【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于污水处理，具体涉及一种聚乙烯醇改性耦合脱氮生物填料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、在各种生态问题中，水体中氮素污染是我国当前面临的一个主要问题。目前生物法脱氮以其处理成本低、操作简便、效果稳定等优势，常在实际工程中应用。生物法通过微生物作用，引导氮素循环，将目标氮素污染物转换为对环境无害的氮素形式，目前，生物脱氮相关的技术主要集中在三个方面：一是异养反硝化脱氮技术，二是自养反硝化脱氮技术，三是异养-自养耦合脱氮技术。
2、异养反硝化脱氮技术是在合适的有机物碳源条件下，通过异养菌将硝酸盐氮转化为氮气而去除，该方法比较成熟，目前应用最广泛。在外加碳源比较适合的前提下，微生物增值速率较快，脱氮效果较好；但该种方法缺点也很明显，很难做到极限脱氮，当碳源不足时就会导致脱氮效率降低，而外加碳源又会增加处理成本并带来二次污染。
3、自养反硝化脱氮技术是以硫、铁等还原性元素为基质培养自养反硝化细菌，再利用自养反硝化细菌将硝酸盐氮转化为氮气而脱除。该方法优点是不需要外加碳源且可以做到极限脱氮，缺点是微生物增值数率低，微生物适应环境的冲击性较差，影响了实际工程中处理效果。
4、异养-自养反硝化协同脱氮技术，是指在硫铁等电子供体中，再复合木屑等固体碳源，或外加液体有机碳源，通过异养菌和自养菌的协同作用，达到脱氮的目的。该类技术通过异养反硝化细菌的培养，可以弥补自养菌增值效率低且抗冲击性差的不足；但该脱氮方案要兼顾两种脱氮方法，增加了实际脱氮操作的控制难度。
5、目前，在废水处理领域，以
6、考虑到聚乙烯醇是一种可生物降解的有机高分子聚合物，不仅价格低廉，可获得性低，而且具有高阻隔性、耐磨耐腐蚀、力学性能优良等优点。淀粉可以从农作物中加工提取，品种繁多，是一种天然可再生资源，可完全生物降解。而二者经过处理结合后，相互补充，可作为极佳的缓释碳源，因此，考虑以单质硫、聚乙烯醇及少量淀粉作为主材制作的填料，可以实现硫自养与异养反硝化的耦合。且目前以此三种为主材制成的生物填料有关内容未见报道。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种聚乙烯醇改性耦合脱氮生物填料及其制备方法和应用，提供的生物复合填料既能作为微生物载体，又能作为生物反应的碳源与硫源供体，利用异养反硝化和硫自养反硝化的耦合作用，实现含氮废水的高效脱氮。
2、为实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种聚乙烯醇改性耦合脱氮生物填料，原料包括以下质量份组分：硫粉60-80份、聚乙烯醇粉（pva）8-15份、直链淀粉1-2份、碳酸钙5-10份、吸附剂2-5份、辅助剂2-5份；
4、以上所述组分中，所述硫粉含硫率超过95%，粒度为150-250目；
5、所述pva的聚合度为1700，醇解度为88%；
6、所述吸附剂为粉末活性碳，粒度为200-400目；
7、所述辅助剂由以下质量百分比组分组成：10-20%增塑剂、10-20%粘度稳定剂、60-80%醚化剂；
8、所述增塑剂为硫氰酸钙或乙二醇；所述粘度稳定剂为硫氰酸钠、苯酚或丁醇；所述醚化剂为环氧乙烷或环氧氯丙烷；
9、上述聚乙烯醇改性耦合脱氮生物填料的制备方法，包括以下步骤：
10、s1：向反应釜内添加一定量的硫粉、pva、碳酸钙并注入去离子水后进行搅拌，且反应釜内升温加热；
11、s2：将直链淀粉、吸附剂和辅助剂依次加入反应釜内后进行搅拌，充分混合均匀后得到稠化物质，在160～180℃的条件下保持一段时间后，熔融造粒；
12、s3：最后通过热风烘干的方式去除球形填料中的水分，冷却后得到球状复合填料。
13、以上所述步骤中，s1中反应釜内升温且保持在80～95℃，转速为100～200rpm；
14、s2中在160～180℃范围内对所得稠化物质热处理10-40min；
15、s2中熔融造粒后所制的球形颗粒的粒径为1～8mm；
16、s3中所述烘干温度为80~ 100℃，时间为6~10h；
17、上述制备的聚乙烯醇改性耦合脱氮生物填料应用于含氮废水的处理，所述填料的填充率为60％～80％；水中硝态氮的含量不低于100mg/l；优选水中硝态氮的含量为100mg/l～500mg/l，例如，100mg/l、200mg/l、300mg/l、400mg/l、500mg/l。
18、有益效果：本专利技术提供了一种聚乙烯醇改性耦合脱氮生物填料及其制备方法和应用，与现有技术相比具有以下优势：
19、1、本专利技术在填料中添加的pva除作胶粘剂外，还可以与直链淀粉一起作为缓释碳源，增强异养反硝化效果，进而提高耦合系统ph的稳定性，降低出水的so42-含量，还极大避免了水体的二次污染，此外填料中的pva作为一种化工合物，来源广泛，价格低廉；
20、2、本专利技术的填料采用的直链淀粉有很好的耐水性和强度，和填料中pva结合后延长了填料中碳源的缓释时间，还增加了填料的机械强度；
21、3、在热处理后，一方面复合填料中的pva分子链重排，不仅增强了填料的强度，也使得其膨胀变形，空腔体积增大，与吸附剂结合后增加了填料孔隙率；另一方面pva和辅助剂发生反应，脱水醚化，消耗了分子链上羟基的数量，削弱pva的亲水性，进而延长了填料中碳源的缓释时间与缓释稳定性，为硫自养与异养反硝化创造了更佳的耦合条件；
22、4、本专利技术制备的填料在孔隙率、碳源缓释的性能方面有了较大的提升，不仅可提高硫自养与异养耦合系统的挂膜效率，也可以有效增强耦合工艺的启动速度和运行效果，可做到极限脱氮，能较好地适应进水水质波动；
23、5、本专利技术制备的填料不仅无需外加碳源，成本较低。
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1.一种聚乙烯醇改性耦合脱氮生物填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的聚乙烯醇改性耦合脱氮生物填料的制备方法，其特征在于，S1中加热温度为80～95℃。
3.根据权利要求1所述的聚乙烯醇改性耦合脱氮生物填料的制备方法，其特征在于，S2中热处理温度为160～180℃，时间为10~40min。
4.根据权利要求1或3所述的聚乙烯醇改性耦合脱氮生物填料的制备方法，其特征在于，S2中熔融造粒后所制的球形颗粒的粒径为1～8mm。
5.根据权利要求1所述的聚乙烯醇改性耦合脱氮生物填料的制备方法，其特征在于，S3中采用热风烘干的方式去除球形填料中的水分，烘干温度为80~ 100℃，时间为6~10h。
6.权利要求1-5任一项所述方法制备得到的聚乙烯醇改性耦合脱氮生物填料，其特征在于，原料包括以下质量份组分：硫粉60-80份、PVA8-15份、直链淀粉1-2份、碳酸钙5-10份、吸附剂2-5份、辅助剂2-5份；热处理过程中PVA分子链重排，发生膨胀变形，并且PVA和辅助剂发生反应脱水醚化。
7.
8.根据权利要求6所述的聚乙烯醇改性耦合脱氮生物填料，其特征在于，所述辅助剂由以下质量百分比组分组成：10-20%增塑剂、10-20%粘度稳定剂、60-80%醚化剂。
9.权利要求6-8任一项所述聚乙烯醇改性耦合脱氮生物填料的应用，其特征在于，所述填料用于污水脱氮。
10.根据权利要求9所述的聚乙烯醇改性耦合脱氮生物填料的应用，其特征在于，所述填料的填充率为60％～80％。
...【技术特征摘要】
1.一种聚乙烯醇改性耦合脱氮生物填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的聚乙烯醇改性耦合脱氮生物填料的制备方法，其特征在于，s1中加热温度为80～95℃。
3.根据权利要求1所述的聚乙烯醇改性耦合脱氮生物填料的制备方法，其特征在于，s2中热处理温度为160～180℃，时间为10~40min。
4.根据权利要求1或3所述的聚乙烯醇改性耦合脱氮生物填料的制备方法，其特征在于，s2中熔融造粒后所制的球形颗粒的粒径为1～8mm。
5.根据权利要求1所述的聚乙烯醇改性耦合脱氮生物填料的制备方法，其特征在于，s3中采用热风烘干的方式去除球形填料中的水分，烘干温度为80~ 100℃，时间为6~10h。
6.权利要求1-5任一项所述方法制备得到的聚乙烯醇改性耦合脱氮生物填料，其特征在于，原料包括以下质量份组分：硫粉60-80份...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘波，刘其松，叶旭，彭震，范遥，吴圣凯，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：
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