專利名稱：好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體及制備方法
技術領域：
本發明涉及好氧條件低碳氮(C/N)比污水氨氮直接脫氮的生物顆粒載體及其制備方法，屬于水處理領域。
背景技術：
隨著社會經濟的發展，各種環境問題正變得日益突出，其中由于大量污水(廢水)排放引起的地表水富營養化和地下水污染已嚴重影響了人們的生活。而當前污水中的氨氮污染就是一個極其嚴峻·的環境問題。為減少水中的氨氮，目前工業上常用的方法主要有化學法和生物法。化學法去除氨氮主要以吹脫法和折點加氯法為主，但這兩種方法都會對環境造成二次污染。而去除氨氮的生物法其周期較長，對處理溫度、溶解氧、時間等有較高的要求，同時還受污水的#值、碳/氮(C/N)比的影響，尤其在污水氨氮脫除(氨氮脫除是指污水中的氨氮最終是以氮氣的方式脫除，而不是將氨氮轉化成硝態氮結束)處理中，更因有機碳源的不足(低C/N比)而影響脫氮效果，造成污水處理的脫氮困難。采用何種技術才能對低C/N比污水中氨氮進行快速高效脫除一直是研究者致力于該領域的焦點和難點。因此，研究發明低C/N比污水中氨氮快速高效脫除的新技術具有非常重要的意義。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是低C/N比污水若采用生物脫氮需要投加碳源，若碳源不足，脫氮效率低且工藝復雜；若采用物化處理污水中的氨氮其效率低、成本高、還會伴隨二次污染。本發明解決其技術問題的技術方案:好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體，其材料組成包括單質鐵粉、活性炭粉末、石膏粉、銅粉和催化劑；催化劑為錳粉、鈦粉、鎂粉和釩粉中的一種或其任意組合。好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體的材料組成按體積比為單質鐵占40 50%，活性炭粉末占35 42%，石膏粉占5 8%，銅粉占4 5%，錳粉占I 2%，鈦粉占I 2%，鎂粉占I 2%，釩粉占I 2%。好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體的制備方法包括:步驟一按所述的材料組成和配比取料混合；步驟二加水制成5 20mm的顆粒；步驟三將制備的顆粒放在110±2°C的干燥箱中，在N2氣的保護下，干燥I a ;步驟四將干燥后的顆粒放入焙燒爐中，通入N2/C0氣體，升溫至500°C 600°C，進行預熱20 30min，并繼續以通氣流量為10L/min *Kg 60L/min.Kg通入H2/C0氣體，其H2/C0的體積比為40%: 60%,再將溫度升至680°C 950°C，焙燒30 60min ；步驟五最后通入N2氣冷卻至室溫；步驟六將步驟一至五制備的顆粒，在污水中通過微生物掛膜培養即得到好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體。
所得到的好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體是將物化與生化技術進行耦合，通過好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體本身的物化作用和其表面生物膜的生化作用，實現高效去除低碳氮(C/N)比污水和低C/N比受污染的地下水中的氨氮和其他含氮物質。采用此生物顆粒載體處理低碳氮(C/N)比污水無需外加有機碳源，自身能克服污水中有機碳源的不足，脫氮效率高且工藝簡單，處理成本低、無二次污染。制備好的好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體，其堆積密度< 1050Kg/m3，簡壓強度≥0.5Mpa，比表面積≥500m2/g，孔隙率≥65%。本發明的有益效果:本發明所 提供的好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體及制備方法可解決低碳氮比污水因有機碳源不足生物脫氮效率低且工藝復雜、因物化處理脫氮效率低、成本高、并伴隨二次污染等弊端，從而實現低成本、無二次污染的高效脫氮，快速達到國家標準要求。好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體利用鐵/碳(Fe/C)原電池的電子得失反應和載體上生物膜作用，將氨氮(nh3-n)、硝態氮(no2_-n，NO3--N)進行脫氮，并以N2氣方式排除水體。好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體中所加入的催化劑，可起到催化作用，加快脫氮反應的進行，同時使生物顆粒載體的強度得到提高，比表面積增加，生物I旲的量提聞。好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體制備簡單，可實現產品產業化生產。
具體實施例方式好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體的材料組成包括單質鐵粉、活性炭粉末、石膏粉、銅粉和催化劑；催化劑為錳粉、鈦粉、鎂粉和釩粉的一種或其任意組合。好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體的材料組成按體積比為單質鐵占40 50%，活性炭粉末占35 42%，石膏粉占5 8%，銅粉占4 5%，錳粉占I 2%，鈦粉占I 2%，鎂粉占I 2%，釩粉占I 2%。好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體的制備方法之一，該制備方法包括:步驟一按所述的材料組成和配比取料混合取單質鐵粉:活性炭粉末:石膏粉:銅粉:錳粉:鈦粉:鎂粉:釩粉的體積比為 50%: 42%: 8%: 5%: 2%: 2%: 2%: 2% 進行混合。步驟二加水制成5mm的顆粒；步驟三將制備的顆粒放在110±2°C的干燥箱中，在N2氣的保護下，干燥Ih ；步驟四將干燥后的顆粒放入焙燒爐中，通入N2/C0氣體，升溫至500°C，進行預熱20min，并繼續以通氣流量為10L/min -Kg通入H2/C0氣體，其H2/C0的體積比為40%: 60%，再將溫度升至680°C，焙燒30min ；步驟五最后通入N2氣冷卻至室溫；步驟六將步驟一至五制備的顆粒，在污水中通過微生物掛膜培養即得到好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體。
采用好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體的制備方法之一制備的好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體，在處理C0D/TN < 2, NH3-N為20 60mg/L的污水時，運行穩定后，總氮(TN)可實現90%以上的脫出效果，出水COD < 20mg/L。好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體的制備方法之二，該制備方法包括:步驟一按所述的材料組成和配比取料混合取單質鐵粉:活性炭粉末:石膏粉:銅粉:錳粉:鈦粉:鎂粉:釩粉的體積比為 40%: 35%: 5%: 4%: 1%: 1%: 1%: 1% 進行混合。步驟二加水制成20mm的顆粒；步驟三將制備的顆粒放在110±2°C的干燥箱中，在N2氣的保護下，干燥》1 ；步驟四將干燥后的顆粒放入焙燒爐中，通入N2/C0氣體，升溫至500°C，進行預熱30min,并繼續以通氣流量為60L/min -Kg通入H2/C0氣體，其H2/C0的體積比為40%: 60%，再將溫度升至950°C，焙燒60min ；步驟五最后通入N2氣冷卻至室溫；步驟六將步驟一至五制備的顆粒，在污水中通過微生物掛膜培養即得到好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體。采用好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體的制備方法之二制備的好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體，在處理C0D/TN < 2, NH3-N為20 40mg/L的污水，運行穩定后，總氮(TN)可實現90%以上的脫出效果，出水COD < 20mg/L或處理C0D/TN <2，NO3--N為10 30mg/L的受污染的地下水，運行穩定后，NOf-N可去除90%以上，出水COD < 10mg/L。好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體的制備方法之三，該制備方法包括:步驟一按所述的材料組成和配比取料混合取單質鐵粉:活性炭粉末:石膏粉:銅粉:錳粉:鈦粉:鎂粉:釩粉的體積比為 45%: 40%: 7%: 5%: 2%: 1%: 2%: 1% 進行混合。步驟二加水制成IOmm的顆粒；步驟三將制備的顆粒放在110±2°C的干燥箱中，在N2氣的保護下，干燥》1 ；步驟四將干燥后的顆粒放入焙燒爐中，通入N2/C0氣體，升溫至550°C，進行預熱25min，并繼續以通氣流量為50L/min -Kg通入H2/C0氣體，其H2/C0的體積比為40%: 60%，再將溫度升至800°C，焙燒45min ；步驟五最后通入N2氣冷卻至室溫；步驟六將步驟一至五制備的顆粒，在污水中通過微生物掛膜培養即得到好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體。采用好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體的制備方法之三制備的好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體，在處理C0D/TN < 2, NH3-N為20 50mg/L的污水，運行穩定后，總氮(TN)可實現90%以上的脫出效果，出水COD < 20mg/L或處理C0D/TN
<2，NO3--N為10 30mg/L的受污染的地下水，運行穩定后，NOf-N可去除90%以上，出水COD < 10mg/L。
好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體的制備方法之四，該制備方法包括:步驟一按所述的材料組成和配比取料混合取單質鐵粉:活性炭粉末:石膏粉:銅粉:錳粉:鎂粉:釩粉的體積比為50%: 42%: 5%: 4%: 2%: 2%: 1% 進行混合。步驟二加水制成20mm的顆粒；步驟三將制備的顆粒放在110±2°C的干燥箱中，在N2氣的保護下，干燥》1 ；步驟四將干燥后的顆粒放入焙燒爐中，通入N2/C0氣體，升溫至550°C，進行預熱30min,并繼續以通氣流量為60L/min -Kg通入H2/C0氣體，其H2/C0的體積比為40%: 60%，再將溫度升至800°C，焙燒60min ；步驟五最后通入N2氣冷卻至室溫；步驟六將步驟一至 五制備的顆粒，在污水中通過微生物掛膜培養即得到好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體。采用好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體的制備方法之四制備的好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體，在處理C0D/TN < 2, NH3-N為20 50mg/L的污水，運行穩定后，總氮(TN)可實現90%以上的脫出效果，出水COD < 20mg/L或處理C0D/TN
<2，NO3--N為10 20mg/L的受污染的地下水，運行穩定后，NOf-N可去除90%以上，出水COD < 10mg/L。好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體的制備方法之五與制備方法四的區別:制備方法之五的材料組成中催化劑組成為，錳粉:鈦粉:鎂粉的體積比為2%: 1%:2%。好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體的制備方法之六與制備方法四的區別:制備方法之六的材料組成中催化劑組成為，錳粉:鈦粉:釩粉的體積比為2%: 1%:2%。好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體的制備方法之七與制備方法四的區別:制備方法之七的材料組成中催化劑組成為，鈦粉:鎂粉:釩粉的體積比為1%: 2%:2%。好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體的制備方法之八與制備方法四的區別:制備方法之八的材料組成中催化劑組成為，錳粉:鎂粉的體積比為2%: 2%。好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體的制備方法之九與制備方法四的區別:制備方法之九的材料組成中催化劑組成為，錳粉:鈦粉的體積比為2%: 1%。好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體的制備方法之十與制備方法四的區別:制備方法之十的材料組成中催化劑組成為，錳粉:釩粉的體積比為2%: 1%。好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體的制備方法之十與制備方法四的區別:制備方法之十的材料組成中催化劑組成為，鎂粉:釩粉的體積比為2%: 2%。好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體的制備方法之i^一與制備方法四的區別:制備方法之i^一的材料組成中催化劑組成為，鈦粉:鎂粉的體積比為1%: 2%。好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體的制備方法之十二與制備方法四的區別:制備方法之十二的材料組成中催化劑組成為，鈦粉:釩粉的體積比為1%: 2%。
好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體的制備方法之十三與制備方法四的區別:制備方法之十三的材料組成中催化劑只有錳粉，投加量為2%。好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體的制備方法之十四與制備方法四的區別:制備方法之十四的材料組成中催化劑只有鈦粉，投加量為2%。好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體的制備方法之十五與制備方法四的區別:制備方法之十五的材料組成中催化劑只有鎂粉，投加量為2%。好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體的制備方法之十六與制備方法四的區別:制備方法之十六的材料組成中催化劑只有釩粉，投加量為2%。本發明制得的好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體的堆積密度 ≤1050Kg/m3,簡壓強度≥ 0.5Mpa,比表面積≥500m2/g,孔隙率≥ 65%。
權利要求
1.好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體，其特征在于: 好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體，其材料組成包括單質鐵粉、活性炭粉末、石膏粉、銅粉和催化劑；催化劑為錳粉、鈦粉、鎂粉和釩粉中的一種或其任意組合； 好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體的材料組成按體積比為單質鐵占40 50%，活性炭粉末占35 42%，石膏粉占5 8%，銅粉占4 5%，錳粉占I 2%，鈦粉占I 2%，鎂粉占I 2%，釩粉占I 2%。
2.好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體的制備方法，其特征在于:該制備方法包括: 步驟一按權利要求1所述的材料組成和配比取料混合； 步驟二加水制成5 20mm的顆粒； 步驟三將制備的顆粒放在110±2°C的干燥箱中，在N2氣的保護下，干燥I 2h ; 步驟四將干燥后的顆粒放入焙燒爐中，通入N2/CO氣體，升溫至500°C 600°C，進行預熱20 30min，并繼續以通氣流量為10L/min.Kg 60L/min.Kg通入H2/C0氣體，其H2/CO的體積比為40%: 60%，然后再將溫度升至680°C 950°C，焙燒30 60min; 步驟五最后通入N2氣冷卻至室溫； 步驟六將步驟一至五制備的顆粒，在污水中通過微生物掛膜培養即得到好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物 顆粒載體。
全文摘要
好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體及其制備方法，屬水處理領域。本發明可解決低碳氮比污水因碳源不足生物脫氮效率低且工藝復雜、因物化處理成本高、有二次污染等弊端，從而實現低成本、無二次污染的高效脫氮。好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體，其材料組成包括單質鐵粉、活性炭粉末、石膏粉、銅粉和催化劑；催化劑為錳粉、鈦粉、鎂粉和釩粉的一種或其任意組合；其制備方法是按材料組成取料混合、制成5～20mm的顆粒、進行干燥、然后焙燒后冷卻，最后將制備的顆粒在污水中通過微生物掛膜培養即得到好氧低碳氮比污水氨氮直接脫氮生物顆粒載體。該發明可高效處理低碳氮比污水，使污水總氮脫出90%以上。
文檔編號C02F3/02GK103145234SQ20131009341
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月22日 優先權日2013年3月22日
發明者李德生 申請人:北京交通大學