自养异养协同生物反硝化法脱氮用材料及制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种自养异养协同生物反硝化法脱氮用材料及制备方法与应用，涉及微生物法水处理技术领域，为解决现有自养或异养脱氮技术存在的问题，本发明专利技术提供的自养异养协同生物反硝化法脱氮用材料包括含硫物质、农林废弃物有机物和矿物粘合剂，并通过特殊热处理工艺制备改材料，所制备的材料弥补了自养与异养反硝化各自自身的缺陷，能够保证脱氮系统长期稳定运行，脱氮效率高。

【技术实现步骤摘要】
自养异养协同生物反硝化法脱氮用材料及制备方法与应用
本专利技术涉及微生物法水处理
，具体涉及一种自养异养协同生物反硝化法脱氮用材料及制备方法与应用。
技术介绍
自然水体中氮、磷化合物浓度过高引发水中藻类大量繁殖，是造成水体富营养化现象的关键原因。过度繁殖的藻类大量死亡后腐烂变质，使得水体水质急剧恶化。如2007年，太湖流域蓝藻疯狂生长，无锡全城供水中断长达一周，造成数十亿元的经济损失。当饮用水水源地受到含氮物质污染时，使得进入给水处理厂的原水中藻类浓度大幅升高，从而造成水体色度、浊度增加，并产生不良气味。常规给水处理工艺很难将这种受污染的水源水处理成达标的出厂自来水，因而给水厂必须对现有的运行工艺进行升级改造，使给水处理工艺的成本大幅上升，增大了工艺运行的复杂性。此外，藻类产生的各种有机物质还会在给水处理及其消毒的过程中转化成有毒有害的副产物，破坏饮用水水质，严重损害人民群众的身体健康。硝酸盐形态稳定，在饮用水中的含量过高会对人体造成危害。硝酸盐进入人体后经硝酸盐还原酶作用生成亚硝酸盐，亚硝酸盐会对人体产生严重的危害，使亚铁血红蛋白（正常）转变成高铁血红蛋白而失去运氧机能，造成机体组织缺氧，使皮肤黏膜青紫，潜伏期仅为0.5h至1h，症状为头晕、恶心、呕吐、全身无力、皮肤发紫，严重者会因呼吸衰竭而死。这种危害对婴儿特别是6个月以下的新生儿尤甚，能引起婴儿高铁血红蛋白症，俗称“蓝婴病”。为进一步降低污水含氮量，我国污水排放标准中有关含氮污染物的排放标准愈发严格。我国饮用水中NO3--N浓度上限为10mg/L，北京市更是在2012年7月实施的地方污水排放标准中规定，经城镇污水处理厂处理后排入地表I、II、III类水体的出水TN浓度不得高于10mg/L，严于现行的一级A排放标准，部分污水现行污水处理单元仅需要增加以反硝化工艺为主的深度处理单元以满足排放要求，如何高效、节能、无污染的进行深度脱氮处理成为亟待解决的环境问题。微生物法去除硝酸盐因其具有成本低，能耗小，出水稳定，产泥量低等特点日益受到广泛学者的关注，根据微生物所需碳源不同，生物反硝化又分为异养反硝化和自养反硝化，其中异养反硝化需要投加有机碳源，反硝化速率快，但存在进水水质波动的情况下易造成投加量不足或过量，影响出水水质和二次污染风险同时存在碱度产量好污泥产量高的缺陷；硫自养反硝化只需投加无机碳源，污泥产量低，但需要碱性材料维持反硝化系统的pH和大量硫酸盐生产。为解决现有微生物法反硝化存在的上述问题，协同反硝化体系逐渐成为了新的研究热点。自养-异养协同反硝化体系具有如下优点：1.异养反硝化呼吸作用产生的无机碳，可作为自养菌的碳源；2.自养反硝化产生的酸能与异养反硝化产生的碱中和，维持反应环境pH平衡；3.异养反硝化启动块，弥补自养反硝化启动慢的缺点；4.自养反硝化污泥产率低，缓解了异养反硝化污泥量大的缺点。现有的自养异养协同生物反硝化体系将异养和自养反应系统分离，这将增加工艺成本，或是直接将碳源投加到自养反硝化体系中，而分别投加碳源和硫源会因堵塞现象和投加方式产生额外的人工维护成本，无法实现经济高效深度脱氮的技术要求。然而人们对自养异养协同生物反硝化法脱氮用材料的研究非常有限，且还仅停留在实验室阶段，单就实验室阶段的公开数据看，目前的此类材料均不适用于大规模生产和使用，且普遍存在材料不利于微生物挂膜、原材料昂贵或加工成本昂贵、工艺过于复杂或对设备/环境要求严格导致不能实现大规模工业化生产线生产、加工工艺过于简单导致材料不稳定进而造成体系不能长期稳定运行、需要额外投加碳源或硫源、由于材料自身生物质特性及加工工艺的缺陷导致的水质二次污染或污泥产量高等问题。因此，开发一种价格低廉、操作简单、稳定高效的自养异养协同生物反硝化法脱氮用材料十分必要。
技术实现思路
为解决上述现有自养或异养脱氮技术存在的问题，及自养异养协同生物反硝化法脱氮用材料不能满足长期稳定运行及深度脱氮技术要求等问题，本专利技术提供一种自养异养协同生物反硝化法脱氮用材料及其制备方法。首先，本专利技术提供一种自养异养协同生物反硝化法脱氮用材料，包括含硫物质、农林废弃物有机物和矿物粘合剂。优选地，上述含硫物质与农林废弃物有机物的质量比为(1-3):1；矿物粘合剂质量占含硫物质、农林废弃物有机物与矿物粘合剂总质量的百分比为10-40%wt。在本专利技术的一些实施例中，上述含硫物质为纯度为90%wt以上的100-200目硫磺粉末或纯度85%wt以上的60-150目硫铁矿；农林废弃物有机物为木屑、秸秆、稻壳中的一种或多种，粒径为100-200目；矿物粘合剂为水泥、硅酸盐矿物粉末、石灰粉末或水玻璃。优选地，所述自养异养协同生物反硝化法脱氮用材料粒径为5-25mm。第二，本专利技术还提供上述自养异养协同生物反硝化法脱氮用材料的制备方法，包括以下步骤：1)取含硫物质、农林废弃物有机物混匀；2)向步骤1)所得混合物中添加矿物粘合剂，混匀得到混合料；3)使用机械造粒机将步骤2)制备的混合料进行造粒，得固体材料；4)将步骤3)制备的固体材料进行热处理，热处理结束后于干燥环境中冷却至室温，即得自养异养协同生物反硝化法脱氮用材料。优选地，步骤1)中所述含硫物质为纯度为90%wt以上的100-200目硫磺粉末或纯度85%wt以上的60-150目硫铁矿。优选地，步骤1)中所述农林废弃物有机物为木屑、秸秆、稻壳中的一种或多种，粒径为100-200目。优选地，步骤1)中所述含硫物质与农林废弃物有机物的质量比为(1-3):1。优选地，步骤2)中所述矿物粘合剂为水泥、硅酸盐矿物粉末、石灰粉末或水玻璃；矿物粘合剂质量占含硫物质、农林废弃物有机物与矿物粘合剂总质量的百分比为10-40%wt。在本专利技术的一些实施例中，步骤2)中所述矿物粘合剂为水泥、硅酸盐矿物粉末或石灰粉末，优选地，水泥、硅酸盐矿物粉末或石灰粉末的添加质量占含硫物质、农林废弃物有机物与矿物粘合剂总质量的百分比为20-40%wt，另外还添加占含硫物质、农林废弃物有机物与矿物粘合剂总质量的百分比为10-25%wt的水。在本专利技术的一些实施例中，步骤2)中所述矿物粘合剂为水玻璃，优选地，水玻璃的添加质量占含硫物质、农林废弃物有机物与矿物粘合剂总质量的百分比为10-32%wt；优选地，所述水玻璃为45-50%wt的水溶性硅酸盐的水溶液；所述水溶性硅酸盐包括硅酸钠。优选地，步骤3)所述造粒，制得的固体材料为圆柱体，直径为5mm，高为5mm。步骤4)所述冷却，降温速率为1-10℃/min。优选地，经步骤4)处理后得到的自养异养协同生物反硝化法脱氮用材料粒径为5-25mm。步骤4)所述热处理，在烘箱或马弗炉中进行。优选地，步骤4)所述热处理，可选择固定的热处理程序：以10-15℃/min速率升温至120-135℃后恒温加热15min，或者以5-10℃/min速率升温至150-165℃后加热10min。优选地，步骤4)所述热处理，利用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自养异养协同生物反硝化法脱氮用材料，其特征在于：由含硫物质、农林废弃物有机物和矿物粘合剂组成。/n

【技术特征摘要】
1.一种自养异养协同生物反硝化法脱氮用材料，其特征在于：由含硫物质、农林废弃物有机物和矿物粘合剂组成。


2.根据权利要求1所述的自养异养协同生物反硝化法脱氮用材料，其特征在于：所述含硫物质与农林废弃物有机物的质量比为(1-3):1；矿物粘合剂质量占含硫物质、农林废弃物有机物与矿物粘合剂总质量的百分比为10-40%wt。


3.根据权利要求1所述的自养异养协同生物反硝化法脱氮用材料，其特征在于：所述含硫物质为纯度为90%wt以上的100-200目硫磺粉末或纯度85%wt以上的60-150目硫铁矿；农林废弃物有机物为木屑、秸秆、稻壳中的一种或多种，粒径为100-200目；矿物粘合剂为水泥、硅酸盐矿物粉末、石灰粉末或水玻璃。


4.一种权利要求1-3任一项所述的自养异养协同生物反硝化法脱氮用材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)取含硫物质、农林废弃物有机物混匀；
2)向步骤1)所得混合物中添加矿物粘合剂，混匀得到混合料；
3)使用机械造粒机将步骤2)制备的混合料进行造粒，得固体材料；
4)将步骤3)制备的固体材料进行热处理，热处理结束后于干燥环境中冷却至室温，即得自养异养协同生物反硝化法脱氮用材料。


5.根据权利要求4所述的自养异养协同生物反硝化法脱氮用材料的制备方法，其特征在于：步骤2)所述矿物粘合剂为水泥、硅酸盐矿物粉末、石灰粉末或水玻璃；矿物粘合剂质量占含硫物质、农林废弃物有机物与矿物粘合剂总质量的百分比为10-40%wt。


6.根据权利要求4所述的自养异养协同生物反硝化法脱氮用材料的制备方法，其特征在于：步骤2)所述矿物粘合剂为水泥、硅酸盐矿物粉末或石灰粉末，优选地，水泥、硅酸盐矿物粉末或石灰粉末的添加质量占含硫物质、农林废弃物有机物与矿物粘合剂总质量的百分比为20-40%wt，另外还添加占含硫物质、农林废弃物有机物与矿物粘合剂总质量的百分比为10-25%wt的水。


7.根据权利要求4所述的自养异养协同生物反硝化法脱氮用材料的制备方法，其特征在于：步骤2)所述矿物粘合剂为水玻璃，水玻璃的添加质量占含硫物质、农林废弃物有机物与矿物粘合剂总质量的百分比为10-32%wt；水玻璃为45-50%wt的水溶性硅酸盐的水溶液；水溶性硅酸盐包括硅酸钠。


8.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈方鑫，冯传平，郝彦，彭彤，唐晟晔，
申请(专利权)人：北京涞澈科技发展有限公司，安徽涞澈水务科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11