申请日2017.10.19
公开(公告)日2018.02.23
IPC分类号C02F3/34; C02F3/10; C02F3/30
摘要
本发明公开了一种可实现废水同步去除氨氮和总氮的水处理填料，填料整体呈圆柱形的嵌套结构，分为外套层和内嵌层，外套层由外套层物料发泡共混形成，所述外套层物料包括低密度聚乙烯LDPE、玄武岩纤维、纳米碳酸钙粉，内嵌层由内嵌层物料共混形成，所述的内嵌层物料包括聚丁酸丁二醇酯PBS和改性竹粉;所述嵌套结构使外套层存在可供微生物聚集的孔洞结构、向外延伸的毛发状结构，在好氧及高水力剪切条件下，形成表面紊流环境，并使内嵌层处于交替的富氧‑微好氧‑缺氧环境。本填料可同步完成氨氮和总氮的去除,其运行成本相对较低，可原位提升废水处理设施的单位氮容积负荷，并可有效缓解实际工艺运行的中氮磷同步去除的工艺参数选择矛盾。
权利要求书
1.一种可实现废水同步去除氨氮和总氮的水处理填料，其特征在于，填料整体呈圆柱形的嵌套结构，分为外套层和内嵌层，外套层由外套层物料发泡共混形成，所述外套层物料包括低密度聚乙烯LDPE、玄武岩纤维、纳米碳酸钙粉，内嵌层由内嵌层物料共混形成，所述的内嵌层物料包括聚丁酸丁二醇酯PBS和改性竹粉;所述嵌套结构使外套层存在可供微生物聚集的孔洞结构、向外延伸的毛发状结构，在好氧及高水力剪切条件下，形成表面紊流环境，并使内嵌层处于交替的富氧-微好氧-缺氧环境。
2.如权利要求1所述的水处理填料，其特征在于，所述的外套层直径8mm，高度10mm;内嵌层直径4mm，高度10mm。
3. 如权利要求1所述的水处理填料，其特征在于，所述的外套层物料按质量采用聚乙烯LDPE 55-75份、纳米碳酸钙粉10-18份、玄武岩纤维10-20份、硅烷偶联剂2-3份、偶氮二甲酰胺2-4.5份，尿素0.5-1份。
4.如权利要求1所述的水处理填料，其特征在于，所述的内嵌层物料按质量采用聚丁酸丁二醇酯(PBS)30-70份，400目改性竹粉 30-50份，单烷氧基焦磷酸酯2-3份，次亚磷酸0.5-1份。
5.如权利要求1所述的水处理填料，其特征在于，所述改性竹粉改性的工艺条件为：酸溶液采用1mol/L H2SO4 溶液或等效溶液，浸泡24h，120摄氏度加压1mpa消煮20min，完毕后自来水冲洗浸泡48h，80摄氏度恒温烘干。
6.如权利要求1所述的水处理填料，其特征在于，所述的外套层采用发泡共混挤出工艺加工，机头温度155摄氏度，发泡倍率20-25倍，所述的内嵌层采用共混挤出工艺加工，机头温度115摄氏度。
7.如权利要求6所述的水处理填料，其特征在于，进一步，外套层、内嵌层嵌套成一长管型粗胚，该粗胚按单个填料长度切割后，进行酸洗造孔，其工艺条件为：酸溶液 采用2mol/LH2SO4 溶液或等效溶液，温度60摄氏度，压力0.4mpa，浸洗时间40min，完毕后自来水冲洗浸泡48h，60-80摄氏度恒温烘干。
说明书
可实现废水同步去除氨氮和总氮的水处理填料
技术领域
本发明属于水处理技术领域，确切的说涉及一种可实现废水同步去除氨氮和总氮的水处理填料。
背景技术
随着经济快速发展，工农业废水所造成的环境污染日益严重，实现废水的完全达标处理排放势在必行。然而，由于处理过程不同种类功能菌群存在特性差异，导致其相关运行过程需提供“空间”或“时间”区别以满足上述差异。在“空间”差异上，典型如A/O、A2O工艺，通过分开设置好氧池、缺氧池、厌氧池等，实现硝化菌(氨氮去除)与反硝化菌(总氮去除)的单独生长。在“时间”差异上，典型如SBR工艺，通过在唯一处理池内不同时间段的曝气和停曝操作，产生时间序列差异的好氧段、缺氧段和厌氧段，从而满足硝化菌(氨氮去除)与反硝化菌(硝酸盐氮去除)的生长。
然而，上述工艺虽已在生产实践中大量运行，但其仍面临一定局限。如A/O等工艺需设置不同处理池，导致占地面积相对较大，不利于旧设施提标改造;而SBR工艺则对运行管理的人员素质操作水平要求较高。此外，由于不同的功能微生物的自身生理特性差异，如自养型的硝化菌，异养型的反硝化菌等世代时间较长;而除磷菌世代时间较短，则在具体的工艺运行上为实现脱氮除磷仍面临参数选择矛盾。
为解决上述问题，在废水处理的污泥工艺上增加生物膜成为一种可行方案。生物膜工艺是一种依靠提供载体，使微生物在其上聚集生长为生物膜而实现废水强化处理的工艺。其典型工艺为生物接触氧化、移动床生物膜工艺(MBBR)等。但目前已有的填料或功能相对单一，基本采用如聚乙烯等材料制作好氧处理填料，实现硝化(氨氮去除)的功能;或在机械强度及成本控制方面尚不理想，如采用天然有机物(如淀粉等)及可降解聚酯(聚乳酸、聚己内酯等)实现反硝化功能(总氮去除)。
发明内容
鉴于上述问题，本发明旨在提供一种可实现废水同步去除氨氮和总氮的水处理填料，该填料可有效提升废水处理设施的单位氮容积负荷，同步完成氨氮和总氮的去除，其运行成本相对较低，并可有效缓解实际工艺运行的中氮磷同步去除的工艺参数选择矛盾。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种可实现废水同步去除氨氮和总氮的水处理填料，填料整体呈圆柱形的嵌套结构，分为外套层和内嵌层，外套层由外套层物料发泡共混形成，所述外套层物料包括低密度聚乙烯LDPE、玄武岩纤维、纳米碳酸钙粉，内嵌层由内嵌层物料共混形成，所述的内嵌层物料包括聚丁酸丁二醇酯PBS和改性竹粉;所述嵌套结构使外套层存在可供微生物聚集的孔洞结构、向外延伸的毛发状结构，在好氧及高水力剪切条件下，形成表面紊流环境，并使内嵌层处于交替的富氧-微好氧-缺氧环境。
所述的外套层直径8mm，高度10mm;内嵌层直径4mm，高度10mm。
所述的外套层物料按质量采用聚乙烯LDPE 55-75份、纳米碳酸钙粉10-18份、玄武岩纤维10-20份、硅烷偶联剂2-3份、偶氮二甲酰胺(发泡剂)2-4.5份，尿素(助发泡剂)0.5-1份。
所述的内嵌层物料按质量采用聚丁酸丁二醇酯(PBS)30-70份，400目改性竹粉30-50份，单烷氧基焦磷酸酯(偶联剂)2-3份，次亚磷酸(热稳定剂)0.5-1份。
所述改性竹粉改性的工艺条件为：酸溶液采用1mol/L H2SO4溶液或等效溶液，浸泡24h，120摄氏度加压1mpa消煮20min，完毕后自来水冲洗浸泡48h，80摄氏度恒温烘干。
所述的外套层采用发泡共混挤出工艺加工，机头温度155摄氏度，发泡倍率20-25倍，所述的内嵌层采用共混挤出工艺加工，机头温度115摄氏度。
进一步，内外层嵌套成一长管型粗胚，该粗胚按单个填料长度切割后，进行酸洗造孔，其工艺条件为：酸溶液采用2mol/L H2SO4溶液或等效溶液，温度60摄氏度，压力0.4mpa，浸洗时间40min，完毕后自来水冲洗浸泡48h，60-80摄氏度恒温烘干。
本发明的有益效果为：
(1)本发明外套层采用低密度聚乙烯LDPE和玄武岩纤维共混发泡制作完成，其表面存在大量的可供微生物聚集的孔洞结构、向外延伸的毛发状结构，在好氧及高水力剪切条件下，可自行成表面紊流环境，其比表面积大于8000m2/m3，适合硝化细菌(主要为硝化螺菌、硝化杆菌和硝化球菌等)大量聚集繁殖，实现氨氮向硝酸盐、亚硝酸盐的转变。
(2)填料外套层由于采用纳米碳酸钙粉共混，在后续酸洗造孔过程中，可形成大量纳米级微孔洞结构。在填料使用过程中，由于表面生物膜覆盖及氧传质受限的影响，该纳米级孔洞结构可实现厌氧氨氧化菌的大量聚集，可将氨氮及由硝化细菌产生的亚硝酸盐转变为氮气，故进一步提高了填料的氨氮去除性能。
(3)填料外套层由于采用纳米碳酸钙粉共混，在后续酸洗过程中，其表面粗糙度大幅提升，利于填料的快速挂膜。
(4)由于外套层所形成的局部紊流环境，使内嵌层处于交替的富氧-微好氧-缺氧环境，其聚丁酸丁二醇酯及竹粉可作为缓释碳源通过好氧反硝化-缺氧反硝化共同去除外套层填料硝化作用产生的硝酸盐。同时，竹粉的加入使填料成本大幅降低，而竹粉的改性则使其中木质素含量降低，留存物质主要为纤维素和半纤维素，利于反硝化速率的提升。
(5)由于填料存在同步去除氨氮及总氮、易与整体移动、本身可缓释碳源的特性，将其用于废水处理设施提标改造工艺中，可实现对废水原污泥的运行泥龄(SRT)和填料自身泥龄(SRT)的各自独立控制。从而避免废水氮磷去除过程中，由于脱氮菌、除磷菌的世代时间差异造成的泥龄选择矛盾，且可避免脱氮和除磷对碳源的竞争利用矛盾。