专利名称：一种磁性生物载体及其制备方法
技术领域：
本发明涉及曝气生物滤池填料及其制备方法，确切地说是一种磁性生物载体及其制备方法。
背景技术：
在我国，目前的污水回用率不足5%，经济性和安全性是实现污水回用的前提，再生水的应用还存在着造成不同程度的城市景观用水腐化、工业设备管道系统腐蚀等问题。 再生水的安全问题严重制约着二级排水的资源化。其中，由于再生水中氨氮引起的安全问题最为突出。曝气生物滤池也叫淹没式曝气生物滤池。国外从20世纪初开始进行研究，于80年代末基本成型，后经过不断改进，开发出多种曝气生物滤池形式。其工艺原理为，在滤池中装填粒状滤料，滤料表面生长着生物膜，滤池内部曝气，污水流经滤料时，滤料上高浓度生物膜氧化降解污水中的有机污染物；同时，以滤料表面生物膜的生物絮凝作用和吸附作用， 截留污水中的悬浮物。曝气生物滤池运行一定时间后，因生物膜增厚，滤料层空隙率降低， 水头损失增加，需要对滤池进行反冲洗，以再生滤料层空隙，提高过滤速度。曝气生物滤池的主要优点是占地面积小，基建投资省；出水水质高；氧的传输效率很高，曝气量小，供氧动力消耗低；抗冲击负荷能力强，耐低温；易挂膜，启动快；具有同步除C、硝化和反硝化功能。生物陶粒滤料是曝气生物滤池必备的材料之一，反冲洗是曝气生物滤池运行必要的步骤。为了降低反冲洗的难度，降低反冲洗的水耗和能耗，普遍采用的方法是降低滤料的表观密度，或者气-水混合反冲洗。但是由于曝气生物滤池中生物膜的粘连常常使曝气生物滤池滤料结块，反冲洗时不能很好地破坏结块的滤料，导致曝气生物滤池水流短路越来越严重。另外，由于强烈的反冲洗，导致一些滤料表面生物膜过度脱落，致使反冲洗之后一段时间内曝气生物滤池处理出水水质严重变差，需要若干小时后才能恢复正常。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种价廉、易于制备、使用方便的磁性生物载体及其制备方法。本发明解决技术问题采用如下技术方案本发明磁性生物载体的特点在于其原料按质量百分比构成为骨料40-80 %，铁氧化物10-20 %，粘结剂5_20 %，还原剂5_30 % ；所述骨料为过60目筛的天然沸石粉、石英粉、粉煤灰、煤矸石或任何在600°C可以稳定存在的无机颗粒物；所述铁氧化物是含铁的质量百分比不小于20%的富含铁氧化物的物质；所述粘结剂为凹凸棒石粘土、膨润土、水玻璃、偏铝酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或任何可以提高成球颗粒强度的粘结剂；
所述还原剂为生活污水处理厂的活性污泥、煤矸石、秸秆、稻壳、生物质发电灰渣或可以碳化的富碳物质。本发明磁性生物载体的特点也在于所述富含铁氧化物的物质为天然褐铁矿、沼铁矿、赤铁矿、磁铁矿、硫酸烧渣、合成铁氧化物或富含铁氧化物的废弃物。本发明磁性生物载体的制备方法的特点在于按以下步骤操作将骨料、铁氧化物和还原剂混合，破碎后过60目筛得混合料，向粘结剂中加水搅拌使粘结剂溶解得粘结剂溶液，加水量为混合料质量的30-60%，然后将混合料与粘结剂溶液混合并搅拌均勻，造粒成型为2-10mm的粒料，将所述粒料干燥至含水量小于10%，在还原气氛中于350-1100°C煅烧0. 2-10小时即得磁性生物载体。与已有技术相比，本发明的有益效果体现在1、本发明磁性生物载体能够被电磁铁吸引，可以通过电磁装置进行生物载体物料的装运和装卸料。利用本发明磁性生物载体构建的曝气生物滤池，在系统堵塞后用电磁装置将磁性生物填料提升至一定高度，然后断开电磁装置的电源，磁性生物载体在降落过程利用水的冲击使部分老化的生物膜脱落，同时，生物填料互相撞击散落，重新堆积形成再生空隙，回复处理能力。这种方式使生物滤池的滤料间空隙再生不需要反冲洗，系统生物处理能力和恢复远比传统陶粒生物滤池堵塞后气-水反冲后的恢复快得多。2、本发明中作为骨料的天然沸石具有吸附氨氮的功能。磁性生物载体制备中，在保护气氛下有机物碳化形成的炭膜提高了载体对有机物的吸附能力。通过磁性生物载体富集低浓度的氨氮和有机物，提高硝化菌等微生物代谢所需底质浓度，提高硝化反应速率，利用生物硝化作用，实现沸石的动态再生，解决沸石吸附氨氮后再生成本高、操作难度大的问题。3、本发明的应用由于在曝气生物载体滤池系统中不需要气-水反冲洗，相对于传统的反冲洗生物滤池，生物载体表面生物膜层后，负载的生物量多，生物膜层中溶氧梯度， 使微生物膜内同时存在硝化和反硝化菌，在生物载体表面和内部同时发生硝化和反硝化作用，脱氮效果好。4、本发明制备的曝气生物滤池填料由0. 01-0. 2mm的粉体颗粒经粘结或低温烧结形成具有强度的生物载体颗粒，表面粗糙，孔隙率高，大量开放孔隙存在，孔径0.01-0. 1毫米，微生物可以深入生物载体颗粒内部空隙，作为曝气生物滤池填料，微生物负载量大，去除氨氮效率高，占地面积小，处理成本低。5、本发明磁性生物载体产生的稳定磁场对微生物和水处理产生一定强化作用；纳米铁氧化物具有一定的脱磷作用；磁性生物载体高含铁量及铁还原菌还原释放的微量铁离子可以提高载体负载微生物的代谢活性。
具体实施例方式实施例1 本实施例中磁性生物载体的原料按质量百分比构成为天然沸石70%，褐铁矿矿石10%，固体水玻璃10%，煤粉10%。本实施例中磁性生物载体是按以下方法制备得到的将天然沸石、褐铁矿矿石和煤粉混合，破碎后过60目筛得混合料，向固体水玻璃中加水搅拌使固体水玻璃溶解得水玻璃溶液，加水量为混合料质量的30-60%，然后将混合料与水玻璃溶液混合并搅拌均勻，用造粒机造粒为粒径2-10mm的粒料，将粒料自然风干或烘干至含水量小于10%得到磁性生物载体坯体；将所得坯体置于高温炉中，在CO气氛下于 600-1100°C煅烧30min，得到磁性生物载体。本实施例制备的磁性生物载体具有强磁性，其磁化率大于1000SI (10_8m7kg)，载体的密度为1. 5-3. Og/cm3，颗粒强度大于25N，含有微米到毫米的孔隙。实施例2 本实施例中磁性生物载体的原料按质量百分比构成为天然沸石60g，硫酸烧渣15g，氢氧化钠5g，生活污水处理厂带式压滤脱水活性污泥125g(含水率84% )，干重20g。本实施例中磁性生物载体是按以下方法制备得到的称取125g生活污水处理厂带式压滤脱水活性污泥，将5g氢氧化钠加入到污泥中， 搅拌30分钟，再加入沸石粉60g、铁氧化物15g，混合、混炼，用造粒机把混合物料成型为 3-6mm的颗粒状物，100°C烘干至含水量小于10%，得到磁性生物载体坯体。把样品放入管式炉内，CO气氛下于600-900°C煅烧l_2h，得到磁性生物载体。本实施例制备的磁性生物载体具有强磁性，其磁化率大于1000SI (10_8m7kg)，载体的密度为1. 5-3. Og/cm3，颗粒强度25-60N，含有微米到毫米的孔隙。实施例3 本实施例中磁性生物载体的原料按质量百分比构成为天然沸石40 %，赤铁矿矿石20 %，凹凸棒石粘土 20 %，秸秆20 %。本实施例中磁性生物载体是按以下方法制备得到的将天然沸石、赤铁矿矿石和秸秆混合，破碎后过60目筛得混合料，向凹凸棒石粘土中加水搅拌，然后将混合料与凹凸棒石粘土溶液混合并搅拌均勻，用造粒机造粒为粒径 2-10mm的粒料，将粒料自然风干或烘干至含水量小于10%得到磁性生物载体坯体；将所得坯体置于高温炉中，在CO气氛下于600-1100°C煅烧30min，得到磁性生物载体。本实施例制备的磁性生物载体具有强磁性，其磁化率大于1000SI (10_8m7kg)，载体的密度为1. 5-3. Og/cm3，颗粒强度25-60N，含有微米到毫米的孔隙。实施例4 本实施例中磁性生物载体的原料按质量百分比构成为天然沸石80g，合成铁氧化物10g，氢氧化钠5g，生物质发电灰渣5g。本实施例中磁性生物载体是按以下方法制备得到的将天然沸石、合成铁氧化物和生物质发电灰渣混合，破碎后过60目筛得混合料， 将碳酸钠配成水溶液，然后将混合料与碳酸钠水溶液混合并搅拌均勻，用造粒机造粒为粒径2-10mm的粒料，将粒料自然风干或烘干至含水量小于10%得到磁性生物载体坯体；将所得坯体置于高温炉中，在CO气氛下于600-1100°C煅烧30min，得到磁性生物载体。本实施例制备的磁性生物载体具有强磁性，其磁化率大于1000SI (10_8m7kg)，载体的密度为1. 5-3. Og/cm3，颗粒强度25-60N，含有微米到毫米的孔隙。将实施例1-4制备的磁性生物载体装填入直径60mm、高度^OOmm的试验柱，填料有效高度1200mm。配制氨氮浓度20mg/L、C0D 50mg/L的模拟含氮微污染水。在试验柱中接种生活污泥，以配制的氨氮水进水，按气水比3 1鼓风曝气。用分光光度法检测出水氨氮浓度，TOC检测出水有机物浓度。环境温度25 °C，运行10天后出水氨氮和COD浓度稳定，表明颗粒表面形成成熟的生物膜，出水氨氮浓度小于lmg/L，TOC浓度小于25mg/L，氨氮和COD 去除率分别达到90%和50%以上，出水水质达到III类地面水体水质标准，可以作为景观用水。 曝气生物滤池上部加设电磁装置，在曝气生物滤池出现严重堵塞后，通过电磁装置吸引曝气生物滤池内的磁性生物载体并向上提升20-100cm，然后断开电磁装置电流，电磁装置磁性消失后磁性载体坠落，并沉入曝气生物滤池，在下落过程中由于颗粒碰撞、水冲击力作用使粘连载体分散、生物膜脱落，磁性生物载体重新堆积形成空隙，从而实现曝气生物滤池再生。
权利要求
1.一种磁性生物载体，其特征在于其原料按质量百分比构成为 骨料40-80 %，铁氧化物10-20 %，粘结剂5-20 %，还原剂5_30 % ；所述骨料为过60目筛的天然沸石粉、石英粉、粉煤灰、煤矸石或任何在600°C可以稳定存在的无机颗粒物；所述铁氧化物是含铁的质量百分比不小于20%的富含铁氧化物的物质； 所述粘结剂为凹凸棒石粘土、膨润土、水玻璃、偏铝酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或任何可以提高成球颗粒强度的粘结剂；所述还原剂为生活污水处理厂的活性污泥、煤矸石、秸秆、稻壳、生物质发电灰渣或可以碳化的富碳物质。
2.根据权利要求1所述的磁性生物载体，其特征在于所述富含铁氧化物的物质为天然褐铁矿、沼铁矿、赤铁矿、磁铁矿、硫酸烧渣、合成铁氧化物或富含铁氧化物的废弃物。
3.根据权利要求1或2所述的磁性生物载体的制备方法，其特征在于按以下步骤操作将骨料、铁氧化物和还原剂混合，破碎后过60目筛得混合料，向粘结剂中加水搅拌使粘结剂溶解得粘结剂溶液，加水量为混合料质量的30-60%，然后将混合料与粘结剂溶液混合并搅拌均勻，造粒成型为2-10mm的粒料，将所述粒料干燥至含水量小于10%，在还原气氛中于350-1100°C煅烧0. 2-10小时即得磁性生物载体。
全文摘要
本发明公开了一种磁性生物载体及其制备方法，其中磁性生物载体的原料为骨料，铁氧化物，粘结剂和还原剂；其制备方法是将骨料、铁氧化物和还原剂混合，破碎后过60目筛得混合料，向粘结剂中加水搅拌使粘结剂溶解得粘结剂溶液，加水量为混合料质量的30-60％，然后将混合料与粘结剂溶液混合并搅拌均匀，造粒成型为2-10mm的粒料，将所述粒料干燥至含水量小于10％，于350-1100℃煅烧0.2-10小时即得磁性生物载体。本发明磁性生物载体可以应用于生活污水二级处理水深度处理，满足景观补水、循环冷却水处理的要求，可以实现工业废水的深度处理和资源化利用。
文档编号C02F3/10GK102225806SQ201110134950
公开日2011年10月26日 申请日期2011年5月24日 优先权日2011年5月24日
发明者束松林, 谢巧勤, 谢晶晶, 钱家忠, 陈冬, 陈天虎, 鲍滔 申请人:合肥工业大学