一种多孔缓释碳源填料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种多孔缓释碳源填料及其制备方法和应用。原料按重量百分比计包括：湿地植物3％

【技术实现步骤摘要】
一种多孔缓释碳源填料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及污水处理领域，特别涉及一种多孔缓释碳源填料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]碳源是生物脱氮工艺中的重要因素，反硝化细菌利用有机碳作为电子供体，将硝酸盐氮逐渐反应为氮气以去除。但是当水体中的碳源含量不足时，通常生物反硝化进程会受到抑制，不仅脱氮效率低下，还会导致亚硝酸盐氮累积，对水环境安全造成较大的威胁。因此需要通过投加外加碳源，来弥补这一不足。传统的外加碳源可分为液体碳源与固体碳源。甲醇、乙酸等低分子液体碳源虽然能有效提高脱氮效果，但同时也会带来污泥产量、处理成本的增加以及运行控制灵活性差等问题，并具有一定的毒性和安全风险。而固体碳源采用不溶于水的固体有机物作为微生物生长的载体和反硝化电子供体，实现硝酸盐的生物反硝化，又可分为天然纤维素类固体碳源和人工合成高分子可生物降解聚合物。
[0003]目前，天然纤维素类碳源因其经济、安全，但直接投放入水中存在着释放不易控制、出水色度高、出水偏酸性以及材料强度不稳定等缺陷，故常与一些无机材料结合使用。已经有一些成果在实际应用中取得了一定的效果，申请号为201610929155.2的专利文件，公开了一种复生态基质颗粒包括：高渗透性多孔无机材料、无机结合料和缓释碳源，其中缓释碳源为玉米芯。有利于反硝化微生物的吸收利用，以提高反硝化作用效率，并可作为永久基质存在；但是，该申请案所述的生态基质颗粒所需的缓释碳源需要进行化学预处理，操作较为繁琐，成本较高，且不利于规模化生产。该专利中受污染河水进水TN浓度在35
‑
50mg/L，属于较高浓度的污染水体。需要颗粒具备较大的释放总量与释放速率，但当其应用于低污染浓度的水体中时，可能会导致出水COD超标等二次污染；并且，该材料是否能够持续发挥脱氮效果以及对于微生物的促进附着生长的作用也未深入研究，关于生态基质颗粒向水体释放的物质，是否具有环境风险也未提及。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种多孔缓释碳源填料及其制备方法和应用。采用人工湿地枯萎或收割后的湿地植物作为碳源，以沸石粉、钙基膨润土、高岭土、硅藻土作为吸附材料，以普通硅酸盐水泥、高岭土作为支撑材料，铝粉作为造孔剂，制备多孔缓释碳源填料。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0006]本专利技术的技术方案之一：提供一种多孔缓释碳源填料，原料按重量百分比计包括：湿地植物秸秆3％
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5％，吸附矿物质材料60％
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65％，粘性材料30％
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35％，造孔剂0.03％
‑
0.05％；其中湿地植物作为碳源，吸附矿物质材料作为吸附材料，粘性材料作为支撑材料。
[0007]优选的，所述湿地植物秸秆为菖蒲秸秆、芦苇秸秆、水葱秸秆、美人蕉秸秆中的一种或多种混合。
[0008]优选的，所述吸附矿物质材料为沸石粉、钙基膨润土、高岭土、硅藻土中的两种或
两种以上混合，用于降低碳源浸出液的酸度，截留碳源的色度的释放，以降低二次污染，营造出有利于反硝化的生境条件。
[0009]优选的，所述粘性材料为普通硅酸盐水泥、高岭土中的一种或两种混合，能促进填料的水化反应，改善填料的力学性能与强度。
[0010]优选的，所述造孔剂为铝粉，可促进填料孔隙的形成。
[0011]本专利技术的技术方案之二：提供一种上述多孔缓释碳源填料的制备方法，包括以下步骤：将湿地植物、吸附矿物质材料和粘性材料粉碎后，与造孔剂混合，加水造粒，养护，制得多孔缓释碳源填料。
[0012]优选的，所述粉碎为将湿地植物粉碎至80
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100目，将吸附矿物质材料和粘性材料粉碎至100
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120目。
[0013]优选的，所述造粒的粒径为3
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9mm。
[0014]更优选的，造粒使用圆盘造粒机，圆盘造粒机的转速为20r/min
‑
25r/min。
[0015]优选的，所述养护的条件为在温度15℃
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25℃、湿度40％
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50％的条件下于密闭空间内养护7
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14天，可增强填料的强度，并且能够使填料长时间浸泡于水中不会出现明显破碎与松软现象。
[0016]本专利技术的技术方案之三：上述多孔缓释碳源填料作为反硝化滤池填料、湿地填料或浮床填料的应用。
[0017]优选的，选择粒径为3
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5mm多孔缓释碳源填料作为反硝化滤池填料；粒径为7
‑
9mm的多孔缓释碳源填料作为湿地填料或浮床填料。
[0018]本专利技术的有益技术效果如下：
[0019]本专利技术能够克服液体外碳源在反应器中迅速分散而导致的反硝化目标效应较差的问题，通过材料组分的复合与多孔性构造，不仅可以降低碳源分子的扩散能力，还可以作为填料载体，限制或富集微生物的运动空间，实现碳源基质在较长时段内的稳定缓释和反硝化脱氮效能。本制备填料的释碳过程可以分为快速释放和稳定释放两个阶段，第一阶段为表面和孔隙内的少量小分子物质逐渐脱出并较快分散到水溶液中；第二阶段多孔材料逐渐分解转化为COD的效率维持在稳定水平。
[0020]本专利技术制得的多孔缓释碳源填料强度大、释碳稳定释碳周期长、微生物易于附着生长、兼具一定的吸附能力，能够很好地解决水体中碳源不足导致的反硝化效率低下的问题，并强化微生物脱氮效果，可以良好避免出水NO2‑
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N浓度积累与COD超标的问题。多孔缓释碳源填料的强度可达到60
‑
100N/颗，且长时间浸泡于水中无明显破碎或松软。
[0021]本专利技术制得的多孔缓释碳源填料，主要针对低浓度污染水体，可持续稳定释放出碳源基质，同时为微生物提供足够的生长空间，强化微生物脱氮作用，同时兼具吸附能力。可作为反硝化碳源、基质填料及反硝化滤池滤料应用在人工湿地处理污水厂尾水、河道微污染水体、低碳氮比农村生活污水、反硝化滤池处理二级出水中，强化脱氮效果较好且稳定，且无需担心出水NO2‑
N、COD和SS超标的问题。本专利技术所使用的原料易得、成本低廉，制备方法简单，市场化应用优势明显。
附图说明
[0022]图1为实施例1多孔缓释碳源填料实物图；
[0023]图2为实施例1多孔缓释碳源填料截面的SEM图；
[0024]图3为实施例1多孔缓释碳源填料去除NO3‑
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N的效率图；
[0025]图4为实施例1多孔缓释碳源填料反应过程中NO2‑
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N浓度变化图；
[0026]图5为实施例2多孔缓释碳源填料清水释碳实验中COD浓度变化图；
[0027]图6为实施例4多孔缓释碳源填料脱氮反应后的SEM电镜图。
具体实施方式
[0028]现结合附图详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔缓释碳源填料，其特征在于，原料按重量百分比计包括：湿地植物秸秆3％
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5％，吸附矿物质材料60％
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65％，粘性材料30％
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35％，造孔剂0.03％
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0.05％。2.根据权利要求1所述的多孔缓释碳源填料，其特征在于，所述湿地植物秸秆为菖蒲秸秆、芦苇秸秆、水葱秸秆、美人蕉秸秆中的一种或多种混合。3.根据权利要求1所述的多孔缓释碳源填料，其特征在于，所述吸附矿物质材料为沸石粉、钙基膨润土、高岭土、硅藻土中的两种或两种以上混合。4.根据权利要求1所述的多孔缓释碳源填料，其特征在于，所述粘性材料为普通硅酸盐水泥、高岭土中的一种或两种混合。5.根据权利要求1所述的多孔缓释碳源填料，其特征在于，所述造孔剂为铝粉。6.一种权利要求1
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5任一项所述多孔缓释碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：许晓毅，吴玮，陈佳伟，黄天寅，时和敏，丁飞，郭洁，王烽圣，姜永波，温妍，葛丹丹，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：