专利名称：一种同步脱氮除磷的曝气生物滤池填料制备方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及微污染源水深度处理的方法。背景技术：
曝气生物滤池(BAF，Biological Aerated Filter)也叫淹没式曝气生物滤池(SBAF，Submerged Biological Aerated Filter)。国外从20世纪初开始进行研究，于80年代末基本成型，后不断改进，并开发出多种形式。在开发过程中，充分借鉴了污水处理接触氧化法和给水快滤池的设计思路，集曝气、高滤速、截留悬浮物、定期反冲洗等特点于一体。其工艺原理为，在滤池中装填一定量粒径较小的粒状滤料，滤料表面生长着生物膜，滤池内部曝气，污水流经时，利用滤料上高浓度生物膜的强氧化降解能力对污水进行快速净化，此为生物氧化降解过程；同时，因污水流经时，利用滤料粒径较小的特点及生物膜的生物絮凝作用，截留污水中的大量悬浮物，且保证脱落的生物膜不会随水带出，此为截留作用；运行一定时间后，因水头损失的增加，需对滤池进行反冲洗，以释放截留的悬浮物并更新生物膜，此为反冲洗过程。生物陶粒是曝气生物滤池中微生物膜的载体，是生物栖息、繁殖的场所，同时在运行过程中起到截留悬浮物的作用。因此，生物滤料是曝气生物滤池的核心，直接影响着曝气生物滤池的运行效能；同时，由于生物陶粒在曝气生物滤池的建设投资中占有相当大的比例，所以陶粒的选择，关系到曝气生物滤池技术的经济合理，而目前市售陶粒都是通过高温煅烧，陶粒填料表面结釉、开放性孔隙率低的缺点，生物负载量低。建筑用粉煤灰加气混凝土具有密度小、空隙率高、表面粗糙，有利于微生物附着，含有丰富的水化硅酸盐。粉煤灰加气混凝土中的水化硅酸盐对水中的磷具有很强的吸附作用，可以高效吸附去除水中的磷酸盐。中国专利文献CN102531485A和CN102557550 A公开了两种曝气生物滤池填料及其制备方法，两种填料是以黄河淤沙和建筑渣土为骨料，添加水泥，无机胶黏剂硅酸纳、硅酸铝、磷酸盐、氧化物、硫酸盐或硼酸盐，混合均匀后，造粒，然后洒水养护，获得了两种曝气生物滤池填料。上述两种曝气生物滤池填料，没有添加成孔剂，空隙率低，开放性孔隙率低，生物负载量低，而且在造粒过程中添加了无机胶黏剂，增加了材料的制备成本，也不节能环保。三
发明内容
随着建筑节能环保要求的提高以及保护耕地严格要求，建筑用粉煤灰加气混凝土砌块成为城市建筑的重要非承重墙体的砌筑材料。大中城市粉煤灰加气混凝土砌块厂普遍存在，由于粉煤灰加气混凝土砌块比通常的粘土砖强度低，生产过程中残次品率较高，通常的处理方法是把粉煤灰加气混凝土砌块废品粉碎后作为原料重新加入到粉煤灰加气混凝土砌块生产中，没有发挥其应有的价值。本发明人首先认识到粉煤灰加气混凝土砌块中主要组分是水化硅酸钙、水化硅铝酸钙(图1)，具有较大的比表面积(大于60m2/g)，对水中微量的磷具有高效吸附净化作用，可以用于废水除磷(图2)。
粉煤灰加气混凝土砌块滤料吸附磷性能评价采取如下步骤:把建筑用粉煤灰加气混凝土砌块破碎过200目筛，获得小于200目(75 μ m)粉体，分别称取0.1g粉煤灰加气混凝土的样品加入到若干个150mL锥形瓶中，再分别加入IOOmL浓度为0.5、2、5、10、15mg/L的pH值为7的KH2PO4溶液，将所有锥形瓶密封置于恒温振荡器内，依次在25 °C下，以175-180r/min的速率振荡至吸附平衡。测定各自磷的平衡吸附浓度，计算相应的平衡吸附量。从图2可以看出温度在25°C时，粉煤灰加气混凝土对磷的最大吸附容量Qe约为3.904 mg/g,远大于文献报道的沸石吸附剂(0.101 mg/g)。当磷的初始浓度为0.5 mg/L、2mg/L,粉煤灰加气混凝土对磷吸附去除率在97%以上,磷的剩余浓度均小于0.1 mg/L,表明粉煤灰加气混凝土是一种深度除磷的高性能材料。粉煤灰加气混凝土砌块具有密度小、空隙率高，用于曝气生物滤池填料负载微生物量高、反冲洗耗水量低，用于曝气生物滤池填料具有处理废水氨氮硝化效率高的特点。发明人把粉煤灰加气混凝土高效吸附磷的特性和高容量负载微生物的特点结合起来，把粉煤灰加气混凝土砌 块制备成曝气生物滤池填料(图3)，用于微污染源水同步脱氮除磷。
本发明解决技术问题采用如下技术方案:
一种同步脱氮除磷的曝气生物滤池填料的制备方法，其特征在于以粉煤灰加气混凝土砌块生产厂的残次品为原料，用破碎机破碎成颗粒，通过筛分获得3-6_、或者6-10_、或者10-20mm粒径范围颗粒材料；
将制备的粉煤灰加气混凝土砌块颗粒物用水冲洗消除游离石灰及浮尘，或者用富含二氧化碳的烟气洗涤水淋洗加速碳化，降低粉煤灰加气混凝土砌块颗粒物的碱度，使颗粒物浸水后的平衡PH小于9，达到适宜微生物附着的pH条件。其使用方法是把用粉煤灰加气混凝土砌块废品制备的颗粒材料以颗粒自然堆积的方式装填到曝气生物滤池，用上升流方式向滤池输入欲处理的废水，废水中微生物，如硝化菌、反硝化菌，在作为滤料的粉煤灰加气混凝土颗粒物内部空隙和表面附着生长、繁殖，直至废水中氨氮、总氮、磷、COD去除率达到稳定，曝气生物滤池填料中微生物挂膜成功。
四
图1粉煤灰加气混凝土 XRD分析结果
图2粉煤灰加气混凝土吸附水中微量磷的实验结果(吸附等温曲线)。图3粉煤灰加气混凝土砌块制备的颗粒滤料实物照片
图4粉煤灰加气混凝土砌块颗粒滤料处理模拟微污染源水的实验结果，A-粉煤灰加气混凝土颗粒物去除氨氮效果，B-粉煤灰加气混凝土颗粒物去除总氮效果，C-粉煤灰加气混凝土颗粒物去除COD效果，D-粉煤灰加气混凝土颗粒物去除P效果。图4粉煤灰加气混凝土砌块颗粒滤料扫描电镜图。粉煤灰加气混凝土砌块颗粒滤料表面粗糙，气孔分布比较均匀，存在大量开放性气孔。图5粉煤灰加气混凝土砌块颗粒滤料表面生物膜的显微镜图像。图6滤料表面微生物膜革兰氏染色后的光学显微镜照片。
五具体实施方式
非限定实施例叙述如下。实施例1:
把建筑粉煤灰加气混凝土砌块破碎过筛，获得3-6mm粒级的颗粒，装填进入直径100mm、高2000mm的滤柱。本试验采用自然挂膜，在气水比在2:1的情况下，水力负荷在
0.3m3/(m2.h)的条件下。曝气生物滤池正常运行5个月，对主要污染物COD、NH3_N、P、SS、TN进行了连续监测(见图4)。进水COD、NH3-N, TN、P、SS 分别为 10_45mg/L、10_30mg/L、10_30mg/L、0.5_2mg/L时，5-100mg/L，曝气生物滤池对去除COD、NH3-N, TN、P、SS去除率分别为85_97%、85_99%、85-93%、45-90%、90-95%。
实施例2:
把建筑用粉煤灰加气混凝土砌块破碎过筛，获得6-10mm粒级的颗粒，装填进入直径100mm、高2000mm的滤柱。本试验采用自然挂膜,气水比在5:1的情况下,水力负荷在0.4m3/(m2.h)的条件下。曝气生物滤池正常运行5个月，对主要污染物C0D、NH3-N、P、SS、TN进行了连续监测(见图4)。进水COD、NH3-N, TN、P、SS 分别为 10-50mg/L、5-30mg/L、4-40mg/L、0.5-lmg/L 时，10-100mg/L,曝气生物滤池对去除COD、NH3-N, TN、P、SS去除率分别为80-90%、85_90%、80-93%、50-90%、80-95%。
实施例3:
把建筑用粉煤灰加气混凝土砌块破碎过筛，获得10-20_粒级的颗粒，装填进入直径100mm、高2000mm的滤柱。本试验采用自然挂膜,气水比在7:1的情况下,水力负荷在0.4m3/(m2.h)的条件下。曝气生物滤池经过正常运行5个月，对主要污染物COD、NH3-N、P、TN、SS进行了连续监测(见图4)。进水 C0D、NH3_N、TN、P、SS 分别为 15_50mg/L、15_30mg/L、10_40mg/L、0.5-1.5mg/L时，20-100mg/L,曝气生物滤池对去除COD、NH3-N, TN、P、SS去除率分别为70_97%、80_99%、75-90%、60-90%、90-95%。
权利要求
1.一种同步脱氮除磷的曝气生物滤池填料的制备方法，其特征在于以粉煤灰加气混凝土砌块生产厂的残次品为原料，用破碎机破碎成颗粒，通过筛分获得3-6_、或者6-10_、或者10-20mm粒径范围颗粒材料； 将制备的粉煤灰加气混凝土砌块颗粒物用水冲洗消除游离石灰及浮尘，或者用富含二氧化碳的烟气洗涤水淋洗加速碳化，降低粉煤灰加气混凝土砌块颗粒物的碱度，使颗粒物浸水后的平衡PH小于9，达到适宜微生物附着的pH条件。
2.根据权利要求1所述的同步脱氮除磷生物滤池填料，其使用方法是把用粉煤灰加气混凝土砌块废品制备的颗粒材料以自然堆积的方式装填到曝气生物滤池，用上升流方式向滤池输入欲处理的废水，废水中微生物，如硝化菌、反硝化菌，在作为滤料的粉煤灰加气混凝土颗粒物内部空隙和表面附着生长、繁殖，直至废水中氨氮、总氮、磷、COD去除率达到稳定，曝气生物滤池填料中微生物挂膜成功。
3.如权利要求1所述的粉煤灰加气混凝土砌块颗粒物的用途，其特征在于:所述粉煤灰加气混凝土砌块颗粒物在曝气生物滤池中既作为微生物载体，又作为除磷吸附剂，应用于微污染源水的深度处理 。
全文摘要
本发明公开了一种同步脱氮除磷的曝气生物滤池填料制备方法及其应用，其制备方法是把粉煤灰加气混凝土砌块或者砌块生产厂的残次品用破碎机破碎成颗粒，通过筛分获得不同粒径范围颗粒材料，作为曝气生物滤池填料。粉煤灰加气混凝土具有密度小、空隙率高、比表面积大等特点，用于曝气生物滤池填料具有吸附水中磷酸盐容量大和负载微生物量高的特点，具有同步脱氮除磷的功能。
文档编号C02F3/10GK103172168SQ201310042858
公开日2013年6月26日 申请日期2013年2月4日 优先权日2013年2月4日
发明者陈天虎, 鲍腾, 陈冬, 谢晶晶, 朱承驻 申请人:合肥工业大学