本發(fā)明屬于廢水處理材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鋁鎳鈷磁性顆粒及其制備方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)廢水脫氮生物處理技術(shù)，常采用AO（厭氧好氧）或者AAO（厭氧缺氧好氧）工藝，氮的去除需要經(jīng)過(guò)氨化反應(yīng)、硝化反應(yīng)及反硝化反應(yīng)最終從水體中去除。其中氨化反應(yīng)可在厭氧或好氧條件下進(jìn)行，而硝化反應(yīng)只能在好氧條件下進(jìn)行，反硝化反應(yīng)只能在厭氧條件下進(jìn)行。為了保證氮的去除效果硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)通常在不同的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，硝化過(guò)程需要曝氣以保證充足的溶解氧，反硝化過(guò)程需要投加碳源以保證碳氮比，以上曝氣及其投加碳源環(huán)節(jié)提高了脫氮工藝的運(yùn)行成本，也使得傳統(tǒng)生物脫氮工藝的占地面積較大。
自營(yíng)養(yǎng)脫氮工藝的原理是氨氧化菌利用水中少量的溶解氧將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮，然后厭氧氨氧化菌利用亞硝態(tài)氮和氨氮進(jìn)行厭氧氨氧化反應(yīng)生成氮?dú)鈱⒌貜乃腥コ?。相?duì)于傳統(tǒng)的AO與AAO工藝，自營(yíng)養(yǎng)脫氮工藝可以在同一反應(yīng)器內(nèi)完成，不需外加碳源，對(duì)溶解氧的需求低，從而可以大大的減小占地面積，降低運(yùn)行成本。在自營(yíng)養(yǎng)脫氮工藝中，厭氧氨氧化反應(yīng)是影響反應(yīng)器脫氮效能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而厭氧氨氧化菌世代周期長(zhǎng)，富集困難，這使得自營(yíng)養(yǎng)脫氮工藝發(fā)展緩慢。
研究證明組成酶的原子在多數(shù)條件下呈現(xiàn)順磁特性，磁場(chǎng)通過(guò)對(duì)順磁原子的作用可以間接的影響酶活性。磁場(chǎng)可以有效提升自營(yíng)養(yǎng)脫氮反應(yīng)器內(nèi)厭氧氨氧化菌的活性，有利于其快速富集。
王祥三等2000年發(fā)表于《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》的“磁化處理污水的生物效應(yīng)試驗(yàn)”一文中發(fā)現(xiàn)，磁場(chǎng)能夠促進(jìn)有氧呼吸場(chǎng)所線(xiàn)粒體數(shù)目的增加，因此微生物活性也得到提升。韓慶祥等于2002年發(fā)表于《撫順石油學(xué)院學(xué)報(bào)》中的“磁場(chǎng)對(duì)活性污泥法處理廢水的強(qiáng)化作用”一文中指出，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度小于0.05T時(shí)可以刺激酶的活性提高，且廢水的處理效率也提高11%。王強(qiáng)在2010年哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文《磁強(qiáng)化好氧反硝化菌的生物脫氮機(jī)制與效能》中指出當(dāng)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度為 150 mT 時(shí)硝態(tài)氮的去除率提高了 7.2 %，且脫氫酶的活性也提高了2.38倍；當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度在30～90 mT 之間時(shí)促進(jìn)了氨氮的去除，且當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度在60mT 時(shí)氨氮去除效果最佳。上述結(jié)果均采用外加磁場(chǎng)的方式開(kāi)展研究工作，但外加磁場(chǎng)在水中的磁場(chǎng)強(qiáng)度隨著距離磁場(chǎng)源的距離增加而快速衰減，很難保證反應(yīng)器內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度的均勻分布。
為了解決上述磁場(chǎng)分布不均的問(wèn)題，代科林等2010發(fā)表于《資源節(jié)約與環(huán)?！返摹按判?yīng)對(duì)活性污泥法處理污水的作用機(jī)理及其應(yīng)用”一文中提出向污水中投加磁粉的方式改善磁場(chǎng)分布。根據(jù)該文記載，當(dāng)磁粉投加量由0.0g增加到1.5g時(shí)脫氫酶的活性呈提高趨勢(shì)，如果在這個(gè)基礎(chǔ)上再增加磁粉投加量脫氫酶的活性提高幅度反而會(huì)略有下降。
綜上所述，在反應(yīng)器中施加磁場(chǎng)，有助于提高反應(yīng)器內(nèi)厭氧氨氧化菌的的活性，從而提高反應(yīng)器氨氮處理效能。反應(yīng)器內(nèi)施加磁場(chǎng)源的方式有助于改善反應(yīng)器內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度分布的均勻性。但在反應(yīng)器內(nèi)直接投加磁粉的方式，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中磁粉易伴隨著反應(yīng)器的排水過(guò)程而流失。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種磁性顆粒，以克服現(xiàn)有技術(shù)中磁性誘導(dǎo)自營(yíng)養(yǎng)脫氮反應(yīng)器磁場(chǎng)分布不均勻，和磁粉易流失等問(wèn)題。
一種鋁鎳鈷磁性顆粒，其組分按照重量百分比計(jì)，鋁鎳鈷磁性粉末為94%-97%、粘合劑為1%-2%、偶聯(lián)劑2%-4%，顆粒粒徑為1-4mm。
優(yōu)選的，顆粒外部有包覆層，包覆層厚度不大于0.5mm。
所述粘合劑是聚乙烯醇與海藻酸鈉的混合物，混合重量比聚乙烯醇：海藻酸鈉等于5：3。
所述偶聯(lián)劑是硅烷KH550。
所述偶聯(lián)劑是鋁酸酯。
一種鋁鎳鈷磁性顆粒的制備方法，包括如下步驟:
（1）將鋁鎳鈷磁性粉末過(guò)篩網(wǎng)篩選，篩網(wǎng)規(guī)格為200目到400目之間，置于烘箱內(nèi)80-100℃下烘干備用；
（2）將步驟（1）中獲得的干燥鋁鎳鈷磁性粉末和偶聯(lián)劑按照下述重量百分比，在無(wú)水乙醇中混合并攪拌均勻，靜置20-40min，于烘箱內(nèi)80-100℃下烘干，取干燥粉末備用；所述的重量百分比為：干燥鋁鎳鈷磁性粉末占95%-98%，偶聯(lián)劑占2%-5%；
（3）將步驟（2）獲得干燥粉末混合物與粘合劑按照以下重量百分比進(jìn)行混合：干燥粉末混合物占84%-90%，粘合劑溶液占10%-16%，混合均勻后，在內(nèi)設(shè)孔徑為1-4mm的球型模具下擠壓成生料球；
（4）將步驟（3）獲得的生料球置于烘箱內(nèi)60-80℃下烘干，獲得成品。
優(yōu)選的，將步驟（3）獲得的生料球，浸于包覆劑中，在超聲頻率35 k Hz、超聲強(qiáng)度0.6 W/m L的條件下包覆5-15min，包覆層厚度不大于0.5mm，然后進(jìn)行步驟（4）。
優(yōu)選的，所述粘合劑溶液是5%的聚乙烯醇水溶液與3%的海藻酸鈉水溶液按體積比1：1的混合液。
優(yōu)選的，所述的偶聯(lián)劑是硅烷KH550。
優(yōu)選的，所述的偶聯(lián)劑是鋁酸酯。
優(yōu)選的，所述包覆劑，按重量百分比計(jì)，干燥聚偏氟乙烯(PVDF)為18%，二甲基乙酰胺為72%，成孔劑Nacl為10%。
本發(fā)明提供的一種鋁鎳鈷的磁性顆粒，粒徑適中，密度較小，在一定的水力條件下能夠懸浮于反應(yīng)裝置內(nèi)?？蓱?yīng)用于自營(yíng)養(yǎng)脫氮反應(yīng)器中，有助于提高反應(yīng)器中厭氧氨氧化菌的活性，有利于反應(yīng)器內(nèi)微生物的附著與生長(zhǎng)，減少微生物的流失，提高反應(yīng)器內(nèi)的生物量，同時(shí)也有助于自營(yíng)養(yǎng)脫氮反應(yīng)體系的快速啟動(dòng)。將所述磁性顆粒投加到廢水處理裝置內(nèi)，磁性顆?？呻S反應(yīng)器內(nèi)的水力攪拌而處于懸浮態(tài)，有利于實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)磁場(chǎng)的均勻分布，解決了磁生物耦合技術(shù)中磁場(chǎng)強(qiáng)度弱，磁場(chǎng)分布不均勻以及顆粒污泥形成緩慢的問(wèn)題。該磁性顆粒同時(shí)具備較好的沉降性能，不易隨反應(yīng)器的排水而流失。
本發(fā)明提供的鋁鎳鈷磁性顆粒制備方法制備的磁性顆粒，取磁性粉末、粘合劑為主要原料，制作成磁性顆粒生料球后，包覆一層包覆劑，避免生料球之間團(tuán)聚成團(tuán)，并具有一定的防腐作用。包覆劑中含有成孔劑，包覆后顆粒表面大的比表面積對(duì)廢水中的污染物有較好的吸附作用，利于微生物在其表面富集，加速顆粒污泥的形成。所述磁性顆粒在反應(yīng)器內(nèi)對(duì)微生物進(jìn)行長(zhǎng)期穩(wěn)定的磁刺激，大的比表面積為微生物提供更多的附著點(diǎn)，作為顆粒污泥的內(nèi)核，加速顆粒污泥的形成，提高污染物去除效率。本發(fā)明提供的磁性顆粒制備方法，不需高溫?zé)?，制備方法?jiǎn)單易行，節(jié)約能源，對(duì)加工設(shè)備的要求較低。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做出詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例一：
鋁鎳鈷磁性顆粒，其組分按照重量百分比計(jì)，鋁鎳鈷磁性粉末為94%、粘合劑為2%、硅烷KH550為4%，顆粒粒徑為1mm。顆粒外部有包覆層，包覆層厚度為0.1mm。所述粘合劑是聚乙烯醇與海藻酸鈉的混合物，混合重量比聚乙烯醇：海藻酸鈉等于5：3。所述偶聯(lián)劑是硅烷KH550。
實(shí)施例二：
鋁鎳鈷磁性顆粒，其組分按照重量百分比計(jì)，鋁鎳鈷磁性粉末為97%、粘合劑為2%、鋁酸酯為1%，顆粒粒徑為4mm。顆粒外部有包覆層，包覆層厚度為0.5mm。所述粘合劑是聚乙烯醇與海藻酸鈉的混合物，混合重量比聚乙烯醇：海藻酸鈉等于5：3。
實(shí)施例三：
一種鋁鎳鈷磁性顆粒的制備方法，包括如下步驟：
（1）將鋁鎳鈷磁性粉末過(guò)400目篩，置于烘箱內(nèi)100℃下烘干備用；
（2）將步驟（1）中獲得的干燥鋁鎳鈷磁性粉末和硅烷KH550按照下述重量百分比，在無(wú)水乙醇中混合并攪拌均勻，靜置30min，于烘箱內(nèi)100℃下烘干，取干燥粉末備用；所述的重量百分比為：干燥鋁鎳鈷磁性粉末占95%，硅烷KH550占5%；
（3）將步驟（2）獲得干燥粉末混合物與粘合劑按照以下重量百分比進(jìn)行混合：干燥粉末混合物占84%，粘合劑溶液占16%，混合均勻后，在內(nèi)設(shè)球型的模具下擠壓成生料球，所述生料球粒徑為1mm；所述粘合劑溶液是5%的聚乙烯醇水溶液與3%的海藻酸鈉水溶液按體積比1：1的混合液；
（4）將步驟（3）浸于包覆劑中，在超聲頻率35 k Hz、超聲強(qiáng)度0.6 W/m L的條件下包覆10min，包覆層厚度為0.3mm，然后置于烘箱內(nèi)60℃下烘干，所述包覆劑，按重量百分比計(jì)，干燥聚偏氟乙烯(PVDF)為18%，二甲基乙酰胺為72%，成孔劑Nacl為10%。
取上述實(shí)施例一中制備的鋁鎳鈷磁性顆粒，填充于反應(yīng)器中，添加量為20g/L，能夠形成0.78mT的磁場(chǎng)強(qiáng)度。通過(guò)計(jì)數(shù)法測(cè)得磁性顆粒投加到活性污泥中1d后，異養(yǎng)菌總數(shù)達(dá)到8×105 個(gè)ml-1。
實(shí)施例四：
一種鋁鎳鈷磁性顆粒的制備方法，包括如下步驟：
（1）將鋁鎳鈷磁性粉末過(guò)200目篩，置于烘箱內(nèi)90℃下烘干備用；
（2）將步驟（1）中獲得的干燥鋁鎳鈷磁性粉末和鋁酸酯按照下述重量百分比，在無(wú)水乙醇中混合并攪拌均勻，靜置30min，于烘箱內(nèi)90℃下烘干，取干燥粉末備用；所述的重量百分比為：干燥鋁鎳鈷磁性粉末占96%，鋁酸酯占4%；
（3）將步驟（2）獲得干燥粉末混合物與粘合劑按照以下重量百分比進(jìn)行混合：干燥粉末混合物占88%，粘合劑溶液占12%，混合均勻后，在內(nèi)設(shè)球型的模具下擠壓成生料球，所述生料球粒徑為2mm；所述粘合劑溶液是5%的聚乙烯醇水溶液與3%的海藻酸鈉水溶液按體積比1：1的混合液；
（4）將步驟（3）浸于包覆劑中，在超聲頻率35 k Hz、超聲強(qiáng)度0.6 W/m L的條件下包覆8min，包覆層厚度為0.2mm，然后置于烘箱內(nèi)60℃下烘干，所述包覆劑，按重量百分比計(jì)，干燥聚偏氟乙烯(PVDF)為18%，二甲基乙酰胺為72%，成孔劑Nacl為10%。
取上述實(shí)施例中制備的復(fù)合磁性顆粒，填充于反應(yīng)器中，添加量為20g/L，能夠形成0.8mT的磁場(chǎng)強(qiáng)度。通過(guò)計(jì)數(shù)法測(cè)得磁性顆粒投加到活性污泥中1d后，異養(yǎng)菌總數(shù)達(dá)到8.5×105 個(gè)ml-1。