一种脱氮功能填料及其制备和应用制造技术

本发明专利技术公开了一种脱氮功能填料及其制备和应用。按质量份计包含下列组分，还原铁粉20‑30％，活性炭8‑10％，硫磺30‑40％，金属催化剂2‑6％，粘合剂15‑20％，造孔剂3‑5％，pH调节剂3‑5％。属于降低碳源投加的脱氮功能填料。脱氮功能填料通过如下的制备方法制得：将各组分按照所述的质量比调配混匀，缓慢加入各组分质量之和的15‑20％的水，形成粘稠状的混合材料，将所述混合材料放置于模具中，将模具放置于真空干燥箱中干燥，脱模后在真空干燥箱中烘干造孔，制成脱氮功能填料，所得脱氮功能填料通过一体化填料创造性的将铁自养反硝化技术与硫自养反硝化技术结合起来，解决了反应器中pH过高或者过低的问题，未发现亚硝态氮的累积，并且有很好的去除效果。

A Denitrification Functional Filler and Its Preparation and Application

The invention discloses a denitrifying functional filler and its preparation and application. By weight, it contains the following components: reduced iron powder 20_30%, activated carbon 8_10%, sulfur 30_40%, metal catalyst 2_6%, binder 15_20%, pore-forming agent 3_5%, pH regulator 3_5%. The utility model belongs to a denitrification functional filler which reduces the carbon source input. The denitrification functional filler is prepared by the following preparation methods: mixing each component according to the mass ratio, slowly adding 15 20% water of the total mass of each component, forming a viscous mixture material, placing the mixture material in the mould, drying the mould in the vacuum drying box, drying the hole in the vacuum drying box after demoulding, and making denitrification functional filler. The nitrogen removal functional filler combines iron autotrophic denitrification technology with sulfur autotrophic denitrification technology creatively through the integrated filler, which solves the problem of too high or too low pH in the reactor. The accumulation of nitrite nitrogen is not found, and the removal effect is very good.

【技术实现步骤摘要】
一种脱氮功能填料及其制备和应用
本专利技术涉及含氮生活污水和工业废水处理技术，尤指一种脱氮功能填料及其制备和应用。
技术介绍
随着经济的发展，由于人类生活水平提高，以及农用化肥的过度使用等原因，使得大量的含氮生活污水和工业废水排入水体，氮含量的超标会引起水体富营养化，并且可转化为“三致”物质亚硝态氮而严重威胁人类的健康。人体摄入过量硝态氮时，会产生腹痛、腹泻、呕吐、原发性高血压、呼吸道感染、免疫系统异常、增大婴儿的中枢神经系统先天缺陷等风险。此外，硝态氮在人体内会转化为亚硝态氮，后者的毒性是硝态氮的11倍，并会诱发一系列疾病，影响人体健康，对社会造成不良影响。因此研究开发经济、高效的废水脱氮处理技术，已成为水污染控制工程领域的重点和热点。目前，国内外研究者针对硝态氮去除技术，按照处理方法的不同，大体可以分为物理法、化学法及生物法。物理法包括离子交换树脂法、反渗透膜法和电渗析膜法等。化学法主要通过催化剂将硝态氮催化还原，常用的催化还原剂包括活泼金属(如Fe、Al等)和非金属(如氢气等)。生物法是指利用自养或异养微生物进行反硝化作用，将硝态氮最终转化为氮气，从而达到硝酸盐的完全去除。由于生物反硝化技术具有效率高、能耗低等优势。根据微生物所需碳源的不同，地下水生物脱氮技术可以分为异养反硝化技术和自养反硝化技术。在众多的脱氮技术中，生物脱氮技术具有经济，高效并且不产生二次污染的特点，近年来对厌氧反应器的反硝化功能的研究已成为热点。在传统自养反硝化反应器中,人们单一的通过铁自养反硝化技术或者硫自养反硝化技术进行脱氮。其中单纯通过铁自养反硝化技术，铁碳填料在水中产生原电池反应时会产生大量的OH-，使得水中的pH不断上升，不适合微生物的生存；同时,随着铁碳微电解的不断进行,填料表面会形成四氧化三铁,阻碍了微电解反应的进行和微生物的生长；同理，单纯通过硫自养反硝化反应时会产生大量的H+，使得反应器中的pH不断的下降，最终不适合微生物生长，并且高浓度的SO42-会造成亚硝态氮的累积。
技术实现思路
填料的主要作用是容纳附着微生物，是微生物生长的载体，为微生物提供栖息和繁殖的稳定环境，其丰富的内表面为微生物提供附着的表面和内部空间，使反应器尽可能保持较多的微生物量。同时，填料对水流有强制性的紊动作用，使水流能够重新分布，改变其流动方向，从而使水流在反应器横截面下分布更为均匀。填料对水中的悬浮物有一定的截留作用。由于反应器中有填料存在，使出水中悬浮物的浓度大大减少。因此，填料在污水处理工艺中的作用十分重要。因此，开发合适的生物填料是生物脱氮技术未来在水处理领域推广应用的前提。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种脱氮功能填料及其制备和应用，具体为一种降低碳源投加的脱氮功能填料。通过一体化填料创造性的将铁自养反硝化技术与硫自养反硝化技术结合起来，解决了反应器中pH过高或者过低的问题，未发现硝酸盐氮、亚硝态氮的累积，并且有很好的去除效果。该填料中，通过铁粉和活性炭在水中产生铁碳微电解，产生的二价铁和还原性氢将硝态氮还原成氮气，同时铁作为捕氧剂起到捕获消耗地下水中溶解氧，创造反硝化过程所必需的厌氧环境，反硝化菌利用氢气和硫磺作为电子供体，能够减少投加有机碳源，从而实现自养反硝化。利用生物化学法去除硝态氮。同时该填料挂膜速度快，最佳运行工艺参数下脱氮性能好，并且来源广泛，价格价廉。为了达到本专利技术目的，本专利技术提供了一种脱氮功能填料，按质量份计包含下列组分，还原铁粉20-30％，活性炭8-10％，硫磺30-40％，金属催化剂2-5％，粘合剂15-20％，造孔剂3-5％，pH调节剂3-5％；可选地，所述脱氮功能填料由下列组分组成，还原铁粉20-30％，活性炭8-10％，硫磺30-40％，金属催化剂2-5％，粘合剂15-20％，造孔剂3-5％，pH调节剂3-5％。在本专利技术提供的脱氮功能填料中，所述的金属催化剂选自铜粉、镁粉、锡粉、锰粉和钛粉中的一种或多种。在本专利技术提供的脱氮功能填料中，所述的粘合剂为硫酸钙、海藻酸钠、阿拉伯胶和聚乙烯醇中的一种或多种。在本专利技术提供的脱氮功能填料中，所述的造孔剂选自碳酸氢铵或草酸铵中的一种或两种。在本专利技术提供的脱氮功能填料中，所述pH调节剂选自碳酸氢钠、磷酸二氢钠、氢氧化钠和碳酸钙中的一种或多种。在本专利技术提供的脱氮功能填料中，所述还原铁粉粒径为150-200目；所述活性炭粒径为150-200目；所述硫磺颗粒粒径为0.5-1mm；所述金属催化剂粒径为150-200目。在本专利技术提供的脱氮功能填料中，所述脱氮功能填料为直径9-12mm的球体。另一方面，本专利技术提供了上述脱氮功能填料的制备方法，包括下列步骤：将各组分按照所述的质量比调配混匀，缓慢加入各组分质量之和的15-20％的水，形成粘稠状的混合材料，将所述混合材料放置于模具中，将模具放置于真空干燥箱中干燥，脱模后在真空干燥箱中烘干造孔，制成脱氮功能填料。可选地，所述脱氮功能填料的制备过程由上述步骤组成。在本专利技术提供的脱氮功能填料的制备方法中，所述模具放置用真空干燥箱中的干燥条件为45-60℃下干燥6-8h；在本专利技术提供的脱氮功能填料的制备方法中，所述在真空干燥箱中烘干造孔的干燥条件为100-120℃干燥。本专利技术的另一个目的是提供一种降低碳源投加的脱氮功能填料在厌氧反应器中的应用。在本专利技术提供的脱氮功能填料在厌氧反应器中的应用中，所述厌氧反应器中污水的溶解氧浓度为1.0-2.0mg/L，污水中COD浓度与硝态氮浓度的比值3≥C/N≥1.5；C/N如果大于3，就会使得反应器中的异养反硝化菌占优势菌，而异养菌和自养菌为竞争关系，此时自养菌就会减少，填料失去作用；所述脱氮功能填料体积为厌氧反应器体积的50-80％；所述厌氧反应器中，筛选异养反硝化菌、铁自养反硝化菌以及硫自养反硝化菌为优势菌。本专利技术的有益效果：(1)该填料比表面积大，在245.6m2/g以上，为微生物附着提供了充足的空间，使得反应器中有尽可能多的微生物存在。同时，填料还会改变水流的流动方向，使得废水与微生物充分接触，提高了污染物的去除效率。(2)填料中的铁粉和活性炭在水中形成铁碳微电解反应，产生还原型氢[H]和二价铁，[H]和二价铁将部分的硝态氮还原成氮气。(3)铁作为捕氧剂起到捕获消耗水中溶解氧，创造反硝化过程所必需的厌氧环境。(4)反硝化菌利用氢气和单质硫作为电子供体，形成铁自养反硝化反应和硫自养反硝化反应脱氮，减少硫有机碳源的投加，降低了成本。同时，由于自养反硝化菌世代周期长，污泥产生量少，避免了污泥膨胀现象的发生。(5)将铁自养反硝化反应与硫自养反硝化反应结合，铁碳微电解中产生的碱可以与硫自养反硝化中产生的酸发生中和反应，维持反应器中的酸碱平衡，使得反应器中的pH稳定在适合反硝化菌生长的范围。(6)在实际污水中COD浓度与硝态氮浓度的比值3≥C/N≥1.5时，使用本专利技术制备的脱氮功能填料的厌氧反应器不需要额外添加碳源，即可实现自养反硝化，利用生物化学法去除硝态氮。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图用来提供对本专利技术技术方案的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脱氮功能填料，按质量份计包含下列组分，还原铁粉20‑30％，活性炭8‑10％，硫磺30‑40％，金属催化剂2‑6％，粘合剂15‑20％，造孔剂3‑5％，pH调节剂3‑5％。

【技术特征摘要】
1.一种脱氮功能填料，按质量份计包含下列组分，还原铁粉20-30％，活性炭8-10％，硫磺30-40％，金属催化剂2-6％，粘合剂15-20％，造孔剂3-5％，pH调节剂3-5％。2.根据权利要求1所述的脱氮功能填料，其中，所述的金属催化剂选自铜粉、镁粉、锡粉、锰粉和钛粉中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的脱氮功能填料，其中，所述的粘合剂为硫酸钙、海藻酸钠、阿拉伯胶和聚乙烯醇中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的脱氮功能填料，其中，所述的造孔剂选自碳酸氢铵或草酸铵中的一种或两种。5.根据权利要求1所述的脱氮功能填料，其中，所述pH调节剂选自碳酸氢钠、磷酸二氢钠、氢氧化钠和碳酸钙中的一种或多种。6.根据权利要求1至5中任一项所述的脱氮功能填料，其中，所述还原铁粉粒径为150-200目；所述活性炭粒径为...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭剑峰，郑绍智，刘会娟，孙欣，曲久辉，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11