磁性同步硝化反硝化载体及其制备方法与流程

本发明属于微生物法水处理，具体涉及一种磁性同步硝化反硝化载体及其制备方法。

背景技术：

1、目前针对地下水氮污染，氮素的有效处理成为亟需解决的难题。微生物脱氮法成本低廉，当前污水脱氮主要依靠硝化反硝化技术。根据传统生物脱氮理论，脱氮途径一般包括硝化和反硝化两个阶段，硝化和反硝化两个过程需要在两个隔离的反应器中进行，或者在时间或空间上造成交替缺氧和好氧环境的同一个反应器中，这套技术的处理较慢，若用想有效利用水体自身碳源，则需进行污泥及出水回流，处理成本较高，占地面积也较大。

2、近年来，在一些没有明显的缺氧及厌氧段的活性污泥工艺中，人们多次发现氮的非同化损失现象，在曝气系统中也曾多次观察到氮的消失。在这些处理系统中，硝化和反硝化反应往往发生在同样的处理条件及同一处理空间内，这一过程被称为同步硝化反硝化。但同步硝化反硝化过程却难以控制，现阶段技术存在以下问题或缺点：a、溶解氧难以控制，由于现阶段溶解氧控制受仪表精度，池体内不同位置、不同深度的溶解氧数据差异也较大，存在检测数据和控制的滞后及不准确性，难以控制操作条件。b、通常同步硝化反硝化采用间歇曝气方式，反应受曝气影响较大，存在污泥和水的混合效果不佳，导致微生物和污水反应不充分现象。

3、因此，如何实现可控稳定高效的同步硝化反硝化反应仍是一大难题。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种磁性同步硝化反硝化载体及制备方法，提高硝化细菌和反硝化细菌的生长速率，优化其在载体表面的空间分布，提高水体碳源在反硝化过程中的利用效率，保证同步硝化反硝化过程的稳定进行。

2、本发明采用如下的技术方案。

3、一方面，本发明提供一种磁性同步硝化反硝化载体。该磁性同步硝化反硝化载体包括：芯体，所述芯体由hdpe和磁粉制备得到；所述hdpe和所述磁粉按重量份计为：磁粉1～10份，hdpe 90～98份；纤维膜，包覆在所述芯体表面。

4、优选的，所述芯体包括内芯和磁粉膜；所述内芯由hdpe形成，所述磁粉膜由粘附在所述内芯的表层的磁粉形成。

5、优选的，所述磁粉为专性四氧化三铁磁粉；所述专性四氧化三铁磁粉中，具有反尖晶石结构的四氧化三铁的纯度为98％以上。

6、优选的，所述专性四氧化三铁通过以下步骤制备得到：步骤101，将四氧化三铁原料放入容器内，随后放置于0.5～1t的磁场环境下，通过振动筛除杂质；步骤102，向振动后的四氧化三铁中加入纯净水，充分搅拌均匀后加热至350～600℃，并至少维持10分钟，得到加热后的四氧化三铁；步骤103，将加热后的四氧化三铁进行干燥后取出，研磨后过200目和500目筛网，收集处于200目和500目之间的四氧化三铁粉，得到所述专性四氧化三铁。

7、优选的，所述纤维膜为滤棉、聚氨酯薄片或蜂窝聚丙烯。

8、优选的，所述滤棉的整体密度在0.96～0.98t/m3，布面的厚度在2～8mm。

9、另一方面，本发明提供上述磁性同步硝化反硝化载体的制备方法。该方法包括如下步骤：步骤201，将hdpe在150～200℃的环境下融化为片状；步骤202，在磁粉中滴入纯净水进行混合，其中磁粉与水的比例在20:1～2000:1，得到磁粉和水的混合物；步骤203，将融化的片状hdpe放入所述混合物中，加热至180℃，使所述片状hdpe的表面均匀地粘上所述磁粉，维持2-5分钟后冷却并取出，得到所述芯体；步骤204，将纤维膜缠绕在所述芯体上；步骤205，将缠绕好的芯体置于1t以上的磁场环境下，同时施加振动并停留10秒以上，完成载体制备。

10、优选的，步骤201还包括：将hdpe在150～200℃的环境下融化为纵截面为波纹的片状。

11、优选的，步骤203还包括：将融化的片状hdpe放入所述混合物中，在1500～4000pa的压力下加热至180℃以上，维持2-5分钟后冷却并取出，得到所述芯体。

12、优选的，步骤204还包括：在加热条件下将所述纤维膜缠绕在所述芯体上。

13、本发明的有益效果在于，与现有技术相比：

14、(1)通过磁粉使芯体表面形成特有的磁场分布状态，同时在芯体表面包覆一层纤维膜，在提高微生物的附着性的同时还使其能够收到磁场的刺激及影响，提高反硝化菌的活性，为反硝化菌营造更好的缺氧环境，从而更快的形成在纤维膜外以硝化细菌为主，在纤维膜内部以反硝化细菌为主的生物膜结构，以在磁场的刺激下实现同步硝化反硝化过程。

15、(2)通过预处理使四氧化三铁颗粒可以更为均匀的分布在hdpe表面，同时研磨处理也可以使该颗粒可以在极少的添加量下获得更高的磁场强度。将载体两次置于强磁场环境下可以获得更好的磁场分布，有效提高载体对硝化细菌及反硝化细菌的刺激。

16、(3)由于载体是片状结构，外边附加了一层纤维膜，可以更有效的在载体表面形成硝化区域和反硝化区域，使二者更为平衡，更有效的利用水体中的碳源实现同步硝化反硝化脱氮。同时，由于本发明中载体的密度在0.98g/cm3左右，载体可很好的漂浮在反应器内，随曝气在反应器内移动，更好的接触水体中的污染物，实现对氮污染物的高效处理。

17、(4)制备载体的材料简单，仅为专性四氧化三铁和hdpe，且原料容易获取。

18、(5)溶解氧do浓度允许的调控范围很大，由于载体会形成较厚的生物膜结构，磁性内核会促进内部反硝化菌的生长，即便外界环境溶解氧达到2mg/l以上，内部依旧可以维持在0.5mg/l以内，维持并保证一个较为稳定的反硝化环境。因此不论是间歇曝气还是连续曝气的供养方式都可以满足同步硝化反硝化的操作条件，保证硝化反硝化过程的稳定进行，更容易实现对操作条件的控制。

技术特征：

1.一种磁性同步硝化反硝化载体，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的磁性同步硝化反硝化载体，其特征在于，所述芯体包括内芯和磁粉膜；所述内芯由hdpe形成，所述磁粉膜由粘附在所述内芯的表层的磁粉形成。

3.根据权利要求1所述的磁性同步硝化反硝化载体，其特征在于，所述磁粉为专性四氧化三铁磁粉；所述专性四氧化三铁磁粉中，具有反尖晶石结构的四氧化三铁的纯度为98％以上。

4.根据权利要求3所述的磁性同步硝化反硝化载体，其特征在于，所述专性四氧化三铁通过以下步骤制备得到：

5.根据权利要求1所述的磁性同步硝化反硝化载体，其特征在于，所述纤维膜为滤棉、聚氨酯薄片或蜂窝聚丙烯。

6.根据权利要求5所述的磁性同步硝化反硝化载体，其特征在于，所述滤棉的整体密度在0.96～0.98t/m3，布面的厚度在2～8mm。

7.一种根据权利要求1～6中任一项所述的磁性同步硝化反硝化载体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤201还包括：将hdpe在150～200℃的环境下融化为纵截面为波纹的片状。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤203还包括：将融化的片状hdpe放入所述混合物中，在1500～4000pa的压力下加热至180℃，维持2-5分钟后冷却并取出，得到所述芯体。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤204还包括：在加热条件下将所述纤维膜缠绕在所述芯体上。

技术总结
本发明一种涉及磁性同步硝化反硝化载体及其制备方法。该载体包括：包括内芯和磁粉膜的芯体；内芯由HDPE形成，磁粉膜由粘附在内芯的表层的磁粉形成；纤维膜，包覆在芯体表面。该制备方法包括：将HDPE在150～200℃的环境下融化为片状；在磁粉中滴入纯净水进行混合，磁粉与水的比例在20:1～2000:1，得到磁粉和水的混合物；将融化的片状HDPE放入混合物中，加热至180℃，维持2‑5分钟后冷却并取出，得到芯体；将纤维膜缠绕在所述芯体上；将缠绕好的芯体置于1T以上的磁场环境下，同时施加振动并停留10秒以上，完成载体制备。本发明通过在芯体表面包覆一层纤维膜，可有效地在载体表面形成硝化区域和反硝化区域，从而有效利用水体中的碳源实现同步硝化反硝化脱氮。

技术研发人员：孙竟,刘思彤,张阔,柴玉峰,李心珏,何京钟
受保护的技术使用者：中建环能科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15