CN111453841A - 一种缓释碳源镂空棒的制备方法 - Google Patents

一种缓释碳源镂空棒的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种缓释碳源镂空棒的制备方法，缓释碳源镂空棒其平均外径为0.55mm，密度为4.6g/cm3，满足工业使用的要求，具有很大的工业化应用前景，碳素物质和尾铁矿中的铁物质，形成铁碳微电解，具有高化学活性，能够改变废水中许多有机物的结构和特性，使有机物发生断链、开环等作用，其中的膨胀珍珠岩的作用是骨料，起到骨架支撑的作用，石膏的作用是制造微孔结构，提高比表面积，为铁、碳物质提供反应的场，具有良好的经济效益，安全环保，变废为宝，适合工业生产。

Description

一种缓释碳源镂空棒的制备方法
【技术领域】
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种缓释碳源镂空棒的制备方法。
【背景技术】
反硝化反应是由一群异养型微生物完成的生物化学过程。在缺氧(不存在分子态溶解氧)的条件下，将亚硝酸根和硝酸根还原成氮气、一氧化氮或氧化二氮。参与反硝化过程的微生物是反硝化菌。反硝化菌属兼性菌，在自然环境中几乎无处不在，在废水处理系统中许多常见的微生物都是反硝化细菌。在无溶解氧的情况下，反硝化菌利用硝酸盐和亚硝酸盐中的N(V)和N(III)作为能量代谢中的电子受体，O2 -作为受氢体生成H2O和OH-碱度，有机物作为碳源及电子供体提供能量并被氧化稳定。
当游离态氧和化合态氧同时存在时，微生物优先选择游离态氧作为含碳有机物氧化的电子受体。因此，为了保证反硝化的顺利进行，必须确保废水处理系统反硝化部分的缺氧状态。废水中的含碳有机物可以作为反硝化过程的电子供体。
常见的传统有机碳源有：甲醇、葡萄糖、面粉、乙酸钠、污泥水解反应上清液等形式。
甲醇作为碳源是很多项目上都在使用的一种方式。以甲醇为碳源，反硝化反应为6NO3 -+5CH3OH→3N2+5CO2+7H2O+6OH-，根据此反应去除1mg NO3 -中的N需要1.9mg CH3OH。以甲醇作为碳源比以葡萄糖作为碳源反硝化速率快很多。广泛认为甲醇做为外碳源具备运作花费低和污泥生产量小的优点。在甲醇碳源不够时，存有亚硝酸钠积淀的状况。以甲醇为碳源时的反硝化速度比以果糖为碳源时快3倍，最好碳氮比(COD：氨氮)为2.8～3.2。从现阶段科学研究看来，甲醇做为碳源时，C/N<5时要超过不错的实际效果，但其缺点有以下点：①做为有机化学药物，成本费相对性较高；②响应速度比较慢，甲醇并不可以被全部微生物菌种运用，当加药甲醇后，必须的适应期直至它彻底含有，充分发挥所有实际效果，当用以污水处理站紧急加药碳源时实际效果不佳；③甲醇具备必须的危害功效，长期性用甲醇做为碳源，对尾水的排污也会导致必须的危害。甲醇在保存和使用上都需要多注意，甲醇对人体有低毒，因为甲醇在人体新陈代谢中会氧化成比甲醇毒性更强的甲醛和甲酸(蚁酸)。
葡萄糖(C6H12O6)作为碳源解决实际效果比较好，但容易引起细菌的大量繁殖，导致污泥膨胀，增加出水中COD的值，影响出水水质。与醛类碳源对比，糖类化学物质更非常容易造成亚硝态氮积淀的状况。这里说的面粉为小麦精致面粉，成分上也是非常高的。当缺氧或者厌氧池子中的污泥浓度较低时，通过以小麦面粉补充碳源对活性污泥的形成是有着很大的帮助的。同时，面粉也较容易买到。如设备的容积比较小，可以考虑以面粉作为碳源，但是其缺点是其为多糖成分，微生物利用效率较低。
乙酸钠(CH3COONa)作为碳源，是小分子有机酸的原因，反硝化菌易于利用，脱氮效果是较好的。一般冬天时投加碳源，都是建议可以选择乙酸钠作为碳源投加，易溶于水，易被微生物所利用，所产生的污泥量相比于其他碳源时略高，但是价格上也是高于以面粉，葡萄糖，甲醇作为碳源的。
污泥水解反应上清液，生物转化VFA来自污泥水解反应的上清液，因为水解反应所造的VFA有着很高的反硝化速度，碳源能够立即由污水处理厂内部产出，在污泥减容的同时还降低了碳源运送层面的难题，因此这是现阶段较为有优点的碳源。但是，针对不一样的污泥，不一样的水解反应标准，所造成的污泥中VFA的成份有很大的区别，而因为成份不一样，又能造成反硝化速度的不一样因此，如何把污泥水解反应的物质VFA通用化科学研究运用，还是一个较为大的难点。除此之外，若立即将水解反应污泥做为外碳源，也要充分考虑污泥水解反应全过程中氮磷的释放出来难题，这些氮磷若使碳源的方式投加进废水中，必定会提升污水处理站的氮磷负载，怎样处理这一难题，是运用污泥水解液的另一个难点。
在水解反应中提供碳源的物质可以有多种，比如说碳素物质，所谓碳素物质是不能完全体现碳元素性质或者碳原子性质的，或由碳原子或碳的化合物组成的混合物，如煤、木头、或者石油沥青等物质。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种缓释碳源镂空棒的制备方法。
为实现上述目的，本发明一种缓释碳源镂空棒的制备方法，包括如下步骤：
S1:取质量份数为10-20份的碳素物质、质量份数为60-70份的尾铁矿石、质量份数为1-10份的膨胀珍珠岩及质量份数为5-15份的石膏粉碎成成粒径小于10厘米的块状物后均匀混合；
S2:将步骤S1的混合物在真空状态下加热至110-130℃，干燥1.5-3小时；然后迅速升温至850-1000℃，焙烧3-5小时；
S3:将步骤S2中的混合物冷却至85-95℃加入质量份数为1-5份的K2O和0.0009-0.01份Ce后搅拌均匀，通过球磨机内边磨细；
S4:向步骤S3磨细后的混合物中加入粘结剂进行混合；
S5：对步骤S4中粘有粘结剂的混合物过筛，对筛下物质进行成型工序，加工成镂空棒；
S6:在室温状态下，在成型后的混合物上涂上休眠状态的生物涂层，涂层厚度为0.2-0.4毫米。
进一步的，步骤S1中，碳素物质的质量份数为15-20份、尾铁矿石的质量份数为65-70份、膨胀珍珠岩的质量份数为4-10份、石膏的质量份数为9-15份。
进一步的，步骤S1中，碳素物质的质量份数为15-18份、尾铁矿石的质量份数为65-67份、膨胀珍珠岩的质量份数为4-6份、石膏的质量份数为9-11份。
进一步的，步骤S2中，将步骤S1中的混合物在真空状态下加热至115-130℃，干燥1.5-2.5小时，然后迅速升温至900-1000℃，焙烧3.5-4.5小时。
进一步的，步骤S2中，将步骤S1中的混合物在真空状态下加热至115-120℃，干燥1.5-2小时，然后迅速升温至900-950℃，焙烧3.5-4小时。
进一步的，步骤S2中的混合物在焙烧过程后焙烧后均进行湿式氧化法处理。
进一步的，步骤S3中，混合物磨细后的粒径不大于5毫米，研磨时间不少于2小时。
进一步的，步骤S4中，通过干混法对加入粘结剂的混合物进行混合，所述粘结剂为明胶粉。
进一步的，步骤S6中，生物涂层为真菌、酵母菌、硝化菌、反硝化菌。
本发明的贡献在于提供一种缓释碳源镂空棒的制备方法，缓释碳源镂空棒其平均外径为0.55mm，密度为4.6g/cm3，满足工业使用的要求，具有很大的工业化应用前景，碳素物质和尾铁矿中的铁物质，形成铁碳微电解，具有高化学活性，能够改变废水中许多有机物的结构和特性，使有机物发生断链、开环等作用，其中的膨胀珍珠岩的作用是骨料，起到骨架支撑的作用，石膏的作用是制造微孔结构，提高比表面积，为铁、碳物质提供反应的场，具有良好的经济效益，安全环保，变废为宝，适合工业生产。
【具体实施方式】
下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不构成任何限制。
实施例1
S1:取质量份数为10-20份的碳素物质、质量份数为60-70份的尾铁矿石、质量份数为1-10份的膨胀珍珠岩及质量份数为5-15份的石膏研磨成粒径小于10厘米后均匀混合；
S2:将步骤S1的混合物在真空状态下加热至110-130℃，干燥1.5-3小时；然后迅速升温至850-1000℃，焙烧3-5小时；
S3:将步骤S2中的混合物冷却至85-95℃加入质量份数为1-5份的K2O和0.0009-0.01份Ce后搅拌均匀，通过球磨机内边磨细，在此温度下，能够确保步骤S1中混合物反应后纯度更高，也能避免温度过高铁元素氧化，相比冷却至常温下减少了冷却水的消耗。
S4:向步骤S3磨细后的混合物中加入粘结剂进行混合；
S5：对步骤S4中粘有粘结剂的混合物过筛，对筛下物质进行成型工序，加工成镂空柱状；
S6:在室温状态下，在成型后的混合物上涂上休眠状态的生物涂层，涂层厚度为0.2-0.4毫米。
步骤S1中，碳素物质的质量份数为15-20份、尾铁矿石的质量份数为65-70份、质量份数为4-10份的膨胀珍珠岩及质量份数为9-15份的石膏均匀混合。
步骤S1中，碳素物质的质量份数为15-18份、尾铁矿石的质量份数为65-67份、膨胀珍珠岩的质量份数为4-6份、石膏的质量份数为9-11份。
主要是以明胶粉为粘合剂，将碳素物质、尾铁矿石、膨胀石灰岩、石膏，通过干燥、焙烧、研磨、干混法成型制备而成；其平均外径为0.55mm，密度为4.6g/cm3，该种混合物制备出来的缓释碳源镂空棒满足工业使用的要求，具有很大的工业化应用前景，碳素物质和尾铁矿中的铁物质，形成铁碳微电解，具有高化学活性，能够改变废水中许多有机物的结构和特性，使有机物发生断链、开环等作用，其中的膨胀珍珠岩的作用是骨料，起到骨架支撑的作用，石膏的作用是制造微孔结构，提高比表面积，为铁、碳物质提供反应的场，具有良好的经济效益，安全环保，变废为宝，适合工业生产，在利用缓释碳源镂空棒处理污水反应时，其中含有的氧化物K2O，在反硝化反应中可起到显著助催化剂的作用，能加强电子流动，增加Fe2+的溶出，替代传统碳源的地位，为反硝化脱氮反应提供电子制备，其中添加稀土元素Ce，其能够在氧化、还原等反应中起到催化作用，还可以起到分散活性组分的作用，有利于改善催化剂的性能，有助于控制活性成分的反应性溶出方法简单，可以实现显著降低污水处理项目有机碳源、除磷剂的投加量，具有良好的经济效益，安全环保，变废为宝，适合工业生产。
混合粉末组成成分如下表1：
Figure BDA0002473515020000071
Figure BDA0002473515020000081
表1
以下通过本缓释碳源镂空棒应用于处理生活污水的一例效果对本发明做进一步的阐，如表2；
(1)某污水处理厂生活污水，COD170.2mg/L，氨氮26.05mg/L,总氮30.29mg/L,总磷3.45mg/L。经过内置缓释碳源镂空棒的AO工艺后，其生化处理效果对COD去除率达83.5％，氨氮去除率达98.0％，总磷去除率达82.9％，总氮去除率达72.4％。
安装缓释碳源镂空棒工艺对污水中各污染物去除效果见下表1；
表2、各工艺单元污染物去除污染物效果
Figure BDA0002473515020000082
Figure BDA0002473515020000091
表2
实施例2
步骤S2中，将步骤S1中的混合物在真空状态下加热至115-130℃，干燥1.5-2.5小时，然后迅速升温至900-1000℃，焙烧3.5-4.5小时，通过真空泵抽走高温加热设备中的空气，避免后续空气中氧气快速与炭发生燃烧反应，造成碳素大量损失及烧蚀。
实施例3
步骤S2中，将步骤S1中的混合物在真空状态下加热至115-120℃，干燥1.5-2小时，然后迅速升温至900-950℃，焙烧3.5-4小时。
实施例4
步骤S2中的混合物在焙烧过程中和焙烧后均进行湿式氧化法处理，使它进一步扩孔和提高总表面积，以达到活化的目的。
实施例5
步骤S3中，混合物磨细后的粒径不大于5毫米，研磨时间不少于2小时，以保证反应后的物质与K2O和Ce充分混合，所含有的氧化物K2O，在污水处理过程中可起到显著助催化剂的作用，能加强电子流动，增加Fe2+的溶出，替代传统碳源的地位，为反硝化脱氮反应提供电子制备，其中添加稀土元素Ce，其能够在氧化、还原等反应中起到催化作用，还可以起到分散活性组分的作用，有利于改善催化剂的性能，有助于控制活性成分的反应性溶出方法简单，可以实现显著降低污水处理项目有机碳源、除磷剂的投加量。
实施例6
步骤S4中，通过干混法对加入粘结剂的混合物进行混合，混合时间不少于1小时，所述的粘结剂为明胶粉，使得明胶粉与混合混合均匀。
实施例7
步骤S6中，生物涂层为真菌、酵母菌、硝化菌、反硝化菌，利于其在投入使用初期迅速复活、繁殖，形成优势菌群。
尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但本发明的保护范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，对以上各构件所做的变形、替换等均将落入本发明的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种缓释碳源镂空棒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1:取质量份数为10-20份的碳素物质、质量份数为60-70份的尾铁矿石、质量份数为1-10份的膨胀珍珠岩及质量份数为5-15份的石膏粉碎成粒径小于10厘米的块状物后均匀混合；
S2:将步骤S1的混合物在真空状态下加热至110-130℃，干燥1.5-3小时；然后迅速升温至850-1000℃，焙烧3-5小时；
S3:将步骤S2中的混合物冷却至85-95℃加入质量份数为1-5份的K2O和0.0009-0.01份Ce后搅拌均匀，通过球磨机内边磨细；
S4:向步骤S3磨细后的混合物中加入粘结剂进行混合；
S5：对步骤S4中粘有粘结剂的混合物过筛，对筛下物质进行成型工序，加工成镂空棒；
S6:在室温状态下，在成型后的镂空棒上涂上休眠状态的生物涂层，涂层厚度为0.2-0.4毫米。
2.如权利要求1所述的一种缓释碳源镂空棒的制备方法，其特征在于：
步骤S1中，碳素物质的质量份数为15-20份、尾铁矿石的质量份数为65-70份、膨胀珍珠岩的质量份数为4-10份的膨胀珍珠岩，石膏的质量份数为9-15份。
3.如权利要求2所述的一种缓释碳源镂空棒的制备方法，其特征在于：
步骤S1中，碳素物质的质量份数为15-18份、尾铁矿石的质量份数为65-67份、膨胀珍珠岩的质量份数为4-6份、石膏的质量份数为9-11份。
4.如权利要求1-3任一所述的一种缓释碳源镂空棒的制备方法，其特征在于：步骤S2中，将步骤S1中的混合物在真空状态下加热至115-130℃，干燥1.5-2.5小时，然后迅速升温至900-1000℃，焙烧3.5-4.5小时。
5.如权利要求4所述的一种缓释碳源镂空棒的制备方法，其特征在于：步骤S2中，将步骤S1中的混合物在真空状态下加热至115-120℃，干燥1.5-2小时，然后迅速升温至900-950℃，焙烧3.5-4小时。
6.如权利要求5所述的一种缓释碳源镂空棒的制备方法，其特征在于：步骤S2中的混合物在焙烧过程和焙烧后均进行湿式氧化法处理。
7.如权利要求1所述的一种缓释碳源镂空棒的制备方法，其特征在于：步骤S3中，混合物磨细后的粒径不大于5毫米，研磨时间不少于2小时。
8.如权利要求1所述的一种缓释碳源镂空棒的制备方法，其特征在于：步骤S4中，通过干混法对加入粘结剂的混合物进行混合，所述的粘结剂为明胶粉。
9.如权利要求1所述的一种缓释碳源镂空棒的制备方法，其特征在于：步骤S6中，生物涂层为真菌、酵母菌、硝化菌、反硝化菌。
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