本發(fā)明涉及污水處理，特別是涉及一種基于鐵硫自養(yǎng)反硝化的改性陶粒填料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、含氮污染物是目前主要的水環(huán)境生態(tài)問題之一，目前氮污染的主要來(lái)源有氮肥施用過程中的面源污染和生活污水、工業(yè)含氮廢水排放導(dǎo)致的點(diǎn)源污染，其中城市二級(jí)污水處理廠低碳氮比尾水的排放是一個(gè)重要氮磷污染源。大量的含氮磷污水處理廠尾水排入水體會(huì)造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，形成“水華”或“赤潮”現(xiàn)象，引起水生生物死亡，破壞生物多樣性。此外，水體中的硝酸鹽污染還會(huì)對(duì)人體造成危害，可能會(huì)誘發(fā)亞鐵血紅蛋白癥和藍(lán)嬰病。

2、目前，針對(duì)低碳氮比廢水已有多種處理方法，主要分為物化法和生物法。其中，物化法包括膜分離法(電滲析法、反滲透)、離子交換法、化學(xué)氧化、混凝沉淀法等，但這些處理方法存在一些不足，如運(yùn)行成本高、難以維護(hù)、易產(chǎn)生二次污染等。生物法包括傳統(tǒng)的異養(yǎng)反硝化和自養(yǎng)反硝化技術(shù)，是廢水脫氮的主要手段，其中，傳統(tǒng)異養(yǎng)反硝化脫氮法中的異養(yǎng)反硝化菌生長(zhǎng)代謝依賴于有機(jī)碳，不適宜于二級(jí)污水處理廠低碳氮比尾水的處理，而外加有機(jī)碳源不僅會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行成本高，還會(huì)產(chǎn)生二次污染。在當(dāng)今追求低碳技術(shù)的背景下，無(wú)需外加碳源的自養(yǎng)反硝化脫氮技術(shù)在水體污染控制中的作用日益重要。自養(yǎng)反硝化技術(shù)是指自養(yǎng)反硝化菌利用無(wú)機(jī)碳(co2、hco3-、co32-)作為碳源，無(wú)機(jī)化合物(s、s2-、fe、fe2+、fe3+、h2等)作為電子供體，將電子受體(no3--n或no2--n)還原為n2的生物脫氮過程，該過程無(wú)需外加碳源，具有產(chǎn)污泥量低、二次污染少等優(yōu)點(diǎn)。自養(yǎng)反硝化技術(shù)包括硫基自養(yǎng)反硝化、鐵基自養(yǎng)反硝化、厭氧氨氧化和氫基自養(yǎng)反硝化。其中硫基自養(yǎng)反硝化過程產(chǎn)酸，而鐵基自養(yǎng)反硝化、氫基自養(yǎng)反硝化和厭氧氨氧化則耗酸，因此，單一自養(yǎng)反硝化在反應(yīng)過程中會(huì)導(dǎo)致ph變化較大，從而影響自養(yǎng)菌的反硝化效率，導(dǎo)致出水水質(zhì)差。此外，有研究表明硫氧化過程中產(chǎn)生so42-的量與no3--n的還原量呈正相關(guān)，說明硫基自養(yǎng)會(huì)產(chǎn)生二次污染。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于鐵硫自養(yǎng)反硝化的改性陶粒填料及其制備方法和應(yīng)用，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、本發(fā)明的技術(shù)方案之一：一種基于鐵硫自養(yǎng)反硝化的改性陶粒填料，所述改性陶粒填料為負(fù)載有修飾物的陶粒；

4、所述修飾物的成分包括鐵粉、黃鐵礦粉和生物炭；

5、所述鐵粉、黃鐵礦粉和生物炭的質(zhì)量比為3:6:1；

6、所述修飾物和陶粒的質(zhì)量比為1.5:1。

7、本發(fā)明的技術(shù)方案之二：一種上述改性陶粒填料的制備方法，包括以下步驟：

8、將鐵粉、黃鐵礦粉、生物炭和水泥(粘結(jié)劑)混合均勻，得到修飾物，將修飾物附著在陶粒上，經(jīng)養(yǎng)護(hù)后得到所述改性陶粒填料。

9、進(jìn)一步地，所述養(yǎng)護(hù)的時(shí)間為10～12天；所述改性陶粒填料的粒徑為5～8mm；所述水泥的用量為鐵粉、黃鐵礦粉和生物炭總質(zhì)量的20％。

10、本發(fā)明的技術(shù)方案之三：一種上述改性陶粒填料在污水處理中的應(yīng)用。

11、進(jìn)一步地，所述污水為含氮磷的污水。

12、本發(fā)明的技術(shù)方案之四：一種用于脫除污水中氮磷的生物濾池，采用上述改性陶粒填料作為主體層。

13、進(jìn)一步地，所述生物濾池中設(shè)置有主體層和過濾層；

14、污水先經(jīng)過主體層，再經(jīng)過過濾層；

15、所述主體層和過濾層的厚度之比為3:2；

16、所述過濾層由質(zhì)量比為9:1的石灰石和生物炭組成。

17、進(jìn)一步地，所述石灰石和生物炭的粒徑均為3～5mm。

18、石灰石作為濾料可以調(diào)節(jié)出水ph值；生物炭作為輔料可以增強(qiáng)生物氧化效果。

19、本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

20、(1)本發(fā)明的改性陶粒填料可顯著提高生物濾池對(duì)低c/n(正常的碳氮比為10～20，c/n比低于5，屬于低碳氮比)廢水的脫氮除磷效果。

21、(2)本發(fā)明通過鐵粉(零價(jià)鐵)、黃鐵礦粉和生物炭聯(lián)合修飾改性普通陶粒，極大地提高了生物濾池對(duì)低c/n廢水的脫氮效果，在典型實(shí)驗(yàn)條件下，含有改性陶粒填料的生物濾池對(duì)低碳氮比廢水的脫氮率比普通陶粒生物濾池提高90％以上(表2)，主要是因?yàn)榱銉r(jià)鐵、黃鐵礦粉中含有的二價(jià)鐵和硫存在于改性陶粒表面，可以發(fā)生鐵、硫自養(yǎng)反硝化協(xié)同作用，而生物炭的存在又有利于富集生長(zhǎng)鐵、硫自養(yǎng)菌，從而進(jìn)一步增強(qiáng)鐵、硫自養(yǎng)反硝化協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有陶粒生物濾池反硝化脫氮技術(shù)的重大改進(jìn)，具有顯著的技術(shù)進(jìn)步，對(duì)低碳氮比廢水的生物脫氮具有重要意義。

22、(3)本發(fā)明通過采用鐵粉(零價(jià)鐵)、黃鐵礦粉和生物炭聯(lián)合制備的改性陶粒填料明顯提高了生物濾池對(duì)低碳氮比廢水的除磷效果，在典型實(shí)驗(yàn)條件下，含有改性陶粒填料的生物濾池對(duì)低碳氮比廢水的除磷率比普通陶粒生物濾池提高15％以上(表3)。主要是因?yàn)樵诟男蕴樟Ｌ盍媳砻嫱瑫r(shí)發(fā)生了生物除磷和化學(xué)除磷兩種作用，鐵、硫是微生物生長(zhǎng)的元素，有利于鐵、硫自養(yǎng)菌的生長(zhǎng)，而生物炭則具有富集微生物的作用，三者耦合可促進(jìn)生物除磷。化學(xué)除磷主要依靠鐵離子及其氫氧化物與磷酸根的反應(yīng)沉淀作用。同時(shí)鐵碳微電解作用可以促進(jìn)自養(yǎng)反硝化生成鐵離子，從而提高了除磷效率。

技術(shù)特征：

1.一種基于鐵硫自養(yǎng)反硝化的改性陶粒填料，其特征在于，所述改性陶粒填料為負(fù)載有修飾物的陶粒；

2.一種權(quán)利要求1所述的改性陶粒填料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述養(yǎng)護(hù)的時(shí)間為10～12天；所述改性陶粒填料的粒徑為5～8mm；所述水泥的用量為鐵粉、黃鐵礦粉和生物炭總質(zhì)量的20％。

4.一種權(quán)利要求1所述的改性陶粒填料在污水處理中的應(yīng)用。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于，所述污水為含氮磷的污水。

6.一種用于脫除污水中氮磷的生物濾池，其特征在于，采用權(quán)利要求1所述的改性陶粒填料作為主體層。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生物濾池，其特征在于，所述生物濾池中設(shè)置有主體層和過濾層；

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的生物濾池，其特征在于，所述石灰石和生物炭的粒徑均為3～5mm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于鐵硫自養(yǎng)反硝化的改性陶粒填料及其制備方法和應(yīng)用，屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的基于鐵硫自養(yǎng)反硝化的改性陶粒填料為負(fù)載有修飾物的陶粒；修飾物的成分包括鐵粉、黃鐵礦粉和生物炭；鐵粉、黃鐵礦粉和生物炭的質(zhì)量比為3:6:1；修飾物和陶粒的質(zhì)量比為1.5:1。本發(fā)明通過鐵粉(零價(jià)鐵)、黃鐵礦粉和生物炭聯(lián)合修飾改性普通陶粒，極大地提高了生物濾池對(duì)低C/N廢水的脫氮效果，在典型實(shí)驗(yàn)條件下，含有改性陶粒填料的生物濾池對(duì)低碳氮比廢水的脫氮率比普通陶粒生物濾池提高90％以上。并且本發(fā)明制備的改性陶粒填料可以明顯提高生物濾池對(duì)低碳氮比廢水的除磷效果。

技術(shù)研發(fā)人員：余健,宋瑞,余楚怡
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2