專利名稱：一種磁性生物載體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及曝氣生物濾池填料及其制備方法，確切地說是一種磁性生物載體及其制備方法。
背景技術(shù)：
在我國，目前的污水回用率不足5%，經(jīng)濟(jì)性和安全性是實現(xiàn)污水回用的前提，再生水的應(yīng)用還存在著造成不同程度的城市景觀用水腐化、工業(yè)設(shè)備管道系統(tǒng)腐蝕等問題。 再生水的安全問題嚴(yán)重制約著二級排水的資源化。其中，由于再生水中氨氮引起的安全問題最為突出。曝氣生物濾池也叫淹沒式曝氣生物濾池。國外從20世紀(jì)初開始進(jìn)行研究，于80年代末基本成型，后經(jīng)過不斷改進(jìn)，開發(fā)出多種曝氣生物濾池形式。其工藝原理為，在濾池中裝填粒狀濾料，濾料表面生長著生物膜，濾池內(nèi)部曝氣，污水流經(jīng)濾料時，濾料上高濃度生物膜氧化降解污水中的有機(jī)污染物；同時，以濾料表面生物膜的生物絮凝作用和吸附作用， 截留污水中的懸浮物。曝氣生物濾池運(yùn)行一定時間后，因生物膜增厚，濾料層空隙率降低， 水頭損失增加，需要對濾池進(jìn)行反沖洗，以再生濾料層空隙，提高過濾速度。曝氣生物濾池的主要優(yōu)點(diǎn)是占地面積小，基建投資??；出水水質(zhì)高；氧的傳輸效率很高，曝氣量小，供氧動力消耗低；抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，耐低溫；易掛膜，啟動快；具有同步除C、硝化和反硝化功能。生物陶粒濾料是曝氣生物濾池必備的材料之一，反沖洗是曝氣生物濾池運(yùn)行必要的步驟。為了降低反沖洗的難度，降低反沖洗的水耗和能耗，普遍采用的方法是降低濾料的表觀密度，或者氣-水混合反沖洗。但是由于曝氣生物濾池中生物膜的粘連常常使曝氣生物濾池濾料結(jié)塊，反沖洗時不能很好地破壞結(jié)塊的濾料，導(dǎo)致曝氣生物濾池水流短路越來越嚴(yán)重。另外，由于強(qiáng)烈的反沖洗，導(dǎo)致一些濾料表面生物膜過度脫落，致使反沖洗之后一段時間內(nèi)曝氣生物濾池處理出水水質(zhì)嚴(yán)重變差，需要若干小時后才能恢復(fù)正常。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種價廉、易于制備、使用方便的磁性生物載體及其制備方法。本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案本發(fā)明磁性生物載體的特點(diǎn)在于其原料按質(zhì)量百分比構(gòu)成為骨料40-80 %，鐵氧化物10-20 %，粘結(jié)劑5_20 %，還原劑5_30 % ；所述骨料為過60目篩的天然沸石粉、石英粉、粉煤灰、煤矸石或任何在600°C可以穩(wěn)定存在的無機(jī)顆粒物；所述鐵氧化物是含鐵的質(zhì)量百分比不小于20%的富含鐵氧化物的物質(zhì)；所述粘結(jié)劑為凹凸棒石粘土、膨潤土、水玻璃、偏鋁酸鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉或任何可以提高成球顆粒強(qiáng)度的粘結(jié)劑；
所述還原劑為生活污水處理廠的活性污泥、煤矸石、秸稈、稻殼、生物質(zhì)發(fā)電灰渣或可以碳化的富碳物質(zhì)。本發(fā)明磁性生物載體的特點(diǎn)也在于所述富含鐵氧化物的物質(zhì)為天然褐鐵礦、沼鐵礦、赤鐵礦、磁鐵礦、硫酸燒渣、合成鐵氧化物或富含鐵氧化物的廢棄物。本發(fā)明磁性生物載體的制備方法的特點(diǎn)在于按以下步驟操作將骨料、鐵氧化物和還原劑混合，破碎后過60目篩得混合料，向粘結(jié)劑中加水?dāng)嚢枋拐辰Y(jié)劑溶解得粘結(jié)劑溶液，加水量為混合料質(zhì)量的30-60%，然后將混合料與粘結(jié)劑溶液混合并攪拌均勻，造粒成型為2-10mm的粒料，將所述粒料干燥至含水量小于10%，在還原氣氛中于350-1100°C煅燒0. 2-10小時即得磁性生物載體。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在1、本發(fā)明磁性生物載體能夠被電磁鐵吸引，可以通過電磁裝置進(jìn)行生物載體物料的裝運(yùn)和裝卸料。利用本發(fā)明磁性生物載體構(gòu)建的曝氣生物濾池，在系統(tǒng)堵塞后用電磁裝置將磁性生物填料提升至一定高度，然后斷開電磁裝置的電源，磁性生物載體在降落過程利用水的沖擊使部分老化的生物膜脫落，同時，生物填料互相撞擊散落，重新堆積形成再生空隙，回復(fù)處理能力。這種方式使生物濾池的濾料間空隙再生不需要反沖洗，系統(tǒng)生物處理能力和恢復(fù)遠(yuǎn)比傳統(tǒng)陶粒生物濾池堵塞后氣-水反沖后的恢復(fù)快得多。2、本發(fā)明中作為骨料的天然沸石具有吸附氨氮的功能。磁性生物載體制備中，在保護(hù)氣氛下有機(jī)物碳化形成的炭膜提高了載體對有機(jī)物的吸附能力。通過磁性生物載體富集低濃度的氨氮和有機(jī)物，提高硝化菌等微生物代謝所需底質(zhì)濃度，提高硝化反應(yīng)速率，利用生物硝化作用，實現(xiàn)沸石的動態(tài)再生，解決沸石吸附氨氮后再生成本高、操作難度大的問題。3、本發(fā)明的應(yīng)用由于在曝氣生物載體濾池系統(tǒng)中不需要?dú)?水反沖洗，相對于傳統(tǒng)的反沖洗生物濾池，生物載體表面生物膜層后，負(fù)載的生物量多，生物膜層中溶氧梯度， 使微生物膜內(nèi)同時存在硝化和反硝化菌，在生物載體表面和內(nèi)部同時發(fā)生硝化和反硝化作用，脫氮效果好。4、本發(fā)明制備的曝氣生物濾池填料由0. 01-0. 2mm的粉體顆粒經(jīng)粘結(jié)或低溫?zé)Y(jié)形成具有強(qiáng)度的生物載體顆粒，表面粗糙，孔隙率高，大量開放孔隙存在，孔徑0.01-0. 1毫米，微生物可以深入生物載體顆粒內(nèi)部空隙，作為曝氣生物濾池填料，微生物負(fù)載量大，去除氨氮效率高，占地面積小，處理成本低。5、本發(fā)明磁性生物載體產(chǎn)生的穩(wěn)定磁場對微生物和水處理產(chǎn)生一定強(qiáng)化作用；納米鐵氧化物具有一定的脫磷作用；磁性生物載體高含鐵量及鐵還原菌還原釋放的微量鐵離子可以提高載體負(fù)載微生物的代謝活性。
具體實施例方式實施例1 本實施例中磁性生物載體的原料按質(zhì)量百分比構(gòu)成為天然沸石70%，褐鐵礦礦石10%，固體水玻璃10%，煤粉10%。本實施例中磁性生物載體是按以下方法制備得到的將天然沸石、褐鐵礦礦石和煤粉混合，破碎后過60目篩得混合料，向固體水玻璃中加水?dāng)嚢枋构腆w水玻璃溶解得水玻璃溶液，加水量為混合料質(zhì)量的30-60%，然后將混合料與水玻璃溶液混合并攪拌均勻，用造粒機(jī)造粒為粒徑2-10mm的粒料，將粒料自然風(fēng)干或烘干至含水量小于10%得到磁性生物載體坯體；將所得坯體置于高溫爐中，在CO氣氛下于 600-1100°C煅燒30min，得到磁性生物載體。本實施例制備的磁性生物載體具有強(qiáng)磁性，其磁化率大于1000SI (10_8m7kg)，載體的密度為1. 5-3. Og/cm3，顆粒強(qiáng)度大于25N，含有微米到毫米的孔隙。實施例2 本實施例中磁性生物載體的原料按質(zhì)量百分比構(gòu)成為天然沸石60g，硫酸燒渣15g，氫氧化鈉5g，生活污水處理廠帶式壓濾脫水活性污泥125g(含水率84% )，干重20g。本實施例中磁性生物載體是按以下方法制備得到的稱取125g生活污水處理廠帶式壓濾脫水活性污泥，將5g氫氧化鈉加入到污泥中， 攪拌30分鐘，再加入沸石粉60g、鐵氧化物15g，混合、混煉，用造粒機(jī)把混合物料成型為 3-6mm的顆粒狀物，100°C烘干至含水量小于10%，得到磁性生物載體坯體。把樣品放入管式爐內(nèi)，CO氣氛下于600-900°C煅燒l_2h，得到磁性生物載體。本實施例制備的磁性生物載體具有強(qiáng)磁性，其磁化率大于1000SI (10_8m7kg)，載體的密度為1. 5-3. Og/cm3，顆粒強(qiáng)度25-60N，含有微米到毫米的孔隙。實施例3 本實施例中磁性生物載體的原料按質(zhì)量百分比構(gòu)成為天然沸石40 %，赤鐵礦礦石20 %，凹凸棒石粘土 20 %，秸稈20 %。本實施例中磁性生物載體是按以下方法制備得到的將天然沸石、赤鐵礦礦石和秸稈混合，破碎后過60目篩得混合料，向凹凸棒石粘土中加水?dāng)嚢瑁缓髮⒒旌狭吓c凹凸棒石粘土溶液混合并攪拌均勻，用造粒機(jī)造粒為粒徑 2-10mm的粒料，將粒料自然風(fēng)干或烘干至含水量小于10%得到磁性生物載體坯體；將所得坯體置于高溫爐中，在CO氣氛下于600-1100°C煅燒30min，得到磁性生物載體。本實施例制備的磁性生物載體具有強(qiáng)磁性，其磁化率大于1000SI (10_8m7kg)，載體的密度為1. 5-3. Og/cm3，顆粒強(qiáng)度25-60N，含有微米到毫米的孔隙。實施例4 本實施例中磁性生物載體的原料按質(zhì)量百分比構(gòu)成為天然沸石80g，合成鐵氧化物10g，氫氧化鈉5g，生物質(zhì)發(fā)電灰渣5g。本實施例中磁性生物載體是按以下方法制備得到的將天然沸石、合成鐵氧化物和生物質(zhì)發(fā)電灰渣混合，破碎后過60目篩得混合料， 將碳酸鈉配成水溶液，然后將混合料與碳酸鈉水溶液混合并攪拌均勻，用造粒機(jī)造粒為粒徑2-10mm的粒料，將粒料自然風(fēng)干或烘干至含水量小于10%得到磁性生物載體坯體；將所得坯體置于高溫爐中，在CO氣氛下于600-1100°C煅燒30min，得到磁性生物載體。本實施例制備的磁性生物載體具有強(qiáng)磁性，其磁化率大于1000SI (10_8m7kg)，載體的密度為1. 5-3. Og/cm3，顆粒強(qiáng)度25-60N，含有微米到毫米的孔隙。將實施例1-4制備的磁性生物載體裝填入直徑60mm、高度^OOmm的試驗柱，填料有效高度1200mm。配制氨氮濃度20mg/L、C0D 50mg/L的模擬含氮微污染水。在試驗柱中接種生活污泥，以配制的氨氮水進(jìn)水，按氣水比3 1鼓風(fēng)曝氣。用分光光度法檢測出水氨氮濃度，TOC檢測出水有機(jī)物濃度。環(huán)境溫度25 °C，運(yùn)行10天后出水氨氮和COD濃度穩(wěn)定，表明顆粒表面形成成熟的生物膜，出水氨氮濃度小于lmg/L，TOC濃度小于25mg/L，氨氮和COD 去除率分別達(dá)到90%和50%以上，出水水質(zhì)達(dá)到III類地面水體水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可以作為景觀用水。 曝氣生物濾池上部加設(shè)電磁裝置，在曝氣生物濾池出現(xiàn)嚴(yán)重堵塞后，通過電磁裝置吸引曝氣生物濾池內(nèi)的磁性生物載體并向上提升20-100cm，然后斷開電磁裝置電流，電磁裝置磁性消失后磁性載體墜落，并沉入曝氣生物濾池，在下落過程中由于顆粒碰撞、水沖擊力作用使粘連載體分散、生物膜脫落，磁性生物載體重新堆積形成空隙，從而實現(xiàn)曝氣生物濾池再生。
權(quán)利要求
1.一種磁性生物載體，其特征在于其原料按質(zhì)量百分比構(gòu)成為 骨料40-80 %，鐵氧化物10-20 %，粘結(jié)劑5-20 %，還原劑5_30 % ；所述骨料為過60目篩的天然沸石粉、石英粉、粉煤灰、煤矸石或任何在600°C可以穩(wěn)定存在的無機(jī)顆粒物；所述鐵氧化物是含鐵的質(zhì)量百分比不小于20%的富含鐵氧化物的物質(zhì)； 所述粘結(jié)劑為凹凸棒石粘土、膨潤土、水玻璃、偏鋁酸鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉或任何可以提高成球顆粒強(qiáng)度的粘結(jié)劑；所述還原劑為生活污水處理廠的活性污泥、煤矸石、秸稈、稻殼、生物質(zhì)發(fā)電灰渣或可以碳化的富碳物質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性生物載體，其特征在于所述富含鐵氧化物的物質(zhì)為天然褐鐵礦、沼鐵礦、赤鐵礦、磁鐵礦、硫酸燒渣、合成鐵氧化物或富含鐵氧化物的廢棄物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁性生物載體的制備方法，其特征在于按以下步驟操作將骨料、鐵氧化物和還原劑混合，破碎后過60目篩得混合料，向粘結(jié)劑中加水?dāng)嚢枋拐辰Y(jié)劑溶解得粘結(jié)劑溶液，加水量為混合料質(zhì)量的30-60%，然后將混合料與粘結(jié)劑溶液混合并攪拌均勻，造粒成型為2-10mm的粒料，將所述粒料干燥至含水量小于10%，在還原氣氛中于350-1100°C煅燒0. 2-10小時即得磁性生物載體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁性生物載體及其制備方法，其中磁性生物載體的原料為骨料，鐵氧化物，粘結(jié)劑和還原劑；其制備方法是將骨料、鐵氧化物和還原劑混合，破碎后過60目篩得混合料，向粘結(jié)劑中加水?dāng)嚢枋拐辰Y(jié)劑溶解得粘結(jié)劑溶液，加水量為混合料質(zhì)量的30-60％，然后將混合料與粘結(jié)劑溶液混合并攪拌均勻，造粒成型為2-10mm的粒料，將所述粒料干燥至含水量小于10％，于350-1100℃煅燒0.2-10小時即得磁性生物載體。本發(fā)明磁性生物載體可以應(yīng)用于生活污水二級處理水深度處理，滿足景觀補(bǔ)水、循環(huán)冷卻水處理的要求，可以實現(xiàn)工業(yè)廢水的深度處理和資源化利用。
文檔編號C02F3/10GK102225806SQ201110134950
公開日2011年10月26日 申請日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月24日
發(fā)明者束松林, 謝巧勤, 謝晶晶, 錢家忠, 陳冬, 陳天虎, 鮑滔 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)