[0001] 本
申请为申请号201510049264.0、申请日2015年1月31日、
发明名称“一种污水净化材料及其制备方法、用途和污
水处理的方法”的分案申请
技术领域
[0002] 本发明涉及污水净化领域,具体涉及一种应用硫/石灰石自养反硝化进行脱氮的一种缓释污水净化材料。
背景技术
[0003] 水中
硝酸盐的污染问题越来越受到人们的关注,特别是引用水中硝酸盐浓度过高会诱发
水体产生亚硝胺类的致癌物质,导致新生儿易患高
铁红血蛋白症。硝酸盐的污染主要来自农业生产中的化肥
农药过多使用、工业和生活
废水的排放。
[0004] 目前,经济的脱氮技术是
生物脱氮技术,分为异养反硝化技术和自养反硝化技术。由于异养反硝化技术需要投入有机物,成本高且还引起有机物的二次污染。自养反硝化技- -
术以无机
碳,如CO2或HCO3为碳源,主要以H2、硫离子、硫代
硫酸盐、NH4等位硝酸盐还原剂的
电子供体完成
微生物的新陈代谢,将硝酸盐还原为氮气。自养反硝化技术的优点有:以无机物为电子供体,无有机物残留;2)无需外加有机碳源,从而减低了运行及投资成本;3)自养型细菌增长率低,降低了出水的
生物污染的
风险。
[0005] 现有自养反硝化技术中硫/石灰石基污水净化剂在使用过程中,生成的H+、SO42-,与石灰石反应生成微溶性的硫酸
钙,阻碍了内层石灰石进一步中和新生成的酸,从而抑制了反硝化的顺利正向进行的问题。同时,通常采用采用多次加料的方法,操作较麻烦;采用一次足量添加的方法,致使硫源和酸
碱度及各微量元素的释放不均一,对自养菌微生物的生长不利。
发明内容
[0006] 本发明的目的是提供一种能够持续使用的污水净化材料,具体提供了一种操作简单,经济实用的污水净化材料,以成本较低的硫作为自养源,提供缓释微量元素,利用生物自养反硝化对污水进行脱氮处理,能有效地去除水中的硝态氮。
[0007] 本发明提供的技术方案为一种污水净化材料,该材料包括硫源、石灰石、多聚
磷酸盐、
钾盐、
氧化镁、氧化
铜、氧化锌、钼酸盐、
硼酸盐以及回潮率在7%以上的
棉纤维;所述的硫源为硫代
硫酸盐;所述的
钾盐为磷酸钾盐、
氯化钾、
硫酸钾、碳酸钾中的一种或多种。
[0008] 所述的硫源为单质硫或
水溶性还原态的硫;水溶性还原态的硫为硫化物或硫代硫酸盐,如硫化钠、硫化钾、硫化锌、硫化锰、硫化铁、硫化亚铁中的一种或多种;
[0009] 所述的钾盐为磷酸钾盐、氯化钾、硫酸钾、碳酸钾中的一种或多种。
[0010] 所述的纤维为回潮率为8%~16%的纤维,如棉纤维,蚕丝纤维。
[0011] 上述缓释污水净化材料中各成分的
质量比,以硫元素(除硫酸根中的硫):石灰石:磷元素:钾元素:镁元素:铜元素:锌元素:钼元素:硼元素的物质的质量之比为(2.3-2.7)*
106:(1-1.6)*106:(0.1-0.3):(0.3-0.6):(0.3-0.5):(0.1-0.2):(0.1-0.2):(0.06-0.1);
纤维的用量为上述原料总质量的0.6-2.1%。
[0012] 本发明还提供一种上述污水净化材料的制备方法,其特征在于具体步骤为,将配方中的硫源、石灰石、多聚磷酸盐、钾盐、氧化镁、氧化铜、氧化锌、钼酸盐、硼酸盐分别
粉碎过10-40目筛,高回潮率纤维剪切为0.5-3cm长的短纤;然后按配方量比例,称取各物质;将硫源与石灰石先混合均匀,再其它将除纤维和水以外的原料混合均匀,然后等量递加已混匀的硫源、石灰石以及纤维,混合过程添加相当于原料总质量3-5%的水;所有原料混匀后
压制成型,干燥即得污水净化材料。压制成型时的压
力优选为15-20MPa;压制成
块状或球型物。块状或球型物的大小可以根据实际需要进行调节,月缓释的,体积为100-150cm3,周缓释的,体积为6-15cm3,三日缓释的0.5-3cm3。
[0013] 本发明还提供上述污水净化材料在处理含氮污水中的用途。
[0014] 本发明还提供上述污水净化材料在处理含氮污水的方法,如农业污水、工业废水和生活污水,具体如下:
[0015] 1)将污水池中的污水调pH至6.5-7.0;调节自养菌含量至17-50mg COD/L;测定NO3--N含量;
[0016] 2)按缓释污水净化材料中的硫源与污水中NO3--N的物质的量之比为0.5-2.6的比例,投入缓释污水净化材料;每天搅拌两次,监测硝态氮浓度,当浓度降到预期值(如5mg/l或标准值)以下,完成反硝化除氮。
[0017] 与
现有技术相比,本发明的优异特点表现在:
[0018] 1)取材方便。各原料廉价易得,成本低廉。
[0019] 2)投料方便。可根据污水性质选择处理周期,如三天、一周、一个月的周期,选择相应缓释材料,不必每天投料,大大节省了劳动成本。
[0020] 3)投料后,自养菌所需各养料和微量元素,能平稳释放,保持较适宜的浓度,避免现有技术中常出现的投料初期,各组分浓度达到峰值,然后逐渐减小,不适宜微生物的生长和工作,更有甚者,因浓度不当会导致微生物的死亡,不仅没有起到处理污水的作用,反而还加重了污染。
[0021] 4)本发明采用掺入高回潮率纤维的技术,即能起到骨架
支撑、粘合作用,还因其含有较多的羟基,可引导水分缓慢进入缓释体内部,从而缓慢引起缓释体的崩解,避免因硫酸钙或其他水不容性物质的生成
覆盖于污水净化材料表面从而阻碍硫源、石灰石的释放的问题,保证反硝化的顺利进行。
[0022] 5)本发明提供的污水净化材料,运行成本
费用较低,操作简单,便于管理,原料损耗少,是一种经济、简单的污水净化材料。
具体实施方式
[0023] 下面结合
实施例具体说明本发明的内容。实施例中所述的约对应的相应数值的偏差不超过10%。
[0024] 实施例1
[0025] 配方为:将2.3kg的硫磺、1kg的石灰石分别粉碎过20目筛,然后一同与100ml的水混合均匀后以15MPa的压力压制成方块,每块约10cm3,干燥,即得污水净化材料。
[0026] 将上述所得污水净化材料投入NO3--N含量为15mg·L-1的同时含有
污泥的污水池中,池中有污水1m3,污水池中的自养菌的生物浓度为20mg COD/L,调污水pH至6.8,污水净化材料的量为13.5g。每天搅拌两次,持续时间为一周,对NO3--N(水中硝酸基态的N)和TN(总氮)的平均去分别为39.1.2%和35.7%。
[0027] 实施例2
[0028] 配方为:2.3kg的硫磺、1kg的碳酸钙、21mg的磷酸钾、29mg氯化镁、25mg五水硫酸铜、14mg的氯化锌、24mg的钼酸钾、4mg硼酸、100ml的水。
[0029] 将原材料硫磺、石灰石、磷酸钾、氯化镁、五水硫酸铜、氯化锌、钼酸钾、硼酸分别粉碎过20目筛;然后一同与水混合均匀后以15MPa的压力压制成方块,每块约10cm3,干燥,即得污水净化材料。
[0030] 将上述所得污水净化材料投入NO3--N含量为15mg·L-1的同时含有污泥的污水池3
中,池中有污水1m ,污水池中的自养菌的生物浓度为20mg COD/L,调污水pH至6.8,污水净化材料的量为13.5g。每天搅拌两次,持续时间为一周,对NO3--N的平均去分别为41.2%和
37.9%。
[0031] 实施例3
[0032] 配方为:2.3kg的硫磺、1kg的碳酸钙、21mg的磷酸钾、29mg氯化镁、25mg五水硫酸铜、14mg的氯化锌、24mg的钼酸钾、4mg的硼酸、100ml的水。
[0033] 将原材料硫磺、石灰石、磷酸钾、氯化镁、五水硫酸铜、氯化锌、钼酸钠、硼酸分别粉碎过20目筛;混合均匀,即得污水净化材料。
[0034] 向含有污泥的污水池中注入污水1m3,待污水搅拌均匀后,调节污水pH至6.8,经测定NO3--N含量为15mg·L-1,自养菌的生物浓度为20mg COD/L;将上述所得污水净化材料13.5g等分7份,每天投一份,每天搅拌两次,时间为一周,对NO3--N和TN的平均去分别为
61.2%和59.3%。
[0035] 实施例4
[0036] 配方为:2.3kg的硫磺、1kg的碳酸钙、21mg的磷酸钾、29mg的氯化镁、25mg五水硫酸铜、14mg的氯化锌、24mg的钼酸钾、4mg硼酸、26.4g回潮率为10%的棉纤维、100ml的水。
[0037] 将上述配方量的纤维剪切为0.5-3cm长的短纤,其它原材料分别粉碎过20目筛;然后将配方量的硫源与石灰石混合均匀,然后将磷酸钾、氯化镁、五水硫酸铜、氯化锌、钼酸钾、硼酸混合均匀,按等量递加法依次混入已彼此混匀的硫源与石灰石以及纤维,同时加入相当于原料总质量5%的水,以15MPa的压力压制成方块,每块约10cm3,干燥即得污水净化材料。
[0038] 向含有污泥的污水池中注入污水1m3,待污水搅拌均匀后,调节污水pH至6.8,经测- -1定NO3 -N含量为15mg·L ,自养菌的生物浓度为20mg COD/L;将上述所得污水净化材料
13.6g一次性投入污水池,每天搅拌两次,反硝化时间为一周,对NO3--N和TN的平均去除率分别为81%和79%。
[0039] 实施例5
[0040] 配方为:2.3kg的硫磺、1kg的碳酸钙、13.6mg的磷酸二氢钾、12mg氧化镁、20mg氯化铜、14mg的氯化锌、23.8mg的钼酸钾、2.7mg硼酸、26.4g回潮率为10%的棉纤维、100ml的水。
[0041] 将上述配方量的纤维剪切为0.5-3cm长的短纤,其它原材料分别粉碎过30目筛;然后将配方量的硫源与石灰石混合均匀,然后将磷酸二氢钾、氧化镁、氯化铜、氯化锌、钼酸钾、硼酸混合均匀,按等量递加法依次混入已经已彼此混匀的硫源与石灰石,以及纤维,同时加入相当于原料总质量3%的水,以15MPa的压力压制成方块,每块约10cm3,干燥即得污水净化材料。
[0042] 将上述所得缓释污水净化材料投入NO3--N含量为13mg·L-1的同时含有污泥的污水池中,污水池中含有1m3,自养菌的生物浓度为30mg COD/L,调pH为6.5,缓释污水净化材料的投入量为11.8g。每天搅拌两次,反硝化时间为一周,系统对NO3--N和TN的平均去除率分别为83%和79%。
[0043] 实施例6
[0044] 配方为:5.6kg的硫磺、1kg的碳酸钙、13.6mg的磷酸二氢钾、28.6mg氯化镁、8mg氧化铜、13mg的氯化锌、23.8mg的钼酸钾、3.7mg的硼酸、52.9g回潮率为10%的棉纤维、100ml的水。
[0045] 将上述配方量的纤维剪切为0.5-3cm长的短纤,其它原材料分别粉碎过10-40目筛;然后将配方量的硫源与石灰石混合均匀,然后将磷酸二氢钾、氯化镁、氧化铜、氯化锌、23.8mg的钼酸钾、硼酸混合均匀,按等量递加法依次混入已经已彼此混匀的硫源与石灰石
3
以及纤维,同时加入相当于原料总质量3%的水,以15MPa的压力压制成方块,每块约10cm ,干燥即得污水净化材料。
[0046] 将上述所得缓释污水净化材料投入NO3--N含量为15mg·L-1的同时含有污泥的污水池中,污水池中的自养菌的生物浓度为28mg COD/L,调pH为6.5,缓释污水净化材料的投入量为27.1g。每天搅拌两次,反硝化时间为一周,系统对NO3--N和TN的平均去除率分别为84%和81%。
[0047] 实施例7
[0048] 配方为:6.1kg的硫化钠、1.3kg的碳酸钙、34.8mg的
磷酸氢二钾、38.1mg的氯化镁、33.2mg碱式碳酸铜、12.2mg的氧化锌、35.7mg的钼酸钾、9.5mg的硼酸钠、59g回潮率为10%的棉纤维、100ml的水。
[0049] 将上述配方量的纤维剪切为0.5-3cm长的短纤,其它原材料分别粉碎过10-40目筛;然后将配方量的硫源与石灰石混合均匀,然后将磷酸氢二钾、氯化镁、碱式碳酸铜、氧化锌、35.7mg的钼酸钾、硼酸钠混合均匀,按等量递加法依次混入已彼此混匀的硫源与石灰石以及纤维,同时加入相当于原料总质量3%的水,以15MPa的压力压制成块,干燥即得污水净化材料。
[0050] 将上述所得缓释污水净化材料投入NO3--N含量为17mg·L-1的同时含有污泥的污水池中,污水池中的自养菌的生物浓度为32mg COD/L,调pH为6.8,缓释污水净化材料的投-入量为31.6g。每天搅拌两次,反硝化时间为一周,系统对NO3 -N和TN的平均去除率分别为
88%和82%。
[0051] 实施例8
[0052] 配方为:6.6kg的硫化钠、1.6kg的碳酸钙、14.2mg的磷酸氢二钠、44.4mg氯化钾、29mg的碱式碳酸镁、13.5mg氯化铜、16.1mg硫酸锌、23.8mg的钼酸钾、3mg的硼酸钠、56g回潮率为10%的棉纤维、100ml的水。
[0053] 将上述配方量的纤维剪切为0.5-3cm长的短纤,其它原材料分别粉碎过10-40目筛;然后将配方量的硫源与石灰石混合均匀,然后将磷酸氢二钠、氯化钾、碱式碳酸镁、氯化铜、硫酸锌、钼酸钾、硼酸钠混合均匀,按等量递加法依次混入已彼此混匀的硫源与石灰石以及纤维,同时加入相当于原料总质量3%的水,以15MPa的压力压制成块,干燥即得缓释
污水处理材料。
[0054] 将上述所得缓释污水处理材料投入NO3--N含量为17mg·L-1的同时含有污泥的污水池中,污水池中的自养菌的生物浓度为32mg COD/L,调pH为6.8,缓释污水处理材料的投入量为31.6g。每天搅拌两次,反硝化时间为一周,系统对NO3--N和TN的平均去除率分别为87%和81%。
[0055] 以上实施例仅举例说明了采用某些组分制备的污水净化材料,但具体而言,为了满足某一性能还可以采用其他组分。例如:所述的钾盐为磷酸钾盐、氯化钾、硫酸钾、碳酸钾中的一种或多种;所述的钼酸盐为钼酸钠、钼酸钾、钼酸镁中的一种或多种;所述的纤维为回潮率为8%~16%的纤维,如棉纤维,蚕丝纤维。不再一一赘述。