專利名稱：一種同步脫氮除磷的曝氣生物濾池填料制備方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微污染源水深度處理的方法。背景技術(shù)：
曝氣生物濾池(BAF，Biological Aerated Filter)也叫淹沒式曝氣生物濾池(SBAF，Submerged Biological Aerated Filter)。國(guó)外從20世紀(jì)初開始進(jìn)行研究，于80年代末基本成型，后不斷改進(jìn)，并開發(fā)出多種形式。在開發(fā)過程中，充分借鑒了污水處理接觸氧化法和給水快濾池的設(shè)計(jì)思路，集曝氣、高濾速、截留懸浮物、定期反沖洗等特點(diǎn)于一體。其工藝原理為，在濾池中裝填一定量粒徑較小的粒狀濾料，濾料表面生長(zhǎng)著生物膜，濾池內(nèi)部曝氣，污水流經(jīng)時(shí)，利用濾料上高濃度生物膜的強(qiáng)氧化降解能力對(duì)污水進(jìn)行快速凈化，此為生物氧化降解過程；同時(shí)，因污水流經(jīng)時(shí)，利用濾料粒徑較小的特點(diǎn)及生物膜的生物絮凝作用，截留污水中的大量懸浮物，且保證脫落的生物膜不會(huì)隨水帶出，此為截留作用；運(yùn)行一定時(shí)間后，因水頭損失的增加，需對(duì)濾池進(jìn)行反沖洗，以釋放截留的懸浮物并更新生物膜，此為反沖洗過程。生物陶粒是曝氣生物濾池中微生物膜的載體，是生物棲息、繁殖的場(chǎng)所，同時(shí)在運(yùn)行過程中起到截留懸浮物的作用。因此，生物濾料是曝氣生物濾池的核心，直接影響著曝氣生物濾池的運(yùn)行效能；同時(shí)，由于生物陶粒在曝氣生物濾池的建設(shè)投資中占有相當(dāng)大的比例，所以陶粒的選擇，關(guān)系到曝氣生物濾池技術(shù)的經(jīng)濟(jì)合理，而目前市售陶粒都是通過高溫煅燒，陶粒填料表面結(jié)釉、開放性孔隙率低的缺點(diǎn)，生物負(fù)載量低。建筑用粉煤灰加氣混凝土具有密度小、空隙率高、表面粗糙，有利于微生物附著，含有豐富的水化硅酸鹽。粉煤灰加氣混凝土中的水化硅酸鹽對(duì)水中的磷具有很強(qiáng)的吸附作用，可以高效吸附去除水中的磷酸鹽。中國(guó)專利文獻(xiàn)CN102531485A和CN102557550 A公開了兩種曝氣生物濾池填料及其制備方法，兩種填料是以黃河淤沙和建筑渣土為骨料，添加水泥，無機(jī)膠黏劑硅酸納、硅酸鋁、磷酸鹽、氧化物、硫酸鹽或硼酸鹽，混合均勻后，造粒，然后灑水養(yǎng)護(hù)，獲得了兩種曝氣生物濾池填料。上述兩種曝氣生物濾池填料，沒有添加成孔劑，空隙率低，開放性孔隙率低，生物負(fù)載量低，而且在造粒過程中添加了無機(jī)膠黏劑，增加了材料的制備成本，也不節(jié)能環(huán)保。三
發(fā)明內(nèi)容
隨著建筑節(jié)能環(huán)保要求的提高以及保護(hù)耕地嚴(yán)格要求，建筑用粉煤灰加氣混凝土砌塊成為城市建筑的重要非承重墻體的砌筑材料。大中城市粉煤灰加氣混凝土砌塊廠普遍存在，由于粉煤灰加氣混凝土砌塊比通常的粘土磚強(qiáng)度低，生產(chǎn)過程中殘次品率較高，通常的處理方法是把粉煤灰加氣混凝土砌塊廢品粉碎后作為原料重新加入到粉煤灰加氣混凝土砌塊生產(chǎn)中，沒有發(fā)揮其應(yīng)有的價(jià)值。本發(fā)明人首先認(rèn)識(shí)到粉煤灰加氣混凝土砌塊中主要組分是水化硅酸鈣、水化硅鋁酸鈣(圖1)，具有較大的比表面積(大于60m2/g)，對(duì)水中微量的磷具有高效吸附凈化作用，可以用于廢水除磷(圖2)。
粉煤灰加氣混凝土砌塊濾料吸附磷性能評(píng)價(jià)采取如下步驟:把建筑用粉煤灰加氣混凝土砌塊破碎過200目篩，獲得小于200目(75 μ m)粉體，分別稱取0.1g粉煤灰加氣混凝土的樣品加入到若干個(gè)150mL錐形瓶中，再分別加入IOOmL濃度為0.5、2、5、10、15mg/L的pH值為7的KH2PO4溶液，將所有錐形瓶密封置于恒溫振蕩器內(nèi)，依次在25 °C下，以175-180r/min的速率振蕩至吸附平衡。測(cè)定各自磷的平衡吸附濃度，計(jì)算相應(yīng)的平衡吸附量。從圖2可以看出溫度在25°C時(shí)，粉煤灰加氣混凝土對(duì)磷的最大吸附容量Qe約為3.904 mg/g,遠(yuǎn)大于文獻(xiàn)報(bào)道的沸石吸附劑(0.101 mg/g)。當(dāng)磷的初始濃度為0.5 mg/L、2mg/L,粉煤灰加氣混凝土對(duì)磷吸附去除率在97%以上,磷的剩余濃度均小于0.1 mg/L,表明粉煤灰加氣混凝土是一種深度除磷的高性能材料。粉煤灰加氣混凝土砌塊具有密度小、空隙率高，用于曝氣生物濾池填料負(fù)載微生物量高、反沖洗耗水量低，用于曝氣生物濾池填料具有處理廢水氨氮硝化效率高的特點(diǎn)。發(fā)明人把粉煤灰加氣混凝土高效吸附磷的特性和高容量負(fù)載微生物的特點(diǎn)結(jié)合起來，把粉煤灰加氣混凝土砌 塊制備成曝氣生物濾池填料(圖3)，用于微污染源水同步脫氮除磷。
本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案:
一種同步脫氮除磷的曝氣生物濾池填料的制備方法，其特征在于以粉煤灰加氣混凝土砌塊生產(chǎn)廠的殘次品為原料，用破碎機(jī)破碎成顆粒，通過篩分獲得3-6_、或者6-10_、或者10-20mm粒徑范圍顆粒材料；
將制備的粉煤灰加氣混凝土砌塊顆粒物用水沖洗消除游離石灰及浮塵，或者用富含二氧化碳的煙氣洗滌水淋洗加速碳化，降低粉煤灰加氣混凝土砌塊顆粒物的堿度，使顆粒物浸水后的平衡PH小于9，達(dá)到適宜微生物附著的pH條件。其使用方法是把用粉煤灰加氣混凝土砌塊廢品制備的顆粒材料以顆粒自然堆積的方式裝填到曝氣生物濾池，用上升流方式向?yàn)V池輸入欲處理的廢水，廢水中微生物，如硝化菌、反硝化菌，在作為濾料的粉煤灰加氣混凝土顆粒物內(nèi)部空隙和表面附著生長(zhǎng)、繁殖，直至廢水中氨氮、總氮、磷、COD去除率達(dá)到穩(wěn)定，曝氣生物濾池填料中微生物掛膜成功。
四

圖1粉煤灰加氣混凝土 XRD分析結(jié)果
圖2粉煤灰加氣混凝土吸附水中微量磷的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(吸附等溫曲線)。圖3粉煤灰加氣混凝土砌塊制備的顆粒濾料實(shí)物照片
圖4粉煤灰加氣混凝土砌塊顆粒濾料處理模擬微污染源水的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，A-粉煤灰加氣混凝土顆粒物去除氨氮效果，B-粉煤灰加氣混凝土顆粒物去除總氮效果，C-粉煤灰加氣混凝土顆粒物去除COD效果，D-粉煤灰加氣混凝土顆粒物去除P效果。圖4粉煤灰加氣混凝土砌塊顆粒濾料掃描電鏡圖。粉煤灰加氣混凝土砌塊顆粒濾料表面粗糙，氣孔分布比較均勻，存在大量開放性氣孔。圖5粉煤灰加氣混凝土砌塊顆粒濾料表面生物膜的顯微鏡圖像。圖6濾料表面微生物膜革蘭氏染色后的光學(xué)顯微鏡照片。
五具體實(shí)施方式
非限定實(shí)施例敘述如下。實(shí)施例1:
把建筑粉煤灰加氣混凝土砌塊破碎過篩，獲得3-6mm粒級(jí)的顆粒，裝填進(jìn)入直徑100mm、高2000mm的濾柱。本試驗(yàn)采用自然掛膜，在氣水比在2:1的情況下，水力負(fù)荷在
0.3m3/(m2.h)的條件下。曝氣生物濾池正常運(yùn)行5個(gè)月，對(duì)主要污染物COD、NH3_N、P、SS、TN進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測(cè)(見圖4)。進(jìn)水COD、NH3-N, TN、P、SS 分別為 10_45mg/L、10_30mg/L、10_30mg/L、0.5_2mg/L時(shí)，5-100mg/L，曝氣生物濾池對(duì)去除COD、NH3-N, TN、P、SS去除率分別為85_97%、85_99%、85-93%、45-90%、90-95%。
實(shí)施例2:
把建筑用粉煤灰加氣混凝土砌塊破碎過篩，獲得6-10mm粒級(jí)的顆粒，裝填進(jìn)入直徑100mm、高2000mm的濾柱。本試驗(yàn)采用自然掛膜,氣水比在5:1的情況下,水力負(fù)荷在0.4m3/(m2.h)的條件下。曝氣生物濾池正常運(yùn)行5個(gè)月，對(duì)主要污染物C0D、NH3-N、P、SS、TN進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測(cè)(見圖4)。進(jìn)水COD、NH3-N, TN、P、SS 分別為 10-50mg/L、5-30mg/L、4-40mg/L、0.5-lmg/L 時(shí)，10-100mg/L,曝氣生物濾池對(duì)去除COD、NH3-N, TN、P、SS去除率分別為80-90%、85_90%、80-93%、50-90%、80-95%。
實(shí)施例3:
把建筑用粉煤灰加氣混凝土砌塊破碎過篩，獲得10-20_粒級(jí)的顆粒，裝填進(jìn)入直徑100mm、高2000mm的濾柱。本試驗(yàn)采用自然掛膜,氣水比在7:1的情況下,水力負(fù)荷在0.4m3/(m2.h)的條件下。曝氣生物濾池經(jīng)過正常運(yùn)行5個(gè)月，對(duì)主要污染物COD、NH3-N、P、TN、SS進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測(cè)(見圖4)。進(jìn)水 C0D、NH3_N、TN、P、SS 分別為 15_50mg/L、15_30mg/L、10_40mg/L、0.5-1.5mg/L時(shí)，20-100mg/L,曝氣生物濾池對(duì)去除COD、NH3-N, TN、P、SS去除率分別為70_97%、80_99%、75-90%、60-90%、90-95%。
權(quán)利要求
1.一種同步脫氮除磷的曝氣生物濾池填料的制備方法，其特征在于以粉煤灰加氣混凝土砌塊生產(chǎn)廠的殘次品為原料，用破碎機(jī)破碎成顆粒，通過篩分獲得3-6_、或者6-10_、或者10-20mm粒徑范圍顆粒材料； 將制備的粉煤灰加氣混凝土砌塊顆粒物用水沖洗消除游離石灰及浮塵，或者用富含二氧化碳的煙氣洗滌水淋洗加速碳化，降低粉煤灰加氣混凝土砌塊顆粒物的堿度，使顆粒物浸水后的平衡PH小于9，達(dá)到適宜微生物附著的pH條件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步脫氮除磷生物濾池填料，其使用方法是把用粉煤灰加氣混凝土砌塊廢品制備的顆粒材料以自然堆積的方式裝填到曝氣生物濾池，用上升流方式向?yàn)V池輸入欲處理的廢水，廢水中微生物，如硝化菌、反硝化菌，在作為濾料的粉煤灰加氣混凝土顆粒物內(nèi)部空隙和表面附著生長(zhǎng)、繁殖，直至廢水中氨氮、總氮、磷、COD去除率達(dá)到穩(wěn)定，曝氣生物濾池填料中微生物掛膜成功。
3.如權(quán)利要求1所述的粉煤灰加氣混凝土砌塊顆粒物的用途，其特征在于:所述粉煤灰加氣混凝土砌塊顆粒物在曝氣生物濾池中既作為微生物載體，又作為除磷吸附劑，應(yīng)用于微污染源水的深度處理 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種同步脫氮除磷的曝氣生物濾池填料制備方法及其應(yīng)用，其制備方法是把粉煤灰加氣混凝土砌塊或者砌塊生產(chǎn)廠的殘次品用破碎機(jī)破碎成顆粒，通過篩分獲得不同粒徑范圍顆粒材料，作為曝氣生物濾池填料。粉煤灰加氣混凝土具有密度小、空隙率高、比表面積大等特點(diǎn)，用于曝氣生物濾池填料具有吸附水中磷酸鹽容量大和負(fù)載微生物量高的特點(diǎn)，具有同步脫氮除磷的功能。
文檔編號(hào)C02F3/10GK103172168SQ201310042858
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月4日
發(fā)明者陳天虎, 鮑騰, 陳冬, 謝晶晶, 朱承駐 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)