一种基于功能载体的偶氮染料和总氮协同去除工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种基于功能载体的偶氮染料和总氮协同去除工艺，属于污水处理技术领域。本发明专利技术通过在水解酸化段填加电子介体功能型悬浮载体，通过自身氧化态和还原态之间的电子反复的转移加速偶氮染料的氧化还原反应，提高偶氮染料脱色速率，减轻偶氮染料的毒性中间产物对后续生物脱氮的负面影响；在缺氧/好氧段填加硝化功能型悬浮载体，强化脱氮过程，从而实现难降解污染物和总氮的协同去除。本发明专利技术运行操作简便，运行成本低，易于工程应用和推广。广。广。

【技术实现步骤摘要】
一种基于功能载体的偶氮染料和总氮协同去除工艺


[0001]本专利技术属于污水处理
，涉及一种基于功能载体的偶氮染料和总氮协同去除工艺。

技术介绍

[0002]偶氮染料是合成有机染料中应用最广泛的种类，其色度高、成分复杂、化学性质稳定，具有毒性、致癌性和致突变性。此外，偶氮染料废水中高浓度氮的排放会造成微生物基本营养比例失调，严重威胁生态系统和人体健康。考虑到偶氮染料废水的特性，是公认的难治理的一类高浓度有机废水，成为废水处理研究中的难点。
[0003]传统的物理化学处理技术因其成本高、二次污染严重，很少用于实际应用。目前广泛应用的技术为成本较低的生物处理技术。偶氮键在厌氧条件下裂解，难降解有机物降解为具有毒性的芳香胺类等中间产物，其在随后的好氧环境中被降解为无机物。然而由于电子转移限制的影响，反应速率较低。可利用电子介体加速微生物胞外电子传递的过程，提高生物氧化还原反应的速率，使污染物的降解速率得到显著提高。然而这些物质在生物处理过程中，需要定期的投加，容易与剩余污泥一起排出，这样就存在处理成本高，对环境造成二次污染等问题。
[0004]基于悬浮生物载体的处理工艺，如移动床生物膜反应器(MBBR)以及活性污泥与悬浮生物膜复合工艺(IFFAS)可以与其他工艺联合，耦合了活性污泥法和生物膜法的优点，并克服了二者的弊端，有良好的有机物和氮去除性能，经济适用。MBBR/IFFAS工艺的核心部分为悬浮生物膜载体，可以按照不同的需求对其进行功能化的改性。基于此，本专利技术采用水解酸化
‑
缺氧/好氧耦合工艺，分别在水解酸化段投加电子介体型悬浮载体，在缺氧/好氧段投加硝化功能型悬浮载体，处理含氮的偶氮染料废水。其中电子介体型悬浮载体强化细胞外电子转移，提高难降解污染的生物去除能力，同时解决成本高和再污染的问题。硝化功能型悬浮载体表面具有生物亲和性和氨氮吸附能力，富集脱氮功能菌，实现高效的脱氮。本工艺能够实现偶氮染料和总氮的高效协同去除。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，针对偶氮染料废水处理过程中存在的反应速率低、出水总氮超标等问题，旨在发展一种电子介体功能型与硝化功能型悬浮载体联用的水解酸化
‑
缺氧/好氧工艺。
[0006]本专利技术的技术方案：
[0007]一种基于功能载体的偶氮染料和总氮协同去除工艺，包括以下步骤：
[0008](1)偶氮染料和总氮协同去除工艺包括水解酸化段和缺氧/好氧段，水解酸化段中投加电子介体功能型悬浮载体，缺氧/好氧段中投加硝化功能型悬浮载体，投加量为反应器有效容积的10
‑
60％；
[0009]电子介体功能型悬浮载体和硝化功能型悬浮载体由有机高分子基料和改性功能
料熔融后，利用物理共混和螺杆挤出工艺制备而成；其中，有机高分子基料是高密度聚乙烯；以高密度聚乙烯的质量为基准，电子介体功能型悬浮载体的改性功能料为2
‑
10wt％的羰基化改性氧化石墨烯以及1
‑
5wt％的滑石粉，硝化功能型悬浮载体的改性功能料为2
‑
10wt％的天然沸石；
[0010]羰基化改性氧化石墨烯由氧化石墨烯(GO)的氨化、重铬酸钠氧化工艺制备而成，具体方法如下：
[0011]①
将GO分散在去离子水中制备GO溶液，用氨水调节其pH为10，90℃条件下水热反应6h后冷冻干燥，所得反应物固体记为N
‑
GO；
[0012]②
按3g:200ml的比例，将N
‑
GO分散于去离子水中，超声2h；随后在冰水浴条件下，按8g:125ml的比例加入H2SO4，按N
‑
GO与重铬酸钠3:40的质量比加入重铬酸钠，搅拌使其充分接触，反应3h后冷冻干燥。所得羰基化氧化石墨烯。
[0013](2)分别在水解酸化段和缺氧/好氧段一次性接种活性污泥；接种污泥可取自污水处理厂活性污泥，并使接种的污泥在反应器中的污泥浓度MLSS不低于2000mg/L。
[0014](3)采用间歇流进水方式，废水依次通过水解酸化段和缺氧/好氧段，水解酸化段的运行温度为27
‑
33℃，水力停留时间为40
‑
120min；缺氧/好氧的运行温度为室温，水力停留时间为180
‑
480min，其中缺氧期和好氧期的时间比为1:(3
‑
8)。
[0015]为确保载体和污泥以及水能够充分流化和均匀分布，在水解酸化段设置搅拌装置，在缺氧/好氧段设置曝气装置，通过转子流量计调节曝气量进而控制溶解氧浓度在缺氧期保持在0.5～1.5mg/L，在好氧期保持在2.0～3.0mg/L。
[0016]本专利技术的有益效果：
[0017](1)投加的电子介体功能型悬浮载体中包含羰基化氧化石墨烯，具有丰富的氧化还原反应活性位点，可以促进微生物胞外电子传递，提高偶氮染料的降解效率，改善电化学活性菌群在电子介体功能型悬浮载体上的富集效果，使其成为优势菌。
[0018](2)投加的硝化功能型悬浮载体中包含天然斜发沸石，有利于改善硝化菌群在硝化功能型悬浮载体上的富集效果，提高其丰度，从而有效强化系统的硝化性能。
[0019](3)投加的电子介体功能型与硝化功能型悬浮载体由于生物亲和性的改善，加速了微生物附着生长速度，提高了系统的微生物多样性。
[0020](4)电子介体功能型与硝化功能型悬浮载体联用的水解酸化
‑
缺氧/好氧工艺协同高效去除了难降解污染物偶氮染料和氮，减轻了偶氮染料的毒性中间产物对微生物的影响。
附图说明
[0021]图1是本专利技术的反应装置结构示意图。
[0022]图2为进出水酸性红B浓度(a)和去除效率(b)的变化。
[0023]图3为HA反应器出水COD浓度(a)、AO反应器出水COD浓度(b)、NH
4+
‑
N(c)和TN(d)的浓度变化。
[0024]图中：1污水；2水泵；3进水；4恒温水浴锅；5循环水；6搅拌器；7电子介体功能型悬浮载体；8出水；9曝气装置；10流量计；11曝气泵；12硝化功能型悬浮载体。
具体实施方式
[0025]以下结合附图和技术方案，详细叙述本专利技术的具体实施方式。
[0026]图1为本实施例的反应装置结构示意图。
[0027]1)共设置3组反应系统并行操作，每组设2个反应器(有机玻璃材质)，实验装置如图1所示。较小的反应器为水解酸化反应器(HA反应器)，直径60mm，高度260mm，工作容积2.9L；较大的反应器为缺氧好氧反应器(AO反应器)，直径90mm，高度300mm，工作容积4.0L。三组反应系统分别命名为R0、R1和R2，R0两个反应器均填充活性污泥；R1中HA反应器中填充普通PE载体，AO反应器中填充沸石改性硝化型载体；R2中HA反应器中填充电子介体改性载体，AO反应器中填充沸石改性硝化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于功能载体的偶氮染料和总氮协同去除工艺，其特征在于，包括以下步骤：(1)偶氮染料和总氮协同去除工艺包括水解酸化段和缺氧/好氧段，水解酸化段中投加电子介体功能型悬浮载体，缺氧/好氧段中投加硝化功能型悬浮载体，投加量为反应器有效容积的10
‑
60％；电子介体功能型悬浮载体和硝化功能型悬浮载体由有机高分子基料和改性功能料熔融后，利用物理共混和螺杆挤出工艺制备而成；(2)分别在水解酸化段和缺氧/好氧段一次性接种活性污泥；接种污泥可取自污水处理厂活性污泥，并使接种的污泥在反应器中的污泥浓度MLSS不低于2000mg/L；(3)采用间歇流进水方式，废水依次通过水解酸化段和缺氧/好氧段，水解酸化段的运行温度为27
‑
33℃，水力停留时间为40
‑
120min；缺氧/好氧的运行温度为室温，水力停留时间为180
‑
480min，其中缺氧期和好氧期的时间比为1:(3
‑
8)。2.根据权利要求1所述的基于功能载体的偶氮染料和总氮协同去除工艺，其特征在于，所述的有机高分子基料是高密度聚乙烯。3.根据权利要求1所述的基于功能载体的偶氮染料和总氮协同去除工艺，其特征在于，以高密度聚乙烯的质量为基准，所述的电子介体功能型悬浮载体的改性功能料为2
‑
10wt...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，梁昆，全燮，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：