專利名稱：一種曝氣生物濾池填料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及農(nóng)副產(chǎn)品廢棄物的回收再利用，具體地說是一種曝氣生物濾池填料及其制備方法。
背景技術：
近幾十年來，隨著現(xiàn)代工業(yè)和城市建設的發(fā)展，我國城市的環(huán)境污染問題特別是水污染問題特別嚴重，同時水資源問題也日趨緊張。我國是一個人均水資源匱乏的國家，僅為世界人均值的1/4，而且時空分布不均，開發(fā)利用難度大，許多地區(qū)和城市嚴重缺水。于此同時，全國年排污量約為350億立方米，但城市污水集中處理率僅為7%，80%的污水未經(jīng)有效處理就排入江河湖海，使我國水污染情況日益嚴重，并進一步加劇了水資源的短缺。曝氣生物濾池，是20世紀80年代末90年代初再普通生物濾池的基礎上，并借鑒給水濾池工藝而開發(fā)的污水處理新工藝，最初用于污水的三級處理，后發(fā)展成直接用于二級處理。該技術不僅可用于水體富營養(yǎng)化處理，而且可廣泛地被用于城市污水、小區(qū)生活污水、生活雜排水和食品加工廢水、釀造和造紙等高濃度廢水中，同時也可進行中水處理。隨著研究的深入，曝氣生物濾池從單一的工藝逐漸發(fā)展成系列綜合工藝，具有去除SS/ C0DB0D5/硝化、脫氮的作用，其最大特點是集生物氧化和截留懸浮固體于一體，節(jié)省了后續(xù)二次沉淀池，再保證處理效果的前提下使處理工藝簡化。生物濾料作為曝氣生物濾池的核心組成部分，影響著該工藝的處理效果和運行控制，故選擇合適的濾料對曝氣生物濾池工藝的推廣和應用意義重大，目前國內外曝氣生物濾池填料存在一些共同的缺點，如孔隙率小，表面結鈾，燒制填料溫度過高，強度差，易破碎等缺點，限制了曝氣生物濾池在我國污水處理中的應用，因此開發(fā)一種好的濾料勢在必行。

發(fā)明內容
本發(fā)明旨在提供一種曝氣生物濾池填料及其制備方法，所要解決的技術問題是提供一種孔隙率大、強度高、比表面積大的曝氣生物濾池填料。本發(fā)明解決技術問題采用如下技術方案本發(fā)明曝氣生物濾池填料，其特征在于其原料按質量百分比構成為骨料75-85 %，鐵氧化物5-30 %，造孔劑10-20 % ；所述骨料為凹凸棒石粘土、高嶺土、蒙脫石、硅藻土中的一種或幾種，若為幾種混合時，比例任意；所述鐵氧化物是含鐵的質量百分比不小于30%的鐵氧化物；所述造孔劑為鋸末、秸稈、樹葉中的一種或幾種，若為多種時比例任意。本發(fā)明曝氣生物濾池填料的制備方法，包括粉碎和煅燒過程，其特征在于所述粉碎是將骨料、鐵氧化物和造孔劑分別過200目篩后混合得到混合料；所述煅燒是向混合料中加水后造粒成型，加水量為混合料質量的30-50%，控制顆粒粒徑為5-8mm，自然晾干后在空氣中于500-900°C煅燒1_3小時。
與已有技術相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在1、本發(fā)明使用的骨料選自任何一種不向水體釋放有毒有害物等特性的廉價礦物其原料來源廣、價格低廉。2、本發(fā)明使用的造孔劑都是將農(nóng)產(chǎn)品的廢棄物和殘渣資源化、降低了污染、使固體廢棄物資源化。3、本發(fā)明曝氣生物濾池填料的煅燒溫度低，能夠達到節(jié)能環(huán)保。4、本發(fā)明曝氣生物濾池填料的孔隙率達到70-98%，強度高、比表面積(BET Surface Area)達到61-100m2/g、耐水性能好，而且相對于市售陶粒和顆粒沸石，本發(fā)明曝氣生物濾池填料具有對磷的高吸附性能，而且當其吸附飽和后通過二次煅燒，可以重復利用，不會對環(huán)境造成污染。
四

圖1為本發(fā)明曝氣生物濾池填料的SEM照片。其中圖a、圖b是填料外表面的SEM 照片，圖C、圖d是陶粒內表面的SEM照片。從圖1可以看出，曝氣生物濾池填料的孔狀結構在三維方向貫通，且氣孔分布比較均勻。大量較大氣孔的存在，使得制備的曝氣生物濾池填料具有較大的比表面積和很好的吸附性能。且曝氣生物濾池填料表面無毒，適合微生物生長。圖2為本發(fā)明曝氣生物濾池填料的掛膜(負載微生物)后的SEM照片。其中圖a、 圖b、是填料外表面負載微生物的SEM照片，圖C、圖d是填料內表面負載微生物的SEM照片。 從圖2可以看出，曝氣生物濾池填料的內外表面孔洞中都負載了大量微生物(生物膜)，包括絲狀菌、桿菌、球型菌、菌膠團。說明曝氣生物濾池填料具有粗糙的表面、較大的孔隙率、 比表面積大、表面無毒性非常適合微生物繁殖。
五具體實施例方式以下通過具體實施方式
，結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。實施例1 本實施例中曝氣生物濾池填料的原料按質量百分比構成為凹凸棒石粘土 78%，秸稈12%，針鐵礦10% (含鐵量30%)；所述骨料為凹凸棒石粘土、高嶺土、蒙脫石、硅藻土中的一種或幾種的混合物；所述鐵氧化物是含鐵的質量百分比不小于30%的鐵氧化物物質；所述造孔劑為鋸末、秸稈、樹葉中的一種或幾種。本實施例曝氣生物濾池填料的制備方法如下將凹凸棒石粘土、秸稈和針鐵礦分別過200目篩后混合得到混合料；向混合料中加混合料質量30%的水后造粒成型，控制顆粒粒徑為5_6mm，自然晾干后在空氣中于800°C煅燒2小時即得曝氣生物濾池填料。將本實施例制備的曝氣生物濾池填料作為曝氣生物濾池中微生物的載體試驗中所用接種污泥取自城市污水處理廠氧化溝中的污泥，首先將曝氣生物濾池填料放入裝有活性污泥的桶內浸泡3天，期間每日按C N P = 100 5 1投加營養(yǎng)物質。然后將浸泡的曝氣生物濾池填料加入到反應器內進行悶曝接種微生物，用流量計控制CN 102531157 A
曝氣量2L/h-5L/h，2天后改為小流量進水，保持氣水比在3 1 10 1之間，曝氣生物濾池連續(xù)運行7天左右發(fā)現(xiàn)反應器底部范圍內出現(xiàn)黃色或黃褐色的生物膜。由顯微鏡觀察可發(fā)現(xiàn)藍藻、草履蟲、鐘蟲和大量的絲狀菌等微生物。由于所選填料表面非常粗糙、比表面積大、孔隙率高、具有很多肉眼可見的小孔，為內部的貫通氣孔提供了通道，因此吸附能力很強。第3天COD去除率迅速降低，然后又呈升高的趨勢變化，說明生物膜己經(jīng)開始生長， 發(fā)生了生物降解作用。經(jīng)過10天左右的時間，出水COD已比較穩(wěn)定，去除率達到80%以上， 說明異養(yǎng)微生物的生長繁殖速度很快。曝氣生物濾池自2011年5月下旬啟動，經(jīng)過7天的啟動掛膜后進入正常運行階段，連續(xù)運行5個月左右的時間，對主要污染物COD(化學需氧量)、NH3-N(氨氮)、TP(磷) 及SS (懸浮物)進行了連續(xù)監(jiān)測。在本試驗中，氣水比在2 1-7 1、水力負荷在0.3-0.8m7(m2.h)的條件下。進水 COD (化學需氧量)、NH3-N(氨氮)、TN(總氮)、TP(磷)、SS 分別為 30-70mg/L、5_30mg/L、 4-40mg/LU0-50mg/L時，5_60mg/L凹凸棒石粘土多孔陶粒曝氣生物濾池對去除COD (化學需氧量)、NH3-N(氨氮)、TN(總氮)、TP(磷)、SS 去除率分另Ij% 85-97%、85-9985-93%, 50-90 %、90-95%。實施例2 本實施例中曝氣生物濾池填料的原料按質量百分比構成為高嶺土 80 %，樹葉10 %，赤鐵礦10 % (含鐵量35 % )。本實施例曝氣生物濾池填料的制備方法如下將高嶺土、樹葉和赤鐵礦分別過200目篩后混合得到混合料；向混合料中加混合料質量40%的水后造粒成型，控制顆粒粒徑為5_7mm，自然晾干后在空氣中于500°C煅燒2小時即得曝氣生物濾池填料。將本實施例制備的曝氣生物濾池填料作為曝氣生物濾池中微生物的載體試驗中所用接種污泥取自城市污水處理廠氧化溝中的污泥，首先將曝氣生物濾池填料濾料放入裝有活性污泥的桶內浸泡3天，期間每日按C N P= 100 5 1投加營養(yǎng)物質。然后將浸泡的曝氣生物濾池填料加入到反應器內進行悶曝接種微生物，用流量計控制曝氣量2L/h-5L/h，2天后改為小流量進水，保持氣水比在3 1 10 1之間，曝氣生物濾池連續(xù)運行7天左右發(fā)現(xiàn)反應器底部范圍內出現(xiàn)黃色或黃褐色的生物膜。由顯微鏡觀察可發(fā)現(xiàn)藍藻、草履蟲、鐘蟲和大量的絲狀菌等微生物.前2天的COD去除率較高，但掛膜過程不可能如此迅速.分析認為出水COD降低的主要原因是曝氣生物濾池填料的物理吸附作用。由于所選填料表面非常粗糙、比表面積大、孔隙率高、具有很多肉眼可見的小孔， 為內部的貫通氣孔提供了通道，因此吸附能力很強。第3天COD去除率迅速降低，然后又呈升高的趨勢變化，說明生物膜己經(jīng)開始生長，發(fā)生了生物降解作用。經(jīng)過10天左右的時間， 出水COD已比較穩(wěn)定，去除率達到65%以上，說明異養(yǎng)微生物的生長繁殖速度很快。曝氣生物濾池自2011年5月下旬啟動，經(jīng)過約10天的啟動掛膜后進入正常運行階段，連續(xù)運行5個月左右的時間，對主要污染物COD (化學需氧量)、NH3-N(氨氮)、TP (磷) 及SS (懸浮物)進行了連續(xù)監(jiān)測。在本試驗中，氣水比在2 1-7 1的情況下，水力負荷在0.3-0. 8m3/(m2.h)的條件下。進水COD(化學需氧量)、NH3-N(氨氮)、TN(總氮)、TP(磷)、SS分別為30_100mg/L、5-30mg/L、4-40mg/L、10-50mg/L時，5-100mg/L曝氣生物濾池填料曝氣生物濾池對去除 COD (化學需氧量)、NH3-N(氨氮)、TN (總氮)、TP (磷)、SS去除率分別為87-97%、90-99%、 85-93 %、50-90 %、90-95 %。實施例3 本實施例中曝氣生物濾池填料的原料按質量百分比構成為蒙脫石75 %，鋸末15 %，磁鐵礦10 % (含鐵量30 % )。本實施例曝氣生物濾池填料的制備方法如下將蒙脫石、鋸末和磁鐵礦分別過200目篩后混合得到混合料；向混合料中加混合料質量50%的水后造粒成型，控制顆粒粒徑為5_7mm，自然晾干后在空氣中于700°C煅燒3小時即得曝氣生物濾池填料。將本實施例制備的曝氣生物濾池填料作為曝氣生物濾池中微生物的載體試驗中所用接種污泥取自城市污水處理廠氧化溝中的污泥，首先將曝氣生物濾池填料濾料放入裝有活性污泥的桶內浸泡3天，期間每日按C N P= 100 5 1投加營養(yǎng)物質。然后將浸泡的曝氣生物濾池填料加入到反應器內進行悶曝接種微生物，用流量計控制曝氣量2L/h-5L/h，2天后改為小流量進水，保持氣水比在3 1 8 1之間，曝氣生物濾池連續(xù)運行8天左右發(fā)現(xiàn)反應器底部范圍內出現(xiàn)黃色或黃褐色的生物膜。由顯微鏡觀察可發(fā)現(xiàn)藍藻、草履蟲、鐘蟲和大量的絲狀菌等微生物。前2天的COD去除率較高，但掛膜過程不可能如此迅速.分析認為出水COD降低的主要原因是曝氣生物濾池填料的物理吸附作用。由于所選填料表面非常粗糙、比表面積大、孔隙率高、具有很多肉眼可見的小孔，為內部的貫通氣孔提供了通道，因此吸附能力很強。第3天COD去除率迅速降低，然后又呈升高的趨勢變化，說明生物膜己經(jīng)開始生長，發(fā)生了生物降解作用。經(jīng)過10天左右的時間，出水COD已比較穩(wěn)定，去除率達到70%以上，說明異養(yǎng)微生物的生長繁殖速度很快。曝氣生物濾池自2011年5月下旬啟動，經(jīng)過約10天的啟動掛膜后進入正常運行階段，連續(xù)運行5個月左右的時間，對主要污染物COD (化學需氧量)、NH3-N(氨氮)、TP (磷) 及SS (懸浮物)進行了連續(xù)監(jiān)測。在本試驗中，氣水比在2 1-6 1的情況下，水力負荷在0.3-0. 8m3/(m2.h)的條件下。進水COD(化學需氧量)、NH3-N(氨氮)、TN(總氮)、TP(磷)、SS分別為10_50mg/ L、5-30mg/L、4-40mg/L、10-50mg/L時，5-100mg/L，曝氣生物濾池填料曝氣生物濾池對去除 COD (化學需氧量)、NH3-N(氨氮)、TN (總氮)、TP (磷)、SS去除率分別為85-97% ,85-99%, 85-93 %、60-90%、90-95%。
權利要求
1.一種曝氣生物濾池填料，其特征在于其原料按質量百分比構成為 骨料75-85%，鐵氧化物5-30%，造孔劑10-20% ；所述骨料為凹凸棒石粘土、高嶺土、蒙脫石、硅藻土中的一種或幾種的混合物； 所述鐵氧化物是含鐵的質量百分比不小于30%的鐵氧化物； 所述造孔劑為鋸末、秸稈、樹葉中的一種或幾種。
2.—種權利要求1所述的曝氣生物濾池填料的制備方法，包括粉碎和煅燒過程，其特征在于所述粉碎是將骨料、鐵氧化物和造孔劑分別過200目篩后混合得到混合料； 所述煅燒是向混合料中加水后造粒成型，加水量為混合料質量的30-50%，控制顆粒粒徑為5-8mm，自然晾干后在空氣中于500-900°C煅燒1_3小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種曝氣生物濾池填料及其制備方法，其中曝氣生物濾池填料的原料按質量百分比構成為骨料75-85％，鐵氧化物5-30％，造孔劑10-20％，上述原料經(jīng)粉碎和煅燒后得到曝氣生物濾池填料。本發(fā)明曝氣生物濾池填料具有孔隙率高、比表面積大、強度高、耐水性能強、吸水率高等優(yōu)點，而且相對于市售陶粒和顆粒沸石，本發(fā)明多孔陶粒具有對磷的高吸附性能，而且當其吸附飽和后通過二次煅燒，可以重復利用，不會對環(huán)境造成污染。
文檔編號C02F3/10GK102531157SQ201210053649
公開日2012年7月4日 申請日期2012年3月2日 優(yōu)先權日2012年3月2日
發(fā)明者萬正強, 侯成虎, 彭書傳, 舒林, 陳冬, 鮑騰 申請人:合肥工業(yè)大學