CN111747519A - 一种曝气生物滤池组合填料及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种曝气生物滤池组合填料及其制作方法，该填料由以下重量份的原料制成：沸石粉、RW促腐剂、核桃売、水泥、其中铝粉，水泥、沸石粉、核桃壳和铝粉最佳配比是40:100:3:0.5，RW促腐剂与核桃壳的使用配比为1:10，该方法包括将沸石粉、RW促腐剂、核桃売、水泥、铝粉的混合物进行研磨，在研磨的过程中加入蒸馏水，研磨结束后利用制球机生产5.0mm‑9.0mm的球形填料，在自然条件下干燥成型。本发明相对于目前的曝气生物滤池填料，该填料价格低、水流阻力小、不易堵塞、布水、布气较均匀且来源广泛。

Description

一种曝气生物滤池组合填料及其制作方法

技术领域

本发明涉及填料技术领域，特别是涉及一种曝气生物滤池组合填料及其制作方法。

背景技术

畜禽尸体在干化化制过程以及后续油水分离过程中会产生大量的废水，表现为咖啡色浑浊液体，具有难闻的臭味。该废水是一种非常典型的高浓度有机废水，其中存在少量的动物油脂，且存在一些骨质、皮毛废渣等固体物质。据调查，废水中COD(化学需氧量)和氨氮含量较高，大量的含氮污水排入水体，氮是引起水体富营养化的主要因素，并且可转化为“三致”物质亚硝酸盐而严重威胁人类的健康。因此研究开发经济、高效的废水脱氮处理技术，己成为水污染控制工程领域的重点和热点。在众多的脱氮技术中，是一种可以去除SS、COD、BOD、氨氮、总磷等污染物的新型生物膜法处理工艺。曝气生物滤池在同一个反应单元进行生物降解与吸附过滤两个过程，净化污水主要依靠附着在填料上的生物膜对污染物进行氧化分解、吸附以及不同的高度变化下的食物链分级捕食作用，从而实现对污水的净化。

填料作为微生物的载体，是微生物栖息、繁殖的场所，同时在运行过程中又起着截留悬浮物质的作用，是曝气生物滤池处理技术的核心之一，其材质组成和表面性能将直接影响填料表面微生物的附着、生长、繁殖和活性，进而影响微生物挂膜性能和污染物降解效率。不同的填料所形成的生物膜不同，不同的生物膜状态导致系统内徹生物生态出现差异，对反应器的处理效率会产生很大的影响。

目前研究较多的曝气生物滤池填料主要有活性炭、以粉煤灰和粘土为主要原料烧制的球形轻质多孔生物陶粒填料、沸石等天然硅酸盐矿物质填料以及由多种填料组合而成的复合填料等。活性炭作为填料，价格昂贵，且活性炭曝气生物滤池中气体和水溶液对活性炭的搅动作用使活性炭生物滤池出水颜色加深而造成其出水浊度增大，甚至大于入水浊度；沸石作为曝气生物滤池填料，由于其形状不规则，水流阻力大，易堵塞，布水、布气不易均匀。沸石表面带有负电荷，单独作为曝气生物滤池填料时不利于微生物的挂膜生长；核桃壳作为曝气生物滤池填料所需挂膜时间长，而且由于微生物分解导致长时间运行后填料柱发生塌陷。因此，研究出廉价、来源广泛且高效的生物滤池填料是必需的。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供了一种曝气生物滤池组合填料及其制作方法，相对于目前的曝气生物滤池填料，该填料价格低、水流阻力小、不易堵塞、布水、布气较均匀且来源广泛。

本发明所采用的技术方案是：

一种曝气生物滤池组合填料，由以下重量份的原料制成：沸石粉95份-105份、RW促腐剂0.1份-0.5份、核桃売1份-5份、水泥30份-50份、铝粉0.2份-0.8份。

其中，所述的水泥、沸石粉、核桃壳和铝粉配比是40:100:3:0.5，RW促腐剂与核桃壳的配比为1:10。

其中，所述的水泥、沸石粉、核桃壳和铝粉配比是30:95:1:0.2，RW促腐剂与核桃壳的配比为1:10。

其中，所述的水泥、沸石粉、核桃壳和铝粉配比是50:105:5:0.8，RW促腐剂与核桃壳的配比为1:10。

其中，将RW促腐剂制成四种规格球体，RW促腐剂分别添加0.0g、0.2g、0.3g和0.4g，分别记SN-0.0g、SN-0.2g、SN-0.3g和SN-0.4g小球。

本发明还提供一种曝气生物滤池组合填料的制作方法，将沸石粉、RW促腐剂、核桃売、水泥、铝粉的混合物进行研磨，在研磨的过程中加入蒸馏水，研磨结束后利用制球机生产粒径为5.0mm-9.0mm的球形填料，在自然条件下干燥成型。

本发明的优点如下：

1、相对于目前的曝气生物滤池填料，该填料价格低、水流阻力小、不易堵塞、布水、布气较均匀且来源广泛；

2、填料小球比水密度相差大一些，使得填料小球会沉于水下，密度相对较高，会使反冲洗能耗增加，但不会导致滤料的流失，SN填料的抗压强度远远高于城镇建设行业标准(CJ/T299-2008)“水处理用人工陶粒滤料”中的指标；

3、多孔结构更加明显，比表面积增大，这是由于SN填料表面的有机碳被微生物作为反硝化碳源分解，明显增加了表面的微孔结构，更有利于微生物附着生长。

附图说明

图1是本发明中单位质量SN填料小球COD变化图；

图2是本发明中SN填料球出水硝酸盐浓度及去除率图；

图3是本发明中SN填料球出水亚硝酸盐浓度变化图；

图4是本发明中SN填料小球出水COD浓度变化图；

图5是本发明中SN填料小球出水TN浓度及其去除率图；

图6是本发明中SN填料小球出水pH变化图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步的说明，但本发明并不局限于这些内容。

实施例

按照重量比40:100:3:0.5、30:95:1:0.2、50:105:5:0.8分别称水泥、沸石粉、核桃壳和铝粉加入研钵中，按照RW促腐剂与核桃壳配比为1:10加入RW促腐剂后充分混合，研磨，加入蒸馏水，利用制球机生产球形填料，在自然条件下干燥成型，最后筛选出符合要求的粒径为5.0mm-9.0mm的填料，确定水泥、沸石、核桃壳和铝粉最佳配比是40:100:3:0.5，其中再添加RW促腐剂0.0g、0.2g、0.3g和0.4g，制备成四种小球，分别记SN-0.0g、SN-0.2g、SN-0.3g和SN-0.4g小球。

结论：

填料小球制备完成之后，需要对其进行养护，若养护不到位，填料的抗压强度比较小(2.604N-10.436N)，不到养护到位的填料的抗压强度的十分之一(养护到位填料小球的抗压强度约100N)；并且对其进行静态释碳浸水时，未养护的填料会快速吸水破裂，根本不符合填料硬度的要求。因此，养护阶段对填料小球的投入使用有着至关重要的意义。刚制备出来的小球需要早中晚喷水养护，因为水泥初凝后，即硅酸二钙大部分形成，大量硅酸三钙开始形成时，水泥继续水化需要水，仅靠刚刚硬化的水泥内部的水量是不够的，尤其是结构的表面，由于水大量蒸发，表面缺水需要进行补充，才能形成硅酸三钙晶体。及时对SN填料小球进行养护，可以增强填料的抗压强度，也避免它因长时间缺水，突然吸水饱和破裂。SN填料小球的养护、晾干需要持续一周到两周。

表1填料小球基本理化性质表征

填料密度对曝气生物滤池反冲洗能耗和过滤性能的影响较大。填料密度过高，反冲洗能耗增加，但填料密度过低会降低滤池的过滤截留功能，且易引起滤料的流失，一般认为，填料密度与水密度相差不易过大。由表1可以看出SN填料小球比水密度相差大一些，使得填料小球会沉于水下，密度相对较高，会使反冲洗能耗增加，但不会导致滤料的流失。SN填料的抗压强度远远高于城镇建设行业标准(CJ/T299-2008)“水处理用人工陶粒滤料”中的指标。

填料释碳性能的研究：

将以未负载微生物复合填料为对照，静态振荡方法考察负载菌剂填料释碳特性。称取复合多孔固体填料50g，放入1000mL的碘量瓶中，注入500mL的去离子水，放置于恒温水浴锅中，水浴锅温度设置(即该实验温度)为25℃。每天取样，测定浸出液中COD，每次取样后彻底换水，连续监测，当测出的数值趋于0时，适当加长测量时间的间隔，得出COD随时间的变化曲线，分析复合填料的释碳规律。

结论：

清水浸出单位质量SN填料每天释放COD的量随时间的变化曲线。从图中明显看出这是一个释碳量衰减的过程。这个阶段可以分为四个阶段：第1-3天为快速衰减期，即可溶性碳源释放主要集中在前三天，SN-0.3g球和空白小球前三天的释碳量比SN-0.2g球和SN-0.4g球高许多，SN-0.3g和空白小球的最大释碳量分别为2.210和2.840mg/(L·d·g)。第4-6天为不稳定阶段，SN-0.3g和空白小球的释碳量随时间变化幅度较小，而SN-0.4g和SN-0.2g球的释碳量成上升趋势，可能是填料球内的RW促腐剂起到了作用，也有可能是部分可溶解碳源释放比较慢，到第四天才开始释放；第6-11天为中速衰减期，第12天以后为慢速衰减期，释碳量变化幅度偏小，趋于稳定状态。说明核桃壳上有一些易水溶性物质和易分解的碳水化合物的快速分解。即附着在核桃壳表面的小分子物质以及随着核桃壳成分中的含碳物质在水中发生溶胀作用使内部的小分子物质迅速溶解到水中。随着核桃壳内部物质的进一步分解释放，木质素等难降解的物质不断积累，核桃壳的分解收到抑制，因而衰减速度减慢，并逐步达到一个相对平衡的状态，经拟合，空白填料的释碳曲线方程为y＝0.69ln(x)+2.6164，R2＝0.9373；SN-0.3g球的释碳曲线方程为y＝0.488ln(x)+2.2282，R2＝0.8960。

从图1可以看出，释碳性能最好的是未加促腐剂的对照小球和添加了0.3g促腐剂的小球，两者释碳量和释碳曲线趋于一致，SN-0.2g球和SN-0.4g球在前6天释碳量远远低于前两者，第六天以后释碳量和释碳趋势与前两者差不多。与空白小球作对比，添加了RW促腐剂的小球其释碳能力并没有占优势，相反，SN-0.2g小球和SN-0.4g小球的释碳能力还不如空白小球，导致这一现象的发生可能是由于水泥偏碱，远远超出了微生物能适应的范围，使得微生物活性降低甚至难以存活。与此同时，利用空白小球做BAF的填料时，发现生物膜难以形成，水质过碱，出水水质差。

填料反硝化性能的研究：

反硝化性能试验取西安市某啤酒厂厌氧池的污泥，经过一周的反硝化驯化后，分别取静置沉淀后的污泥置于锥形瓶中，原水采用硝酸钾、磷酸二氢钾以及其他微量元素配水，其中硝酸盐浓度为35mg/L，总磷为1mg/L，每升试验配水添加1mL微量元素。

在250mL锥形瓶中加入5gSN填料小球，加入25mL驯化后的活性污泥和180mL的试验配水，用封口膜密封瓶口保持反应器内缺氧的环境。置于恒温振荡箱中恒温培养，转速80r/min，温度为25℃，每两天换一次水，换水前取出锥形瓶，静置半小时沉淀，用注射器取出上清液，再加上配水。监测出水的pH、NO3-N、NO2-N、TN和COD等水质指标，考察负载菌剂复合填料的脱氮效率和出水COD的影响，探查微生物对填料中核桃壳的降解影响。

结论：

(1)出水硝酸盐变化

四种SN填料小球在厌氧污泥的反硝化作用下，其出水硝酸盐浓度及去除率随时间变化图2。图2显示的是SN填料出水硝酸盐的浓度及其去除率，其中柱状图显示的是出水硝酸盐的浓度，折线图展示的是其去除效率，硝酸盐进水浓度在35mg/L-40mg/L。由图2可以看出，SN填料作为反硝化碳源时，微生物反硝化性能不稳定，其出水硝酸盐浓度一直处于波动状态，对应的硝酸盐去除率在20％-60％上下徘徊。这可能与小球释放碳量不稳定有关，也有可能是由SN填料释碱，使得微生物活性不稳定引起的。其中变化幅度最大的是空白小球，从28.6％增加到57.5％再减小到23.1％。前5天，硝酸盐去除率呈递增趋势，硝酸盐去除率最大的是空白小球(57.5％)，其次是SN-0.3g(50.7％)、SN-0.4g(50.3％)、空白小球(46.7％)。第五天之后，SN填料小球的硝酸盐去除率一直在25％-45％波动。SN填料的处理效率并不高，其出水浓度大多数超过了20mg/L，超过了出水标准，SN填料作为反硝化碳源时，其反硝化性能并不稳定，需要继续研究优化。

(2)亚硝酸盐浓度的变化

四种SN填料小球厌氧反硝化时，亚硝酸盐浓度随时间变化情况见图3。由图3可知，SN填料小球的出水亚硝酸盐浓度呈减小趋势。试验第一天亚硝酸盐浓度最大，这表明硝酸盐氮被还原为亚硝酸盐氮。这可能是由于SN填料小球释放的碳源没有被微生物充分利用，微生物还没有附着在填料表面，反应不完全。SN填料的出水亚硝酸盐浓度并没有随着反应时间的增长，出现亚硝酸盐累积的现象，其出水浓度均在1.4mg/L以下，到了第7天之后，出水浓度均小于0.2mg/L。

(3)出水COD和TN去除率的变化

四种SN填料小球用厌氧污泥做反硝化试验时，其出水水质COD随时间变化情况见图4，其出水TN浓度及去除率见图5。由图4和5可以看出，COD浓度是先减小后增大，再减小，其对应的TN去除率也是先增大后减小，再增大。COD浓度越高，说明反硝化菌消耗碳源越少，其反硝化能力越低。由图4和5看出，SN-0.0g填料的COD浓度和TN去除变化幅度均最大，其对应的出水总氮浓度最小，相对较平稳的是SN-0.2g小球和SN-0.3g小球。第五天，TN去除率最佳，其去除效果依次为：空白小球>SN-0.3g>SN-0.4g>SN-0.2g，其去除率依次为55.96％、49.21％、48.59％和45.84％，这反硝化脱氮能力与其静态释碳性能大体一致。

(4)出水pH变化

SN填料小球在厌氧条件下进行反硝化试验，其出水pH随时间变化情况见图6。由图6可以看出，SN填料小球出水pH基本维持在7.5-8.2左右，利用空白小球启动BAF反应器时，出现了生物膜难以形成的现象，原因是水质偏碱。因此，在制备SN填料小球时，用pH试纸测出小球的pH约在10左右，其清水浸出试验测出其pH在10-11左右。但该试验并没有出现水质过碱的现象，理由可能是：①本试验在厌氧条件下进行，厌氧会产酸，与小球释放的碱度中和；②本试验每次进行均会将上清液全部换出，小球释放的碱度不会被积累，而BAF柱子中，空白小球基数大、水流速度较慢，存在好氧区，不会产酸中和，导致碱度积累，越来越大。

通过试验前后SEM照片的对比，试验后的小球多孔结构更加明显，其比表面积增大，这是由于SN填料表面的有机碳被微生物作为反硝化碳源分解，明显增加了表面的微孔结构，更有利于微生物附着生长。

指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种曝气生物滤池组合填料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：沸石粉95份-105份、RW促腐剂0.1份-0.5份、核桃売1份-5份、水泥30份-50份、铝粉0.2份-0.8份。

2.根据权利要求1所述的一种曝气生物滤池组合填料，其特征在于：所述的水泥、沸石粉、核桃壳和铝粉配比是40:100:3:0.5，RW促腐剂与核桃壳的配比为1:10。

3.根据权利要求1所述的一种曝气生物滤池组合填料，其特征在于：所述的水泥、沸石粉、核桃壳和铝粉配比是30:95:1:0.2，RW促腐剂与核桃壳的配比为1:10。

4.根据权利要求1所述的一种曝气生物滤池组合填料，其特征在于：所述的水泥、沸石粉、核桃壳和铝粉配比是50:105:5:0.8，RW促腐剂与核桃壳的配比为1:10。

5.根据权利要求1所述的一种曝气生物滤池组合填料，其特征在于：将RW促腐剂制成四种规格球体，RW促腐剂分别添加0.0g、0.2g、0.3g和0.4g，分别记SN-0.0g、SN-0.2g、SN-0.3g和SN-0.4g小球。

6.一种曝气生物滤池组合填料的制作方法，其特征在于，将沸石粉、RW促腐剂、核桃売、水泥、铝粉的混合物进行研磨，在研磨的过程中加入蒸馏水，研磨结束后利用制球机生产粒径为5.0mm-9.0mm的球形填料，在自然条件下干燥成型。

Images