一种多用途复合营养型脱氮材料及其制备和应用制造技术

本发明专利技术公开了一种多用途复合营养型脱氮材料及其制备和应用，所述复合营养型脱氮材料通过功能组分、缓冲组分、结构组分的混合、热熔、成型造粒进行制备；所述功能组分包括黄铁矿、农林废弃物；所述缓冲组分包括碳酸钙或碳酸钙矿物；所述结构组分包括发泡剂、粘合材料。所述复合营养型脱氮材料，可用于低碳氮比污水处理、污水厂尾水深度处理、人工湿地水质净化等场景，无需外加碳源，具有成本低、制备简单、适用范围广、水力性能好等优点。水力性能好等优点。水力性能好等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种多用途复合营养型脱氮材料及其制备和应用


[0001]本专利技术涉及水深度处理
，更具体的说是涉及一种多用途复合营养型脱氮材料及其制备和应用。

技术介绍

[0002]随着水生态环境质量受到越来越多的关注，对水环境质量与污水处理厂的排放标准提出了更高的要求。越来越多的污水处理厂采用了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918
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2002)中一级A标准的要求，甚至进一步将向地表水Ⅲ、Ⅳ类水标准靠拢。然而，由于碳氮比不足的问题普遍存在，污水总氮的脱除往往无法满足日益严苛的排放标准。目前，通常以外加有机碳源(乙酸钠、冰醋酸等)来满足传统异养脱氮过程的需求，这大大增加了运行成本以及运行维护的复杂度。因此，以硫、铁或亚铁等无机元素为电子供体的自养脱氮过程受到了越来越多的关注，其中较为直观的表现便是对于基于硫磺、还原铁粉等材料的自养型脱氮材料的开发，但这些单独基于自养型脱氮过程研制的材料往往存在脱氮效率低、出水硫酸盐浓度升高等问题。
[0003]因此，如何提供一种复合营养型脱氮材料实现高效水处理是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种多用途复合营养型(异养反硝化
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硫/铁自养反硝化)脱氮材料的制备方法及应用，是一种硫/铁基质
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有机质复合体系，有机质不仅可为异养反硝化提供碳源，而且也可为铁自养反硝化菌的脱氮代谢和生长提供电子及能源，配置该复合营养型脱氮材料的脱氮系统无需外加碳源，且脱氮效率相比单独自养脱氮过程有着极大的增强；所述多用途复合营养型脱氮材料，可用于以生物流化床、生物滤池、人工湿地为代表的典型水质净化场景，无需外加碳源，具有成本低、制备简单、适用范围广、水力性能好等优点。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]首先，本专利技术提供了一种多用途复合营养型脱氮材料，包括功能组分、缓冲组分和结构组分；
[0007]所述功能组分由自养功能材料和异养功能材料按质量比(1～9)：1的比例混合而成，所述自养功能材料为黄铁矿，所述异养功能材料为农林废弃物；
[0008]所述结构组分由粘合剂和发泡剂按质量比(6～10)：1的比例混合，所述粘合剂为聚乳酸，所述发泡剂为α
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烯基磺酸钠、偶氮二甲酰胺、AES合成蛋白中的一种。
[0009]自养功能材料为黄铁矿，其功能在于释放铁离子和硫离子作为自养脱氮过程的电子供体；异养功能材料为农林废弃物，其功能在于为异养脱氮过程提供电子和有机碳源，并作为铁自养脱氮过程的共代谢底物提供能量；缓冲组分可缓冲目标污水的pH值，并提供钙离子降低硫自养反硝化产生的硫酸盐在出水中的残留，以及提供无机碳源；粘合剂可粘合
各种材料，并帮助控制功能组成的释放速度；发泡剂提高材料的孔隙率。
[0010]优选的，所述功能组分与所述缓冲组分的质量比为(3～8)：1。
[0011]进一步的，目标水pH＜6.5时，所述功能组分与所述缓冲组分的质量比为(3～5)：1；目标水6.5≤pH≤8.5时，所述功能组分与所述缓冲组分的质量比为(5～6)：1；目标水pH＞8.5时，所述功能组分与所述缓冲组分的质量比为(6～8)：1。
[0012]优选的，所述功能组分和所述缓冲组分的总量与所述结构组分的质量比为(1～9)：1。
[0013]进一步的，目标水TN≤15mg/L时，所述功能组分和所述缓冲组分的总量与所述结构组分的质量比为(1～3)：1；目标水15mg/L＜TN＜100mg/L时，所述功能组分和所述缓冲组分的总量与所述结构组分的质量比为(4～7)：1；目标水TN≥100mg/L时，所述功能组分和所述缓冲组分的总量与所述结构组分的质量比为(7～9)：1。
[0014]优选的，所述农林废弃物为甘蔗渣、玉米芯、稻草中的一种。
[0015]优选的，所述缓冲组分为碳酸钙或碳酸钙矿物中的一种。
[0016]此外，本专利技术还提供了一种如上技术方案所述的多用途复合营养型脱氮材料的制备方法，包括以下步骤：
[0017]步骤一：功能组分预处理
[0018]将黄铁矿和农林废弃物进行清洗除杂后干燥，然后破碎过200～500目筛；
[0019]步骤二：反应成型
[0020]将步骤一预处理后的功能组分与缓冲组分按比例混匀，然后与熔融发泡后的结构组分在160～165℃温度条件加热状态下以100～300rpm的转速搅拌混合均匀，冷却定型后即得所述复合营养型脱氮材料。
[0021]优选的，所述结构组分熔融发泡过程具体为：
[0022]将发泡剂和粘合剂按比例混合后加热至155～180℃，边加热边550～700rpm转速搅拌，搅拌时间300～600s。
[0023]并且本专利技术还提供了如上技术方案的多用途复合营养型脱氮材料以及采用上述方法制备得到的多用途复合营养型脱氮材料的应用，应用于C/N＜3的水处理中。
[0024]优选的，可应用于水处理的生物流化床、生物滤池或人工湿地系统中，复合营养型脱氮材料可根据使用场景进一步进行破碎加工，其中，生物流化床系统中的材料尺寸d＝1～3mm，生物滤池系统中材料尺寸d＝2～15mm，人工湿地系统中材料尺寸d＝10～50mm。
[0025]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种多用途复合营养型脱氮材料及其制备和应用，具有如下有益效果：
[0026]1)传统生物脱氮工艺往往要求污水具有较高的C/N，才能保证脱氮过程的进行与效果，故往往需要外部投加乙酸钠等有机碳源，本专利技术在无需外部投加有机碳源的情况下，主要依靠铁/硫自养
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异养复合脱氮过程实现对C/N＜3污水的高效深度脱氮，有效提高了脱氮效率；
[0027]2)本专利技术采用缓冲策略降低硫自养脱氮过程的硫酸盐副产物影响，并同时采用聚乳酸架桥结构控制功能组分缓释速度，进而避免脱氮系统出水中的硫酸盐、有机物浓度过高而造成二次污染；
[0028]3)本专利技术可广泛适应以生物流化床、生物滤池、人工湿地为代表的典型水质净化
场景，具有成本低、制备简单、水力性能好等优点。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0030]图1为本专利技术一种多用途复合营养型脱氮材料的制备流程示意图；
[0031]图2为本专利技术实施例1中多用途复合营养型脱氮材料在生物流化床中的应用示意图；
[0032]图3为本专利技术实施例2中多用途复合营养型脱氮材料在生物滤池中的应用示意图；
[0033]图4为本专利技术实施例3中多用途复合营养型脱氮材料在人工湿地中的应用示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多用途复合营养型脱氮材料，其特征在于，包括功能组分、缓冲组分和结构组分；所述功能组分由自养功能材料和异养功能材料按质量比(1～9)：1的比例混合而成，所述自养功能材料为黄铁矿，所述异养功能材料为农林废弃物；所述结构组分由粘合剂和发泡剂按质量比(6～10)：1的比例混合，所述粘合剂为聚乳酸，所述发泡剂为α
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烯基磺酸钠、偶氮二甲酰胺、AES合成蛋白中的一种。2.根据权利要求1所述的一种多用途复合营养型脱氮材料，其特征在于，所述功能组分与所述缓冲组分的质量比为(3～8)：1。3.根据权利要求2所述的一种多用途复合营养型脱氮材料，其特征在于，目标水pH＜6.5时，所述功能组分与所述缓冲组分的质量比为(3～5)：1；目标水6.5≤pH≤8.5时，所述功能组分与所述缓冲组分的质量比为(5～6)：1；目标水pH＞8.5时，所述功能组分与所述缓冲组分的质量比为(6～8)：1。4.根据权利要求1所述的一种多用途复合营养型脱氮材料，其特征在于，所述功能组分和所述缓冲组分的总量与所述结构组分的质量比为(1～9)：1。5.根据权利要求4所述的一种多用途复合营养型脱氮材料，其特征在于，目标水TN≤15mg/L时，所述功能组分和所述缓冲组分的总量与所述结构组分的质量比为(1～3)：1；目标水15mg/L＜TN＜100mg/L时，所述功能组分和所述缓冲组分的总量与所述结构组分的质量比为...

【专利技术属性】
技术研发人员：金泰峰，
申请(专利权)人：上海尼普敦环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：