CN113087133A

CN113087133A - 一种含磷废水处理用生物膜填料及其制备方法和应用

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Publication number: CN113087133A
Application number: CN202110443783.0A
Authority: CN
Inventors: 蒋树贤; 管震
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2021-04-23
Filing date: 2021-04-23
Publication date: 2021-07-09
Anticipated expiration: 2041-04-23
Also published as: CN113087133B

Abstract

本发明公开了一种含磷废水处理用生物膜填料及其制备方法和应用。本发明的含磷废水处理用生物膜填料，由如下组分制备而成：污泥，偏高岭土，过氧化钾，氮化碳，硫酸铁，粉煤灰，水玻璃，水。本发明开发了一种含磷废水处理用生物膜填料，通过污泥、偏高岭土、过氧化钾、氮化碳、水玻璃等组分，制得了具有优异的抗冲击强度，且为除磷菌提供营养物质的生物膜填料，使得生物膜挂膜效率高，有效去除废水中的磷，针对废水中高磷含量或微量磷超标均有稳定、高效的处理效果。

Description

一种含磷废水处理用生物膜填料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，更具体的，涉及一种含磷废水处理用生物膜填料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着经济的飞速发展，人们生活水平的提高，城镇生活污水的处理问题越来越重要，特别是国内部分污水处理厂出水和饮用水源地存在磷超标现象，需要对废水中的磷进行高效去除。

化学除磷法为通过投加化学药剂形成不溶性磷酸盐沉淀物，最终通过固液分离的方法使磷从污水中被去除。化学除磷法对高浓度磷超标有一定作用，但对磷微量超标就会存在药剂投量过大，含磷絮体沉淀困难等问题。而目前的污水处理厂中的废水通常为磷微量超标，难以适用化学除磷法。

生物膜法，是指利用附着生长于某些固体物表面的微生物进行有机污水处理的方法，具有处理效率高、环境友好的特点。但由于高磷水体中缺少碳源，氮含量也不足，因此传统的生物膜法处理工艺存在微生物培养困难、无法挂膜的问题。

中国专利申请CN102476856A公开了一种高分子生物膜填料，以聚丙烯或聚乙烯、或聚氯乙烯高分子编织料为生物膜基材，获得了比表面积大、布水布气性能好、不易堵塞的生物膜填料。但其存在生物膜填料挂膜量少，挂膜时间长，水处理效率低的问题。

因此，需要开发出一种对微量磷去除效率更高的生物膜填料。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的磷去除效率不高的缺陷，提供一种含磷废水处理用生物膜填料，本发明的生物膜填料包括污泥、偏高岭土、过氧化钾、氮化碳、水玻璃等组分，具有优异的抗冲击强度，同时能够为除磷菌提供营养物质，使得生物膜挂膜效率高，有效除磷。

本发明的另一目的在于提供上述含磷废水处理用生物膜填料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述含磷废水处理用生物膜填料在生物膜反应器中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种含磷废水处理用生物膜填料，由如下重量份的原料制备而成：

污泥12～20重量份，

偏高岭土15～25重量份，

过氧化钾6～10重量份，

氮化碳16～20重量份，

硫酸铁2～6重量份，

粉煤灰8～12重量份，

水玻璃10～20重量份，

水15～25重量份。

在本发明的含磷废水处理用生物膜填料中，过氧化钾、硫酸铁、氮化碳能够与污泥发生氮化碳耦合和类Fenton催化氧化反应，从而产生CO₂等气体，形成多孔结构，促进生物膜的比表面积大幅提高。同时，氧化的过程去除了污泥臭味，初步降解了污泥中的大分子有机物，使其分解为更利于聚磷菌吸收降解的小分子有机物。

偏高岭土、粉煤灰、水玻璃、过氧化钾和硫酸铁通过水化反应，生成具有一定强度的地聚物，为生物膜提供框架结构，提高了生物膜的水力冲击承受能力。

与此同时，偏高岭土、粉煤灰、过氧化钾、硫酸铁、氮化碳等成分能够为聚磷菌生长繁殖提供除磷之外的其他营养成分，如碳、氮、钾等，聚磷菌必须从水体中吸收磷才能维持生长繁殖，从而使水中的磷得到去除降解。

本发明所述污泥为污水处理厂生化池的污泥，通过以污泥为基体制备生物膜填料，一方面可以有效利用污水处理厂废料，另一方面能够为生物膜填料带来必要的水分组成。然而污泥通常臭味大，难以回收利用，发明人发现通过硫酸铁、过氧化钾的加入，对污泥进行氧化，可以使得污泥有效除臭，提高污泥的生物利用率。氮化碳的加入，弥补了水体中缺少的碳源，实现了碳中和，并提高了氮含量，补充了水体中营养比的失衡，为除磷菌提供了充分的营养物质，使其更快、更高效地刮膜。

偏高岭土与粉煤灰，经过氧化钾、硫酸铁和水玻璃激发后，能够发生固化反应，使得制得的生物膜填料具有优异的抗水力冲击强度，生物膜挂膜后更牢固，不易脱落，进一步提高了除磷效率。

偏高岭土是以高岭土为原料，在适当温度下经脱水形成的无水硅酸铝(Al₂O₃·2SiO₂)。

优选地，所述偏高岭土的平均粒径为5～15μm。

优选地，所述偏高岭土的比表面积为500～1100m²/kg。

优选地，所述粉煤灰的平均粒径为1～12μm。

所述水玻璃为硅酸钠(Na₂O·nSiO₂)的水溶液。

优选地，所述水玻璃中硅酸钠波美度为20～30°Bé。

优选地，所述硅酸钠的模数为1.1～1.7。

二氧化硅(SiO₂)与氧化钠(Na₂O)的摩尔数的比值n，称为硅酸钠的模数。

优选地，所述污泥的含水率为85～95％。

优选地，所述含磷废水处理用生物膜填料由如下重量份的组分制备而成：

污泥18～20重量份，偏高岭土20～25重量份，过氧化钾8～10重量份，氮化碳18～20重量份，硫酸铁4～6重量份，粉煤灰8～10重量份，水玻璃10～15重量份；水15～20重量份。

本发明所述除磷菌为不动杆菌-莫拉氏菌群、假单胞菌属、气单胞菌属和黄杆菌属、费氏柠檬酸杆菌、亚硝化杆菌属、亚硝化球菌属、亚硝化叶菌属和硝化杆菌属或硝化球菌属中的一种或几种。

本发明还保护上述含磷废水处理用生物膜填料的制备方法，包括如下步骤：

S1.污泥预氧化：

将污泥、过氧化钾、氮化碳、硫酸铁混合搅拌，在金卤灯照射条件下反应2～4h后，得到氧化污泥；

S2.固化定型：

将偏高岭土、粉煤灰、水玻璃、水与S1制得的氧化污泥混合搅拌、固化、养护，得到所述含磷废水处理用生物膜填料。

优选地，所述金卤灯的照射功率为400w。

优选地，所述混合搅拌为以100～300rpm的转速搅拌混合。

优选地，所述固化为在模具中固化定型。

优选地，所述固化的条件为：温度为50～60℃，相对湿度≥95％，固化时间7～12天。

优选地，所述养护的条件为：温度为10～30℃，相对湿度≥90％，养护时间15～25天。

本发明还保护上述含磷废水处理用生物膜填料在生物膜反应器中的应用，所述生物膜反应器包括所述含磷废水处理用生物膜填料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明创造性地开发了一种含磷废水处理用生物膜填料，通过污泥、偏高岭土、过氧化钾、氮化碳、水玻璃等组分，制得了具有优异的抗冲击强度，且为除磷菌提供营养物质的生物膜填料，使得生物膜挂膜效率高，有效去除废水中的磷，针对废水中高磷含量或微量磷超标均有稳定、高效的处理效果。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例及对比例中的原料均可通过市售得到；

污泥为广州某污水处理厂生化池污泥，含水率为90％；

偏高岭土的平均粒径为10μm，比表面积为1000m²/kg；

粉煤灰的平均粒径为5μm；

水玻璃中硅酸钠波美度为22°Bé，水玻璃的模数为1.5。

除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

实施例1～5

实施例1～5提供一种生物膜填料，由如表1所示重量份的组分制备而成，制备方法包括如下步骤：

S1.污泥预氧化：

将污泥、过氧化钾、氮化碳、硫酸铁加至搅拌器中，以200rpm的转速搅拌混合，400w金卤灯照射条件下反应3h后，得到氧化污泥；

S2.固化定型：

将偏高岭土、粉煤灰、水玻璃、水与S1得到的氧化污泥加至搅拌器中，以200rpm的转速搅拌混合，混合物倒入模具中，密闭模具，在55±2℃，相对湿度95±2％条件下固化8d；拆模后，外表面用麻布包覆，在20±3℃、相对湿度90±3％条件下养护20d，得到生物膜填料。

表1实施例1～5的生物膜填料的原料组分(重量份)

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						污泥	20	20	20	12	18
过氧化钾	10	10	10	6	8
						氮化碳	20	20	20	16	18
硫酸铁	6	6	6	2	4
						偏高岭土	20	25	15	20	20
粉煤灰	10	8	12	10	10
						水玻璃	15	10	20	15	10
水	20	20	15	25	15

对比例1～3

对比例1～3提供一种生物膜填料，由如表2所示重量份的组分制备而成，制备方法包括如下步骤：

S1.污泥预氧化：

将污泥、过氧化钾(如有)、氮化碳(如有)、硫酸铁加至搅拌器中，以200rpm的转速搅拌混合，反应3h后，得到氧化污泥；

S2.固化定型：

将偏高岭土(如有)、粉煤灰、水玻璃、水与S1得到的氧化污泥加至搅拌器中，以200rpm的转速搅拌混合，混合物倒入模具中，密闭模具，在55±2℃，相对湿度95±2％条件下固化8d；拆模后，在外表面用麻布包覆，在20±3℃、相对湿度90±3％条件下养护20d，得到生物膜填料。

表2对比例1～3的生物膜填料的原料组分(重量份)

将实施例1～5和对比例1～3制得的生物膜填料分别放置于污水处理设备的氧化沟中好氧区，并对其进行除磷菌微生物挂膜培养，挂膜两个月后成熟。

使用上述含有生物膜填料的污水处理设备分别对含磷废水进行处理，废水进水水质为：水温5～20℃，COD＝147±10mg/L，BOD＝45±7mg/L，TN＝14.2±0.9mg/L，NH₄ ⁺-N＝8.1±1.3mg/L，TP＝8.5±1.7mg/L，pH值6.2-7.5，废水在生化池停留时间为20h。

对比例4

使用不含生物膜填料的污水处理设备对含磷废水进行处理，设为对比例4，废水进水水质与废水在生化池停留时间与实施例1～5和对比例1～3相同。

实施例1～5和对比例1～4对含磷废水处理的效果见表3。

表3实施例1～5和对比例1～4对含磷废水处理的效果

	COD(mg/L)	BOD(mg/L)	TN(mg/L)	TP(mg/L)
					实施例1	21	6	2.5	0.3
实施例2	19	5	2.1	0.3
					实施例3	27	9	3.1	0.4
实施例4	25	8	2.7	0.4
					实施例5	20	7	2.3	0.3
对比例1	33	11	3.8	1.5
					对比例2	32	11	4.1	1.4
对比例3	33	12	4.2	1.6
					对比例4	35	12	5	1.7

根据表3的测试结果，可以看出，使用本发明实施例1～5的生物膜填料，均可以获得高效的废水处理效果，特别是良好的除磷效率。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种含磷废水处理用生物膜填料，其特征在于，由如下重量份的原料制备而成：

污泥12～20重量份，偏高岭土15～25重量份，过氧化钾6～10重量份，氮化碳16～20重量份，硫酸铁2～6重量份，粉煤灰8～12重量份，水玻璃10～20重量份，水15～25重量份。

2.根据权利要求1所述含磷废水处理用生物膜填料，其特征在于，所述偏高岭土的平均粒径为5～15μm，比表面积为500～1100m²/kg。

3.根据权利要求1所述含磷废水处理用生物膜填料，其特征在于，所述粉煤灰的平均粒径为1～12μm。

4.根据权利要求1所述含磷废水处理用生物膜填料，其特征在于，所述水玻璃中硅酸钠波美度为20～30°Bé。

5.根据权利要求4所述含磷废水处理用生物膜填料，其特征在于，所述硅酸钠的模数为1.1～1.7。

6.根据权利要求1所述含磷废水处理用生物膜填料，其特征在于，所述污泥的含水率为85～95％。

7.根据权利要求1所述含磷废水处理用生物膜填料，其特征在于，所述含磷废水处理用生物膜填料由如下重量份的组分制备而成：

8.权利要求1～7任一项所述含磷废水处理用生物膜填料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.污泥预氧化：

S2.固化定型：

将偏高岭土、粉煤灰、水玻璃、水与S1得到的氧化污泥混合搅拌，经过固化、养护，得到所述含磷废水处理用生物膜填料。

9.根据权利要求8所述制备方法，其特征在于，所述固化的条件为：温度为50～60℃，相对湿度≥95％，固化时间7～12天；所述养护的条件为：温度为10～30℃，相对湿度≥90％，养护时间15～25天。

10.权利要求1～7任一项所述含磷废水处理用生物膜填料在生物膜反应器中的应用。