自活性反硝化载体材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种自活性反硝化载体材料，其包括由硫基粉末材料经熔化后冷却形成的颗粒状基体，以及分散耦合填充于颗粒状基体中的铁基粉末材料和碳酸盐粉末材料。其制备方法包括：S10、将硫基粉末材料、铁基粉末材料和碳酸盐粉末材料搅拌混合获得混合粉末材料；S20、加热混合粉末材料使其中硫基粉末材料熔化，搅拌使其中的铁基粉末材料和碳酸盐粉末材料分散于熔化物中，获得熔融混合物；S30、将熔融混合物分布注入冷却液中冷却为颗粒状材料，再经过滤并干燥后制备获得所述自活性反硝化载体材料。本发明专利技术提供的反硝化载体材料，将各组成成分通过熔融耦合后造粒，形成均一、稳定的载体材料，其应用于水处理领域中能够提升反硝化性能。

【技术实现步骤摘要】
自活性反硝化载体材料及其制备方法和应用
本专利技术属于污(废)水处理
，具体涉及一种自活性反硝化载体材料及其制备方法和应用。
技术介绍
氮素等营养在水体中积累导致富营养化，危害水生生物，其中许多城市地下水氮污染有逐年加重的趋势。农村地区普遍使用浅层地下水作饮用水，而过量使用化肥农药、污水灌溉等形成的氮源污染，导致很多地区的地下水受到不同程度的硝态氮盐污染。硝态氮盐能导致高铁血红蛋白症和诱发多种癌症，在较大剂量时还对人体血管神经和心血管系统存在不良影响，所以，硝态氮盐的污染问题引起了社会的广泛关注。目前，常规的硝态氮盐去除技术有物理处理技术、化学处理技术和生物处理技术。生物处理技术是指利用微生物的反硝化作用，具有出水稳定、产泥量低等特点，根据所需碳源不同，分为自养反硝化和异养反硝化。针对低碳氮比污(废)水，传统的异养反硝化生物滤池深度脱氮技术存在的药剂消耗量大、运行成本高，深度脱氮与减碳难以兼容的问题。硫自养反硝化技术由于其深度脱氮效果好，运行成本低而被广泛应用，其中硫磺-石灰石自养反硝化系统(SLAD)的应用最多。中国专利申请(CN201811453848.4)提出了一种基于硫铁矿的混合营养生物滤池同步脱氮除磷的方法，将硫铁矿或者硫铁矿与无机碳酸盐矿物简单混合后作为反硝化的载体填料，实际应用过程中载体填料的各组成成分存在消耗速率不一致，由此导致反硝化速率低且脱氮效果不稳定的问题。
技术实现思路
鉴于现有技术存在的不足，本专利技术提供一种自活性反硝化载体材料及其制备方法，以解决现有的反硝化载体材料的反硝化速率低的问题。为实现上述专利技术目的，本专利技术的一方面是提供了一种自活性反硝化载体材料，其包括颗粒状基体以及分散耦合填充于所述颗粒状基体中的铁基粉末材料和碳酸盐粉末材料；所述颗粒状基体是由硫基粉末材料经熔化后冷却形成的颗粒状基体，所述硫基粉末材料至少包括单质硫粉，所述铁基粉末材料和碳酸盐粉末材料是在所述硫基粉末材料熔化时进行分散耦合填充。优选的方案中，所述硫基粉末材料、所述铁基粉末材料和所述碳酸盐粉末材料之间的质量比为(1～20):(1～10):(1～5)。优选的方案中，所述硫基粉末材料为单质硫粉或单质硫粉与硫化钠粉和硫铁矿粉的混合物，所述铁基粉末材料选自还原性零价铁粉和海绵铁粉中的至少一种，所述碳酸盐粉末材料选自菱镁矿粉、菱铁矿粉和石灰石粉中的至少一种。优选的方案中，所述自活性反硝化载体材料中包裹有CO2气泡。优选的方案中，所述颗粒状基体的粒径为3mm～8mm；所述CO2气泡的直径为50μm～500μm。本专利技术的另一方面是提供一种如上所述的自活性反硝化载体材料的制备方法，其包括步骤：S10、将硫基粉末材料、铁基粉末材料和碳酸盐粉末材料搅拌混合获得混合粉末材料；S20、加热所述混合粉末材料使其中硫基粉末材料熔化，搅拌使其中的铁基粉末材料和碳酸盐粉末材料分散于熔化物中，获得熔融混合物；S30、将所述熔融混合物分布注入冷却液中冷却为颗粒状材料，再经过滤并干燥后制备获得所述自活性反硝化载体材料。优选的方案中，所述步骤S20中，加热所述混合粉末材料的加热温度为140℃～160℃。优选的方案中，所述步骤S30中，通过混合液分布器将所述熔融混合物分布注入冷却液中，注入速度为5mL/min～10mL/min。优选的方案中，所述步骤S20中，在搅拌的过程中通入CO2气体，使所述熔融混合物中包裹有CO2气泡，以使得最终获得的所述自活性反硝化载体材料中包裹有CO2气泡。本专利技术还提供了一种如上所述的自活性反硝化载体材料的应用，其中，将所述自活性反硝化载体材料加入到水处理反应器中，应用于水处理过程中进行脱氮。本专利技术提供的自活性反硝化载体材料，将各组成成分通过熔融耦合后造粒，形成均一、稳定的载体材料，其应用于水处理领域中能够提升反硝化速率，提高脱氮的稳定性。附图说明图1是本专利技术实施例中的自活性反硝化载体材料的制备方法的工艺流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本专利技术的实施方式仅仅是示例性的，并且本专利技术并不限于这些实施方式。在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，在附图中仅仅示出了与根据本专利技术的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本专利技术关系不大的其他细节。本专利技术实施例提供了一种自活性反硝化载体材料，其包括颗粒状基体以及分散耦合填充于所述颗粒状基体中的铁基粉末材料和碳酸盐粉末材料。其中，所述颗粒状基体是由硫基粉末材料经熔化后冷却形成的颗粒状基体，所述硫基粉末材料至少包括单质硫粉，所述铁基粉末材料和碳酸盐粉末材料是在所述硫基粉末材料熔化时进行分散耦合填充。在优选的方案中，所述硫基粉末材料、所述铁基粉末材料和所述碳酸盐粉末材料之间的质量比为(1～20):(1～10):(1～5)。在优选的方案中，所述硫基粉末材料为单质硫粉或单质硫粉与硫化钠粉和硫铁矿粉的混合物，所述铁基粉末材料选自还原性零价铁粉和海绵铁粉中的至少一种，所述碳酸盐粉末材料选自菱镁矿粉、菱铁矿粉和石灰石粉中的至少一种。如上实施例提供的自活性反硝化载体材料，用硫基复合材料和碳酸盐矿物为主要原料复配出自养反硝化载体材料，通过硫基材料表面负载的脱氮功能菌的自养反硝化过程实现总氮的去除，通过碳酸盐矿物材料中和H+过程中产生的金属离子将磷酸根沉淀实现同步除磷。反应原理如下：6NO3-+2FeS2+4H2O→3N2↑+4SO42-+2Fe(OH)3+2H+；50NO3-+55S0+38H2O+20CO2+4NH4+→25N2↑+55SO42-+4C5H7O2N+64H+；Fe3++PO43-→FePO4↓；Mg2++PO43-+NH4+→MgNH4PO4↓。如上实施例提供的自活性反硝化载体材料，将各组成成分通过熔融耦合后造粒，形成均一、稳定的载体材料，其应用于水处理领域中能够提升反硝化速率，提高脱氮的稳定性。在优选的方案中，碳酸盐粉末材料选自菱镁矿粉或菱铁矿粉，采用菱铁矿(主要成分FeCO3)和菱镁矿(主要成分MgCO3)替代传统的石灰石，反应产生的Fe2+、Mg2+离子可与硫酸根生成沉淀，降低出水硬度的同时能实现总磷、氨氮的去除。溶解氧溶度是限制反硝化反应的关键影响因素之一，当水溶液中溶解氧浓度较高时，会限制反硝化的进行。本专利技术优选的实施例中，采用零价还原性铁或者海绵铁作为除氧剂，降低溶解氧对反硝化的不利影响，从而提高自养反硝化速率。在优选的方案中，所述自活性反硝化载体材料中包裹有CO2气泡。具体地，多个CO2气泡分散分布于颗粒状的自活性反硝化载体材料中，载体材料在消耗过程中释放的CO2能补充无机碳源，提高反硝化速率。在优选的方案中，所述颗粒状基体的粒径为3mm～8mm；所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自活性反硝化载体材料，其特征在于，包括颗粒状基体以及分散耦合填充于所述颗粒状基体中的铁基粉末材料和碳酸盐粉末材料；所述颗粒状基体是由硫基粉末材料经熔化后冷却形成的颗粒状基体，所述硫基粉末材料至少包括单质硫粉，所述铁基粉末材料和碳酸盐粉末材料是在所述硫基粉末材料熔化时进行分散耦合填充。/n

【技术特征摘要】
1.一种自活性反硝化载体材料，其特征在于，包括颗粒状基体以及分散耦合填充于所述颗粒状基体中的铁基粉末材料和碳酸盐粉末材料；所述颗粒状基体是由硫基粉末材料经熔化后冷却形成的颗粒状基体，所述硫基粉末材料至少包括单质硫粉，所述铁基粉末材料和碳酸盐粉末材料是在所述硫基粉末材料熔化时进行分散耦合填充。


2.根据权利要求1所述的自活性反硝化载体材料，其特征在于，所述硫基粉末材料、所述铁基粉末材料和所述碳酸盐粉末材料之间的质量比为(1～20):(1～10):(1～5)。


3.根据权利要求2所述的自活性反硝化载体材料，其特征在于，所述硫基粉末材料为单质硫粉或单质硫粉与硫化钠粉和硫铁矿粉的混合物，所述铁基粉末材料选自还原性零价铁粉和海绵铁粉中的至少一种，所述碳酸盐粉末材料选自菱镁矿粉、菱铁矿粉和石灰石粉中的至少一种。


4.根据权利要求1-3任一所述的自活性反硝化载体材料，其特征在于，所述自活性反硝化载体材料中包裹有CO2气泡。


5.根据权利要求4所述的自活性反硝化载体材料，其特征在于，所述颗粒状基体的粒径为3mm～8mm；所述CO2气泡的直径为50μm～500μm。


6.一种如权利要求1-5任一所述的自活性反硝化载体材料的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄毅璇，王胜凡，王磊，林巍，严声乐，
申请(专利权)人：深圳市播绿者生态科技股份有限公司，深圳市深港产学研环保工程技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44