CN115806326A - 一种用于污水处理强化脱氮除磷材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于污水处理强化脱氮除磷材料及制备方法，按质量百分比计包括如下原料：硅酸盐水泥为15～25％、膨润土为10～15％、硫铁矿为15～25％、硫磺为20～30％、沸石为10～20％、生物炭为5～10％、细砂为5～10％、发泡剂为0.5～2％、稳泡剂为0.2～1％，污水中的磷主要通过钙、铁等离子的吸附络合达到去除目的，本发明制备的材料含有丰富的钙、铁、镁等金属离子，能快速的吸附水体中的磷，达到高效去除效果；氮的去除中，该材料具有比表面积大、孔隙疏松，易于微生物附着与挂膜。同时，材料内含硫、碳等物质，可同步为自养反硝化微生物和异养反硝化微生物去除硝态氮同步提供电子，达到硝态氮的快速高效去除目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于水环境领域的污水处理吸附材料，尤其是氮磷污染深度处理的脱氮除磷材料，具体为一种用于污水处理强化脱氮除磷材料及制备方法。
背景技术
随着人们环保意识的提高和国家水环保政策的出台，近些年各大城市对污水治理也越来越重视。氮磷是水体中常见的两种营养物质，当水体中含量过高时，会造成水体富营养化，进而使水体生态系统恶化。污水治理是一项系统性工程，常用的污水处理技术有曝气生物滤池、SBR工艺、A/O生物滤池、人工湿地等，这些污水处理技术在很大程度上对水体的修复和污水处理起到重要作用。
目前常用的氮磷去除工艺主要是通过投加碳源和药剂进行去除，这种方法这种工艺不仅成本高，而且对添加量有较高的要求，过多过少都达不到理想要求；另一种是寻找氮磷吸附材料，如牡蛎壳、钢渣、火山岩、活性炭等。但这些材料在应用中仍然面临不少问题。牡蛎壳含有丰富的碳酸钙，有一定孔隙和有机物，对氮磷的去除有一定的效果，且是废物资源化利用，但对氮磷的吸附容量有限，在氮磷浓度较高和水力负荷较大的情况下很难达到工艺要求；钢渣含有丰富的铁元素，对污水中的氮磷不仅去除效果好，而且反应速度快，但在实际工程应用中很容易因板结而导致填料堵塞；火山岩成本低廉，自身结构强度大，且孔隙率多，比表面积高，是微生物挂膜的良好载体，但自身对磷去除效果差，氮的去除需要结合碳源进行；活性炭无论是COD的吸附还是硝态氮的吸附都有良好的效果，但实际应用时成本过高，且一旦吸附饱和后续的填料再处理导致的工艺成本极不划算。
针对污水中氮磷的处理，未来的发展方向是高效化和智能化，即高效的脱氮除磷技术和简单方便的运维管理工艺。因而，找到一种解决以上问题的办法，使得污水脱氮除磷不在存在问题，将对后续的污水处理领域的现实意义和工程价值，为此，提出一种用于污水处理强化脱氮除磷材料及制备方法。
发明内容
解决的技术问题
为了解决当前污水处理领域脱氮除磷效果差、成本高、运维复杂的问题，本专利从氮磷去除机理和节能环保的理念出发，提供了一种新型高效脱氮除磷污水处理系统，该系统污水处理负荷量大、氮磷去除率高、结构简单、运行便捷，并且场地适用性广，可满足多种应用场景和污染负荷，脱氮除磷能真正满足高效、简便、廉价、稳定的特点。
针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于污水处理强化脱氮除磷材料及制备方法。
技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于污水处理强化脱氮除磷材料，按质量百分比计包括如下原料：
硅酸盐水泥为15～25％、膨润土为10～15％、硫铁矿为15～25％、硫磺为20～30％、沸石为10～20％、生物炭为5～10％、细砂为5～10％、发泡剂为0.5～2％、稳泡剂为0.2～1％。
本方案中，优选的：所述硅酸盐水泥为工业水泥，由硅酸盐水泥熟料、5％-20％的混合材料及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。
本方案中，优选的：所述膨润土为过200目的膨润土粉末，有机膨润土、钠基膨润土和钙基膨润土中任意一种或多种，钙基膨润土为佳。
本方案中，优选的：所述硫铁矿粒径小于0.45mm，硫含量不低于40％、铁含量不低于35％。
本方案中，优选的：所述硫磺为经过研磨后，粒径小于0.45mm。
本方案中，优选的：所述沸石为斜发沸石，粒径100目，吸氨值大于120mmol/L，所述细砂为普通河砂，粒径小于0.45mm。
本方案中，优选的：所述发泡剂为碳酸钠、碳酸氢钠、十二烷基苯磺酸钠、动物角质蛋白的一种或多种。
本方案中，优选的：所述稳泡剂为硬质酸钠和其他表面活性剂中的一种。
本发明提供了一种用于污水处理强化脱氮除磷材料的制备方法，包括以下步骤，
步骤1、将硅酸盐水泥、膨润土、硫铁矿、硫磺、沸石、生物炭、细砂、发泡剂和稳泡剂，按照质量百分比分成组合物A和组合物B,组合物A为硅酸盐水泥、发泡剂和稳泡剂，组合物B为膨润土、硫铁矿、硫磺、沸石、生物炭、细砂；
步骤2、将组合B的材料进行充分的混合，得到均匀的干粉；
步骤3、将组合A的材料充分混合后加入水进行快速搅拌，搅拌时间为3～5min，此时浑浊液中出现大量细小气泡；
步骤4、将步骤3制备好的浑浊液倒入至步骤2制备的干粉中，并在倒入的过程中进行均匀搅拌，得到混合泥浆；
步骤5、将步骤4得到的混合泥浆送入至成型机中进行颗粒制备，颗粒形状根据需求可制备成块状、球状或杆状；
步骤6、将步骤5制备得到的颗粒材料进行7～10天的自然风干固化后，再在110～120℃烘箱中烘烤2～4h，最后自然冷却便得到本发明中所提供的高效脱氮除磷材料。
本方案中，优选的：所述步骤5中，制备成块状、球状的粒径根据污水处理使用场景改变粒径大小，其中以5～20mm为佳。
有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种用于污水处理强化脱氮除磷材料及制备方法，具备以下有益效果：
本发明制备的材料具有以下优点：
1、脱氮除磷效率高
污水中的磷主要通过钙、铁等离子的吸附络合达到去除目的，本发明制备的材料含有丰富的钙、铁、镁等金属离子，能快速的吸附水体中的磷，达到高效去除效果；氮的去除中，该材料具有比表面积大、孔隙疏松，易于微生物附着与挂膜。同时，材料内含硫、碳等物质，可同步为自养反硝化微生物和异养反硝化微生物去除硝态氮同步提供电子，达到硝态氮的快速高效去除目的。
2、材料应用周期长、无需额外添加和洗脱
本发明制备的材料在污水脱氮除磷中，单位质量对氮磷的容量高，可长时间保持高效处理，且该材料属于电子转移进行消耗，相比其他吸附材料，不存在因吸附饱和而需要洗脱和更换，成本低、操作方便简单。
3、材料制备简单、成本低、应用领域广
本发明制备的材料操作过程简单，无复杂苛刻的工艺环节，材料容易获取、价格低廉，且无毒害物质产生。制备的材料孔隙度高、透水性强，且材质较轻，应用方式灵活简便、不受场景、水污染状况制约，可用作污水处理固定装置中的吸附填料和流化床的填充填料，作为高浓度氮磷污水处理材料；也可用于人工湿地脱氮除磷功能性填料或受污水体原位净化材料，作为污水深度脱氮除磷材料。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明制备的脱氮除磷材料实物图；
图3为本发明的不同材料氮磷去除效果柱状图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种用于污水处理强化脱氮除磷材料的制备方法，包括以下步骤，
步骤1、将硅酸盐水泥为15％、膨润土为15％、硫铁矿为15％、硫磺为30％、沸石为14％、生物炭为5％、细砂为5％、发泡剂为0.5％、稳泡剂为0.5％，按照质量百分比分成组合物A和组合物B,组合物A为硅酸盐水泥、发泡剂和稳泡剂，组合物B为膨润土、硫铁矿、硫磺、沸石、生物炭、细砂；
步骤2、将组合B的材料进行充分的混合，得到均匀的干粉；
步骤3、将组合A的材料充分混合后加入水进行快速搅拌，搅拌时间为3～5min，此时浑浊液中出现大量细小气泡；
步骤4、将步骤3制备好的浑浊液倒入至步骤2制备的干粉中，并在倒入的过程中进行均匀搅拌，得到混合泥浆；
步骤5、将步骤4得到的混合泥浆送入至成型机中进行颗粒制备，颗粒形状根据需求可制备成块状、球状或杆状，制备成块状、球状的粒径为5mm；
步骤6、将步骤5制备得到的颗粒材料进行7天的自然风干固化后，再在110℃烘箱中烘烤2h，最后自然冷却便得到本发明中所提供的高效脱氮除磷材料。
实施例二
请参阅图1，本发明还提供一种技术方案，与实施例一不同的是：一种用于污水处理强化脱氮除磷材料的制备方法，包括以下步骤，
步骤1、将硅酸盐水泥为20％、膨润土为12％、硫铁矿为20％、硫磺为20％、沸石为15％、生物炭为5％、细砂为6％、发泡剂为1％、稳泡剂为1％，按照质量百分比分成组合物A和组合物B,组合物A为硅酸盐水泥、发泡剂和稳泡剂，组合物B为膨润土、硫铁矿、硫磺、沸石、生物炭、细砂；
步骤2、将组合B的材料进行充分的混合，得到均匀的干粉；
步骤3、将组合A的材料充分混合后加入水进行快速搅拌，搅拌时间为3～5min，此时浑浊液中出现大量细小气泡；
步骤4、将步骤3制备好的浑浊液倒入至步骤2制备的干粉中，并在倒入的过程中进行均匀搅拌，得到混合泥浆；
步骤5、将步骤4得到的混合泥浆送入至成型机中进行颗粒制备，颗粒形状根据需求可制备成块状、球状或杆状，制备成块状、球状的粒径为12mm；
步骤6、将步骤5制备得到的颗粒材料进行9天的自然风干固化后，再在115℃烘箱中烘烤3h，最后自然冷却便得到本发明中所提供的高效脱氮除磷材料。
实施例三
请参阅图1，本发明还提供一种技术方案，与实施例一不同的是：一种用于污水处理强化脱氮除磷材料的制备方法，包括以下步骤，
步骤1、将硅酸盐水泥为22％、膨润土为10％、硫铁矿为20％、硫磺为20％、沸石为10％、生物炭为10％、细砂为5％、发泡剂为2％、稳泡剂为1％，按照质量百分比分成组合物A和组合物B,组合物A为硅酸盐水泥、发泡剂和稳泡剂，组合物B为膨润土、硫铁矿、硫磺、沸石、生物炭、细砂；
步骤2、将组合B的材料进行充分的混合，得到均匀的干粉；
步骤3、将组合A的材料充分混合后加入水进行快速搅拌，搅拌时间为3～5min，此时浑浊液中出现大量细小气泡；
步骤4、将步骤3制备好的浑浊液倒入至步骤2制备的干粉中，并在倒入的过程中进行均匀搅拌，得到混合泥浆；
步骤5、将步骤4得到的混合泥浆送入至成型机中进行颗粒制备，颗粒形状根据需求可制备成块状、球状或杆状，制备成块状、球状的粒径为20mm；
步骤6、将步骤5制备得到的颗粒材料进行10天的自然风干固化后，再在120℃烘箱中烘烤4h，最后自然冷却便得到本发明中所提供的高效脱氮除磷材料。
综上所述，该一种用于污水处理强化脱氮除磷材料及制备方法的工作原理和工作过程为，材料根据成分配比差异，可呈现棕黑色到灰黄色之间，外表粗糙，内部孔隙率高、比表面积大，密度低(0.8～1.5g/cm3)，抗压性能好(50～80N)见图2。随机取上述制备好的材料100g放置到烧杯中浸泡7天后外观完整无破碎、无裂隙，取出后烘干，测得此时的干重为99.4g，即散失率小于1％，说明本发明制备的脱氮除磷材料在水中浸泡后机械强度依然较高。
应用效果展示：
采用有机玻璃制备圆柱柱状装置进行对比试验，考察制备的材料脱氮除磷效果。其中，圆柱装置高1200mm，直径100mm，A柱从下到上分别填充200mm粒径10～20mm石灰石、400mm粒径10～20mm碎石、400mm细砂；B柱从下到上分别填充200mm粒径10～20mm石灰石、400mm制备的粒径10～20mm本材料、400mm细砂。向两根柱子进行连续进水，进水污染物TN浓度为20mg/L(NO3-N为15mg/L、NH4-N为5mg/L)、TP浓度为1mg/L，水质检测前一周添加污泥、进行微生物挂膜处理，之后连续进行30天出水氮磷浓度检测，为了检验本专利制备的材料氮磷去除的稳定性，也分别进行了水力停留时间为12h和2h两种运行工况下的效果。整个运行周期内，填充本专利制备的材料总氮去除效果好且稳定，水力停留时间为12h和2h下，出水平均去除率分别为92.74％和89.34％；总磷方面，水力停留时间为12h和2h下，出水平均去除率分别为86.53％和77.25％，见图3。以上结果表明制备的材料能够有效且稳定的去除污水中的氮磷污染物。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种用于污水处理强化脱氮除磷材料，其特征在于，按质量百分比计包括如下原料：
硅酸盐水泥为15～25％、膨润土为10～15％、硫铁矿为15～25％、硫磺为20～30％、沸石为10～20％、生物炭为5～10％、细砂为5～10％、发泡剂为0.5～2％、稳泡剂为0.2～1％。
2.根据权利要求1所述的一种用于污水处理强化脱氮除磷材料，其特征在于：所述硅酸盐水泥为工业水泥，由硅酸盐水泥熟料、5％-20％的混合材料及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。
3.根据权利要求1所述的一种用于污水处理强化脱氮除磷材料，其特征在于：所述膨润土为过200目的膨润土粉末，有机膨润土、钠基膨润土和钙基膨润土中任意一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种用于污水处理强化脱氮除磷材料，其特征在于：所述硫铁矿粒径小于0.45mm，硫含量不低于40％、铁含量不低于35％。
5.根据权利要求1所述的一种用于污水处理强化脱氮除磷材，其特征在于：所述硫磺为经过研磨后，粒径小于0.45mm。
6.根据权利要求1所述的一种用于污水处理强化脱氮除磷材料，其特征在于：所述沸石为斜发沸石，粒径100目，吸氨值大于120mmol/L，所述细砂为普通河砂，粒径小于0.45mm。
7.根据权利要求1所述的一种用于污水处理强化脱氮除磷材料，其特征在于：所述发泡剂为碳酸钠、碳酸氢钠、十二烷基苯磺酸钠、动物角质蛋白的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种用于污水处理强化脱氮除磷材料，其特征在于：所述稳泡剂为硬质酸钠和其他表面活性剂中的一种。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的用于污水处理强化脱氮除磷材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤1、将硅酸盐水泥、膨润土、硫铁矿、硫磺、沸石、生物炭、细砂、发泡剂和稳泡剂，按照质量百分比分成组合物A和组合物B,组合物A为硅酸盐水泥、发泡剂和稳泡剂，组合物B为膨润土、硫铁矿、硫磺、沸石、生物炭、细砂；
步骤2、将组合B的材料进行充分的混合，得到均匀的干粉；
步骤3、将组合A的材料充分混合后加入水进行快速搅拌，搅拌时间为3～5min，此时浑浊液中出现大量细小气泡；
步骤4、将步骤3制备好的浑浊液倒入至步骤2制备的干粉中，并在倒入的过程中进行均匀搅拌，得到混合泥浆；
步骤5、将步骤4得到的混合泥浆送入至成型机中进行颗粒制备，颗粒形状根据需求可制备成块状、球状或杆状；
步骤6、将步骤5制备得到的颗粒材料进行7～10天的自然风干固化后，再在110～120℃烘箱中烘烤2～4h，最后自然冷却便得到本发明中所提供的高效脱氮除磷材料。
10.根据权利要求9所述的一种用于污水处理强化脱氮除磷材料的制备方法，其特征在于：所述步骤5中，制备成块状、球状的粒径根据污水处理使用场景改变粒径大小，其中以5～20mm为佳。
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| CN110642338A (zh) * | 2019-10-30 | 2020-01-03 | 深圳杜尔环境科技有限公司 | 一种污水脱氮除磷填料及其制备方法 |
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