CN112456950B - 能快速启动的脱氮除磷型滤料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物滤料技术领域，具体涉及一种能快速启动的脱氮除磷型滤料的制备方法。所述的能快速启动的脱氮除磷型滤料的制备方法，步骤包括：将混凝土砌块废料过筛；制备脱氮硫杆菌菌悬液，浸泡混凝土砌块废料并自然晾干；将水泥、重钙粉、硫铁矿、石灰、石膏按照重量百分比，粉碎过筛混合得预混料；混凝土砌块废料球为核，以预混料为外涂层，进行造粒，在核体上滚涂预混料，得到生料球；将其进行蒸压养护，得能快速启动的脱氮除磷型滤料。本发明提供一种能快速启动的脱氮除磷型滤料的制备方法，其对蒸压加气混凝土砌块废料，进行有效回收利用，并制成高附加值的脱氮除磷滤料，启动周期短，降低碳源的外加量，具有很高的经济及环保效益。
Description
技术领域
本发明涉及生物滤料技术领域，具体涉及一种能快速启动的脱氮除磷型滤料的制备方法。
背景技术
蒸压加气混凝土砌块是以粉煤灰，石灰，水泥，石膏，矿渣等为主要原料，经配料搅拌，浇筑，静停，切割和高压蒸养等工艺过程而制成的一种多空混凝土制品，在混凝土生产的过程中，会产生1~3%左右废料，包括次品、下脚料等，其中很少一部分被掺和在砂浆中重复利用，大部分都作为建筑垃圾处理处置，造成资源的极大浪费。自养微生物反硝化法去除水中硝酸盐技术是一种新型生物脱氮技术，是指在缺氧或厌氧条件下，相关脱氮硫杆菌以CO2、HCO3-、CO3 2-等无机碳为生长碳源，以单质硫、硫化物、亚硫酸盐、四硫磺酸盐或硫代硫酸盐等作为电子供体将硝酸盐还原为氮气的过程；脱氮硫杆菌是专性无机化能自养型细菌，在氧化硫化物时获得能量，并以硝酸盐为电子受体生成氮气，这是在废水同步脱硫反硝化处理工艺中的主要功能微生物。生活滤池作为一种常规的废水处理工艺，滤料的选择是生物滤池运行成败与否的关键，滤料作为微生物栖息的场所，会影响系统生物量的多少，填料的选择还直接关系到处理系统的经济成本；因此，滤料强度高，比表面积大，周期短，又能同时高效率的除氮除磷，减少碳源的供应量，对于提高滤池的运行效果具有重要意义。
专利CN201410432978.5公布了一种利用混凝土搅拌站废弃灰浆制备免烧陶粒的方法，利用混凝土搅拌站废弃灰浆，结合水泥，粉煤灰、废弃灰浆粉，粘结剂，成孔剂等组分，利用蒸压技术制备免烧陶粒，可重复利用15~25%左右的废弃灰浆粉，且废弃灰浆为实心颗粒，工艺中仅作为普通填料使用，其他组分与普通蒸压加气混凝土砌块所用原料基本无异，因此孔隙率比较低，筒压强度较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能快速启动的脱氮除磷型滤料的制备方法，该方法对蒸压加气混凝土砌块废料，包括次品及切割废料等，进行有效的回收利用，并制成高附加值的脱氮除磷滤料，脱氮除磷启动周期短，且降低碳源的外加量，具有很高的经济及环保效益。
本发明所述的能快速启动的脱氮除磷型滤料的制备方法，步骤包括：
（1）蒸压加气混凝土砌块废料，并过筛；
（2）制备脱氮硫杆菌菌悬液；
（3）用步骤（2）制备的脱氮硫杆菌菌悬液浸泡步骤（1）过筛后的混凝土砌块废料，并自然晾干；
（4）制备预混料：按照以下原料组分的重量百分比：水泥40~55%，重钙粉18~25%；硫铁矿10~20%；石灰10~12%，石膏5~10%，粉碎过筛，混合，得到预混料；
（5）造粒成型：以步骤（3）制得的自然晾干后的混凝土砌块废料球为核，以步骤（4）制得的预混料为外涂层，开动造粒机，在核体上滚涂预混料，得到生料球；
（6）将生料球进行蒸压养护，即得能快速启动的脱氮除磷型滤料。
步骤（1）中蒸压加气混凝土砌块废料粉碎为直径4~5mm的球体。
步骤（2）所用原料为脱氮硫杆菌冷冻干粉。
步骤（2）中制备条件为在28-35℃恒温摇床上，培养24h。
步骤（3）中浸泡时间为4-8h。
步骤（4）中水泥为普通硅酸盐水泥或高铝快干水泥。
步骤（4）中原料粉碎至0.1mm以下，过筛的筛孔目数为325。
步骤（4）中硫铁矿为硫磺或其他含硫质量比不低于15%的含硫采矿或其他工业废渣。
步骤（5）中制备的生料球直径为10mm-20mm。
步骤（6）中蒸压养护温度为35°C；养护周期大于等于72h。
具体地，本发明所述的能快速启动的脱氮除磷型滤料的制备方法，步骤包括：
（1）蒸压加气混凝土砌块废料粉碎为直径4~5mm的球体，并过筛，留取上筛分物为内核；
（2）制备脱氮硫杆菌菌悬液：以脱氮硫杆菌冷冻干粉为原料，在28-35℃恒温摇床上培养24h，制得脱氮硫杆菌菌悬液，脱氮硫杆菌冷冻干粉市售得；
（3）用步骤（2）制备的脱氮硫杆菌菌悬液浸泡步骤（1）过筛后的混凝土砌块废料浸泡4-8h，并自然晾干；
（4）制备预混料：按照以下原料组分的重量百分比：水泥40~55%，重钙粉18~25%；硫铁矿10~20%；石灰10~12%，石膏5~10%，粉碎至0.1mm以下，过325目筛，混合，得到预混料，所用水泥为普通硅酸盐水泥或高铝快干水泥，所用硫铁矿为硫磺或其他含硫质量比不低于15%的含硫采矿或其他工业废渣；
（5）造粒成型：以步骤（3）制得的自然晾干后的混凝土砌块废料球为核，以步骤（4）制得的预混料为外涂层，开动造粒机，在核体上滚涂预混料，得到10mm-20mm生料球；
（6）将生料球进行蒸压养护，温度为35°C，养护周期大于等于72h，直至表面硬化为止，即得能快速启动的脱氮除磷型滤料。
本发明利用蒸压混凝土砌块废料中的托勃莫来石提供钙离子，使其与水中磷酸根结合，并在其表面生成稳定的羟基磷酸钙（HAP）而可实现除磷目的，并且外涂层中的硅酸钙盐类物质具有缓慢释放钙离子和碱度的能力，同时易于制成各种形状的多孔材料，对水体磷酸根具有较好的吸附效果；滤料中添加了脱氮硫杆菌，通过自身同化作用消耗一定的氨氮，同时与滤料的外涂层中的硫铁矿或硫磺，共同协同作用，达到高效除氮除磷的效果，并且使厌氧条件下的脱氮除磷启动周期大大缩短；利用滤料所含重钙粉补偿硝化过程中所需的碱度，且为自养脱氮硫杆菌提供无机碳源，降低外加碳源的添加量。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
（1）本发明将废弃加气混凝土砌块废料与高强度普通硅酸盐水泥滤料相结合，既变废为宝，又增强滤料筒压强度，延长使用周期；
（2）本发明利用的蒸压加气混凝土砌块废料本身就密度低且比表面积大、多孔，加快脱氮硫杆菌能大量进入，缩短脱氮除磷启动周期；
（3）本发明制备的能快速启动的脱氮除磷型滤料，堆积密度大，比表面积大，孔隙率高，筒压强度大，启动周期短。
具体实施方式
以下对本发明所提供的一种能快速启动的脱氮除磷型滤料的方法进一步详细介绍；本文中应用了具体的个例对本发明原理及实施方式进行了阐述，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
能快速启动的脱氮除磷型滤料的制备方法，制备步骤包括：
（1）蒸压加气混凝土砌块废料废料粉碎为直径5mm的球体，并过筛，留取上筛分物为内核；
（2）制备脱氮硫杆菌菌悬液：以脱氮硫杆菌冷冻干粉为原料，在30℃恒温摇床上培养24h，制得脱氮硫杆菌菌悬液；
（3）用步骤（2）制备的脱氮硫杆菌菌悬液浸泡步骤（1）过筛后的混凝土砌块废料，浸泡4h，并自然晾干；
（4）制备预混料：按照以下原料组分的重量百分比：水泥50%，重钙粉20%；硫磺10%；石灰12%，石膏8%，粉碎至0.1mm以下，过325目筛，混合均匀，得到预混料；
（5）造粒成型：以步骤（3）制得的自然晾干后的混凝土砌块废料球为核，以步骤（4）制得的预混料为外涂层，开动造粒机，在核体上滚涂预混料，得到直径为15mm的生料球；
（6）将生料球进行蒸压养护，直至表面硬化为止；养护温度为35°C，养护周期72小时，即得能快速启动的脱氮除磷型滤料。
实施例2
能快速启动的脱氮除磷型滤料的制备方法，制备步骤包括：
（1）蒸压加气混凝土砌块废料废料粉碎为直径4.5mm的球体，并过筛，留取上筛分物为内核；
（2）制备脱氮硫杆菌菌悬液：以脱氮硫杆菌冷冻干粉为原料，在30℃恒温摇床上培养24h，制得脱氮硫杆菌菌悬液；
（3）用步骤（2）制备的脱氮硫杆菌菌悬液浸泡步骤（1）过筛后的混凝土砌块废料，浸泡4h，并自然晾干；
（4）制备预混料：按照以下原料组分的重量百分比：水泥55%，重钙粉20%；硫磺10%；石灰10%，石膏5%，粉碎至0.1mm以下，过325目筛，混合均匀，得到预混料；
（5）造粒成型：以步骤（3）制得的自然晾干后的混凝土砌块废料球为核，以步骤（4）制得的预混料为外涂层，开动造粒机，在核体上滚涂预混料，得到直径为16mm的生料球；
（6）将生料球进行蒸压养护，直至表面硬化为止；养护温度为35°C，养护周期72小时，即得能快速启动的脱氮除磷型滤料。
实施例3
能快速启动的脱氮除磷型滤料的制备方法，制备步骤包括：
（1）蒸压加气混凝土砌块废料废料粉碎为直径4mm的球体，并过筛，留取上筛分物为内核；
（2）制备脱氮硫杆菌菌悬液：以脱氮硫杆菌冷冻干粉为原料，在30℃恒温摇床上培养24h，制得脱氮硫杆菌菌悬液；
（3）用步骤（2）制备的脱氮硫杆菌菌悬液浸泡步骤（1）过筛后的混凝土砌块废料，浸泡4h，并自然晾干；
（4）制备预混料：按照以下原料组分的重量百分比：水泥40%，重钙粉25%，黄铁矿20%；石灰10%，石膏5%，粉碎至0.1mm以下，过325目筛，混合均匀，得到预混料；
（5）造粒成型：以步骤（3）制得的自然晾干后的混凝土砌块废料球为核，以步骤（4）制得的预混料为外涂层，开动造粒机，在核体上滚涂预混料，得到直径为14mm的生料球；
（6）将生料球进行蒸压养护，直至表面硬化为止；养护温度为35°C，养护周期72小时，即得能快速启动的脱氮除磷型滤料。
对比例1
滤料的制备步骤包括：
（1）蒸压加气混凝土砌块废料废料粉碎为直径4mm的球体，并过筛，留取上筛分物为内核；
（2）制备预混料：按照以下原料组分的重量百分比：水泥40%，重钙粉25%，黄铁矿20%；石灰10%，石膏5%，粉碎至0.1mm以下，过325目筛，混合均匀，得到预混料；
（3）造粒成型：以步骤（1）制得混凝土砌块废料球为核，以步骤（2）制得的预混料为外涂层，开动造粒机，在核体上滚涂预混料，得到直径为14mm的生料球；
（4）将生料球进行蒸压养护，直至表面硬化为止；养护温度为55°C，养护周期30小时，即得滤料。
对比例2
滤料的制备步骤包括：
（1）蒸压加气混凝土砌块废料废料粉碎为直径4mm的球体，并过筛，留取上筛分物为内核；
（2）制备脱氮硫杆菌菌悬液：以脱氮硫杆菌冷冻干粉为原料，在30℃恒温摇床上培养24h，制得脱氮硫杆菌菌悬液；
（3）用步骤（2）制备的脱氮硫杆菌菌悬液浸泡步骤（1）过筛后的混凝土砌块废料，浸泡4h，并自然晾干；
（4）制备预混料：按照以下原料组分的重量百分比：水泥40%，重钙粉25%，粉煤灰20%，；石灰10%，石膏5%，粉碎至0.1mm以下，过325目筛，混合均匀，得到预混料；
（5）造粒成型：以步骤（3）制得的自然晾干后的混凝土砌块废料球为核，以步骤（4）制得的预混料为外涂层，开动造粒机，在核体上滚涂预混料，得到直径为14mm的生料球；
（6）将生料球进行蒸压养护，直至表面硬化为止；养护温度为35°C，养护周期72小时，即得能快速启动的脱氮除磷型滤料。
对实施例1~3和对比例1-2所制备的滤料，进行堆积密度、比表面积、孔隙率、筒压强度、除磷效率的性能指标测定，具体测定结果见下表1：
表1 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) | 启动周期（h） | 脱氮效率(%) | 除磷效率(%) |
| 实施例1 | 638 | 10.3 | 56.6 | 8.8 | 15 | 50.2 | 95.3 |
| 实施例2 | 652 | 10.3 | 56.1 | 9.2 | 13 | 50.8 | 96.0 |
| 实施例3 | 650 | 10.9 | 55.3 | 9.3 | 14 | 55.2 | 95.7 |
| 对比例1 | 639 | 10.3 | 55 | 9.1 | 72 | 39.0 | 93.5 |
| 对比例2 | 630 | 10 | 53.2 | 8.6 | 75 | 36.3 | 90.9 |
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砌块废料，得到能快速启动的脱氮除磷型滤料的制备方法，启动周期比较短，除氮效率都在50%以上，除磷效率在95%以上，比表面积和孔隙率都比较大，筒压强度较高；而对比例1取消脱氮硫杆菌菌悬液的加入，其中的除氮效率明显较差，而对比例2将含硫铁矿替换成粉煤灰，除氮除磷效果较差，并且对比例1和2的除氮启动周期都比较长。
Claims (9)
1.一种能快速启动的脱氮除磷型滤料的制备方法，其特征在于：制备步骤包括：
(1)蒸压加气混凝土砌块废料，并过筛；
(2)制备脱氮硫杆菌菌悬液；
(3)用步骤(2)制备的脱氮硫杆菌菌悬液浸泡步骤(1)过筛后的混凝土砌块废料，并自然晾干；
(4)制备预混料：按照以下原料组分的重量百分比：水泥40～55％，重钙粉18～25％；硫铁矿10～20％；石灰10～12％，石膏5～10％，粉碎过筛，混合，得到预混料；
(5)造粒成型：以步骤(3)制得的自然晾干后的混凝土砌块废料球为核，以步骤(4)制得的预混料为外涂层，开动造粒机，在核体上滚涂预混料，得到生料球；
(6)将生料球进行蒸压养护，即得能快速启动的脱氮除磷型滤料。
2.根据权利要求1所述的能快速启动的脱氮除磷型滤料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中蒸压加气混凝土砌块废料粉碎为直径4～5mm的球体。
3.根据权利要求1所述的能快速启动的脱氮除磷型滤料的制备方法，其特征在于：步骤(2)所用原料为脱氮硫杆菌冷冻干粉。
4.根据权利要求1所述的能快速启动的脱氮除磷型滤料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中制备条件为在28-35℃恒温摇床上，培养24h。
5.根据权利要求1所述的能快速启动的脱氮除磷型滤料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中浸泡时间为4-8h。
6.根据权利要求1所述的能快速启动的脱氮除磷型滤料的制备方法，其特征在于：步骤(4)中水泥为普通硅酸盐水泥或高铝快干水泥。
7.根据权利要求1所述的能快速启动的脱氮除磷型滤料的制备方法，其特征在于：步骤(4)中原料粉碎至0.1mm以下，过筛的筛孔目数为325。
8.根据权利要求1所述的能快速启动的脱氮除磷型滤料的制备方法，其特征在于：步骤(5)中制备的生料球直径为10mm-20mm。
9.根据权利要求1所述的能快速启动的脱氮除磷型滤料的制备方法，其特征在于：步骤(6)中蒸压养护温度为35℃；养护周期大于等于72h。
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