專利名稱：一種硝化生物脫氮載體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及污水治理新材料領(lǐng)域，具體地，涉及一種硝化生物脫氮載體。
背景技術(shù)：
當今環(huán)境惡化、人口膨脹、資源短缺并列為阻礙人類社會可持續(xù)發(fā)展的三大世界性問題。煤、石油化工、制革等行業(yè)高氨氮污水對水環(huán)境的污染日趨嚴重。目前在國內(nèi)還沒有找到真正適合我國國情的治理技術(shù)，就現(xiàn)有的工藝技術(shù)而言，不是運行成本過高就是工藝技術(shù)不成熟，造成大多數(shù)高氨氮污水處理廠都不能正常運行，污染指標氨氮和總氮大部分是超標排放的，而總氮的去除率更低，幾乎沒有去除效果。所以目前對新的高效低能的脫氮工藝的研究已成為人們關(guān)注的熱點。傳統(tǒng)的脫氮處理過程包括硝化和反硝化兩個階段。在將有機氮轉(zhuǎn)化為氨氮的基礎(chǔ)上，硝化階段是將污水中的氨氮氧化為亞硝酸鹽氮或硝酸鹽氮的過程，大多是轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮；反硝化階段是將硝化過程中產(chǎn)生的硝酸鹽或亞硝酸鹽還原成氮氣的過程。當廢水中的氮以亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的形態(tài)存在時，僅需反硝化一個階段。曾有資料報道短程硝化-反硝化技術(shù)，把硝化反應(yīng)過程控制在氨氧化產(chǎn)生NO2-的階段，阻止NO2-進一步氧化， 直接以NO2-作為菌體呼吸鏈氫受體進行反硝化，在該工藝過程中必須要實現(xiàn)亞硝酸鹽的積累，阻止消化細菌的繁殖，由于受控制條件限制，目前在應(yīng)用上尚處于實驗室研究或小試階段，在工程應(yīng)用上目前尚無報道，而且要想通過以上兩種發(fā)法實現(xiàn)脫氮的目的，運行成本特別的高。要么在反硝化階段外加有機碳元(甲醇等)要么有相當量的硝化液回流，比如說簡單的城鎮(zhèn)生活污水，總氮在50mg/L左右，若要用傳統(tǒng)的脫氮技術(shù)解決總氮，那么硝化液的回流比至少在200 %以上，而對于含有較高濃度氨氮濃度的工業(yè)污水就更不用說了，不但要更大的池容，而且要更多的提升設(shè)備及其配套的攪拌系統(tǒng)、管道等，資金投入比較大，總氮的去除卻并不理想。目前國內(nèi)大多數(shù)河流、湖泊出現(xiàn)大面積藍藻、水華污染的主要原因就是以前對污水中氨氮的去除，采用的是傳統(tǒng)的方法或可靠的新型工藝技術(shù)，將氨氮的轉(zhuǎn)化只停留在亞硝酸鹽或硝酸鹽的階段后就直接排入受納水體，有的工藝技術(shù)甚至連氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽或硝酸鹽的過程幾乎都沒有。還有全程自養(yǎng)生物脫氮技術(shù)是就單個生物膜的內(nèi)、外而言，其原理上是可行的，但實際對總氮的去除率是相當?shù)牡停腿コ偟?，該技術(shù)幾乎沒有工業(yè)化應(yīng)用的推廣價值，因為到目前為止還沒有關(guān)于合理運用它的計算依據(jù)。綜上所述，傳統(tǒng)的生物脫氮技術(shù)以及資料上報道的新型生物脫氮技術(shù)，就其理論而言是可行的，但要真正實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用還是有一定的缺陷或不足，要么運行成本過高，給企業(yè)帶來的負擔過重，要么還處于實驗室研究階段，沒有可靠的計算依據(jù)及設(shè)計依據(jù)供參考
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對上述問題，提出一種硝化生物脫氮載體，以實現(xiàn)制備成本低廉、對高氨氮污水中目標污染物去除效果好、硝化一反硝化工藝過程在同一好氧池內(nèi)發(fā)生、反應(yīng)只控制在亞硝化階段，不發(fā)生硝化反應(yīng)，有效降低基建投資和運行成本的優(yōu)點。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種硝化生物脫氮載體，包括如下組分及重量配比聚醚多元醇100多異氰酸酯20 62硅酮表面活性穩(wěn)定劑1 3活性發(fā)泡劑3 30/K4 8叔胺類催化劑和/或有機金屬催化劑0. 5 0. 6。將上述重量配比的原料在25-35°C溫度下充分混合、攪拌，最終得到硝化生物脫氮載體。進一步地，所述聚醚多元醇官能度為2. 5 3，羥值為56或46，分子量為3000 3500。進一步地，所述多異氰酸酯，指數(shù)為105 115。進一步地，所述叔胺類催化劑為三乙烯二胺，2-二甲胺基乙基，高斯米特中的一種或幾種。進一步地，所述有機金屬催化劑為辛酸亞錫。本發(fā)明硝化生物脫氮載體可廣泛應(yīng)用于城鎮(zhèn)生活污水、煉油、煤化工污水、焦化廢水、皮革等工業(yè)污水的治理，更適合于工業(yè)污水中氨氮濃度比較高的皮革污水的污染治理。作用過程及原理使用本發(fā)明硝化生物脫氮載體處理高氨氮污水是在傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)的基礎(chǔ)上， 利用向曝氣池內(nèi)投加本發(fā)明硝化生物脫氮載體，在曝氣池內(nèi)單個生物載體的外表面實現(xiàn)亞硝化反應(yīng)，內(nèi)部實現(xiàn)亞硝酸鹽的反硝化，并不需要控制亞硝酸鹽的積累，使亞硝化、反硝化在同一曝氣池內(nèi)的同一個生物載體上發(fā)生。通過該工藝過程的合理應(yīng)用使污水中的氨氮、 總氮達到同時下降的目的。其基本原理如下本發(fā)明硝化生物脫氮載體特有的結(jié)構(gòu)，使介質(zhì)在載體外層逐漸向載體內(nèi)部滲透的過程中，逐漸形成外層好氧層，內(nèi)層缺氧/厭氧層，使得好氧的亞硝化菌和兼性反硝化菌共存于同一個生物載體上。氨氧化菌(亞硝化菌)一般附著在生物膜的表面，從外界獲得氧氣，把氨氮氧化成亞硝酸鹽；而反硝化所需的缺氧環(huán)境一般存在于生物載體的內(nèi)部，亞硝酸鹽和介質(zhì)中的有機物通過擴散進入硝化生物脫氮載體的內(nèi)部，在硝化生物脫氮載體內(nèi)層的缺氧部位，亞硝酸鹽和介質(zhì)中的有機物進行反硝化而變?yōu)榈獨夂投趸己笸瑫r被去除。 反硝化所需的底物亞硝酸氮并不是來自進水底物，而是通過生物膜自身的氨氧化作用產(chǎn)生的。所以，亞硝酸氮以及介質(zhì)中有機物的濃度是生物膜脫氮的關(guān)鍵。完全可以用生物載體的結(jié)構(gòu)和擴散理論來解釋硝化生物脫氮載體中發(fā)生短程生物脫氮的機制，如圖1所示。水中氨氮濃度較高時，在適宜的工況條件下，亞硝化速率很高，細胞間亞硝酸濃度過高的時候會促使亞硝酸氮向外擴散，致使水中的亞硝酸氮濃度升高。介質(zhì)在從生物載體外表面逐漸向內(nèi)部滲入或擴散的過程中，隨著氨氧化細菌的繁殖及亞硝化細菌的耗氧，介質(zhì)中的溶解氧逐漸降低，甚至達到缺氧或厭氧的程度，此時介質(zhì)中的底物亞硝酸氮和有機物在硝化生物脫氮載體內(nèi)部反硝化細菌的作用下發(fā)生反硝化過程，將亞硝酸鹽與有機物轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化成氮氣、二氧化碳和水。因此，當生物載體外表面的亞硝化速率等于內(nèi)部反硝化速率時，氨氮及總氮的去除率最高。實驗數(shù)據(jù)通過上述組分和質(zhì)量配備制備的硝化生物脫氮載體處理含氨氮廢水，年損失率在 8%以下，比表面積達到25m2/g以上，氨氮容積負荷達到0. 65kgNH3-N/m3載體· d，亞硝酸鹽的容積負荷在0. 6 3. 2kgN02-N/m3載體· d。本發(fā)明硝化生物脫氮載體能實現(xiàn)氨氮，總氮的同時去除，載體表面所生長的生物量達到30g/L以上。與活性污泥法相比，可以節(jié)省25% 的供氧量，降低能耗，減少占地面積；在C/N符合要求的情況下提高氨氮和總氮(TN)的去除率，氨氮的去除率在90%以上，在合理的工況條件下使總氮的去除率在80%以上。采用該項目工藝技術(shù)治理的城鎮(zhèn)生活污水，治理后的排放尾水中的各污染指標均能達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)的一級A標準，特別是常規(guī)污水處理工藝難以解決的污染指標——氨氮、總氮。采用該項目工藝技術(shù)治理的工業(yè)污水，使治理后排放尾水中的污染指標氨氮能達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)的一級排放標準。有益效果本發(fā)明一種硝化生物脫氮載體與現(xiàn)有技術(shù)相比較主要具有以下幾方面優(yōu)點1.傳統(tǒng)的生物脫氮工藝是氨氮一亞硝酸鹽一硝酸鹽一氮氣，也曾有資料報道的氨氮一亞硝酸鹽一氮氣，但未見真正的工業(yè)化實施，而本發(fā)明完全在工業(yè)化應(yīng)用中實現(xiàn)了氨氮一亞硝酸鹽一氮氣的轉(zhuǎn)化，真正實現(xiàn)了污水的生物脫氮過程。2.傳統(tǒng)生物硝化系統(tǒng)常采用的活性污泥或流化(固定)填料的比表面積相對來說都是比較小的，比表面積最大的也在15m2/g以下，而本發(fā)明硝化生物脫氮載體的比表面積在25m2/g以上，由于其具有相當大的比表面積，所以在其上固定了大量的微生物，生物負載量高達30g/L以上。3.傳統(tǒng)的生物載體對微生物的附著主要是依靠吸附作用固定的，成活后的微生物會隨污水的流動而流失。而本發(fā)明硝化生物脫氮載體在合成過程中添加了一定的高分子合成材料，使合成后的載體表面帶有一定的陽離子活性基團及羥基等親水性基團，與污水中帶有負電荷的微生物產(chǎn)生了鍵、價結(jié)合的固定化技術(shù)，結(jié)合牢固，成活后的微生物不容易在水、氣的剪切作用下流失。本發(fā)明硝化生物脫氮載體的選擇與加工上遵循以下基本原則1) 足夠的機械強度；2)優(yōu)良的穩(wěn)定性；3)良好的表面帶電特性；4)無毒性或抑制性；5)優(yōu)越的物理性狀；6)表面親水性。4.曾有資料報道過類似本發(fā)明硝化生物脫氮載體的生物載體，但其都是采用自然開孔的方法，孔徑大小與規(guī)格比較雜亂，而ZM系列載體在生產(chǎn)加工過程中有意的控制了載體的規(guī)格與開孔大小，開孔結(jié)構(gòu)是采用大孔與微孔相結(jié)合，本發(fā)明硝化生物脫氮載體獨特的結(jié)構(gòu)特征和運行特點是其能夠進行短程生物脫氮的根本原因。大孔主要用于水，氣介質(zhì)的通道，小孔甚至微孔用于生物膜的附著。5.氨氮的硝化是需要消耗堿度的，現(xiàn)有技術(shù)都是選擇投加燒堿的方法補充因硝化而消耗的堿度，PH突變范圍大，不易控制，影響硝化反應(yīng)發(fā)生的速率。本發(fā)明硝化生物脫氮載體是選擇投加具有緩沖作用的弱堿碳酸鈉，PH值突變范圍小，易控制，硝化過程穩(wěn)定，其適合的PH值范圍是7. 8 8. 0，該pH值有利于亞硝化菌的生長繁殖，不利于硝化菌的生長繁殖，當PH值超過8. 0時容易發(fā)生亞硝酸鹽向硝酸鹽的轉(zhuǎn)化。利用本發(fā)明硝化生物脫氮載體處理高氨氮污水短程生物脫氮工藝技術(shù)是在傳統(tǒng)生物污水處理工藝，特別是曝氣生物流化池污水處理技術(shù)的基礎(chǔ)上研究開發(fā)的新型生物脫氮工藝技術(shù)，其基礎(chǔ)技術(shù)是傳統(tǒng)生物脫氮的理論基礎(chǔ)。該生物脫氮工藝技術(shù)在研究開發(fā)時克服了傳統(tǒng)微生物載體對微生物固定不牢靠、微生物易流失的缺點。微生物與載體的結(jié)合力除了有簡單的物理吸附外，還有正、負電荷相吸的固定化技術(shù)，微生物與載體的結(jié)合力牢固，不易流失，生物負載量大，獨特的硝化生物脫氮載體結(jié)構(gòu)，使同一載體內(nèi)部有好氧、缺氧、厭氧環(huán)境的存在，從而使氨氮、總氮的去除在同一池內(nèi)發(fā)生。


附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中圖1為本發(fā)明硝化生物脫氮載體的生物脫氮的過程示意具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應(yīng)當理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。實施例一一種硝化生物脫氮載體，包括如下組分及重量配比官能度為2. 5，羥值為56，分子量為3000的聚醚多元醇100、指數(shù)為105 115的多異氰酸酯20、硅酮表面活性穩(wěn)定劑 1、活性發(fā)泡劑3、水4、三乙烯二胺叔胺類催化劑0. 5。將上述重量配比的原料在25°C溫度下充分混合、攪拌，最終得到硝化生物脫氮載體。處理高氨氮污水時，C/N符合要求的情況下提高氨氮和總氮(TN)的去除率，氨氮的去除率為95%，在合理的工況條件下使總氮的去除率為85%。實施例二一種硝化生物脫氮載體，包括如下組分及重量配比官能度為3，羥值為46，分子量為3500的聚醚多元醇100、指數(shù)為105 115的多異氰酸酯62、硅酮表面活性穩(wěn)定劑3、 活性發(fā)泡劑30、水8、2_ 二甲胺基乙基叔胺類催化劑0. 6。將上述重量配比的原料在35°C溫度下充分混合、攪拌，最終得到硝化生物脫氮載體。處理高氨氮污水時，C/N符合要求的情況下提高氨氮和總氮(TN)的去除率，氨氮的去除率為98%，在合理的工況條件下使總氮的去除率為82%。實施例三一種硝化生物脫氮載體，包括如下組分及重量配比官能度為2. 7，羥值為56，分子量為3200的聚醚多元醇100、指數(shù)為105 115的多異氰酸酯20 42、硅酮表面活性穩(wěn)定劑2、活性發(fā)泡劑15、水6、斯米特叔胺類催化劑0. 2、辛酸亞錫有機金屬催化劑0. 35。
將上述重量配比的原料在30°C溫度下充分混合、攪拌，最終得到硝化生物脫氮載體。處理高氨氮污水時，在C/N符合要求的情況下提高氨氮和總氮(TN)的去除率，氨氮的去除率為94%，在合理的工況條件下使總氮的去除率為89%。最后應(yīng)說明的是以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明， 盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換。 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種硝化生物脫氮載體，其特征在于，包括如下組分及重量配比聚醚多元醇100多異氰酸酯20 62硅酮表面活性穩(wěn)定劑1 3活性發(fā)泡劑3 30水4 8叔胺類催化劑和/或有機金屬催化劑 0. 5 0. 6。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硝化生物脫氮載體，其特征在于，所述聚醚多元醇官能度為 2. 5 3，羥值為56或46，分子量為3000 3500。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硝化生物脫氮載體，其特征在于，所述多異氰酸酯，指數(shù)為 105 115。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硝化生物脫氮載體，其特征在于，所述叔胺類催化劑為三乙烯二胺，2-二甲胺基乙基，高斯米特中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硝化生物脫氮載體，其特征在于，所述有機金屬催化劑為辛酸亞錫。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硝化生物脫氮載體，包括如下組分及重量配比聚醚多元醇100、多異氰酸酯20～62、硅酮表面活性穩(wěn)定劑1～3、活性發(fā)泡劑3～30、水4～8、叔胺類催化劑和/或有機金屬催化劑0.5～0.6。本發(fā)明通過采用最佳的組分和合理的物料配比實現(xiàn)了制備成本低廉、對高氨氮污水中目標污染物去除效果好、硝化—反硝化工藝過程在同一好氧池內(nèi)發(fā)生、反應(yīng)只控制在亞硝化階段，不發(fā)生硝化反應(yīng)，有效降低基建投資和運行成本的優(yōu)點。
文檔編號C02F3/10GK102285716SQ20101020444
公開日2011年12月21日 申請日期2010年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月21日
發(fā)明者李婭琳, 武鵬 申請人:李婭琳