一种用于生化好氧段同步脱氮除磷的新型组合悬浮球填料的制作方法

本发明涉及污水处理，具体是涉及一种用于生化好氧段同步脱氮除磷的新型组合悬浮球填料。

背景技术：

1、水体富营养化是由于水体氮、磷等营养物质的过度排放导致的水污染现象，是全球普遍存在的水质问题。水体富营养化主要是由于外源营养物质的排放，其中氮、磷元素是水体富营养化的主要限制因素之一，因此对氮、磷的控制对于水体富营养化修复至关重要。

2、生物法同步脱氮除磷由于成本低、无二次污染而得到广泛的重视和应用。生物法脱氮主要分为好氧硝化和缺氧反硝化两个阶段，在好氧状态下，氨氮转化为硝氮，在缺氧状态下，硝氮转化为氮气。生物法除磷主要分为厌氧释放磷和好氧吸收磷两个阶段。目前广泛使用的a2/o工艺由多级反应池构成，硝化、反硝化、除磷过程在不同反应池内进行，好氧段主要是硝化作用，氨氮在微生物作用下转化为硝氮或亚硝氮，同时好氧聚磷菌完成聚磷作用。整个工艺投资费用高且运行管理复杂，且难以满足日益严格的排放标准，此外还会产生大量剩余污泥，无害化处理投资费用高。相比之下，生物膜法由于填料的投加，微生物挂膜速度快，生物相更加丰富稳定，具有更高的处理效率。因此越来越多的研究者将两种工艺结合起来处理污水，即在a2/o工艺缺氧段或者好氧段投加悬浮填料，利用悬浮生长的活性污泥和附着生长的生物膜构成综合的微生物处理体系。

3、现有a2/o工艺往往将硝化、反硝化、除磷过程放在不同反应池内进行，投资费用高、运行管理复杂，难以满足日益严格的氮排放标准，且在生化好氧段主要是硝化作用，完成氨氮转化为硝氮和亚硝氮以及好氧吸收磷。为了强化同步脱氮除磷效果而在缺氧段或好氧段投加填料，虽然能提高微生物数量和种类，强化硝化、反硝化能力，但其填料往往挂膜时间相对较长，且需要投加大量有机碳源提高脱氮除磷效率，额外资金投入高。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于生化好氧段同步脱氮除磷的新型组合悬浮球填料。

2、本发明的技术方案是：一种用于生化好氧段同步脱氮除磷的新型组合悬浮球填料，由复合硫组分填料、多孔海绵构成的混合料装填至多孔悬浮球中，其中，混合料在多孔悬浮球中装填的体积比为20％～80％，复合硫组分填料、多孔海绵的体积比为0.2～2：1。

3、说明：以硫磺、硫铁矿作为电子供体构建生物滤池可以将硝氮或亚硝氮转化为氮气，同时硫铁矿和磷酸盐可以生成沉淀，达到同步脱氮除磷的效果。现有专利公开了一种基于复合硫组分无碳源同步脱氮除磷填料及制备方法与应用，该填料比重小，填料表面的有效组分负载比例大，增加了微生物的附着和反应点位，有效提高脱氮除磷效率；相比于其他填料，本发明填料大大节省了碳源和除磷药剂的投加，工程应用装填更加方便，由于该填料的制备过程中加入了大量的硫磺和硫铁矿，其密度远大于水的密度，往往多运用于固定床反应器，而且该填料主要应用于缺氧状态下的反硝化过程，强化硝氮和磷的去除效果。

4、考虑到生化好氧段主要是通过曝气将氨氮转化为硝氮和亚硝氮，氨氮去除效率高，硝氮去除效率低，且要达到脱氮效果一般需要投加大量有机碳源，磷的去除主要依赖于剩余污泥的排放，因此考虑投加复合硫组分填料，强化硝氮和磷的去除效率，进而提高同步脱氮除磷效果。但由于复合硫组分填料的密度大于水，呈固定态，曝气状态下传质效果差，对复合硫组分填料进行改造制备得新型组合悬浮球填料，使其密度略小于水，在微量曝气或搅拌下即可成流态状，这种填料可以更好的和悬浮生长的活性污泥接触，传质效率高，加快微生物的挂膜量和丰富微生物种类，提高生化好氧段的同步脱氮除磷效果。同时复合硫组分填料的特殊性，可以在好氧条件下加强硝态氮和磷的去除效果，大大提高系统的处理效率。

5、进一步地，以多孔海绵的使用量为基准，废水总氮低于50mg/l时，复合硫组分填料与多孔海绵的体积比为0.2～0.7：1，废水总氮高于50mg/l时，复合硫组分填料与多孔海绵的体积比为0.7～2：1。

6、说明：通过针对不同水质进行灵活控制复合硫组分填料与多孔海绵的配比，使其能够满足不同氨氮、硝氮的去除需求，从而使新型组合悬浮球填料在不同废水的处理下均保持高效的脱氮处理效率。

7、进一步地，所述复合硫组分填料由硫铁矿、硫磺、丁晴橡胶复合构成的，且硫铁矿、硫磺、丁晴橡胶的质量比为5-30：50-80：10-20。

8、说明：通过由硫铁矿、硫磺、丁晴橡胶所构成的复合硫组分填料能够在无需外加碳源的情况下即可达到良好的反硝化效果，同时能够强化除磷效果，丁晴橡胶的添加还能起到骨架构成和缓释硫成分的作用，在复合硫组分填料的加入后，能够使新型组合悬浮球填料不仅能够去除氨氮，还能够同时去除硝氮，从而显著提高生化好氧段的脱氮效果。

9、更进一步地，所述新型组合悬浮球填料的制备方法包括以下步骤：

10、1)将硫铁矿：硫磺：丁晴橡胶按照所述质量比混合、密炼、造粒成复合硫组分填料；

11、2)将多孔海绵切割成一定体积的块状或片状；

12、3)将复合硫组分填料和多孔海绵按照所述体积比装填入多孔悬浮球填料后，对多孔悬浮球进行盖扣密封，制成新型组合悬浮球填料。

13、说明：通过将复合硫组分填料、多孔海绵按比例以及填充率装填至多孔悬浮球填料中，可以根据多种废水对比例以及填充率进行灵活控制，操作简单；通过将多孔海绵切割为块状或片状，能够为微生物提供更多良好的附着表面，丰富微生物挂膜量，加速有机物的降解过程，提高脱氮除磷效果。

14、更进一步地，所述造粒是将胶料挤入到预制模板中，随后对预制模板进行加热至80～90℃，并保持15～30s，再将预制模板降温至室温，待模胚成型后拆开预制模板，将模胚的各个柱形部分切除，得到复合硫组分填料。

15、说明：通过将复合硫组分填料制成柱状料能够提高复合硫组分填料与水的接触面积，并且能够进一步防止复合硫组分填料从多孔悬浮球的孔隙中滑出的可能，同时通过将预制模板温度升至上述区间，能够避免冷却速度过快，表面温度迅速降低而内部温度仍较高，会造成表面迅速收缩而内部收缩较慢的现象，造成开裂、翘曲或变形，并且能够避免复合硫组分填料表面产生裂纹，影响复合硫组分填料的缓释性能以及结构强度。

16、更进一步地，所述预制模板上具有多个柱形模槽，每个所述模槽内侧壁分布有若干空心突杆，所述空心突杆上具有若干气孔，且空心突杆中装填有产气粉末；其中，所述产气粉末为碳酸氢钠，以1～5℃/min将预制模板降温至室温。

17、说明：通过具有空心突杆的柱形模槽能够使复合硫组分填料具有若干沉孔，并且在此基础上，利用产气粉末以及空心突杆的若干气孔使复合硫组分填料的沉孔中还具有多个通道和气孔，从而显著提升复合硫组分填料与水的接触面积，在不影响复合硫组分填料的缓释性能以及结构强度的前提下，增强硫成分的释放效果，提高生化好氧段的脱氮除磷效果；

18、同时，以碳酸氢钠为例，通过将预制模板加热至80～90℃，一方面是为了避免胶液冷却速度过快而造成复合硫组分填料出现开裂、翘曲或变形等缺陷，另一方面是为了在胶料冷却初期使产气粉末在胶液以及模板温度的双向作用下维持有较高的产气效果，随后通过1～5℃/min的降温速度逐渐延缓模板温度，避免过多气孔的出现而影响复合硫组分填料的缓释性能以及结构强度，通过温度的控制变化，能够使空心突杆与产气粉末配合使复合硫组分填料具有合适数量的沉孔以及气孔，从而在不影响复合硫组分填料的缓释性能以及结构强度，提高复合硫组分填料硫成分的释放效果。

19、更进一步地，所述柱形模槽的直径记为d1，空心突杆的直径记为d2，空心突杆的长度记为l1，空心突杆的相邻间距记为l2，其满足下式：

20、d1/8≤d2≤d1/6

21、d1/5≤l1≤d1/4

22、l2＝(l1+d2)/2

23、说明：上式能够对空心突杆的直径、长度以及相邻设置间距进行控制，避免空心突杆设置过于密集而影响复合硫组分填料的缓释性能以及结构强度，以及避免空心突杆设置过于稀疏而无法起到显著的释放效果提升，在通过对空心突杆的直径、长度以及相邻设置间距进行优化之后，配合本发明所配制的复合硫组分填料，能够对生化好氧段进行效果显著的脱氮除磷处理。

24、进一步地，所述多孔海绵的材质为具有亲水性的聚氨酯海绵，孔隙率大于98％；多孔悬浮球填料的结构为带有暗扣、疏松多孔的立体球形结构，多孔悬浮球填料的材质为有机高分子聚合物。

25、说明：由于聚氨酯海绵具有较高的弹性和柔软性，采用聚氨酯海绵能够轻松地按比例装填至各种规格的多孔悬浮球填料中，并且聚氨酯海绵填料的比表面积大，能够为微生物栖息提供更多的空间，从而使大量微生物得以附着生长，有助于维持生物接触氧化池内较高浓度的生物量，从而提高生化好氧段的脱氮除磷效果；

26、多孔悬浮球能够方便多孔海绵以及复合硫组分填料的装填使用，并且在使用过程中，微生物易于挂膜和脱落，这有助于保持生物膜的活性，提高生化好氧段的脱氮除磷效率，同时采用有机高分子聚合物制成的全立体结构，不易堵塞，能够适用于多种复杂的水质环境，而且抗老化，具有较长的使用寿命。

27、进一步地，所述多孔悬浮球填料的孔径小于复合硫组分填料的粒径，且新型组合悬浮球填料的密度小于水的密度。

28、说明：多孔悬浮球填料的孔径应小于复合硫组分填料、多孔海绵，以避免新型组合悬浮球填料投加后使复合硫组分填料、多孔海绵从多孔悬浮球填料的孔中滑出，通过使新型组合悬浮球填料的密度小于水的密度，在轻微曝气或搅拌下即可实现流化态，提高传质效率，加快微生物的挂膜速度，从而提高微生物挂膜量。

29、本发明的有益效果是：

30、(1)本发明的新型组合悬浮球填料可以用于生化好氧段，可丰富微生物挂膜量，可同时去除硝氮和氨氮，并且能够根据不同水质情况进行灵活调控复合硫组分填料和多孔海绵的比例，能够在不同废水中进行高效脱氮除磷。

31、(2)本发明采用硫铁矿、硫磺、丁晴橡胶所构成的复合硫组分填料，可以在无需外加碳源的情况下达到良好的反硝化效果，通过使用复合硫组分填料不仅能够去除氨氮，还能够同时去除硝氮，从而显著提高生化好氧段的脱氮效果，并且能起到一定的缓释作用。