一种多孔缓释碳填料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种多孔缓释碳填料及其制备方法，填料以质量份数比计，包括以下组分，沸石：水泥：农业生物质废弃物：铝粉＝1：(0.3～0.4)：(0.01～0.03)：(0.0005～0.0009)。本发明专利技术还公开了该多孔缓释碳填料在曝气生物滤池中处理废水的应用。本发明专利技术的多孔缓释碳填料，与其他填料相比，同等条件下挂膜速度快；对污染物(COD、NH4

【技术实现步骤摘要】
一种多孔缓释碳填料及其制备方法和应用
本专利技术属于水处理
，具体涉及一种多孔缓释碳填料及其制备方法和应用。
技术介绍
针对氮过量排放带来的环境问题，国家新增了氨氮这个约束性指标，目标是减排。经过将近10年的总量减排工作强力推进，化学需氧量、氨氮两项指标改善卓有成效，现需要对汇入富营养化湖库的河流和沿海地级及以上城市应实施总氮排放控制。填料不仅能够为微生物的附着提供载体，还能够过滤截留污水中的悬浮物。填料作为BAF核心组成部分，它的比表面积、孔隙率、粒径、水力流态、形状规则、强度、稳定性、吸附等物理、化学、生物特性直接影响反应器性能和污水处理的效果。目前国内应用较多的传统生物滤池的填料是以粘土和粉煤灰为主要原料的生物球形轻质多孔陶粒、页岩陶粒以及进口火山岩。由于生物陶粒和进口火山岩滤料的价格相对比较贵，而传统滤料如塑料蜂窝填料等不符合BAF的工艺要求。沸石作为曝气生物滤池填料，由于其形状不规则，水流阻力大，易堵塞，布水、布气不易均匀。沸石表面带有负电荷，单独作为曝气生物滤池填料时不利于微生物的挂膜生长；单独使用核桃壳挂膜，在长期运行下，由于微生物分解导致长时间运行后填料柱发生塌陷。使得BAF在工程上的应用受到很大限制。因此，开发性能良好同时又价格便宜的曝气生物滤料是必需的。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种多孔缓释碳填料，该释碳填料挂膜速度快，减少外加碳源的投放，脱氮性能好，并且原材料来源广泛，价格价廉。本专利技术的目的之二在于提供多孔缓释碳填料的制备方法，该制备方法的工艺简单易行，可制备出符合国家标准要求的填料。本专利技术的目的之三在于提供多孔缓释碳填料在曝气生物滤池中作为微生物载体的应用，与其他填料相比，同等条件下该填料挂膜速度快。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种多孔缓释碳填料，以质量份数比计，包括以下组分：沸石：水泥：农业生物质废弃物：铝粉＝1：(0.3～0.4)：(0.01～0.03)：(0.0005～0.0009)。进一步，以质量份数比计，包括以下组分：沸石：水泥：农业生物质废弃物：铝粉＝1：0.4：0.03：0.0005。进一步，农业生物质废弃物为核桃壳、板栗壳、花生壳、棉花壳中的一种或多种混合物。进一步，农业生物质废弃物为粉末状，粉末粒径小于0.1mm。进一步，该填料为球状颗粒，球状颗粒粒径为6～9mm。进一步，沸石的粒径为4～6mm。本专利技术还公开了所述的多孔缓释碳填料的制备方法，包括以下步骤：(1)原料准备：将沸石、水泥、农业生物质废弃物和铝均制成粉末；(2)搅拌制粒：将沸石粉末、水泥粉末、农业生物质废弃物粉末和铝粉按配比混合，搅拌均匀，然后加入水使其混合，通过制丸机成条，最终压制成6～9mm的球型颗粒；(3)养护：将制备的球型颗粒在自然条件下养护，测其抗压强度大于等于40N，则多孔缓释碳填料制备成功。进一步，养护的方法为：每天撒水养护，水将球型颗粒表面浸湿。本专利技术还公开了所述的多孔缓释碳填料作为微生物载体的应用。进一步，多孔缓释碳填料在曝气生物滤池中成功挂膜的时间为17天。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术公开的多孔缓释碳填料，以沸石为主要原料，以水泥、农业生物质废弃物和铝粉作为辅助原料，制备成小球状填料，水泥作为粘接剂，农业生物质废弃物作为碳源，铝粉作为成孔剂，不仅能够发挥沸石的多孔性、吸附性、离子交换性能和比较强的支撑作用，而且利用农业生物质废弃物作为固体碳源，减少外加碳源，农业生物质废弃物成本低廉还具有一定的骨架支撑作用，不易发生堵塞，填料的使用后期不易发生破损。进一步，当多孔缓释碳填料的组分为沸石：水泥：农业生物质废弃物：铝粉＝1：0.4：0.03：0.0005时，其抗压强度为103.8N，平均孔隙率为68％，表观密度为1.65g/cm3，含沙量为0.8587％。进一步，农业生物质废弃物作为一种农业固体废弃物，可采用核桃壳、板栗壳、花生壳或棉花壳，来源广泛、价格低廉。本专利技术公开的多孔缓释碳填料的制备方法，因为沸石和铝粉的添加，都起到了成孔的作用，同时水泥具有固化作用，经过养护，填料的抗压强度增加。保证了抗压强度，保证了填料的使用标准，所以本填料的制备方法减少了烧制的过程，采用自然养护的方法，该制备方法的工艺简单易行，节约了成本。附图说明图1铝粉含量对多孔缓释碳填料抗压强度的影响；图2核桃壳粉末对多孔缓释碳填料抗压强度的影响；图3水泥含量对多孔缓释碳填料抗压强度的影响；图4为挂膜启动期间COD变化曲线；图5为挂膜启动期间NH4+-N变化曲线；图6为曝气生物滤池运行阶段水力停留时间对总氮的影响曲线；图7为曝气生物滤池运行阶段水力停留时间对氨氮的影响曲线；图8为曝气生物滤池运行阶段停曝时间对总氮的影响曲线；图9为曝气生物滤池运行阶段停曝时间对氨氮的影响曲线。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。本专利技术的多孔缓释碳填料，以质量份数比计，包括以下组分，沸石：水泥：农业生物质废弃物：铝粉＝1：(0.3～0.4)：(0.01～0.03)：(0.0005～0.0009)。沸石的平均粒径为4～6mm，农业生物质废弃物经粉碎机粉碎过100目筛，粉末粒径＜0.1mm。农业生物质废弃物为核桃壳、板栗壳、花生壳、棉花壳中的一种或多种混合物，以下以核桃壳为例来说明。以沸石为原料，考察铝粉粉末的添加百分比对抗压强度的影响，这里的百分比指的是占沸石重量的百分数。由图1可知，当铝粉添加量从0.05％增大到0.09％，抗压强度由13.41N增大到29.197N，当添加量从0.09％增大到0.13％时，硬度由29.197增大到32.563N。可得出：在铝粉添加量从0.05％增大到0.09％时，填料的抗压强度增强显著。因此，综合考察时，铝粉添加量在选择范围为0.05％-0.09％。以沸石为原料，考察核桃壳粉末的添加百分比对抗压强度的影响，这里的百分比指的是占沸石重量的百分数。由图2可知，当核桃壳粉末含量由0-5％时，填料的抗压强度迅速下降，由73.31N下降至24.906N，核桃壳粉末添加量由1％-3％时填料抗压强度下降最快。因此，综合考察抗压强度选择核桃壳粉末添加量范围为1％-3％，能够同时保证抗压强度和有机碳含量。以沸石为原料，考察水泥粉末的添加百分比对抗压强度的影响，这里的百分比指的是占沸石重量的百分数。由图3可知，当水泥添加百分比从20％增大到40％时，填料抗压强度从18.16N增加到95.16N。其中，当水泥添加百分比从30％增大到40％时填料抗压强度从53.16N增大到93.16N，填料的抗压强度显著增强。因此选取30％-40％水泥添加百分比范围考察填料抗压强度较为理想。综合考虑这三个因素(核桃壳的添加量、铝粉的添加量、水泥的添加量)对填料抗压强度的影响，作三因素三水平的正交试验L9(33)。其正交实验表如表1所示。由正交试验结果表1可知，R值的大小表示正交试验抗压强度所受影响：水泥添加量>铝粉添加量>核桃壳粉末添加量。正交表中水泥含量对应的1为30％，2为35％，3为40％，铝粉含量对应的1为0.05％，2为0.07％，3为0.09％，核桃壳粉末含量对应的1为1％，2为2％，3为3％。从表1中可得出，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔缓释碳填料，其特征在于，以质量份数比计，包括以下组分：沸石：水泥：农业生物质废弃物：铝粉＝1：(0.3～0.4)：(0.01～0.03)：(0.0005～0.0009)。

【技术特征摘要】
1.一种多孔缓释碳填料，其特征在于，以质量份数比计，包括以下组分：沸石：水泥：农业生物质废弃物：铝粉＝1：(0.3～0.4)：(0.01～0.03)：(0.0005～0.0009)。2.根据权利要求1所述的多孔缓释碳填料，其特征在于，以质量份数比计，包括以下组分：沸石：水泥：农业生物质废弃物：铝粉＝1：0.4：0.03：0.0005。3.根据权利要求1所述的多孔缓释碳填料，其特征在于，农业生物质废弃物为核桃壳、板栗壳、花生壳、棉花壳中的一种或多种混合物。4.根据权利要求1所述的多孔缓释碳填料，其特征在于，农业生物质废弃物为粉末状，粉末粒径小于0.1mm。5.根据权利要求1所述的多孔缓释碳填料，其特征在于，该填料为球状颗粒，球状颗粒粒径为6～9mm。6.根据权利要求1所述的多孔缓释碳填料，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁绍兰，王娟娟，樊琼，谢林花，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61