一种深度脱除水中氨氮的材料及其制备和应用方法

一种深度脱除水中氨氮的材料及其制备和应用方法
【专利摘要】本发明公开了一种深度脱除水中氨氮的材料及其制备和应用方法，其特征在于：以天然沸石粉为主要原料，添加粘结剂、发泡剂，经配料、混合、成型、切割、蒸压养护，得到粒径10～30mm、表观密度小、高开放孔隙率的沸石加气混凝土颗粒材料；该材料既具有选择性吸附水中氨氮的功能，又是高效的微生物载体材料，把该材料装填到脱氮处理池中，按照吸附、排空水、鼓风充氧、水淋洗四个阶段序批式运行，可以使水中氨氮浓度小于1.5mg/L。
【专利说明】
一种深度脱除水中氨氮的材料及其制备和应用方法一、
技术领域
[0001]本发明涉及生活污水二级出水、富营养化河水、微污染景观水体的深度脱氮。二、【背景技术】
[0002]随着水污染的加剧，我国地面水体普遍发生富营养化。这就要求对污水进行更严格的脱氮除磷处理。生活污水二级出水、地面景观水体中的氮主要以氨、硝酸盐、亚硝酸盐、 有机氮的形式存在，其中的磷主要以正磷酸盐和有机磷的形式存在。
[0003]目前深度处理水中氨氮主要通过曝气生物滤池中微生物硝化作用，把氨氮转化为硝酸盐和亚硝酸盐氮。曝气生物滤池技术用于水的深度处理存在若干缺陷:(1)生活污水中有机氮、氨氮在好氧生化水处理中大部分转化为硝酸盐氮，一部分在系统中由于反硝化作用转化为氮气，水中仍残留价高的硝态氮，虽然氨氮的去除率可以达到90%以上，但总氮的去除率不高，一般在20-40%，目前还缺乏针对生活污水廉价高效反硝化脱氮技术和材料；[2]需要曝气，由于存在静水压力，曝气风机的风压要求较高，充氧利用效率低，能耗较高；[3]还需要进行反冲洗来消除滤料颗粒表面老化生物膜层，消除空隙堵塞。移动床活性砂技术可以通过反硝化脱氮，不能实现氨氮的氧化，需要投加碳源来实现反硝化。
[0004]专利CN201110397171.9公开了一种生活污水深度除磷脱氮的处理方法，其是以沸石粉料为主料、以水泥为胶结材料混合并造粒后制备得到生物滤池填料，通过间歇式生物滤池反应器对生活污水进行处理。由于该专利制备颗粒填料过程中未添加发泡剂，其缺点是制备材料孔隙率不高，尤其是颗粒内部大孔空隙不足，导致微生物在颗粒内部负载量不足，进一步影响了微生物硝化、反硝化脱氮作用的效率。
[0005]专利CN201110106007.8公开了一种低密度沸石曝气生物滤池填料及其制备方法， 其填料是以发泡塑料颗粒为内核、以天然沸石颗粒为外壳形成的低密度沸石曝气生物滤池填料。该填料的缺点是:发泡塑料颗粒为内核的强度低，受压力以及颗粒自重力容易导致以天然沸石组成的外壳层破碎;发泡塑料颗粒缺少开放空隙，微生物不能够进入发泡塑料颗粒内核中附着生长；以天然沸石颗粒为外壳层也缺少大孔空隙。这都导致微生物在滤料颗粒内部负载量不足，影响了微生物硝化、反硝化脱氮作用的效率。三、
【发明内容】

[0006]本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种深度脱除水中氨氮的材料及其制备和应用方法。
[0007]本发明解决技术问题，采用如下技术方案:
[0008]本发明首先公开了一种深度脱除水中氨氮的材料，其特点在于:所述深度脱除水中氨氮的材料是以天然沸石粉为原料，以水泥为粘结剂，以铝粉、石灰和表面活性剂为发泡剂，经配料、混合、成型、切割、蒸压养护制备而成的沸石加气混凝土颗粒材料;其中:天然沸石粉、水泥、发泡剂的质量比为1〇〇: 15?20:5?10。
[0009]所述沸石加气混凝土颗粒材料既能选择性离子交换吸附水中氨氮，又高效负载硝化微生物。所述沸石加气混凝土颗粒材料的粒径在10?30mm、表观密度小于1、开放孔隙率大于40 %。
[0010]构成所述发泡剂的铝粉、石灰和表面活性剂的质量比为1:20?100:10?30。
[0011]本发明进一步公开了上述深度脱除水中氨氮的材料的制备方法，其特点在于包括如下步骤:
[0012]将天然沸石破碎、过0.1mm筛，获得天然沸石粉;按配比将铝粉、石灰和表面活性剂混合，获得发泡剂;按配比将天然沸石粉、发泡剂和水泥混合，得混合料；
[0013]将混合料浇注成型、切割，然后放入蒸压养护釜内养护10?20h，即获得沸石加气混凝土颗粒材料。蒸压养护的温度为150?180 °C，压力为10?12Mpa。
[0014]本发明还公开了上述深度脱除水中氨氮的材料的应用方法，其特点在于:将沸石加气混凝土颗粒材料作为填料装填到脱氮处理池，并进行微生物挂膜;在挂膜成功后，按照吸附阶段、排空水阶段、鼓风充氧阶段、水淋洗阶段四个阶段序批式运行，对待处理污水进行处理，使出水氨氮排放浓度< 1.5mg/L;[〇〇15]所述微生物挂膜的方式为:取生活污水处理厂活性污泥悬浮液20L，静沉lOmin弃去底部沉渣，加入铵盐使氨氮浓度达到50mg/L，充氧富集培养好氧硝化菌，获得富集培养的好氧硝化菌液;在占脱氮处理池体积十分之一的容器中充满待处理水，向待处理水中投加氨盐至氨氮浓度为50mg/L，然后向待处理水中接种所述富集培养的好氧硝化菌液，充氧并通过补加氨氮使水中氨氮浓度维持在10?50mg/L，培养3?4天得到扩培的硝化菌液;把所述扩培的硝化菌液循环喷淋到脱氮处理池的填料上，通过补加氨氮使水中氨氮浓度维持在 10?50mg/L，循环3?4天使填料表面形成稳定的硝化生物膜，即可按照吸附阶段、排空水阶段、鼓风充氧阶段、水淋洗阶段四个阶段序批式运行；[〇〇16]所述吸附阶段的步骤为:在脱氮处理池内填料经微生物挂膜成功后，将待处理污水连续注入脱氮处理池中，控制水力停留时间0.5?3h，完成待处理污水的处理，使出水氨氮排放浓度<1.5mg/L;[〇〇17]所述排空水阶段的步骤为:待脱氮处理池出水氨氮排放浓度> 1.5mg/L时，停止进水，排空脱氮处理池内的水；
[0018]所述鼓风充氧阶段的步骤为:待排空脱氮处理池内的水之后，通过鼓风机从脱氮处理池的底部鼓风1?2d，实现填料的再生；
[0019]所述水淋洗阶段的步骤为:在鼓风结束后，使用1?2倍体积的水淋洗脱氮处理池内的填料，淋洗液收集后单独进行反硝化脱氮处理；
[0020]经水淋洗阶段后，脱氮处理池恢复功能，进行下一周期运行。[0021 ]对淋洗液进行反硝化脱氮处理的方法是:把淋洗液储存在淋洗液储池中，向淋洗液储池中投加碳源和反硝化菌脱氮，搅拌均匀后静置，完成反硝化脱氮处理，处理后的水排放;若待处理的水是生活污水二级处理出水，则也可按如下方式对淋洗液进行反硝化脱氮处理:把淋洗液返回到生活污水调节池中，以生活污水中的有机碳为电子受体，在调节池中完成反硝化脱氮处理。[〇〇22]本发明的突出效果体现在以下几个方面:
[0023]1、本发明以天然沸石粉为主要原料，添加粘结剂、发泡剂，经配料、混合、成型、切害J、蒸压养护制备的沸石加气混凝土颗粒材料，具有很高的铵离子交换选择性和容量，具有较低的表观密度和很高的开放孔隙率，颗粒外部和内部都负载硝化微生物，具有负载微生物量大、好氧氨氧化效率高的功效;且由于颗粒材料粒径较大，颗粒内部易于形成局部缺氧和厌氧区，可以发挥短程硝化和厌氧氨氧化脱氮作用。
[0024]2、本发明序批式脱氮处理池的运行分为吸附阶段、排空水阶段、鼓风充氧阶段、水淋洗阶段;鼓风时序批式脱氮处理池中水是排空的，相比曝气生物滤池而言，鼓风充氧不需要克服水的静压，系统运行仅需要低扬程水栗和低风压鼓风的微动力，运行低能耗。
[0025]3、本发明在吸附阶段通过过滤吸附去除水中氨氮，同时沸石加气混凝土颗粒材料又是微生物的载体，并且由于颗粒直径较大，颗粒内部和外表面附着生物膜，由于微生物代谢消耗溶解氧，沸石加气混凝土颗粒材料从边缘到中心存在溶解梯度，在外部好氧、中心厌氧，表面和外部附着微生物以好氧菌为主，内部附着微生物以兼性菌、厌氧菌为主，包括好氧有机物降解菌、硝化菌、异养反硝化菌、厌氧氨氧化菌等。在吸附阶段，好氧硝化菌利用水中溶解氧转化部分氨氮为硝酸盐，以硝酸盐为电子受体的厌氧氨氧化菌转化硝酸盐和氨氮为氮气，这些微生物的协同作用转化了部分的氨氮为氮气。未转化完的氨氮以离子交换的形式固定在沸石加气混凝土颗粒材料中。上述沸石加气混凝土颗粒材料中微生物的硝化和反硝化脱氮延长了颗粒材料离子交换氨氮穿透时间。
[0026]4、在鼓风充氧再生阶段上述材料内外表面负载的硝化菌氧化沸石中离子交换吸附的氨氮为硝酸盐，之后恢复沸石加气混凝土颗粒材料对水中氨氮的离子交换功能，实现沸石加气混凝土颗粒材料的再生。其鼓风充氧是在排空脱氮处理池中的水情况下运行的， 与传统的曝气生物滤池相比，其优点是沸石加气混凝土颗粒材料的粒间空隙大，无静水压力，所需的鼓风机风压小、能耗低、供氧效率高。[〇〇27]5、水淋洗阶段去除鼓风再生阶段生成的硝酸盐和亚硝酸盐，收集淋洗液单独处理，解决了传统曝气生物滤池只完成硝化没有实现脱氮的问题。四、【具体实施方式】 [〇〇28] 实施例1[0〇29 ]本实施首先按如下步骤制备沸石加气混凝土颗粒材料:
[0030]选择天然斜发沸石矿石，破碎过0.1_筛，得到天然沸石粉；[〇〇31]按照铝粉、石灰粉和表面活性剂的质量比为1:50:10的比例称取原料，混合均匀后成为发泡剂；
[0032]称取100份天然沸石粉、15份水泥加入到搅拌桶中，加水搅拌成为浓浆状并维持浆液温度45 °C，浇筑前再加入5份发泡剂搅拌均匀；[〇〇33]浇注后模具送入初养室进行发气初凝1.5h，初养后坯体用钢丝切割机从纵、横、水平三个方向切割成为10?30mm的块体，而后放入蒸压养护釜内12Mpa压力下、180 °C温度下蒸汽养护12h，获得沸石加气混凝土颗粒材料；
[0034]本实施例所制备的沸石加气混凝土颗粒材料的特征是，既能选择性离子交换吸附水中氨氮，又高效负载硝化、反硝化微生物，表观密度小于1、开放孔隙率大于40%。[〇〇35]以生活污水二级处理的出水为深度脱氮的对象，利用本实施例的沸石加气混凝土颗粒材料进行废水脱氮的方法如下:[〇〇36]把沸石加气混凝土颗粒材料装填到脱氮处理池中，以生活污水二级处理的出水为深度脱氮的对象，构建序批式脱氮处理池，然后进行微生物挂膜培养；
[0037]微生物挂膜的步骤为:取生活污水处理厂活性污泥悬浮液20L，静沉lOmin弃去底部沉渣，加入铵盐使氨氮浓度达到50mg/L，充氧富集培养好氧硝化菌，获得富集培养的好氧硝化菌液;在占脱氮处理池体积十分之一的容器中充满待处理水，向待处理水中投加氨盐至氨氮浓度为50mg/L，然后向待处理水中接种富集培养的好氧硝化菌液，充氧并通过补加氨氮使水中氨氮浓度维持在1 〇_5〇mg/L，培养3-4天得到扩培的硝化菌液;把所述扩培的硝化菌液循环喷淋到脱氮处理池的填料上，通过补加氨氮使水中氨氮浓度维持在10_50mg/L， 循环3?4天使填料表面形成稳定的硝化生物膜。[〇〇38]微生物挂膜成熟后的脱氮处理池按照吸附阶段、排空水阶段、鼓风充氧阶段、水淋洗阶段四个阶段序批式运行，具体如下:[〇〇39]吸附阶段:在脱氮处理池内填料经微生物挂膜成功后，将待处理污水连续注入脱氮处理池中，控制水力停留时间lh，完成待处理污水的处理，使出水氨氮排放浓度<1.5mg/ L；
[0040]排空水阶段:待脱氮处理池出水氨氮排放浓度> 1.5mg/L时，停止进水，排空脱氮处理池内的水；[0041 ]鼓风充氧阶段:待排空脱氮处理池内的水之后，通过鼓风机从脱氮处理池的底部鼓风ld，好氧氨氧化微生物使沸石吸附氨氮转化为硝酸盐和亚硝酸盐实现再生；[〇〇42]水淋洗阶段:在鼓风结束后，使用1倍池体积的水淋洗脱氮处理池内的填料，去除生成的硝酸盐和亚硝酸盐。淋洗液收集后淋洗液返回到生活污水调节池中，以生活污水中的有机碳为电子受体，在调节池中完成反硝化脱氮处理。[〇〇43]经水淋洗阶段后，脱氮处理池恢复离子交换氨氮的功能，重启水栗进行下一周期运行。
[0044] 实施例2[0045 ]本实施首先按如下步骤制备沸石加气混凝土颗粒材料:
[0046]选择天然斜发沸石矿石，破碎过0.1_筛，得到天然沸石粉；[〇〇47]按照铝粉、石灰粉和表面活性剂的质量比为1:80:20的比例称取原料，混合均匀后成为发泡剂；
[0048]称取100份天然沸石粉、15份水泥加入到搅拌桶中，加水搅拌成为浓浆状并维持浆液温度45°C，浇筑前再加入10份发泡剂搅拌均匀；
[0049]浇注后模具送入初养室进行发气初凝2h，初养后坯体用钢丝切割机从纵、横、水平三个方向切割成为10?30mm的块体，而后放入蒸压养护爸内12Mpa压力下、180°C蒸汽养护 l〇h获得沸石加气混凝土颗粒材料。
[0050]本实施例所制备的沸石加气混凝土颗粒材料的特征是，既能选择性离子交换吸附水中氨氮，又高效负载硝化、反硝化微生物，表观密度小于1、开放孔隙率大于40%。
[0051]以富营养化的景观水为深度脱氮的对象，利用本实施例的沸石加气混凝土颗粒材料进行废水脱氮的方法如下:[〇〇52]把沸石加气混凝土颗粒材料装填到深度脱氮水处理池中，以富营养化的景观水为深度脱氮的对象，构建序批式脱氮处理池，然后进行微生物挂膜培养；[〇〇53]微生物挂膜的步骤为:取生活污水处理厂活性污泥悬浮液20L，静沉lOmin弃去底部沉渣，加入铵盐使氨氮浓度达到50mg/L，充氧富集培养好氧硝化菌，获得富集培养的好氧硝化菌液;在占脱氮处理池体积十分之一的容器中充满待处理水，向待处理水中投加氨盐至氨氮浓度为50mg/L，然后向待处理水中接种富集培养的好氧硝化菌液，充氧并通过补加氨氮使水中氨氮浓度维持在1 〇_5〇mg/L，培养3-4天得到扩培的硝化菌液;把所述扩培的硝化菌液循环喷淋到脱氮处理池的填料上，通过补加氨氮使水中氨氮浓度维持在10_50mg/L， 循环3?4天使填料表面形成稳定的硝化生物膜。[〇〇54]微生物挂膜成熟后的脱氮处理池按照吸附阶段、排空水阶段、鼓风充氧阶段、水淋洗阶段四个阶段序批式运行，具体如下:
[0055]吸附阶段:在脱氮处理池内填料经微生物挂膜成功后，将待处理污水连续注入脱氮处理池中，控制水力停留时间lh，完成待处理污水的处理，使出水氨氮排放浓度<1.5mg/ L；[〇〇56]排空水阶段:待脱氮处理池出水氨氮排放浓度> 1.5mg/L时，停止进水，排空脱氮处理池内的水；[〇〇57]鼓风充氧阶段:待排空脱氮处理池内的水之后，通过鼓风机从脱氮处理池的底部鼓风ld，好氧氨氧化微生物使沸石吸附氨氮转化为硝酸盐和亚硝酸盐实现再生；[〇〇58]水淋洗阶段:在鼓风结束后，使用1倍池体积的水淋洗脱氮处理池内的填料，去除生成的硝酸盐和亚硝酸盐。淋洗液收集并储存在淋洗液储池中，向淋洗液储池中投加葡萄糖和反硝化菌脱氮，使水中的碳氮比接近3:1，搅拌均匀后静置1周，完成反硝化脱氮处理， 处理后上清液排放。[〇〇59]经水淋洗阶段后，脱氮处理池恢复离子交换氨氮的功能，重启水栗进行下一周期运行。
【主权项】
1.一种深度脱除水中氨氮的材料，其特征在于:所述深度脱除水中氨氮的材料是以天 然沸石粉为原料，以水泥为粘结剂，以铝粉、石灰和表面活性剂为发泡剂，经配料、混合、成 型、切割、蒸压养护制备而成的沸石加气混凝土颗粒材料；其中:天然沸石粉、水泥、发泡剂的质量比为100:15?20:5?10。2.根据权利要求1所述的深度脱除水中氨氮的材料，其特征在于:所述沸石加气混凝土颗粒材料的粒径在10?30mm、表观密度小于1、开放孔隙率大于 40% 〇3.根据权利要求1或2所述的深度脱除水中氨氮的材料，其特征在于:构成所述发泡剂 的铝粉、石灰和表面活性剂的质量比为1:20?100:10?30。4.一种权利要求1?3中任意一项所述深度脱除水中氨氮的材料的制备方法，其特征在 于包括如下步骤:将天然沸石破碎、过0.1mm筛，获得天然沸石粉；按配比将铝粉、石灰和表面活性剂混 合，获得发泡剂;按配比将天然沸石粉、发泡剂和水泥混合，得混合料；将混合料浇注成型、切割，然后放入蒸压养护釜内养护10?20h，即获得沸石加气混凝 土颗粒材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于:蒸压养护的温度为150?180°C，压力 为10?12Mpa。6.—种权利要求1?3中任意一项所述深度脱除水中氨氮的材料的应用方法，其特征在 于:将沸石加气混凝土颗粒材料作为填料装填到脱氮处理池中，并进行微生物挂膜;在挂膜 成功后，按照吸附阶段、排空水阶段、鼓风充氧阶段、水淋洗阶段四个阶段序批式运行，对待 处理污水进行处理，使出水氨氮排放浓度< 1.5mg/L;所述微生物挂膜的方式为:取生活污水处理厂活性污泥悬浮液20L，静沉lOmin弃去底 部沉渣，加入铵盐使氨氮浓度达到50mg/L，充氧富集培养好氧硝化菌，获得富集培养的好氧 硝化菌液;在占脱氮处理池体积十分之一的容器中充满待处理水，向待处理水中投加氨盐 至氨氮浓度为50mg/L，然后向待处理水中接种所述富集培养的好氧硝化菌液，充氧并通过 补加铵盐使水中氨氮浓度维持在10?50mg/L，培养3?4天得到扩培的硝化菌液;把所述扩 培的硝化菌液循环喷淋到脱氮处理池的填料上，通过补加氨氮使水中氨氮浓度维持在10? 50mg/L，循环3?4天使填料表面形成稳定的硝化生物膜，即可按照吸附阶段、排空水阶段、 鼓风充氧阶段、水淋洗阶段四个阶段序批式运行；所述吸附阶段的步骤为:在脱氮处理池内填料经微生物挂膜成功后，将待处理污水连 续注入脱氮处理池中，控制水力停留时间0.5?3h，完成待处理污水的处理，使出水氨氮排 放浓度<1.5mg/L;所述排空水阶段的步骤为:待脱氮处理池出水氨氮排放浓度> 1.5mg/L时，停止进水， 排空脱氮处理池内的水；所述鼓风充氧阶段的步骤为:待排空脱氮处理池内的水之后，通过鼓风机从脱氮处理 池的底部鼓风1?2d，实现填料的再生；所述水淋洗阶段的步骤为:在鼓风结束后，使用1?2倍池体积的水淋洗脱氮处理池内 的填料，淋洗液收集后单独进行反硝化脱氮处理；经水淋洗阶段后，脱氮处理池恢复功能，进行下一周期运行。7.根据权利要求6所述的应用方法，其特征在于:对淋洗液进行反硝化脱氮处理的方法 是:把淋洗液储存在淋洗液储池中，向淋洗液储池中投加碳源和反硝化菌脱氮，搅拌均匀后 静置，完成反硝化脱氮处理，处理后的水排放；若待处理的水是生活污水二级处理出水，则也可按如下方式对淋洗液进行反硝化脱氮 处理:把淋洗液返回到生活污水调节池中，以生活污水中的有机碳为电子受体，在调节池中 完成反硝化脱氮处理。
【文档编号】C02F9/14GK106082524SQ201610368672
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】周其胤, 陈天虎, 陈斌
【申请人】安徽美自然环境科技有限公司