CN115583719A - 一种自养反硝化滤料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自养反硝化滤料，包含A、B、C三类物料，各物料的重量比为A∶B∶C＝(10～15)∶(1～2)∶1，其中，A为复合脱氮配料，包括硫化亚铁、硫、硫代硫酸钠和铁粉；B为胶粘剂；C为微生物培养液处理过的分子筛。本发明提供的高效脱氮的自养反硝化滤料，其高效性主要基于如下两种选择：其一，滤料属于多价态复合硫铁耦合脱氮方案，自养反硝化细菌的多样性电子供体间具有协同增效性；其二，将自养反硝化细菌培养液预置在分子筛间隙内，可以缓慢释放，保证了自养反硝化细菌在环境受到各种冲击时仍能维持生长。本发明提供的自养反硝化脱氮滤料，制备工艺简单，应用过程中容易操作，又可以做到保持高效的脱氮能力。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种自养反硝化滤料及其制备方法和应用。
背景技术
脱氮一直是污水处理领域重要课题，目前常用的脱氮技术以生物脱氮为主。生物脱氮技术相关的技术主要集中在三个方面：一是异养反硝化脱氮技术，二是自养反硝化脱氮技术，三是异养-自养反硝化协同脱氮技术。这三种生物脱氮技术各有利弊。
异养反硝化脱氮技术是在合适的碳氮比条件下，通过异养菌将硝酸盐氮转化为氮气而去除，该方法比较成熟，目前应用最广泛。在外加碳源比较适合前提下，微生物增值速率较快，脱氮效果较好；该种方法缺点也很明显，很难做到极限脱氮，当碳源不足时就会导致脱氮效率降低，而外加碳源又会增加处理成本并带来二次污染。
自养反硝化脱氮技术是以硫、铁等还原性元素为基质培养自养反硝化细菌，再利用自养反硝化细菌将硝酸盐氮转化为氮气而脱除。该方法优点是不需要外加碳源且可以做到极限脱氮，缺点是微生物增值数率低，微生物适应环境的冲击性较差，影响了实际工程中处理效果。
异养-自养反硝化协同脱氮技术，是指在硫铁等电子供体中，再复合木屑等碳源，而不需要再外加有机碳源，通过异养菌和自养菌的协同作用，达到脱氮的目的。该类技术通过异养反硝化细菌的培养，可以弥补自养菌增值效率低且抗冲击性差的不足；该脱氮方案需要兼顾两种脱氮方法，增加了实际脱氮操作的控制难度。
发明内容
鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种自养反硝化滤料及其制备方法和应用。本发明提供的自养反硝化滤料。
本发明第一方面提供了一种自养反硝化滤料，包含A、B、C三类物料，各物料的重量比为A∶B∶C＝(10～15)∶(1～2)∶1，其中，A为复合脱氮配料，包括硫化亚铁、硫、硫代硫酸钠和铁粉；B为胶粘剂；C为微生物培养液处理过的分子筛。
根据本发明所述的滤料的一些优选的实施方式中，所述A物料中，各组分的重量比为硫化亚铁∶硫∶硫代硫酸钠∶铁粉＝(10～20)∶(90～100)∶(10～20)∶1。
根据本发明所述的滤料的一些优选的实施方式中，所述A物料中，各组分的重量比为硫化亚铁∶硫∶硫代硫酸钠∶铁粉＝(12～18)∶(94～97)∶(12～18)∶1。。
根据本发明所述的滤料的一些优选的实施方式中，所述胶粘剂选自自淀粉、动物皮胶、骨胶、十二烷基苯磺酸钠、木质素纤维素钠中的至少一种。
根据本发明所述的滤料的一些优选的实施方式中，所述分子筛选自3A型分子筛、4A型分子筛、5A型分子筛及13XAPG分子筛中的至少一种。
根据本发明所述的滤料的一些优选的实施方式中，所述细菌培养液包含碳酸盐、磷酸盐、硫酸盐和氯化盐中的至少一种。
根据本发明所述的滤料的一些优选的实施方式中，所述碳酸盐选自碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸铵和碳酸氢铵中的至少一种。
根据本发明所述的滤料的一些优选的实施方式中，所述磷酸盐选自磷酸二氢钾、磷酸氢钾、磷酸钾、磷酸二氢钠和磷酸氢钠、磷酸钠中的至少一种。
根据本发明所述的滤料的一些优选的实施方式中，所述硫酸盐选自七水硫酸镁、五水硫酸铜、水合硫酸钠、硫酸铵、十二水合硫酸铝钾和五水硫代硫酸钠中的至少一种。
根据本发明所述的滤料的一些优选的实施方式中，所述氯化盐选自无水氯化钙、氯化钠、氯化钾和氯化镁中的至少一种。
根据本发明所述的滤料的一些优选的实施方式中，所述细菌培养液的组成为：
其余为去离子水。
根据本发明所述的滤料的一些优选的实施方式中，所述细菌培养液由碳酸盐、磷酸盐、硫酸盐和氯化盐组成；优选地，所述微生物培养液由碳酸氢钠、磷酸二氢钾、七水硫酸镁、无水氯化钙和五水硫代硫酸钠组成。
根据本发明所述的滤料的一些优选的实施方式中，所述微生物培养液的组成为：碳酸氢钠2.5g/L，磷酸二氢钾0.25g/L，七水硫酸镁0.1g/L，无水氯化钙0.1g/L，五水硫代硫酸钠3.0g/L。
本发明第二方面提供了一种自养反硝化滤料的制备方法，包括：
S1、将A物料各组分打磨成300～400目的粉；
S2、将分子筛用微生物培养液浸泡后干燥，得到C物料；
S3、将A物料、B物料和C物料混合搅拌均匀，造粒干燥，得到所述自养反硝化滤料。
根据本发明所述的制备方法的一些优选的实施方式中，所述S3中，造粒的粒径为1～8mm。
本发明第三方面提供了上述自养反硝化滤料或上述自养反硝化滤料的制备方法在滤料领域中的应用。
根据本发明所述的应用的一些优选的实施方式中，将所述滤料投加至污水处理厂三级生物滤池，填充率为60％～80％。
本发明的有益效果至少在于以下几个方面：
本发明提供的高效脱氮的自养反硝化滤料，其高效性主要基于如下两种选择：其一，滤料属于多价态复合硫铁耦合脱氮方案，自养反硝化细菌的多样性电子供体间具有协同增效性；其二，将自养反硝化细菌培养液预置在分子筛间隙内，可以缓慢释放，保证了自养反硝化细菌在环境受到各种冲击时仍能维持生长。本发明提供的自养反硝化脱氮滤料，制备工艺简单，应用过程中容易操作，又可以做到保持高效的脱氮能力。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中进行阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及说明书附图中所特别指出的结构来实现和满足。
附图说明
图1为本发明实施例中的三级生物滤池；其中，其中，1-进水池；2-计量泵；3-筛板；4-滤料；5-模拟三级处理池；6-可升降格栅；7-取样口阀门；8-回流阀门。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围并不限于下述说明。
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购途径获得的常规产品。
【实施例1】
S1、将A物料中硫化亚铁12kg，硫94kg，硫代硫酸钠12kg，铁粉1kg打磨300～400目的粉末；
S2、将10kg的3A型分子筛用微生物培养液充分浸泡后干燥，得到C物料；微生物培养液配方为：去离子水10L，碳酸氢钠2.5g/L，磷酸二氢钾0.25g/L，七水硫酸镁0.1g/L，无水氯化钙0.1g/L，五水硫代硫酸钠3.0g/L；浸泡时间为12h，干燥温度为30～35℃，干燥时间为10h。
S3、7kg淀粉加入20kg水中搅拌10min，之后与100kg的A物料混合粉及7kg的C物料搅拌均匀，投入旋转挤压造粒机中造粒，干燥温度为30～35℃，干燥时间为10h，筛分出2-3mm的颗粒，即的自养反硝化滤料。
【实施例2-10】
实施例2-10与实施例1基本相同，不同之处仅在于各原料的比例不同，详见表1-3。
其中，实施例8中，脱氮滤料制备工艺步骤中，分子筛不用细菌培养液浸泡，其他同实施例1。
表1实施例1-10中A物料成分配比以及投加量
表2实施例1-10中B物料各成分投加量
表3实施例1-10中C物料成分配比以及投加量
对实施例1-10制备所得的滤料进行评价。具体为：
实验装置为模拟污水处理厂三级处理设施的缺氧池，如图1所示，装置5为有机玻璃材质，总有效高度为1500mm，内径为150mm，底部设有筛板3，上部设有用于调节滤料装填高度的可升降格栅6；滤料4为实施例1-10制备所得的自养反硝化滤料，调节格栅使滤料装填高度为1200mm，进水为添加了一定硝酸钾和活性污泥的污水处理厂尾水，储存于1进水池中，进水硝酸盐氮浓度为35.5mg/L，进水经计量泵2加压后进入装置5中，方式采用上向流方式，水力停留时间8h，循环运行，回流阀门8全开，取样口阀门7闭合，2周后挂膜成功，经过3周的连续运行，检测出水硝酸盐氮浓度为，计算硝酸盐去除率。
表4
| 实施例 | 试前硝态氮/ppm | 试后硝态氮/ppm | 脱氮效率/％ |
| 1 | 35.5ppm | 0.3 | 99.2％ |
| 2 | 35.5ppm | 8.1 | 77.2％ |
| 3 | 35.5ppm | 7.5 | 78.9％ |
| 4 | 35.5ppm | 9.7 | 72.7％ |
| 5 | 35.5ppm | 8.9 | 75.0％ |
| 6 | 35.5ppm | 10.8 | 72.7％ |
| 7 | 35.5ppm | 9.7 | 72.7％ |
| 8 | 35.5ppm | 16.3 | 54.1％ |
| 9 | 35.5ppm | 22 | 93.8％ |
| 10 | 35.5ppm | 1.5 | 95.8％ |
由上述实验可以说明：本发明所得自养反硝化滤料在模拟污水处理厂三级处理设施中，对污水中的硝态氮都有一定的去除效果，大部分出水硝态氮含量都达到10mg/L以下，硝态氮的去除率达到70％以上，其中实施例1、9、10的硝态氮的去除率甚至达到90％以上，实施例8的硝态氮的去除率54.4％，和其他实施例对比相差比较大，说明分子筛用细菌培养液浸泡处理后对自养反硝化滤料的除氮能力有很大的提升。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。
Claims (10)
1.一种自养反硝化滤料，包含A、B、C三类物料，各物料的重量比为A∶B∶C＝(10～15)∶(1～2)∶1，其中，A为复合脱氮配料，包括硫化亚铁、硫、硫代硫酸钠和铁粉；B为胶粘剂；C为微生物培养液处理过的分子筛。
2.根据权利要求1所述的滤料，其特征在于，所述A物料中，各组分的重量比为硫化亚铁∶硫∶硫代硫酸钠∶铁粉＝(10～20)∶(90～100)∶(10～20)∶1；优选地，各组分的重量比为硫化亚铁∶硫∶硫代硫酸钠∶铁粉＝(12～18)∶(94～97)∶(12～18)∶1。
3.根据权利要求1或2所述的滤料，其特征在于，所述胶粘剂选自淀粉、动物皮胶、骨胶、十二烷基苯磺酸钠、木质素纤维素钠中的至少一种；
优选地，所述分子筛选自3A型分子筛、4A型分子筛、5A型分子筛及13XAPG分子筛中的至少一种。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的滤料，其特征在于，所述细菌培养液包含碳酸盐、磷酸盐、硫酸盐和氯化盐中的至少一种；
优选地，所述碳酸盐选自碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸铵和碳酸氢铵中的至少一种；
优选地，所述磷酸盐选自磷酸二氢钾、磷酸氢钾、磷酸钾、磷酸二氢钠和磷酸氢钠、磷酸钠中的至少一种；
优选地，所述硫酸盐选自七水硫酸镁、五水硫酸铜、水合硫酸钠、硫酸铵、十二水合硫酸铝钾和五水硫代硫酸钠中的至少一种；
优选地，所述氯化盐选自无水氯化钙、氯化钠、氯化钾和氯化镁中的至少一种。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的滤料，其特征在于，所述细菌培养液的组成为：
其余为去离子水。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的滤料，其特征在于，所述微生物培养液由碳酸盐、磷酸盐、硫酸盐和氯化盐组成；优选地，所述微生物培养液由碳酸氢钠、磷酸二氢钾、七水硫酸镁、无水氯化钙和五水硫代硫酸钠组成；
更优选地，所述微生物培养液的组成为：碳酸氢钠2.5g/L，磷酸二氢钾0.25g/L，七水硫酸镁0.1g/L，无水氯化钙0.1g/L，五水硫代硫酸钠3.0g/L。
7.一种自养反硝化滤料的制备方法，包括：
S1、将A物料各组分打磨成300～400目的粉末；
S2、将分子筛用微生物培养液浸泡后干燥，得到C物料；
S3、将A物料、B物料和C物料混合搅拌均匀，造粒干燥，得到所述自养反硝化滤料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述S3中，造粒的粒径为1～8mm。
9.权利要求1-6中任意一项所述的自养反硝化滤料或权利要求7或8所述的自养反硝化滤料的制备方法在滤料领域中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，将所述滤料投加至污水处理厂三级生物滤池，填充率为60％～80％。
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