CN112430053A - 纤维增强型脱氮除磷生物滤料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物滤料技术领域，具体涉及一种纤维增强型脱氮除磷生物滤料及其制备方法。所述的纤维增强型脱氮除磷生物滤料，由以下质量百分比的原料组成：粉煤灰55‑65%，水泥10‑15%，石灰11‑14%，脱硫石膏2‑4%，造孔剂0.5‑0.8%，含硫矿粉10‑15%，短纤维丝1‑2%。本发明的纤维增强型脱氮除磷生物滤料，具有较大的比表面积、孔隙率高，韧性及抗磨性能极佳，不但能满足目前的脱氮除磷需求，且可作为补充碳源使用，具有很好的经济价值；本发明还提供其制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及生物滤料技术领域，具体涉及一种纤维增强型脱氮除磷生物滤料及其制备方法。
背景技术
随着，我国水资源污染越来越严重，国家出台了一系列标准加强对水污染的治理，总磷总氮是反映水质的常规指标，也是检测水质所代表的重要指标，在处理过程中管制更严格。针对除磷除氮的现有技术中，滤料是曝气池中至关重要的，但现有技术中缺少除氮除磷效果显著，工艺简单，又同时具有滤孔多，比表面积大，减少碳源的补充，节约成本，延长滤料使用寿命的综合性生物滤料。
专利CN201210098204.4中公开了一种以粉煤灰，粘接剂，膨胀剂为原料制备了以一种比表面积高，孔隙率高的生物滤料，但是并没有将水资源中的磷去除，而且除氮效果也比较低。
专利CN202010157462.X公布了一种聚丁二酸丁二醇酯和改性生物陶粒颗粒的双层组合滤料及其应用。该方法为制备双层组合滤料，包括上层的聚丁二酸丁二醇酯颗粒层和下层的改性生物陶粒层，厚度比1:1。该滤料可增加反硝化滤池脱氮效率，减少补充碳源投加量，除氮效果更加稳定可靠，可减少污水处理运行成本。但该方法仅在内层改性生物陶粒的基础上，在外层包裹聚丁二酸丁二醇酯（PBS）颗粒层，最终制得的生物滤料孔隙率较低，比表面积也较小，不利于微生物的挂膜，对除磷起不到效果，影响最终的污水处理。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种纤维增强型脱氮除磷生物滤料，具有较大的比表面积、孔隙率高，韧性及抗磨性能极佳，不但能满足目前的脱氮除磷需求，且可作为补充碳源使用，具有很好的经济价值；本发明还提供其制备方法。
本发明所述的纤维增强型脱氮除磷生物滤料，由以下质量百分比的原料组成：
粉煤灰 55-65%
水泥 10-15%
石灰 11-14%
脱硫石膏 2-4%
造孔剂 0.5-0.8%
含硫矿粉 10-15%
短纤维丝 1-2%。
水泥为普通硅酸盐水泥。
造孔剂为脱脂铝粉或碳酸氢钠，优选脱脂铝粉。
含硫矿粉为硫磺、黄铁矿、白铁矿、磁黄铁矿中的一种研磨后的粉体，研磨后过200目筛。
短纤维丝为聚丁二酸丁二醇酯（PBS）短纤维、聚己内酯（PCL）短纤维中的一种或两种混合；优选熔点低，且可完全生物降解的PCL短纤维丝，其长度为5-15mm。
短纤维丝的加入可以显著提高生物滤料球的球体韧性，防止生物滤料球在水力冲刷机械搅拌或曝气条件下磨损或解体，增加系统中的污泥量。
本发明所述的纤维增强型脱氮除磷生物滤料的制备方法，步骤如下：
（1）粉碎：将粉煤灰、水泥、石灰、脱硫石膏、造孔剂、含硫矿粉分别粉碎，过200目筛；
（2）预混：将过筛后的粉煤灰、水泥、石灰、脱硫石膏、造孔剂、含硫矿粉和短纤维丝混合均匀，得到混合粉体；
（3）造粒成型：在混合粉体中加水搅拌均匀，得到浆料，在造粒机中制备成生料球；
（4）蒸压养护：将生料球进行蒸压养护，即得纤维增强型脱氮除磷生物滤料。
步骤（3）中，生料球的直径为6~10mm。
步骤（4）中，蒸压养护的蒸汽温度为145~155℃，养护时间为7~8h。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
（1）本发明在生物滤料的原料中添加短纤维丝，增强了生物滤料的韧性和耐磨性，延长了滤料使用寿命，且补充了碳源，无需外加碳源，节约成本；
（2）本发明在生物滤料的原料中添加含硫矿粉，作为自养反硝化细菌的电子供体，显著提高了生物滤料的脱氮性能；
（3）本发明利用原料水泥、石灰、脱硫石膏得到硅酸钙，硅酸钙类物质具有缓慢释放钙离子和碱度的能力，并且易于制成各种形状的多孔材料，对水体磷酸根也具有较好的吸附沉淀效果；
（4）本发明借助现有的混凝土生产蒸压养护设备生产生物滤料，生产工艺及技术成熟，降低了固定投资成本，且生产的生物滤料多孔、比表面积大，含大量莫来石晶相，能缓慢释放钙离子，具有优良的除磷性能。
具体实施方式
以下对本发明所提供的纤维增强型脱氮除磷生物滤料及其制备方法进行了详细介绍。实施例对本发明原理及实施方式进行了阐述，以下实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
实施例1
（1）将粉煤灰、硅酸盐水泥、石灰、脱硫石膏、脱脂铝粉、黄铁矿粉分别粉碎，过200目筛；
（2）预混：按重量百分数，将粉煤灰55%、硅酸盐水泥15%、石灰12%、脱硫石膏3.7%、脱脂铝粉0.8%、黄铁矿粉12%和PCL短纤维丝（10mm）1.5%混合均匀，得到混合粉体；
（3）造粒成型：在混合粉体中加入混合粉体总重量30%的水，搅拌均匀得到浆料，在造粒机中制备成直径为7mm的生料球；
（4）蒸压养护：将生料球在温度155°C下进行蒸压养护8h，即得纤维增强型脱氮除磷生物滤料。
实施例2
（1）将粉煤灰、硅酸盐水泥、石灰、脱硫石膏、脱脂铝粉、黄铁矿粉分别粉碎，过200目筛；
（2）预混：按重量百分数，将粉煤灰58%、硅酸盐水泥14%、石灰13%、脱硫石膏3.2%、脱脂铝粉0.8%、黄铁矿粉10%和PCL短纤维丝（10mm）1%混合均匀，得到混合粉体；
（3）造粒成型：在混合粉体中加入混合粉体总重量30%的水，搅拌均匀得到浆料，在造粒机中制备成直径为8mm的生料球；
（4）蒸压养护：将生料球在温度150°C下进行蒸压养护8h，即得纤维增强型脱氮除磷生物滤料。
实施例3
（1）将粉煤灰、硅酸盐水泥、石灰、脱硫石膏、脱脂铝粉、黄铁矿粉分别粉碎，过200目筛；
（2）预混：按重量百分数，将粉煤灰58%、硅酸盐水泥15%、石灰10%、脱硫石膏3.3%、脱脂铝粉0.7%、黄铁矿粉12%和PCL短纤维丝（10mm）1%混合均匀，得到混合粉体；
（3）造粒成型：在混合粉体中加入混合粉体总重量30%的水，搅拌均匀得到浆料，在造粒机中制备成直径为7.5mm的生料球；
（4）蒸压养护：将生料球在温度150°C下进行蒸压养护8h，即得纤维增强型脱氮除磷生物滤料。
对比例1
本对比例采用常规高温烧结的方法制备生物滤料，步骤如下：
（1）将粉煤灰、硅酸盐水泥、石灰、脱硫石膏、脱脂铝粉、黄铁矿粉分别粉碎，过200目筛；
（2）预混：按重量百分数，将粉煤灰55%、硅酸盐水泥16.5%、石灰12%、脱硫石膏3.7%、脱脂铝粉0.8%、黄铁矿粉12%混合均匀，得到混合粉体；
（3）造粒成型：在混合粉体中加入混合粉体总重量30%的水，搅拌均匀得到浆料，在造粒机中制备成直径为7.5mm的生料球；
（4）高温烧结：将生料球在温度80°C下烘干至水分含量低于5wt%，再升温至1100℃左右烧结，即得增强型脱氮除磷生物滤料。
对比例2
本对比例采用蒸压养护的工艺生产生物滤料，不同点在于原料配方中不含短纤维丝，步骤如下：
（1）将粉煤灰、硅酸盐水泥、石灰、脱硫石膏、脱脂铝粉、黄铁矿粉分别粉碎，过200目筛；
（2）预混：按重量百分数，将粉煤灰55%、硅酸盐水泥16.5%、石灰12%、脱硫石膏3.7%、脱脂铝粉0.8%、黄铁矿粉12%混合均匀，得到混合粉体；
（3）造粒成型：在混合粉体中加入混合粉体总重量30%的水，搅拌均匀得到浆料，在造粒机中制备成直径为7mm的生料球；
（4）蒸压养护：将生料球在温度155°C下进行蒸压养护8h，即得增强型脱氮除磷生物滤料。
对比例3
本对比例采用蒸压养护的工艺生产生物滤料，不同点在于原料配方中不含硫矿粉，步骤如下：
（1）将粉煤灰、硅酸盐水泥、石灰、脱硫石膏、脱脂铝粉分别粉碎，过200目筛；
（2）预混：按重量百分数，将粉煤灰60%、硅酸盐水泥20%、石灰13%、脱硫石膏4.7%、脱脂铝粉0.8%和PCL短纤维丝（10mm）1.5%混合均匀，得到混合粉体；
（3）造粒成型：在混合粉体中加入混合粉体总重量30%的水，搅拌均匀得到浆料，在造粒机中制备成直径为7mm的生料球；
（4）蒸压养护：将生料球在温度160°C下进行蒸压养护8h，即得纤维增强型脱氮除磷生物滤料。
对实施例1-3和对比例1-3所制备的生物滤料进行性能测试，具体测定结果如表1所示。
表1 纤维增强型脱氮除磷生物滤料性能测试结果
| 项目 | 堆积密度（kg/m<sup>3</sup>） | 比表面积（m<sup>2</sup>/g） | 孔隙率(%) | 筒压强度(MPa) | 脱氮效率(%) | 除磷效率(%) |
| 实施例1 | 627 | 10.3 | 56.9 | 10.6 | 46.0 | 95.3 |
| 实施例2 | 632 | 11.0 | 58.9 | 11.2 | 46.0 | 96.0 |
| 实施例3 | 640 | 10.9 | 57.4 | 11.3 | 45.2 | 95.7 |
| 对比例1 | 700 | 8.8 | 48.0 | 12.0 | 29.9 | 81.2 |
| 对比例2 | 650 | 9.8 | 50.4 | 10.9 | 32.4 | 88.8 |
| 对比例3 | 625 | 10.4 | 49.8 | 10.8 | 25.0 | 83.4 |
从表1可以看出，本发明的实施例1-3利用蒸压加气混凝土生产工艺，添加除氮除磷的石灰、水泥、脱硫石膏含硫矿粉、短纤维丝的主要原料，相互协同作用，最终制得的生物滤料除氮效率在45%以上，除磷效率在95%，比表面积都在10m2/g以上，孔隙率都在50%以上，筒压强度都在10MPa以上，不但能满足目前的脱氮除磷需求，且可作为补充碳源使用，其韧性及抗磨性能极佳，具有很好的经济价值。
Claims (8)
1.一种纤维增强型脱氮除磷生物滤料，其特征在于：由以下质量百分比的原料组成：
粉煤灰 55~65%
水泥 10~15%
石灰 11~14%
脱硫石膏 2~4%
造孔剂 0.5~0.8%
含硫矿粉 10~15%
短纤维丝 1~2%。
2.根据权利要求1所述的纤维增强型脱氮除磷生物滤料，其特征在于：水泥为硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的纤维增强型脱氮除磷生物滤料，其特征在于：造孔剂为脱脂铝粉或碳酸氢钠。
4.根据权利要求1所述的纤维增强型脱氮除磷生物滤料，其特征在于：含硫矿粉为硫磺、黄铁矿、白铁矿、磁黄铁矿中的一种研磨后的粉体，研磨后过200目筛。
5.根据权利要求1所述的纤维增强型脱氮除磷生物滤料，其特征在于：短纤维丝为聚丁二酸丁二醇酯短纤维、聚己内酯短纤维中的一种或两种混合，长度为5-15mm。
6.一种权利要求1-5任一项所述的纤维增强型脱氮除磷生物滤料的制备方法，其特征在于：步骤如下：
（1）粉碎：将粉煤灰、水泥、石灰、脱硫石膏、造孔剂、含硫矿粉分别粉碎，过200目筛；
（2）预混：将过筛后的粉煤灰、水泥、石灰、脱硫石膏、造孔剂、含硫矿粉和短纤维丝混合均匀，得到混合粉体；
（3）造粒成型：在混合粉体中加水搅拌均匀，得到浆料，在造粒机中制备成生料球；
（4）蒸压养护：将生料球进行蒸压养护，即得纤维增强型脱氮除磷生物滤料。
7.根据权利要求6所述的纤维增强型脱氮除磷生物滤料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，生料球的直径为6~10mm。
8.根据权利要求6所述的纤维增强型脱氮除磷生物滤料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，养护温度为145~155℃，养护时间为7~8h。
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