元素，促进反硝化细菌的生长繁殖。
碳酸钙为自养反硝化反应提供了无机碳源，易保证反应顺利进行。钙离子可与磷酸盐结合实现除磷。
所述氯化钙中的钙离子可与磷酸盐结合实现除磷。
所述硅藻土为自养反硝化细菌的生长提供了有益微量元素，同时可有效提高产品的机械强度，同时可起到吸附作用，使细菌更易于附着在产品表面。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、作为载体为自养反硝化细菌提供栖息、繁殖场所，微生物可大量附着于载体表面，避免随水流失并能抵抗水量、水质变化而产生的冲击。
2、载体中的硫可释放出有效的电子供体，供自养反硝化细菌利用。
3、载体上的0.5-1mm小孔中可栖息大量自养反硝化细菌，为自养反硝化细菌提供了有效的庇护场所。如来水具有较大毒性或冲击时，栖息于载体表面的自养反硝化细菌因直接暴露于水体中将会大量死亡或失去活性；但栖息于载体小孔内的自养反硝化细菌因其细菌密度高且被载体有效包裹，仍可有效存活并保持生物活性。
4、载体中混合的惰性粉剂矿物质、氯化钙、二氧化硅等物质为自养反硝化细菌的生长繁殖提供了必要的微量元素，可促进自养反硝化细菌生长繁殖并增强抗冲击能力，同时使自养反硝化细菌维持较高的细菌丰度而保持其优势种群地位。从而使自养反硝化反应可以在低温下进行，并有效的避免亚硝酸的积累等副作用的发生。
5、载体中混合的惰性粉剂矿物质、氯化钙、二氧化硅等物质在反应过程中可有效的避免系统ORP值的降低从而避免了硫化氢的产生。
6、载体中混合的惰性粉剂矿物质可释放出有效的电子供体参与自养反硝化反应同时产生碱度，与硫自养反应而产生的酸发生中和反应，从而维持系统的酸碱平衡，避免系统PH降低而影响反硝化的进行。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
具体实施例一
一种自养反硝化脱氮载体，其特征在于，包括以下成分：液态硫磺、惰性粉剂矿物质、菱镁矿、碳酸钙、氯化钙、硅藻土；
所述重量组分如下：所述液态硫磺55份、惰性粉剂矿物质24份、菱镁矿18份、碳酸钙20份、氯化钙22份、硅藻土24份。
所述惰性粉剂矿物质为铁矿粉、硫铁矿粉、磁铁矿粉的混合物，且铁矿粉、硫铁矿粉、磁铁矿粉的比例为0.5:1:2。
一种自养反硝化脱氮载体的制备方法，其特征在于，所述步骤如下：
所述载体的制备方法为：将上述惰性粉剂矿物质、菱镁矿、碳酸钙、氯化钙、硅藻土成分称重混合后粉碎成粉末，加入到液态硫磺中，经物料混合器进行混合搅拌，均匀混合，搅拌15-25min，将物料经过成型器进行载体塑形处理，成型器塑形时通过适时打开调节阀门通过加热介质，如蒸汽或导热油及冷却水，经成型器塑形后的载体进入滗水及干燥器进行干燥处理，经干燥处理后的载体进入壳体分筛器中进行筛分，载体分成四种形态存在，最后包装成品。
所述载体为3～8mm球体或椭球体结构中的任意一种，且表面略粗糙，上有一处0.5-1mm小孔。
所述载体为直径Φ1～3cm，高1～3mm的圆柱体，且表面略粗糙。
所述载体为直径Φ1～3cm，高1～3mm的圆柱体串联连接起来的链式形态。
所述载体为由直径Φ1～3cm，高1～3mm的圆柱体串联连接起来的链式形态链式产品组成的帘式结构。
具体实施例二
一种自养反硝化脱氮载体，包括以下成分：液态硫磺、惰性粉剂矿物质、菱镁矿、碳酸钙、氯化钙、硅藻土；
所述重量组分如下：所述液态硫磺65份、惰性粉剂矿物质26份、菱镁矿24份、碳酸钙22份、氯化钙20份、硅藻土26份。
所述惰性粉剂矿物质为铁矿粉、硫铁矿粉、磁铁矿粉的混合物，且铁矿粉、硫铁矿粉、磁铁矿粉的比例为0.5:1:2。
一种自养反硝化脱氮载体的制备方法，所述步骤如下：
所述载体的制备方法为：将上述惰性粉剂矿物质、菱镁矿、碳酸钙、氯化钙、硅藻土成分称重混合后粉碎成粉末，加入到液态硫磺中，经物料混合器进行混合搅拌，均匀混合，搅拌15-25min，将物料经过成型器进行载体塑形处理，成型器塑形时通过适时打开调节阀门通过加热介质，如蒸汽或导热油及冷却水，经成型器塑形后的载体进入滗水及干燥器进行干燥处理，经干燥处理后的载体进入壳体分筛器中进行筛分，载体分成四种形态存在，最后包装成品。
所述载体为3～8mm球体或椭球体结构中的任意一种，且表面略粗糙，上有一处0.5-1mm小孔。
所述载体为直径Φ1～3cm，高1～3mm的圆柱体，且表面略粗糙。
所述载体为直径Φ1～3cm，高1～3mm的圆柱体串联连接起来的链式形态。
所述载体为由直径Φ1～3cm，高1～3mm的圆柱体串联连接起来的链式形态链式产品组成的帘式结构。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种自养反硝化脱氮载体，其特征在于，包括以下成分：液态硫磺、惰性粉剂矿物质、菱镁矿、碳酸钙、氯化钙、硅藻土；
所述重量组分如下：液态硫磺40-70份、惰性粉剂矿物质10-30份、菱镁矿10—30份、碳酸钙10-30份、氯化钙10-30份、硅藻土10-30份。
2.如权利要求1所述的一种自养反硝化脱氮载体，其特征在于，所述液态硫磺55份、惰性粉剂矿物质24份、菱镁矿18份、碳酸钙20份、氯化钙22份、硅藻土24份。
3.如权利要求1所述的一种自养反硝化脱氮载体，其特征在于，所述液态硫磺65份、惰性粉剂矿物质26份、菱镁矿24份、碳酸钙22份、氯化钙20份、硅藻土26份。
4.如权利要求1所述的一种自养反硝化脱氮载体，其特征在于，所述惰性粉剂矿物质为铁矿粉、硫铁矿粉、磁铁矿粉的混合物，且铁矿粉、硫铁矿粉、磁铁矿粉的比例为0.5:1:2。
5.一种自养反硝化脱氮载体的制备方法，其特征在于，所述步骤如下：
所述载体的制备方法为：将上述惰性粉剂矿物质、菱镁矿、碳酸钙、氯化钙、硅藻土成分称重混合后粉碎成粉末，加入到液态硫磺中，经物料混合器进行混合搅拌，均匀混合，搅拌15-25min，将物料经过成型器进行载体塑形处理，成型器塑形时通过适时打开调节阀门通过加热介质，如蒸汽或导热油及冷却水，经成型器塑形后的载体进入滗水及干燥器进行干燥处理，经干燥处理后的载体进入壳体分筛器中进行筛分，载体分成四种形态存在，最后包装成品。
6.如权利要求5所述的一种自养反硝化脱氮载体的制备方法，其特征在于，所述载体为3～8mm球体或椭球体结构中的任意一种，且表面略粗糙，上有一处0.5-1mm小孔。
7.如权利要求5所述的一种自养反硝化脱氮载体的制备方法，其特征在于，所述载体为直径Φ1～3cm，高1～3mm的圆柱体，且表面略粗糙。
8.如权利要求7所述的一种自养反硝化脱氮载体的制备方法，其特征在于，所述载体为直径Φ1～3cm，高1～3mm的圆柱体串联连接起来的链式形态。
9.如权利要求8所述的一种自养反硝化脱氮载体的制备方法，其特征在于，所述载体为由直径Φ1～3cm，高1～3mm的圆柱体串联连接起来的链式形态链式产品组成的帘式结构。
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