專利名稱：一種硝化生物脫氮載體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及污水治理新材料領(lǐng)域，具體地，涉及一種硝化生物脫氮載體。
背景技術(shù)：
當(dāng)今環(huán)境惡化、人口膨脹、資源短缺并列為阻礙人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的三大世界性問題。煤、石油化工、制革等行業(yè)高氨氮污水對(duì)水環(huán)境的污染日趨嚴(yán)重。目前在國內(nèi)還沒有找到真正適合我國國情的治理技術(shù)，就現(xiàn)有的工藝技術(shù)而言，不是運(yùn)行成本過高就是工藝技術(shù)不成熟，造成大多數(shù)高氨氮污水處理廠都不能正常運(yùn)行，污染指標(biāo)氨氮和總氮大部分是超標(biāo)排放的，而總氮的去除率更低，幾乎沒有去除效果。所以目前對(duì)新的高效低能的脫氮工藝的研究已成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的脫氮處理過程包括硝化和反硝化兩個(gè)階段。在將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮的基礎(chǔ)上，硝化階段是將污水中的氨氮氧化為亞硝酸鹽氮或硝酸鹽氮的過程，大多是轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮；反硝化階段是將硝化過程中產(chǎn)生的硝酸鹽或亞硝酸鹽還原成氮?dú)獾倪^程。當(dāng)廢水中的氮以亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的形態(tài)存在時(shí)，僅需反硝化一個(gè)階段。曾有資料報(bào)道短程硝化-反硝化技術(shù)，把硝化反應(yīng)過程控制在氨氧化產(chǎn)生NO2-的階段，阻止NO2-進(jìn)一步氧化， 直接以NO2-作為菌體呼吸鏈氫受體進(jìn)行反硝化，在該工藝過程中必須要實(shí)現(xiàn)亞硝酸鹽的積累，阻止消化細(xì)菌的繁殖，由于受控制條件限制，目前在應(yīng)用上尚處于實(shí)驗(yàn)室研究或小試階段，在工程應(yīng)用上目前尚無報(bào)道，而且要想通過以上兩種發(fā)法實(shí)現(xiàn)脫氮的目的，運(yùn)行成本特別的高。要么在反硝化階段外加有機(jī)碳元(甲醇等)要么有相當(dāng)量的硝化液回流，比如說簡單的城鎮(zhèn)生活污水，總氮在50mg/L左右，若要用傳統(tǒng)的脫氮技術(shù)解決總氮，那么硝化液的回流比至少在200 %以上，而對(duì)于含有較高濃度氨氮濃度的工業(yè)污水就更不用說了，不但要更大的池容，而且要更多的提升設(shè)備及其配套的攪拌系統(tǒng)、管道等，資金投入比較大，總氮的去除卻并不理想。目前國內(nèi)大多數(shù)河流、湖泊出現(xiàn)大面積藍(lán)藻、水華污染的主要原因就是以前對(duì)污水中氨氮的去除，采用的是傳統(tǒng)的方法或可靠的新型工藝技術(shù)，將氨氮的轉(zhuǎn)化只停留在亞硝酸鹽或硝酸鹽的階段后就直接排入受納水體，有的工藝技術(shù)甚至連氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽或硝酸鹽的過程幾乎都沒有。還有全程自養(yǎng)生物脫氮技術(shù)是就單個(gè)生物膜的內(nèi)、外而言，其原理上是可行的，但實(shí)際對(duì)總氮的去除率是相當(dāng)?shù)牡?，就去除總氮而言，該技術(shù)幾乎沒有工業(yè)化應(yīng)用的推廣價(jià)值，因?yàn)榈侥壳盀橹惯€沒有關(guān)于合理運(yùn)用它的計(jì)算依據(jù)。綜上所述，傳統(tǒng)的生物脫氮技術(shù)以及資料上報(bào)道的新型生物脫氮技術(shù)，就其理論而言是可行的，但要真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用還是有一定的缺陷或不足，要么運(yùn)行成本過高，給企業(yè)帶來的負(fù)擔(dān)過重，要么還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，沒有可靠的計(jì)算依據(jù)及設(shè)計(jì)依據(jù)供參考
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對(duì)上述問題，提出一種硝化生物脫氮載體，以實(shí)現(xiàn)制備成本低廉、對(duì)高氨氮污水中目標(biāo)污染物去除效果好、硝化一反硝化工藝過程在同一好氧池內(nèi)發(fā)生、反應(yīng)只控制在亞硝化階段，不發(fā)生硝化反應(yīng)，有效降低基建投資和運(yùn)行成本的優(yōu)點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種硝化生物脫氮載體，包括如下組分及重量配比聚醚多元醇100多異氰酸酯20 62硅酮表面活性穩(wěn)定劑1 3活性發(fā)泡劑3 30/K4 8叔胺類催化劑和/或有機(jī)金屬催化劑0. 5 0. 6。將上述重量配比的原料在25-35°C溫度下充分混合、攪拌，最終得到硝化生物脫氮載體。進(jìn)一步地，所述聚醚多元醇官能度為2. 5 3，羥值為56或46，分子量為3000 3500。進(jìn)一步地，所述多異氰酸酯，指數(shù)為105 115。進(jìn)一步地，所述叔胺類催化劑為三乙烯二胺，2-二甲胺基乙基，高斯米特中的一種或幾種。進(jìn)一步地，所述有機(jī)金屬催化劑為辛酸亞錫。本發(fā)明硝化生物脫氮載體可廣泛應(yīng)用于城鎮(zhèn)生活污水、煉油、煤化工污水、焦化廢水、皮革等工業(yè)污水的治理，更適合于工業(yè)污水中氨氮濃度比較高的皮革污水的污染治理。作用過程及原理使用本發(fā)明硝化生物脫氮載體處理高氨氮污水是在傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)的基礎(chǔ)上， 利用向曝氣池內(nèi)投加本發(fā)明硝化生物脫氮載體，在曝氣池內(nèi)單個(gè)生物載體的外表面實(shí)現(xiàn)亞硝化反應(yīng)，內(nèi)部實(shí)現(xiàn)亞硝酸鹽的反硝化，并不需要控制亞硝酸鹽的積累，使亞硝化、反硝化在同一曝氣池內(nèi)的同一個(gè)生物載體上發(fā)生。通過該工藝過程的合理應(yīng)用使污水中的氨氮、 總氮達(dá)到同時(shí)下降的目的。其基本原理如下本發(fā)明硝化生物脫氮載體特有的結(jié)構(gòu)，使介質(zhì)在載體外層逐漸向載體內(nèi)部滲透的過程中，逐漸形成外層好氧層，內(nèi)層缺氧/厭氧層，使得好氧的亞硝化菌和兼性反硝化菌共存于同一個(gè)生物載體上。氨氧化菌(亞硝化菌)一般附著在生物膜的表面，從外界獲得氧氣，把氨氮氧化成亞硝酸鹽；而反硝化所需的缺氧環(huán)境一般存在于生物載體的內(nèi)部，亞硝酸鹽和介質(zhì)中的有機(jī)物通過擴(kuò)散進(jìn)入硝化生物脫氮載體的內(nèi)部，在硝化生物脫氮載體內(nèi)層的缺氧部位，亞硝酸鹽和介質(zhì)中的有機(jī)物進(jìn)行反硝化而變?yōu)榈獨(dú)夂投趸己笸瑫r(shí)被去除。 反硝化所需的底物亞硝酸氮并不是來自進(jìn)水底物，而是通過生物膜自身的氨氧化作用產(chǎn)生的。所以，亞硝酸氮以及介質(zhì)中有機(jī)物的濃度是生物膜脫氮的關(guān)鍵。完全可以用生物載體的結(jié)構(gòu)和擴(kuò)散理論來解釋硝化生物脫氮載體中發(fā)生短程生物脫氮的機(jī)制，如圖1所示。水中氨氮濃度較高時(shí)，在適宜的工況條件下，亞硝化速率很高，細(xì)胞間亞硝酸濃度過高的時(shí)候會(huì)促使亞硝酸氮向外擴(kuò)散，致使水中的亞硝酸氮濃度升高。介質(zhì)在從生物載體外表面逐漸向內(nèi)部滲入或擴(kuò)散的過程中，隨著氨氧化細(xì)菌的繁殖及亞硝化細(xì)菌的耗氧，介質(zhì)中的溶解氧逐漸降低，甚至達(dá)到缺氧或厭氧的程度，此時(shí)介質(zhì)中的底物亞硝酸氮和有機(jī)物在硝化生物脫氮載體內(nèi)部反硝化細(xì)菌的作用下發(fā)生反硝化過程，將亞硝酸鹽與有機(jī)物轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化成氮?dú)?、二氧化碳和水。因此，?dāng)生物載體外表面的亞硝化速率等于內(nèi)部反硝化速率時(shí)，氨氮及總氮的去除率最高。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過上述組分和質(zhì)量配備制備的硝化生物脫氮載體處理含氨氮廢水，年損失率在 8%以下，比表面積達(dá)到25m2/g以上，氨氮容積負(fù)荷達(dá)到0. 65kgNH3-N/m3載體· d，亞硝酸鹽的容積負(fù)荷在0. 6 3. 2kgN02-N/m3載體· d。本發(fā)明硝化生物脫氮載體能實(shí)現(xiàn)氨氮，總氮的同時(shí)去除，載體表面所生長的生物量達(dá)到30g/L以上。與活性污泥法相比，可以節(jié)省25% 的供氧量，降低能耗，減少占地面積；在C/N符合要求的情況下提高氨氮和總氮(TN)的去除率，氨氮的去除率在90%以上，在合理的工況條件下使總氮的去除率在80%以上。采用該項(xiàng)目工藝技術(shù)治理的城鎮(zhèn)生活污水，治理后的排放尾水中的各污染指標(biāo)均能達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，特別是常規(guī)污水處理工藝難以解決的污染指標(biāo)——氨氮、總氮。采用該項(xiàng)目工藝技術(shù)治理的工業(yè)污水，使治理后排放尾水中的污染指標(biāo)氨氮能達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。有益效果本發(fā)明一種硝化生物脫氮載體與現(xiàn)有技術(shù)相比較主要具有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)1.傳統(tǒng)的生物脫氮工藝是氨氮一亞硝酸鹽一硝酸鹽一氮?dú)?，也曾有資料報(bào)道的氨氮一亞硝酸鹽一氮?dú)?，但未見真正的工業(yè)化實(shí)施，而本發(fā)明完全在工業(yè)化應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了氨氮一亞硝酸鹽一氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化，真正實(shí)現(xiàn)了污水的生物脫氮過程。2.傳統(tǒng)生物硝化系統(tǒng)常采用的活性污泥或流化(固定)填料的比表面積相對(duì)來說都是比較小的，比表面積最大的也在15m2/g以下，而本發(fā)明硝化生物脫氮載體的比表面積在25m2/g以上，由于其具有相當(dāng)大的比表面積，所以在其上固定了大量的微生物，生物負(fù)載量高達(dá)30g/L以上。3.傳統(tǒng)的生物載體對(duì)微生物的附著主要是依靠吸附作用固定的，成活后的微生物會(huì)隨污水的流動(dòng)而流失。而本發(fā)明硝化生物脫氮載體在合成過程中添加了一定的高分子合成材料，使合成后的載體表面帶有一定的陽離子活性基團(tuán)及羥基等親水性基團(tuán)，與污水中帶有負(fù)電荷的微生物產(chǎn)生了鍵、價(jià)結(jié)合的固定化技術(shù)，結(jié)合牢固，成活后的微生物不容易在水、氣的剪切作用下流失。本發(fā)明硝化生物脫氮載體的選擇與加工上遵循以下基本原則1) 足夠的機(jī)械強(qiáng)度；2)優(yōu)良的穩(wěn)定性；3)良好的表面帶電特性；4)無毒性或抑制性；5)優(yōu)越的物理性狀；6)表面親水性。4.曾有資料報(bào)道過類似本發(fā)明硝化生物脫氮載體的生物載體，但其都是采用自然開孔的方法，孔徑大小與規(guī)格比較雜亂，而ZM系列載體在生產(chǎn)加工過程中有意的控制了載體的規(guī)格與開孔大小，開孔結(jié)構(gòu)是采用大孔與微孔相結(jié)合，本發(fā)明硝化生物脫氮載體獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征和運(yùn)行特點(diǎn)是其能夠進(jìn)行短程生物脫氮的根本原因。大孔主要用于水，氣介質(zhì)的通道，小孔甚至微孔用于生物膜的附著。5.氨氮的硝化是需要消耗堿度的，現(xiàn)有技術(shù)都是選擇投加燒堿的方法補(bǔ)充因硝化而消耗的堿度，PH突變范圍大，不易控制，影響硝化反應(yīng)發(fā)生的速率。本發(fā)明硝化生物脫氮載體是選擇投加具有緩沖作用的弱堿碳酸鈉，PH值突變范圍小，易控制，硝化過程穩(wěn)定，其適合的PH值范圍是7. 8 8. 0，該pH值有利于亞硝化菌的生長繁殖，不利于硝化菌的生長繁殖，當(dāng)PH值超過8. 0時(shí)容易發(fā)生亞硝酸鹽向硝酸鹽的轉(zhuǎn)化。利用本發(fā)明硝化生物脫氮載體處理高氨氮污水短程生物脫氮工藝技術(shù)是在傳統(tǒng)生物污水處理工藝，特別是曝氣生物流化池污水處理技術(shù)的基礎(chǔ)上研究開發(fā)的新型生物脫氮工藝技術(shù)，其基礎(chǔ)技術(shù)是傳統(tǒng)生物脫氮的理論基礎(chǔ)。該生物脫氮工藝技術(shù)在研究開發(fā)時(shí)克服了傳統(tǒng)微生物載體對(duì)微生物固定不牢靠、微生物易流失的缺點(diǎn)。微生物與載體的結(jié)合力除了有簡單的物理吸附外，還有正、負(fù)電荷相吸的固定化技術(shù)，微生物與載體的結(jié)合力牢固，不易流失，生物負(fù)載量大，獨(dú)特的硝化生物脫氮載體結(jié)構(gòu)，使同一載體內(nèi)部有好氧、缺氧、厭氧環(huán)境的存在，從而使氨氮、總氮的去除在同一池內(nèi)發(fā)生。


附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中圖1為本發(fā)明硝化生物脫氮載體的生物脫氮的過程示意具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。實(shí)施例一一種硝化生物脫氮載體，包括如下組分及重量配比官能度為2. 5，羥值為56，分子量為3000的聚醚多元醇100、指數(shù)為105 115的多異氰酸酯20、硅酮表面活性穩(wěn)定劑 1、活性發(fā)泡劑3、水4、三乙烯二胺叔胺類催化劑0. 5。將上述重量配比的原料在25°C溫度下充分混合、攪拌，最終得到硝化生物脫氮載體。處理高氨氮污水時(shí)，C/N符合要求的情況下提高氨氮和總氮(TN)的去除率，氨氮的去除率為95%，在合理的工況條件下使總氮的去除率為85%。實(shí)施例二一種硝化生物脫氮載體，包括如下組分及重量配比官能度為3，羥值為46，分子量為3500的聚醚多元醇100、指數(shù)為105 115的多異氰酸酯62、硅酮表面活性穩(wěn)定劑3、 活性發(fā)泡劑30、水8、2_ 二甲胺基乙基叔胺類催化劑0. 6。將上述重量配比的原料在35°C溫度下充分混合、攪拌，最終得到硝化生物脫氮載體。處理高氨氮污水時(shí)，C/N符合要求的情況下提高氨氮和總氮(TN)的去除率，氨氮的去除率為98%，在合理的工況條件下使總氮的去除率為82%。實(shí)施例三一種硝化生物脫氮載體，包括如下組分及重量配比官能度為2. 7，羥值為56，分子量為3200的聚醚多元醇100、指數(shù)為105 115的多異氰酸酯20 42、硅酮表面活性穩(wěn)定劑2、活性發(fā)泡劑15、水6、斯米特叔胺類催化劑0. 2、辛酸亞錫有機(jī)金屬催化劑0. 35。
將上述重量配比的原料在30°C溫度下充分混合、攪拌，最終得到硝化生物脫氮載體。處理高氨氮污水時(shí)，在C/N符合要求的情況下提高氨氮和總氮(TN)的去除率，氨氮的去除率為94%，在合理的工況條件下使總氮的去除率為89%。最后應(yīng)說明的是以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明， 盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種硝化生物脫氮載體，其特征在于，包括如下組分及重量配比聚醚多元醇100多異氰酸酯20 62硅酮表面活性穩(wěn)定劑1 3活性發(fā)泡劑3 30水4 8叔胺類催化劑和/或有機(jī)金屬催化劑 0. 5 0. 6。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硝化生物脫氮載體，其特征在于，所述聚醚多元醇官能度為 2. 5 3，羥值為56或46，分子量為3000 3500。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硝化生物脫氮載體，其特征在于，所述多異氰酸酯，指數(shù)為 105 115。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硝化生物脫氮載體，其特征在于，所述叔胺類催化劑為三乙烯二胺，2-二甲胺基乙基，高斯米特中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硝化生物脫氮載體，其特征在于，所述有機(jī)金屬催化劑為辛酸亞錫。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硝化生物脫氮載體，包括如下組分及重量配比聚醚多元醇100、多異氰酸酯20～62、硅酮表面活性穩(wěn)定劑1～3、活性發(fā)泡劑3～30、水4～8、叔胺類催化劑和/或有機(jī)金屬催化劑0.5～0.6。本發(fā)明通過采用最佳的組分和合理的物料配比實(shí)現(xiàn)了制備成本低廉、對(duì)高氨氮污水中目標(biāo)污染物去除效果好、硝化—反硝化工藝過程在同一好氧池內(nèi)發(fā)生、反應(yīng)只控制在亞硝化階段，不發(fā)生硝化反應(yīng)，有效降低基建投資和運(yùn)行成本的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C02F3/10GK102285716SQ20101020444
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2010年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月21日
發(fā)明者李婭琳, 武鵬 申請(qǐng)人:李婭琳