本發(fā)明涉及一種基于再生水深度脫氮除磷的復(fù)合填料的制備方法及應(yīng)用，屬于環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

再生水的深度脫氮除磷是實(shí)現(xiàn)污水資源化利用的有效途徑。為確保再生水的回用安全，需對其進(jìn)行深度脫氮除磷。針對其水質(zhì)本身低碳比的特點(diǎn)，目前在脫氮方面，硫自養(yǎng)反硝化工藝往往因其無需投加碳源、價(jià)格低廉等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用，但該工藝會(huì)造成出水pH偏低，一定程度上制約了脫氮效果，因此需要添加一定量的石灰石中和硫自養(yǎng)反硝化過程中產(chǎn)生的H⁺，從而改善反硝化效果。在除磷方面，傳統(tǒng)的生物除磷很難達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，需要結(jié)合化學(xué)法來強(qiáng)化除磷效果，而海綿鐵填料因其高效的除磷能力成為水處理領(lǐng)域常用的除磷填料。因此，將硫磺、石灰石和海綿鐵三者混合在一起可以在低碳氮比的條件下實(shí)現(xiàn)再生水的同步脫氮除磷。

目前在硫磺海綿鐵復(fù)合填料的應(yīng)用過程中往往會(huì)因?yàn)槌霈F(xiàn)填料板結(jié)的問題而使處理效果受到影響；此外，填料顆粒的粒徑大小，不同填料間的混合均勻程度等因素也會(huì)在一定程度上影響填料的利用效率、系統(tǒng)內(nèi)的反應(yīng)速率，從而影響系統(tǒng)脫氮同步除磷的能力。因此，針對上述問題開發(fā)出一種具有更高脫氮除磷能力的復(fù)合填料，對再生水的深度脫氮除磷具有重要的意義和良好的應(yīng)用前景。本發(fā)明同時(shí)得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和北京工業(yè)大學(xué)第十四屆研究生科技基金項(xiàng)目的大力支持。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于開發(fā)出一種脫氮同步除磷能力更高效的復(fù)合填料應(yīng)用于再生水深度處理方面。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案。

一種基于再生水深度脫氮除磷的復(fù)合填料，其特征在于：復(fù)合填料有內(nèi)外兩層不同組分的材料組成，其內(nèi)層組成材料為硫磺粉、海綿鐵粉和硅酸鹽水泥，按體積比為硫磺粉40％，海綿鐵粉20％，硅酸鹽水泥40％；其外層組成材料包括硫磺粉、海綿鐵粉和石灰石粉，按體積比為硫磺粉60％，海綿鐵粉20％，石灰石粉20％。

一種基于再生水深度脫氮除磷的復(fù)合填料的制備方法，其特征在于：

步驟一按照內(nèi)層材料組成與配比取料混合得到混合粉末；

步驟二加入步驟一混合粉末質(zhì)量40％的水?dāng)嚢杈鶆虻玫綕{體；

步驟三加入步驟二漿體質(zhì)量1.5％的雙氧水?dāng)嚢杈鶆蚝蠓€(wěn)定2分鐘，制備成3～5mm的顆粒待用；雙氧水質(zhì)量百分比濃度為30％；

步驟四按照外層材料組成與配比取料混合均勻后平鋪在托盤中；

步驟五取步驟三制備出的顆粒放入步驟四的托盤中震蕩，使其自然粘附托盤中的粉末，待其粒徑達(dá)到5～8mm時(shí)停止粘附；

步驟六最后取出步驟五制備出的顆粒在室溫下靜置2天，待其充分凝結(jié)硬化后使用。

本發(fā)明得到的復(fù)合填料經(jīng)過微生物掛膜培養(yǎng)后可以用于反硝化濾池中進(jìn)行再生水深度處理。

本發(fā)明所述的基于再生水深度脫氮除磷的復(fù)合填料的有益效果主要體現(xiàn)在：

1、采用本發(fā)明的制備方法，增大了有效組分(硫磺，海綿鐵，石灰石)的比表面積，同時(shí)也使得各組分之間混合更加均勻充分，提高了有效組分的利用效率；

2、與傳統(tǒng)的顆粒復(fù)合填料相比，該復(fù)合填料可使系統(tǒng)的自養(yǎng)反硝化能力大大提高，硝態(tài)氮去除速率、總氮去除率分別提高1.86mg·L^-1·h^-1、25％。其原理為：由于本發(fā)明制備的填料增大了硫磺的比表面積，使得硫自養(yǎng)反硝化過程中的硫磺溶解速率增加，更容易被微生物所利用。從而使得自養(yǎng)反硝化的反應(yīng)速率和能力大大提升；

3、與傳統(tǒng)的顆粒復(fù)合填料相比，該填料除磷能力也有顯著提升，總磷去除率提高了約15％。其原理為：采用本發(fā)明制備的填料增大了海綿鐵、石灰石的比表面積，使得其更容易被硫自養(yǎng)反硝化過程中產(chǎn)生的H⁺所腐蝕，在該腐蝕過程中產(chǎn)生Fe²⁺、Ca²⁺與PO₄^2-結(jié)合以化學(xué)沉淀的形式將水中的總磷去除；

4、本發(fā)明方法的制備過程中由于使用了H₂O₂發(fā)泡的技術(shù)手段，使得填料表面產(chǎn)生許多微孔，有利于微生物的附著掛膜；

5、本發(fā)明方法制備過程中操作簡單，成本低廉，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。

6、如上所述，由于本發(fā)明方法中有效組分間的混合更為均勻，從而使得填料不易引發(fā)堵塞、板結(jié)等問題，也因此避免了填料的浪費(fèi)。其原理為：海綿鐵與硫磺等充分混合接觸，使得其更容易被硫自養(yǎng)反硝化產(chǎn)生的H⁺所腐蝕，避免出現(xiàn)傳統(tǒng)顆粒填料系統(tǒng)中的鈍化問題，從而避免復(fù)合填料的板結(jié)、堵塞。

附圖說明

圖1復(fù)合填料制備實(shí)物圖

圖2實(shí)驗(yàn)組與對照組的硝酸鹽去除速率和總氮去除率對比

圖3實(shí)驗(yàn)組與對照組的總磷去除率對比

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以下實(shí)例旨在說明本發(fā)明，并不限制本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例

1.復(fù)合填料的制備

步驟一將硫磺粉(150目)、海綿鐵粉(40目)和標(biāo)號(hào)為42.5的普通硅酸鹽水泥按體積比4:2:4均勻混合；

步驟二加入步驟一粉末質(zhì)量40％的水(水灰比0.4)攪拌均勻；

步驟三加入步驟二漿體質(zhì)量1.5％的雙氧水(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％)攪拌均勻后穩(wěn)定約2分鐘，制備成3～5mm的顆粒待用；

步驟四將硫磺粉、海綿鐵粉、石灰石粉按體積比3:1:1混合均勻平鋪在托盤中；

步驟五取步驟三制備出的顆粒放入步驟四的托盤中震蕩，使其自然粘附托盤中的粉末，待其粒徑達(dá)到5～8mm時(shí)停止粘附；

步驟六最后取出步驟五制備出的顆粒在室溫下靜置2天，待其充分凝結(jié)硬化后使用。制備完成后的填料如附圖1所示。

2.復(fù)合填料的應(yīng)用

取一定量的復(fù)合填料與等質(zhì)量的傳統(tǒng)顆粒復(fù)合填料進(jìn)行脫氮除磷靜態(tài)實(shí)驗(yàn)，并通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比分析填料的同步脫氮除磷能力。

實(shí)驗(yàn)具體內(nèi)容如下：實(shí)驗(yàn)用水為模擬二級(jí)出水，即向自來水中加入一定量的CH₃COONa、KNO₃和KH₂PO₄。該水質(zhì)特征為：pH＝7.0～7.3，ρ(NO₃^--N)＝30mg·L^-1，ρ(COD)＝45mg·L^-1，TP＝3.0mg·L^-1，COD:TN＝1.5。

取30g復(fù)合填料放入一只250mL的錐形瓶中作為實(shí)驗(yàn)組，向其中加入30mL經(jīng)過富集培養(yǎng)的活性污泥，再加實(shí)驗(yàn)配水至刻線。將錐形瓶封口后放入60r·min^-1的搖床內(nèi)震蕩，控制溫度為30℃±1℃。另取30g硫磺海綿鐵顆粒填料(硫磺與海綿鐵體積比為2:1)，混合均勻后放入另一只250mL的錐形瓶作為對照組，并控制其他條件與填料系統(tǒng)完全相同?？刂扑νＡ魰r(shí)間為4h，每次換水200mL并重新加實(shí)驗(yàn)配水至刻線。待兩反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定后，測定兩系統(tǒng)的脫氮除磷效果。

如附圖2所示，結(jié)果表明，在該運(yùn)行條件下實(shí)驗(yàn)組的硝態(tài)氮去除速率穩(wěn)定在6.45mg·L^-1·h^-1左右，比對照組去除速率大約高1.86mg·L^-1·h^-1；實(shí)驗(yàn)組的總氮去除率可達(dá)80％以上，比對照組高出約25％。如附圖3所示，實(shí)驗(yàn)組的總磷去除率可達(dá)97％以上，比對照組提高了約15％。可見，實(shí)驗(yàn)組的脫氮和除磷能力均顯著優(yōu)于對照組。因此，本發(fā)明方法制備出的復(fù)合填料具有更高的脫氮除磷能力，在低碳氮比的條件下可以達(dá)到良好的再生水深度脫氮除磷效果。