一種同步脫氮除磷的曝氣生物濾池填料製備方法及其應用的製作方法
2023-06-23 02:26:01
專利名稱：一種同步脫氮除磷的曝氣生物濾池填料製備方法及其應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及微汙染源水深度處理的方法。背景技術：
曝氣生物濾池(BAF，Biological Aerated Filter)也叫淹沒式曝氣生物濾池(SBAF，Submerged Biological Aerated Filter)。國外從20世紀初開始進行研究，於80年代末基本成型，後不斷改進，並開發出多種形式。在開發過程中，充分借鑑了汙水處理接觸氧化法和給水快濾池的設計思路，集曝氣、高濾速、截留懸浮物、定期反衝洗等特點於一體。其工藝原理為，在濾池中裝填一定量粒徑較小的粒狀濾料，濾料表面生長著生物膜，濾池內部曝氣，汙水流經時，利用濾料上高濃度生物膜的強氧化降解能力對汙水進行快速淨化，此為生物氧化降解過程；同時，因汙水流經時，利用濾料粒徑較小的特點及生物膜的生物絮凝作用，截留汙水中的大量懸浮物，且保證脫落的生物膜不會隨水帶出，此為截留作用；運行一定時間後，因水頭損失的增加，需對濾池進行反衝洗，以釋放截留的懸浮物並更新生物膜，此為反衝洗過程。生物陶粒是曝氣生物濾池中微生物膜的載體，是生物棲息、繁殖的場所，同時在運行過程中起到截留懸浮物的作用。因此，生物濾料是曝氣生物濾池的核心，直接影響著曝氣生物濾池的運行效能；同時，由於生物陶粒在曝氣生物濾池的建設投資中佔有相當大的比例，所以陶粒的選擇，關係到曝氣生物濾池技術的經濟合理，而目前市售陶粒都是通過高溫煅燒，陶粒填料表面結釉、開放性孔隙率低的缺點，生物負載量低。建築用粉煤灰加氣混凝土具有密度小、空隙率高、表面粗糙，有利於微生物附著，含有豐富的水化矽酸鹽。粉煤灰加氣混凝土中的水化矽酸鹽對水中的磷具有很強的吸附作用，可以高效吸附去除水中的磷酸鹽。中國專利文獻CN102531485A和CN102557550 A公開了兩種曝氣生物濾池填料及其製備方法，兩種填料是以黃河淤沙和建築渣土為骨料，添加水泥，無機膠黏劑矽酸納、矽酸鋁、磷酸鹽、氧化物、硫酸鹽或硼酸鹽，混合均勻後，造粒，然後灑水養護，獲得了兩種曝氣生物濾池填料。上述兩種曝氣生物濾池填料，沒有添加成孔劑，空隙率低，開放性孔隙率低，生物負載量低，而且在造粒過程中添加了無機膠黏劑，增加了材料的製備成本，也不節能環保。三
發明內容
隨著建築節能環保要求的提高以及保護耕地嚴格要求，建築用粉煤灰加氣混凝土砌塊成為城市建築的重要非承重牆體的砌築材料。大中城市粉煤灰加氣混凝土砌塊廠普遍存在，由於粉煤灰加氣混凝土砌塊比通常的粘土磚強度低，生產過程中殘次品率較高，通常的處理方法是把粉煤灰加氣混凝土砌塊廢品粉碎後作為原料重新加入到粉煤灰加氣混凝土砌塊生產中，沒有發揮其應有的價值。本發明人首先認識到粉煤灰加氣混凝土砌塊中主要組分是水化矽酸鈣、水化矽鋁酸鈣(圖1)，具有較大的比表面積(大於60m2/g)，對水中微量的磷具有高效吸附淨化作用，可以用於廢水除磷(圖2)。
粉煤灰加氣混凝土砌塊濾料吸附磷性能評價採取如下步驟:把建築用粉煤灰加氣混凝土砌塊破碎過200目篩，獲得小於200目(75 μ m)粉體，分別稱取0.1g粉煤灰加氣混凝土的樣品加入到若干個150mL錐形瓶中，再分別加入IOOmL濃度為0.5、2、5、10、15mg/L的pH值為7的KH2PO4溶液，將所有錐形瓶密封置於恆溫振蕩器內，依次在25 °C下，以175-180r/min的速率振蕩至吸附平衡。測定各自磷的平衡吸附濃度，計算相應的平衡吸附量。從圖2可以看出溫度在25°C時，粉煤灰加氣混凝土對磷的最大吸附容量Qe約為3.904 mg/g,遠大於文獻報導的沸石吸附劑(0.101 mg/g)。當磷的初始濃度為0.5 mg/L、2mg/L,粉煤灰加氣混凝土對磷吸附去除率在97%以上,磷的剩餘濃度均小於0.1 mg/L,表明粉煤灰加氣混凝土是一種深度除磷的高性能材料。粉煤灰加氣混凝土砌塊具有密度小、空隙率高，用於曝氣生物濾池填料負載微生物量高、反衝洗耗水量低，用於曝氣生物濾池填料具有處理廢水氨氮硝化效率高的特點。發明人把粉煤灰加氣混凝土高效吸附磷的特性和高容量負載微生物的特點結合起來，把粉煤灰加氣混凝土砌 塊製備成曝氣生物濾池填料(圖3)，用於微汙染源水同步脫氮除磷。
本發明解決技術問題採用如下技術方案:
一種同步脫氮除磷的曝氣生物濾池填料的製備方法，其特徵在於以粉煤灰加氣混凝土砌塊生產廠的殘次品為原料，用破碎機破碎成顆粒，通過篩分獲得3-6_、或者6-10_、或者10-20mm粒徑範圍顆粒材料；
將製備的粉煤灰加氣混凝土砌塊顆粒物用水衝洗消除游離石灰及浮塵，或者用富含二氧化碳的煙氣洗滌水淋洗加速碳化，降低粉煤灰加氣混凝土砌塊顆粒物的鹼度，使顆粒物浸水後的平衡PH小於9，達到適宜微生物附著的pH條件。其使用方法是把用粉煤灰加氣混凝土砌塊廢品製備的顆粒材料以顆粒自然堆積的方式裝填到曝氣生物濾池，用上升流方式向濾池輸入欲處理的廢水，廢水中微生物，如硝化菌、反硝化菌，在作為濾料的粉煤灰加氣混凝土顆粒物內部空隙和表面附著生長、繁殖，直至廢水中氨氮、總氮、磷、COD去除率達到穩定，曝氣生物濾池填料中微生物掛膜成功。
四
圖1粉煤灰加氣混凝土 XRD分析結果
圖2粉煤灰加氣混凝土吸附水中微量磷的實驗結果(吸附等溫曲線)。圖3粉煤灰加氣混凝土砌塊製備的顆粒濾料實物照片
圖4粉煤灰加氣混凝土砌塊顆粒濾料處理模擬微汙染源水的實驗結果，A-粉煤灰加氣混凝土顆粒物去除氨氮效果，B-粉煤灰加氣混凝土顆粒物去除總氮效果，C-粉煤灰加氣混凝土顆粒物去除COD效果，D-粉煤灰加氣混凝土顆粒物去除P效果。圖4粉煤灰加氣混凝土砌塊顆粒濾料掃描電鏡圖。粉煤灰加氣混凝土砌塊顆粒濾料表面粗糙，氣孔分布比較均勻，存在大量開放性氣孔。圖5粉煤灰加氣混凝土砌塊顆粒濾料表面生物膜的顯微鏡圖像。圖6濾料表面微生物膜革蘭氏染色後的光學顯微鏡照片。
五具體實施方式
非限定實施例敘述如下。實施例1:
把建築粉煤灰加氣混凝土砌塊破碎過篩，獲得3-6mm粒級的顆粒，裝填進入直徑100mm、高2000mm的濾柱。本試驗採用自然掛膜，在氣水比在2:1的情況下，水力負荷在
0.3m3/(m2.h)的條件下。曝氣生物濾池正常運行5個月，對主要汙染物COD、NH3_N、P、SS、TN進行了連續監測(見圖4)。進水COD、NH3-N, TN、P、SS 分別為 10_45mg/L、10_30mg/L、10_30mg/L、0.5_2mg/L時，5-100mg/L，曝氣生物濾池對去除COD、NH3-N, TN、P、SS去除率分別為85_97%、85_99%、85-93%、45-90%、90-95%。
實施例2:
把建築用粉煤灰加氣混凝土砌塊破碎過篩，獲得6-10mm粒級的顆粒，裝填進入直徑100mm、高2000mm的濾柱。本試驗採用自然掛膜,氣水比在5:1的情況下,水力負荷在0.4m3/(m2.h)的條件下。曝氣生物濾池正常運行5個月，對主要汙染物C0D、NH3-N、P、SS、TN進行了連續監測(見圖4)。進水COD、NH3-N, TN、P、SS 分別為 10-50mg/L、5-30mg/L、4-40mg/L、0.5-lmg/L 時，10-100mg/L,曝氣生物濾池對去除COD、NH3-N, TN、P、SS去除率分別為80-90%、85_90%、80-93%、50-90%、80-95%。
實施例3:
把建築用粉煤灰加氣混凝土砌塊破碎過篩，獲得10-20_粒級的顆粒，裝填進入直徑100mm、高2000mm的濾柱。本試驗採用自然掛膜,氣水比在7:1的情況下,水力負荷在0.4m3/(m2.h)的條件下。曝氣生物濾池經過正常運行5個月，對主要汙染物COD、NH3-N、P、TN、SS進行了連續監測(見圖4)。進水 C0D、NH3_N、TN、P、SS 分別為 15_50mg/L、15_30mg/L、10_40mg/L、0.5-1.5mg/L時，20-100mg/L,曝氣生物濾池對去除COD、NH3-N, TN、P、SS去除率分別為70_97%、80_99%、75-90%、60-90%、90-95%。
權利要求
1.一種同步脫氮除磷的曝氣生物濾池填料的製備方法，其特徵在於以粉煤灰加氣混凝土砌塊生產廠的殘次品為原料，用破碎機破碎成顆粒，通過篩分獲得3-6_、或者6-10_、或者10-20mm粒徑範圍顆粒材料； 將製備的粉煤灰加氣混凝土砌塊顆粒物用水衝洗消除游離石灰及浮塵，或者用富含二氧化碳的煙氣洗滌水淋洗加速碳化，降低粉煤灰加氣混凝土砌塊顆粒物的鹼度，使顆粒物浸水後的平衡PH小於9，達到適宜微生物附著的pH條件。
2.根據權利要求1所述的同步脫氮除磷生物濾池填料，其使用方法是把用粉煤灰加氣混凝土砌塊廢品製備的顆粒材料以自然堆積的方式裝填到曝氣生物濾池，用上升流方式向濾池輸入欲處理的廢水，廢水中微生物，如硝化菌、反硝化菌，在作為濾料的粉煤灰加氣混凝土顆粒物內部空隙和表面附著生長、繁殖，直至廢水中氨氮、總氮、磷、COD去除率達到穩定，曝氣生物濾池填料中微生物掛膜成功。
3.如權利要求1所述的粉煤灰加氣混凝土砌塊顆粒物的用途，其特徵在於:所述粉煤灰加氣混凝土砌塊顆粒物在曝氣生物濾池中既作為微生物載體，又作為除磷吸附劑，應用於微汙染源水的深度處理 。
全文摘要
本發明公開了一種同步脫氮除磷的曝氣生物濾池填料製備方法及其應用，其製備方法是把粉煤灰加氣混凝土砌塊或者砌塊生產廠的殘次品用破碎機破碎成顆粒，通過篩分獲得不同粒徑範圍顆粒材料，作為曝氣生物濾池填料。粉煤灰加氣混凝土具有密度小、空隙率高、比表面積大等特點，用於曝氣生物濾池填料具有吸附水中磷酸鹽容量大和負載微生物量高的特點，具有同步脫氮除磷的功能。
文檔編號C02F3/10GK103172168SQ201310042858
公開日2013年6月26日 申請日期2013年2月4日 優先權日2013年2月4日
發明者陳天虎, 鮑騰, 陳冬, 謝晶晶, 朱承駐 申請人:合肥工業大學