反硝化生物载体及其制备方法和应用与流程

本发明属于污水处理，尤其涉及一种反硝化生物载体及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着社会经济活动的加剧，氮磷等营养物质的排放量持续增长，导致水体富营养化问题突出,其中氮类污染物是引发水体富营养化的关键因素之一，因此降低污水中的氮含量对于环境保护具有重要意义。关于含氮污水的处理，污水处理厂普遍执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(gb18918-2002)中的一级a标准，其中tn浓度不得超过15mg/l。

2、污水处理厂二级出水通常呈现低c/n比例特征，仅依赖异养微生物进行脱氮处理往往无法达到预期效果，为强化二级出水脱氮效果，需为异养微生物提供良好的环境条件。根据相关研究，影响异养微生物反硝化反应速率的环境因素有温度、溶解氧、ph、碳源有机物等。当前，较为普遍采用的碳源有机物添加方式为液体形式，但该方法存在消耗量大且易于损耗的问题，即碳源利用率低；此外，常规情况下，二沉池的出水溶解氧一般在2～5mg/l，而理想的反硝化反应环境要求溶解氧浓度应低于0.5mg/l，为启动反硝化反应，现有技术中往往需要通过加大回流倍数或者加大反硝化池的容积的方法来降低溶解氧含量，但是这样的方式不仅增大了能耗还增加了硝化池的占地面积，同时脱氮效果也不理想。此外，现有的反硝化生物载体还存在微生物附着不稳定的问题。

3、因此，亟需一种反硝化生物载体及其制备方法和应用，以解决现有的反硝化处理过程中遇到的碳源利用率低、溶解氧降低困难、微生物附着不稳定以及脱氮效果不理想等问题。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种反硝化生物载体及其制备方法和应用，该反硝化生物载体可以缓慢释放固态碳源、降低污水中溶解氧、为微生物提供良好的附着、对氮有良好的吸附亲和性。

2、为实现以上目的，本发明第一方面提供了一种反硝化生物载体，制备原料包括铁剂、改性活性炭、聚己内酯、十二烷基磺酸钠、水凝胶粘结剂，改性活性炭为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵改性活性炭。

3、与现有技术相比，本发明的反硝化生物载体的制备原料包括铁剂、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵改性活性炭、聚己内酯、十二烷基磺酸钠，其中铁剂不仅可以去除水中溶解氧从而为反硝化细菌提供缺氧环境，而且在其被氧化的过程中可逐步转变成铁盐絮凝剂以起到絮凝作用从而进一步降低污水中的总磷以及其他污染物；3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵改性活性炭的表面具有带正电的季铵基团，能与水体中带有负电荷的no3-、po43-离子发生强烈的静电相互作用，从而提高活性炭对含氮、含磷化合物的吸附亲和性；聚己内酯作为反硝化过程中的碳源，相对于易溶于水的液态碳源(如葡萄糖等)，其以固态形式存在，在水体中的溶解和扩散速度较慢，减少了碳源流失，同时聚己内酯的降解速率相对缓慢且可控，这使得其能够更均匀、持久地供应有机碳，从而提高碳源的利用率，这有助于实现更高的总氮去除率；此外，十二烷基磺酸钠是一种阴离子表面活性剂，具有良好的发泡性能，通过其发泡性能与改性活性炭、铁剂、聚己内酯一起形成机械强度高、粗糙多孔的生物载体结构，为异养反硝化细菌提供优良的附着条件，有利于维持微生物生物量和活性，从而提高脱氮效率及其他污染物去除效果。由此可知，本发明的反硝化生物载体可以缓慢释放固态碳源、降低污水中溶解氧、为微生物提供良好的附着、对氮有良好的吸附亲和性，故将本发明的反硝化生物载体应用于污水处理系统中可实现较好的脱氮效果和经济性。

4、进一步地，本发明的制备原料以质量份数计，包括20～50份铁剂、20～50份改性活性炭、10～30份聚己内酯、5～10份十二烷基磺酸钠、65～130份水凝胶粘结剂。具体地，铁剂可为但不限于20份、25份、30份、35份、40份、45份、50份；改性活性炭可为但不限于20份、25份、30份、35份、40份、45份、50份；聚己内酯可为但不限于10份、15份、20份、25份、30份；十二烷基磺酸钠可为但不限于5份、6份、7份、8份、9份、10份；水凝胶粘结剂可为但不限于65份、75份、85份、95份、110份、120份、130份。

5、进一步地，本发明的水凝胶粘结剂包括10～20质量份聚乙烯醇、5～10质量份海藻酸钠、50～100质量份水。聚乙烯醇可为但不限于10份、12份、15份、18份、20份；海藻酸钠可为但不限于5份、6份、7份、8份、9份、10份；水可为但不限于50份、55份、60份、65份、70份、75份、80份、85份、90份、95份、100份。

6、进一步地，本发明的水凝胶粘结剂的制备包括将聚乙烯醇、海藻酸钠和水混合，于80～100℃下水浴加热溶解。

7、进一步地，本发明的铁剂包括海绵铁、零价铁和铁粉中的至少一种。海绵铁是以赤铁矿为原料，经高温一氧化碳还原而成的金属铁。海绵铁具有多孔状结构，颗粒大小不一，其比表面积大，因此具有良好的吸附性能，故本发明的铁剂优选地采用海绵铁。

8、进一步地，本发明的改性活性炭的制备包括:将活性炭、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和水混合，于40～50℃下水浴加热反应，再依次经过滤、洗涤、干燥、研磨、过筛。具体地，于40～50℃下水浴加热反应包括：于40～50℃水浴摇床中以100～400r/min的转速振荡反应10～15h；洗涤包括采用25％的乙醇溶液清洗至少3次，再采用水清洗至少3次；干燥包括于38～42℃下烘干；过筛包括采用60目筛进行过筛。3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(chptac)是一种常用的季铵化试剂，其含有一个带正电的季铵基团(n+(ch3)3)和一个带有反应活性的羟基(-oh)的侧链，chptac分子中的羟基与活性炭表面的含氧官能团(如羧基、酚基、羟基等)在水浴加热下发生酯化或醚化反应形成共价键连接，得到改性活性炭。

9、进一步地，以质量份数计，包括20～50份活性炭、40～80份3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、50～120份水。

10、相应地，本发明第二方面提供了一种反硝化生物载体的制备方法，包括以下步骤：

11、(1)将铁剂、改性活性炭、聚己内酯、十二烷基磺酸钠和水凝胶粘结剂搅拌混合；

12、(2)将步骤(1)后所得混合物依次进行干燥、研磨、过筛；

13、(3)将步骤(2)后所得产物与氯化铝饱和溶液混合后水浴振荡；

14、(4)将步骤(3)后所得产物依次进行洗涤、干燥。

15、进一步地，本发明的步骤(2)及步骤(4)中的干燥包括：于38～42℃下烘干。

16、进一步地，本发明的步骤(2)中过筛包括采用60目筛进行过筛。

17、进一步地，本发明的步骤(3)中水浴震荡的温度为常温，时间为20～30h。

18、相应地，本发明第三方面还提供了一种上述提及的反硝化生物载体或上述提及的反硝化生物载体的制备方法所制备的反硝化生物载体在污水处理系统中的应用。

19、与现有技术相比，本发明的反硝化生物载体可以降低污水中溶解氧、为微生物提供良好的附着、对氮有良好的吸附亲和性，故将本发明的反硝化生物载体应用于污水处理系统中，可保证污水处理系统具有良好的脱氮效果；同时本发明的反硝化生物载体能缓慢释放固态碳源，故能降低反硝化生物载体损耗从而能显著提高污水处理系统的经济性。