一种硫自养与异养反硝化脱氮生物填料的制备与应用制造技术

本发明专利技术公开了一种硫自养与异养反硝化脱氮生物填料的制备与应用，通过碱刻蚀使陶粒表面微孔和硅羟基数量增加，再利用高活性的二氯化二硫对碱改性陶粒表面进行活化处理，二氯化二硫可与陶粒表面的羟基官能团发生化学键合，使硫负载至陶粒表面形成Si‑O‑S并发生交联，形成稳定的网状结构。本发明专利技术提供的硫自养与异养反硝化脱氮生物填料能够实现硫自养与异养反硝化耦合，有利于微生物的附着生长，减少了碳源的添加，提升了种群丰富度，也使脱氮效率进一步提高，出水水质稳定。

Preparation and application of a sulfur autotrophic and heterotrophic denitrification biological filler

The invention discloses the preparation and application of a sulfur autotrophic and heterotrophic denitrification biological filler. Through alkali etching, the number of micropores and silicon hydroxyl groups on the surface of ceramsite is increased, and then the surface of alkali modified ceramsite is activated by high active sulfur dichloride. The sulfur dichloride can chemically bond with the hydroxyl groups on the surface of ceramsite to form Si \u2011 o \u2011 s on the surface of ceramsite And cross-linking occurs, forming a stable network structure. The sulfur autotrophic and heterotrophic denitrification biological filler provided by the invention can realize the coupling of sulfur autotrophic and heterotrophic denitrification, is conducive to the attachment and growth of microorganisms, reduces the addition of carbon sources, improves the population richness, further improves the denitrification efficiency, and stabilizes the effluent water quality.

【技术实现步骤摘要】
一种硫自养与异养反硝化脱氮生物填料的制备与应用
本专利技术属于废水深度处理与回用
，更具体地说，涉及一种硫自养与异养反硝化脱氮生物填料制备及应用
技术介绍
水体中的氮污染目前已成为威胁我国水体质量的主要问题之一，高含量的氮引起水体富营养化和水环境质量退化威胁着人们的健康。生物反硝化因其高效和低成本的特点被广泛的应用于深度脱氮，污水厂二级出水深度脱氮工艺主要有生物滤池、活性污泥法、高级氧化法及人工湿地等。其中反硝化生物滤池具备占地小、脱氮效率高、吸附过滤强、易于管理操作和投资费用少等优点，在污水厂出水深度脱氮领域具有良好的应用前景。现有反硝化技术分为异养反硝化与自养反硝化两种，前者是以投加有机物(甲醇、乙醇、醋酸等)作为反硝化基质来解决地下水的贫营养性问题，是饮用水反硝化领域中研究较为广泛的技术，单位体积反应器的处理量大，但存在成本高及残留的有机基质的二次污染问题；后者是以无机碳如碳酸根、碳酸氢根为碳源，主要以无机物(如H2，S2-，Fe，Fe2+，等)作为硝酸盐还原的电子供体完成微生物的新陈代谢，将硝酸盐还原为氮气。比如申请号CN201710966083.3的中国专利申请，公开了一种投加有机物协同硫自养反硝化强化脱氮的方法，包括以下步骤：在硫颗粒和碳酸钙颗粒的反应流程中，在反应器的进水中加入有机物，使反应器中硫自养反硝化菌和异氧反硝化菌同时存在。具体的，反应器中，硫颗粒与碳酸钙颗粒的体积比为1:0.7，且碳酸钙颗粒的粒径为1mm～5mm，硫颗粒的粒径为1mm～8mm。加入的有机物为乙酸钠，且按照C/N＝2.5的比例投加乙酸钠。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术中，通过在反应器的进水中加入少量有机物，硝氮的去除量得到了增加，明显强化了脱氮效果。其虽不需要外加碳源，但需要投加一定的碱度，且要想取得较好的处理效果，所需的水利停留时间较长。为解决上述问题，近年来，逐渐开始将自养反硝化与异养反硝化技术结合，用于生物反硝化成为了一种新的发展趋势，比如申请号CN201710966083.3为的中国专利申请，公开了一种硫自养反硝化脱氮除硫反应器，其以硫颗粒和碳酸钙颗粒作为反硝化滤池填料，往进水中加入外加碳源来实现自养与异养反硝化的耦合，但以硫与碳酸钙作为填料所含有的微生物量少，且两种填料属于简单的组合，密度和粒径不同，反冲洗时容易出现分层，影响脱氮效率。又如申请号CN201710414282.3的中国专利申请，公开了一种混合营养型反硝化填料及其制备和应用方法)其将活性炭、硫磺及固体碳源为原料制成反硝化生物填料，活性炭不利于微生物的挂膜，系统中所含有的微生物量少，且硫磺中的硫容易流出，对水体造成污染，且微生物对聚丁二酸丁二醇醋、聚己内醋和竣甲基纤维素等固体碳源的利用率低，限制了脱氮速率。对于反硝化生物滤池来说，其发挥作用的核心是填料的选择。填料一般分为有机填料和无机填料两类，有机填料包括聚丙烯，聚乳酸等，其弊端在于生产成本过高，生物挂膜难度大，比如申请号CN201710980165.3的中国专利申请，公开了一种可实现废水同步去除氨氮和总氮的水处理填料，其将多种物质组合在一起，形成内外两层的有机水处理填料，制作过程复杂，成本较高，且挂膜时间较长。无机填料包括火山岩，海绵铁，活性炭，陶粒等，相比于其他无机填料，陶粒具有生物附着性强、挂膜性能良好、机械强度高、大孔隙结构发达、表面粗糙等优点，微生物在陶粒表面易于附着与生长，为反硝化细菌的生长提供了良好的环境条件。以陶粒作为反硝化滤池填料，大多是利用异养反硝化技术脱除水中的氮。异养反硝化挂膜、脱氮速率快，一般需要外加碳源，这可能会导致出水COD升高，其出水总氮一般能达到一级A排放标准，但很难降至更低水平。申请号CN201811017455.9的中国专利申请，公开了一种利用固废制备陶粒的方法，其将城市脱水污泥与其他废弃物结合制备陶粒，成本较低，但其孔隙率较低，生物负载量较小，用于反硝化滤池很难达到很高的脱氮效率。传统的陶粒，主要是以粘土、页岩、粉煤灰、煤矿剥离物、黄土、污泥泥等为主要原料制成。化工企业的废料和矿渣在采用传统陶粒制备工艺后，生产的陶粒使用效果不理想，例如，现有使用粉煤灰或煤矿剥离物为基本原料制造的陶粒，陶粒强度较差，导致实用性不强。且单纯以陶粒作为生物填料，水处理效果也极其有限。因此，亟待开发一种新的高效反硝化脱氮生物填料，将其应用于废水处理，其具有极其重要的意义。
技术实现思路
1.要解决的问题本专利技术的目的之一是为了提供一种高效反硝化脱氮生物填料，使其在废水反硝化处理中能够实现硫自养与异养反硝化的耦合；同时本专利技术提供了上述高效反硝化生物填料的制备方法；同时本专利技术将上述生物填料于废水反硝化处理中运用，在保证处理效率的同时，以克服现有反硝化，硫自养与异养耦合反硝化水处理技术中生物挂膜时间长、处理效率难以进一步提高、生物膜分布不均匀、出水二次污染、出水硫酸根较高、填料分层等问题。2.技术方案为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种硫自养与异养反硝化脱氮生物填料，其特征在于：所述生物填料为表面负载硫的硫改性陶粒，所述硫与陶粒表面的Si、O元素通过价键结合形成Si-O-S。优选地，所述生物填料表面的Si-O-S交联，在陶粒表面形成网格结构。上述硫自养与异养反硝化脱氮生物填料的制备方法包括如下步骤：(1)碱改性：利用氢氧化钾对初级陶粒进行浸泡，浸泡完成后水洗，得到碱改性陶粒；(2)硫负载：将碱改性陶粒分散于石油醚溶剂中，缓慢滴加二氯化二硫，加热并搅拌，反应完成后得到硫自养与异养反硝化脱氮生物填料，反应过程中持续通入氮气。二氯化二硫的加入与改性陶粒表面的硅羟基反应，反应过程中隔绝氧气并持续通入氮气，隔绝氧气同时制造一定的压力环境，通过热压使陶粒表面的单、双硫键发生交联反应，制备出具有网格结构的硫自养与异养反硝化脱氮生物填料。优选地，以步骤(1)中所用的初级陶粒的量为基准，步骤(2)中所述二氯化二硫与初级陶粒的质量比为1:(5～6)。优选地，步骤(2)中，二氯化二硫的滴加速率为0.6～0.8mL/min，通入氮气的速率为8～12L/min。优选地，步骤(2)中所述加热温度为50～60℃，所述搅拌时间为10h，所述搅拌的搅拌速度为100～150r/min。此处需要说明的是，此步骤中的加热温度、搅拌时间以及搅拌速度是决定能否实现硫负载以及硫负载效果的关键，由于陶粒颗粒较大，且陶粒表面经过碱改性后含有多个硅羟基，且各硅羟基的存在空间位均不同，因此，此步骤中的加热温度、搅拌时间以及搅拌速度不可以随意改变，否则会造成硫负载失败，或者及时实现硫负载也无法在陶粒表面形成硫负载的网状结构。优选地，所述硫自养与异养反硝化脱氮生物填料的制备方法具体步骤如下：(1)烧制：将陶粒原料和粘结剂混合磨细，制成生料粉，烘干、冷却；将所述生料粉经盘式制球机制成2～3mm生料球，干燥冷却；将所述生料球于300～400℃的马弗炉中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硫自养与异养反硝化脱氮生物填料，其特征在于：所述生物填料为表面负载硫的硫改性陶粒，所述硫与陶粒表面的Si、O元素通过价键结合形成Si-O-S。/n

【技术特征摘要】
1.一种硫自养与异养反硝化脱氮生物填料，其特征在于：所述生物填料为表面负载硫的硫改性陶粒，所述硫与陶粒表面的Si、O元素通过价键结合形成Si-O-S。


2.根据权利要求1所述的硫自养与异养反硝化脱氮生物填料，其特征在于：所述生物填料表面的Si-O-S交联，在陶粒表面形成网格结构。


3.一种如权利要求1所述的硫自养与异养反硝化脱氮生物填料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)碱改性：利用氢氧化钾溶液对初级陶粒进行浸泡，浸泡完成后水洗得到碱改性陶粒；
(2)硫负载：将碱改性陶粒分散于石油醚溶剂中，缓慢滴加二氯化二硫，加热并搅拌，反应完成后得到硫改性陶粒，反应过程中持续通入氮气。


4.根据权利要求3所述的硫自养与异养反硝化脱氮生物填料的制备方法，其特征在于：以初级陶粒的使用量为基准，步骤(2)中所述二氯化二硫与初级陶粒的质量比为1:(5～6)。


5.根据权利要求3所述的硫自养与异养反硝化脱氮生物填料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述二氯化二硫的滴加速率为0.6～0.8mL/min，氮气的通入速率为8～12L/min。


6.根据权利要求3所述的硫自养与异养反硝化脱氮生物填料的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘波，程绍举，侯玉倩，张陈永，王梦良，杜凌峰，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32