CN112441804B - 一种除磷脱氮型生物滤料制备方法及在一体化农村生活污水处理设备上的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种除磷脱氮型生物滤料制备方法及在一体化农村生活污水处理设备上的应用。包括以下步骤：（1）将蒸压加气混凝土砌块下脚料粉碎过筛；（2）含硫铁矿石及其他原料破碎过筛；（3）按重量比取以下组分混合：水泥15～25%，蒸压加气混凝土粉碎料40～50%，粉煤灰10～15%，含硫铁矿粉10～16%，石灰5～10%，石膏粉3～5%，重钙粉5～8%，造孔剂0.1～0.15%；（4）利用造粒机制备成生料球；（5）蒸压养护；用在农村生活污水一体化处理设备中，尤其是厌氧滤池中。该方法对蒸压加气混凝土下脚料回收利用，并制成脱氮除磷型生物滤料，增强了农村生活污水一体化处理设备的脱氮除磷效果。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种除磷脱氮型生物滤料制备方法及在一体化农村生活污水处理设备上的应用。
背景技术
随着我国经济的日益发展，大量污染物尤其是水体中氮、磷的超标带来的水体富营养化问题也日益严重。在我国农村地区，目前大量使用一体化设备来处理农村生活污水。
目前广泛使用的去除生活污水中氨氮的方法，主要有生物接触氧化法、曝气生物滤池、生物活性碳等，其主要原理是利用生物膜吸附氧化作用，将氨氮转化为硝酸盐或亚硝酸盐，达到去除水体中氨氮的目的。
目前对污水中硝酸盐的去除方法主要是反硝化作用，即利用反硝化细菌将硝酸盐或亚硝酸盐转化为氮气，进而彻底去除水中的氮。自养反硝化技术可利用无机碳合成细胞、利用无机物作为电子供体完成反硝化过程，其中硫/石灰石自养反硝化技术利用硫作为电子供体，解决了低C/N比污水除氮过程中需外加碳源的弊端。
蒸压加气混凝土制作加工过程中，能产生1～3%的下脚料，其中，只有很少一部分被掺和在混凝土砂浆中被重复利用，再次制作蒸压砌块，大部分都作为建筑垃圾处理处置，造成资源的极大浪费。
中国专利CN 104193248A公开了一种利用混凝土搅拌站废弃灰浆制备免烧陶粒的方法。利用混凝土搅拌站废弃灰浆，结合水泥、粉煤灰、废弃灰浆粉、粘结剂、成孔剂等组分，利用蒸压技术制备免烧陶粒。该方法仅可重复利用其中15～25%的废弃灰浆粉，且废弃灰浆大部为实心颗粒，在该工艺中仅作普通填料使用，其他组分与普通蒸压加气混凝土砌块所用原料基本无异，必定会影响到最终陶粒的孔隙率及比表面积。
文献（环境工程学报，2013, V7, No.10, P4054～4060）公布了一种粉煤灰免烧陶粒制备的方法，并测试了其重金属废水净化性能。以粉煤灰和水泥为原料、添加活性成分FeS，制备了一种免烧陶粒，用于含重金属Cu2+，Zn2+，Pb2+的废水处理。
中国专利CN 102701522A公开了一种在低温下高效处理高氨氮原水的方法，高氨氮原水经过生物硝化单元，氨氮转化为硝酸盐氮；然后经过生物陶粒-硫-碱滤床，硝酸盐氮转化为氮气而彻底去除。其中生物陶粒-硫-碱滤床，以陶粒、硫粒、碳酸氢钙颗粒级配混合，低温下硝酸盐氮去除率可达98%，氨氮去除率可达95%；且出水中钙可作为絮凝剂强化SS与总磷的去除。但该方法中使用的生物陶粒-硫-碱滤床按级配混合，原水依次通过，不但工艺设备复杂，且增加了污水处理时间。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种除磷脱氮型生物滤料制备方法，生产工艺简单，能够大量使用无实际利用价值的蒸压加气混凝土砌块下脚料，制取的生物滤料孔隙率高，极大的增加微生物的附着能力，缩短农村生活污水一体化处理设备的厌氧发酵启动时间，节约生物滤料的生产成本和工序，且实际利用价值高；本发明还提供该生物滤料在一体化农村生活污水处理设备上的应用。
本发明所述的除磷脱氮型生物滤料制备方法，包括以下步骤：
（1）使用破碎机将蒸压加气混凝土砌块下脚料粉碎至1mm以下，并过筛；
（2）使用破碎机破碎含硫铁矿石及其他原料至1mm以下，并过筛；
（3）按重量百分比取以下组分投入混合器中进行混合：
水泥15～25%，蒸压加气混凝土粉碎料40～50%，粉煤灰10～15%，含硫铁矿粉10～16%，石灰5～10%，石膏粉3～5%，重钙粉5～8%，造孔剂0.1～0.15%，并混合均匀；
（4）造粒成型：向混合好的物料中加入水并搅拌均匀，利用造粒机制备成6～10mm的生料球；
（5）将生料球送入蒸压加气混凝土砌块养护釜中进行蒸压养护，养护温度为110～120℃，养护时间为6～8小时，得到除磷脱氮型生物滤料。
其中：
所述的水泥为普通硅酸盐水泥或高铝水泥，优选普通52.5MPa型硅酸盐水泥。
所述的含硫铁矿石为黄铁矿石、白铁矿石或磁黄铁矿石中的一种或几种的混合物，优选黄铁矿石，且使用粉碎机粉碎到200目以下。
所述的石膏粉为二水石膏CaSO4·2H2O，优选脱硫石膏。
所述的重钙粉为325目重钙粉。
所述的造孔剂为铝粉、碳酸氢钙或碳酸氢钠中的一种或几种，优选碳酸氢钠。
采用上述制备方法制备的除磷脱氮型生物滤料在一体化农村生活污水处理设备上的应用具体为：所述的除磷脱氮型生物滤料用在农村生活污水一体化处理设备的厌氧生物滤池段，作为厌氧微生物的高效反应载体。
与现有技术相比，本发明有益效果如下：
（1）该方法可将废弃加气混凝土砌块下脚料循环利用，变废为宝。
（2）该方法所提供配方的组分配比合理，且使用高强度的52.5MPa普通硅酸盐水泥，使最终制备的生物滤料强度极大的提高，筒压强度最高可达9～10MPa。
（3）由于蒸压加气混凝土砌块本身就密度低且比表面积大、多孔，所制取的生物滤料比表面积更大，可达普通滤料5倍以上，更能使农村生活污水一体化设备上的降解微生物快速着床，缩短了生活污水处理周期。
（4）该方法使用天然的黄铁矿、磁黄铁矿粉制备生物滤料，并作为反硝化作用的电子供体，能增加生物滤料的脱氮效果；加之莫来石自有的析钙除磷作用，使之具有极佳的脱氮除磷复合效果。
（5）该滤料中存在Ca(OH)2、C-S-H、Fe-S等矿物相，对重金属离子具有非常好的固定作用，能有效去除生活污水中可能所含的重金属离子。
（6）该生物滤料可借用现有的蒸压加气混凝土生产工艺，降低了固定资产投资费用，使之生产成本更低，增强了产品的市场竞争优势。
（7）本发明中，硅酸钙盐类物质具有缓慢释放钙离子和碱度的能力，同时易于制成各种形状的多孔材料，对水体磷酸根具有较好的吸附效果。蒸压加气混凝土砌块中的托勃莫来石能提供钙离子，使其与水中磷酸根结合，并在其表面生成稳定的羟基磷酸钙（HAP）而实现除磷。
（8）本发明利用蒸压加气混凝土砌块下脚料，包括次品及切割废料等，结合硫磺或硫化盐可作为反硝化细菌的电子供体等原理，制备出一种脱氮除磷型生物滤料，并应用于农村生活污水一体化处理设备上，不但能满足目前的脱氮除磷需求，且能达到废物循环利用的目的，具有极高的经济、社会效益及环保价值。
（9）该方法生产工艺简单，能大量使用无实际利用价值的蒸压加气混凝土砌块下脚料，制取的生物滤料孔隙率高，极大的增加微生物的附着能力，厌氧微生物在厌氧滤池填料上附着生长形成生物膜，缩短了农村生活污水一体化处理设备的厌氧发酵启动时间，节约了生物滤料的生产成本和工序，且实际利用价值高。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
实施例中采用的原料具体如下：
水泥：普通52.5MPa型硅酸盐水泥。
石膏粉：脱硫石膏。
重钙粉：325目重钙粉。
实施例1
所述的除磷脱氮型生物滤料制备方法及在一体化农村生活污水处理设备上的应用具体如下：
（1）使用破碎机将加气混凝土砌块下脚料破碎至0.8mm，并过筛；
（2）使用破碎机破碎黄铁矿石及其他原料至0.5mm，并过筛；
（3）按重量比取以下组分投入混合器中混合：水泥16%，蒸压加气混凝土粉碎料45%，粉煤灰10%，黄铁矿粉12%，石灰8%，石膏粉3%，碳酸氢钙0.1%，余量重钙粉，并混合均匀；
（4）在混合器中对搅拌混合均匀的原料，按与步骤（3）中所混料3：1的质量比，加入一定量水，并搅拌均匀，利用造粒机制备成直径为8mm的生料球；
（5）对生料球送入蒸压加气混凝土砌块养护釜中进行常规的蒸压养护，养护温度为120℃，养护时间为6.5小时；
（6）在农村生活污水一体化处理设备中，尤其是厌氧滤池中，按照厌氧滤池总体积的1/3，添加该生物滤料，作为厌氧微生物的高效反应载体。
实施例2
所述的除磷脱氮型生物滤料制备方法及在一体化农村生活污水处理设备上的应用具体如下：
（1）使用破碎机将加气混凝土砌块下脚料破碎至1mm以下，并过筛；
（2）使用破碎机破碎磁黄铁矿石至0.6mm以下，并过筛；
（3）按重量比取以下组分投入混合器中混合：水泥18%，蒸压加气混凝土粉碎料43%，粉煤灰10%，磁黄铁矿粉10%，石灰9%，石膏粉3%，碳酸氢钠0.1%，余量重钙粉，并混合均匀；
（4）造粒成型：在混合器中对搅拌混合均匀的原料，按重量比2.5：1的比例，加入水并搅拌均匀，利用造粒机制备成直径为10mm的生料球；
（5）对生料球送入蒸压加气混凝土砌块养护釜中进行常规的蒸压养护，养护温度为120℃，养护时间为7小时；
（6）在农村生活污水一体化处理设备中，尤其是厌氧滤池中，按照厌氧滤池总容积1/2，添加该生物滤料，作为厌氧微生物的高效反应载体。
实施例3
所述的除磷脱氮型生物滤料制备方法及在一体化农村生活污水处理设备上的应用具体如下：
（1）使用破碎机将加气混凝土砌块下脚料破碎至325目以下，并过筛；
（2）使用破碎机破碎磁黄铁矿石至325目以下，并过筛；
（3）按重量比取以下组分投入混合器中混合：水泥15%，蒸压加气混凝土粉碎料46%，粉煤灰10%，磁黄铁矿粉8%，石灰8%，石膏粉5%，碳酸氢钠0.15%，余量重钙粉，并混合均匀；
（4）造粒成型：在混合器中对搅拌混合均匀的原料，按3：1的质量比，加入水并搅拌均匀，利用造粒机制备成直径为7mm的生料球；
（5）对生料球送入蒸压加气混凝土砌块养护釜中进行常规的蒸压养护，养护温度为110℃，养护时间为8小时；
（6）在农村生活污水一体化处理设备中，尤其是厌氧滤池中，按厌氧滤池容积的1/2，添加该生物滤料，作为厌氧微生物的高效反应载体。
实施例4
所述的除磷脱氮型生物滤料制备方法及在一体化农村生活污水处理设备上的应用具体如下：
（1）使用破碎机将加气混凝土砌块下脚料破碎至0.8mm，并过筛；
（2）使用破碎机破碎黄铁矿石及其他原料至0.5mm，并过筛；
（3）按重量比取以下组分投入混合器中混合：水泥25%，蒸压加气混凝土粉碎料40%，粉煤灰11.9%，黄铁矿粉10%，石灰5%，石膏粉3%，碳酸氢钙0.1%，余量重钙粉，并混合均匀；
（4）在混合器中对搅拌混合均匀的原料，按与步骤（3）中所混料3：1的质量比，加入一定量水，并搅拌均匀，利用造粒机制备成直径为8mm的生料球；
（5）对生料球送入蒸压加气混凝土砌块养护釜中进行常规的蒸压养护，养护温度为120℃，养护时间为6.5小时；
（6）在农村生活污水一体化处理设备中，尤其是厌氧滤池中，按照厌氧滤池总体积的1/3，添加该生物滤料，作为厌氧微生物的高效反应载体。
实施例5
所述的除磷脱氮型生物滤料制备方法及在一体化农村生活污水处理设备上的应用具体如下：
（1）使用破碎机将加气混凝土砌块下脚料破碎至0.8mm，并过筛；
（2）使用破碎机破碎黄铁矿石及其他原料至0.5mm，并过筛；
（3）按重量比取以下组分投入混合器中混合：水泥15%，蒸压加气混凝土粉碎料50%，粉煤灰10%，黄铁矿粉10.9%，石灰5%，石膏粉3%，碳酸氢钙0.1%，余量重钙粉，并混合均匀；
（4）在混合器中对搅拌混合均匀的原料，按与步骤（3）中所混料3：1的质量比，加入一定量水，并搅拌均匀，利用造粒机制备成直径为8mm的生料球；
（5）对生料球送入蒸压加气混凝土砌块养护釜中进行常规的蒸压养护，养护温度为120℃，养护时间为6.5小时；
（6）在农村生活污水一体化处理设备中，尤其是厌氧滤池中，按照厌氧滤池总体积的1/3，添加该生物滤料，作为厌氧微生物的高效反应载体。
实施例6
所述的除磷脱氮型生物滤料制备方法及在一体化农村生活污水处理设备上的应用具体如下：
（1）使用破碎机将加气混凝土砌块下脚料破碎至0.8mm，并过筛；
（2）使用破碎机破碎黄铁矿石及其他原料至0.5mm，并过筛；
（3）按重量比取以下组分投入混合器中混合：水泥15%，蒸压加气混凝土粉碎料40%，粉煤灰15%，黄铁矿粉16%，石灰5%，石膏粉3%，碳酸氢钙0.15%，余量重钙粉，并混合均匀；
（4）在混合器中对搅拌混合均匀的原料，按与步骤（3）中所混料3：1的质量比，加入一定量水，并搅拌均匀，利用造粒机制备成直径为8mm的生料球；
（5）对生料球送入蒸压加气混凝土砌块养护釜中进行常规的蒸压养护，养护温度为120℃，养护时间为6.5小时；
（6）在农村生活污水一体化处理设备中，尤其是厌氧滤池中，按照厌氧滤池总体积的1/3，添加该生物滤料，作为厌氧微生物的高效反应载体。
实施例7
所述的除磷脱氮型生物滤料制备方法及在一体化农村生活污水处理设备上的应用具体如下：
（1）使用破碎机将加气混凝土砌块下脚料破碎至0.8mm，并过筛；
（2）使用破碎机破碎黄铁矿石及其他原料至0.5mm，并过筛；
（3）按重量比取以下组分投入混合器中混合：水泥17%，蒸压加气混凝土粉碎料41%，粉煤灰11%，黄铁矿粉11%，石灰10%，石膏粉4%，碳酸氢钙0.1%，余量重钙粉，并混合均匀；
（4）在混合器中对搅拌混合均匀的原料，按与步骤（3）中所混料3：1的质量比，加入一定量水，并搅拌均匀，利用造粒机制备成直径为8mm的生料球；
（5）对生料球送入蒸压加气混凝土砌块养护釜中进行常规的蒸压养护，养护温度为120℃，养护时间为6.5小时；
（6）在农村生活污水一体化处理设备中，尤其是厌氧滤池中，按照厌氧滤池总体积的1/3，添加该生物滤料，作为厌氧微生物的高效反应载体。
对实施例1～7所制备的生物滤料堆积密度、比表面积、孔隙率、筒压强度，以及脱氮/除磷效率等性能指标在农村生活污水一体化设备上进行测定，具体测定结果见表1。
表1
| 实施例 | 堆积密度kg/m3 | 比表面积m2/g | 孔隙率% | 筒压强度Mpa | 脱氮效率% | 除磷效率% |
| 1 | 618 | 12.1 | 60.8 | 8.3 | 95.9 | 97 |
| 2 | 622 | 12.1 | 60.3 | 8.6 | 97 | 97.1 |
| 3 | 619 | 12.7 | 60.5 | 8.8 | 96.4 | 97 |
| 4 | 617 | 12.2 | 60.5 | 8.4 | 96.1 | 97 |
| 5 | 615 | 12 | 60.3 | 8.5 | 96.3 | 96.9 |
| 6 | 618 | 12.1 | 60.1 | 8.6 | 95.8 | 97.1 |
| 7 | 621 | 12 | 60.7 | 8.5 | 95.9 | 96.8 |
以上对本发明所提供的一种利用蒸压加气混凝土砌块下脚料，制备脱氮除磷型生物滤料的方法进行了详细介绍，并对其在农村生活污水一体化处理设备上进行了脱氮除磷性能测试。
本文中应用了具体的个例，对本发明原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种除磷脱氮型生物滤料制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）使用破碎机将蒸压加气混凝土砌块下脚料粉碎至1mm以下，并过筛；
（2）使用破碎机破碎含硫铁矿石及其他原料至1mm以下，并过筛；
（3）按重量百分比取以下组分投入混合器中进行混合：
水泥15～25%，蒸压加气混凝土粉碎料40～50%，粉煤灰10～15%，含硫铁矿粉10～16%，石灰5～10%，石膏粉3～5%，重钙粉5～8%，造孔剂0.1～0.15%，并混合均匀；
（4）造粒成型：向混合好的物料中加入水并搅拌均匀，利用造粒机制备成6～10mm的生料球；
（5）将生料球送入蒸压加气混凝土砌块养护釜中进行蒸压养护，养护温度为110～120℃，养护时间为6～8小时，得到除磷脱氮型生物滤料。
2.根据权利要求1所述的除磷脱氮型生物滤料制备方法，其特征在于：所述的水泥为普通硅酸盐水泥或高铝水泥。
3.根据权利要求2所述的除磷脱氮型生物滤料制备方法，其特征在于：所述的普通硅酸盐水泥为普通52.5MPa型硅酸盐水泥。
4.根据权利要求1所述的除磷脱氮型生物滤料制备方法，其特征在于：所述的含硫铁矿石为黄铁矿石。
5.根据权利要求1所述的除磷脱氮型生物滤料制备方法，其特征在于：所述的石膏粉为二水石膏CaSO4·2H2O。
6.根据权利要求5所述的除磷脱氮型生物滤料制备方法，其特征在于：所述的石膏粉为脱硫石膏。
7.根据权利要求1所述的除磷脱氮型生物滤料制备方法，其特征在于：所述的重钙粉为325目重钙粉。
8.根据权利要求1所述的除磷脱氮型生物滤料制备方法，其特征在于：所述的造孔剂为铝粉、碳酸氢钙或碳酸氢钠中的一种或几种。
9.一种权利要求1-8任一所述的制备方法制备的除磷脱氮型生物滤料在一体化农村生活污水处理设备上的应用，其特征在于：
所述的除磷脱氮型生物滤料用在农村生活污水一体化处理设备的厌氧生物滤池段，作为厌氧微生物的高效反应载体。
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