一种基于复合硫组分无碳源同步脱氮除磷填料及制备方法与应用

摘要

本发明公开了一种基于复合硫组分无碳源同步脱氮除磷填料及制备方法与应用，属于环保领域。该填料是以丁苯橡胶、丁腈橡胶和顺丁橡胶中的至少一种作为橡胶骨架结构，将硫磺粉末与硫铁矿粉末负载在橡胶骨架结构上，从而得到目标产品。相比于天然脱氮除磷填料，本发明填料比重小，工程装填方便，且其暴露在填料表面的有效组分负载比例增大，大大增加了微生物附着和反应点位，提高了脱氮除磷的反应效率。

说明书

技术领域

本发明涉及环保领域，具体涉及一种基于复合硫组分无碳源同步脱氮除磷填料及制备方法与应用。

背景技术

富营养化被认为是最重要的全球水质问题之一，水体外部营养物质特别是藻类繁殖控制性植物营养元素氮磷输入过多是其主要原因。如何经济高效的将各类水体中的氮磷元素脱除成为环境工作者的关注重点和研究热点。传统的废水处理工艺SBR、A2/O和UCT 工艺及其填料在进水C/N比较低时需要添加外部高效降解碳源，以利于微生物菌群的利用有机碳作为电子供体将水中硝酸根或亚硝酸根离子还原形成氮气，从而将水中氮元素脱除；磷的去除主要利用各类混凝吸附剂或微生物生长形成菌泥形式去除。20世纪70年代以来，Bisogni J等人提出采用自养反硝化工艺代替传统反硝化工艺的思路，以自养反硝化菌利用无机碳合成细胞，以无机物作为硝酸盐还原电子供体，完成反硝化过程。近年来自养反硝化工艺得到了广泛深入的研究，在微生物学原理、调控和稳定运行等方面取得了相当的进展。自养反硝化由于具有无需外部碳源、污泥产量低的特点，从而具有较低的运营成本的优点，越来越受到人们的重视。

天然硫及硫铁矿(FeS

微生物利用水中溶解氧可以使水环境中硫铁矿(FeS

近年来，自养反硝化尤其是硫自养反硝化受到广泛关注，其是一种以低价态硫代替碳源作为电子供体，以水中硝酸盐或者亚硝酸盐作为电子受体，在自养反硝化菌的作用下实现反硝化的一种新型脱氮技术，具有节约碳源消耗、污泥产量低等优点，以纳米FeS

现有技术中污水的处理方法有很多，一些常规的生化处理工艺可以有效降低污水的有机污染物、悬浮物及部分氮、磷等植物营养元素，但对于含低浓度有机物废水，氮磷去除率不高，需要而投加碳源及化学沉淀剂实现氮、磷的有效去除，但该方式不仅增加了处理成本和提高了污泥产量，同时，过量的碳源及沉淀剂还会增加二次污染的风险。为此，现有技术公开了一种由硫及铁组分组成的同步脱氮除磷材料，并将该脱氮除磷材料作为污水处理流化床、固定床反应器及人工湿地的填料，通过微生物的作用深度去除污水中氮和磷污染物，然而，该脱氮除磷材料是通过将硫磺、铁基组分的混合料加热熔融后冷却成型制得，不仅能耗大，成本高，而且高温环境还会使硫磺组分分解而失效，进而影响脱氮除磷的效果、由于硫磺的易燃性，其生产的安全要求较高。硫磺由于熔融液体成型，其释放量难以有效调控。

因此，改进现有的脱氮除磷填料的生产工艺，尤其是在选材上普遍可取的脱氮除磷填料及其生产工艺，并方便调控硫磺的释放，是一个值得研究的问题。

发明内容

本发明是针对现有技术存在的技术问题提供一种基于复合硫组分无碳源同步脱氮除磷填料及制备方法与应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于复合硫组分无碳源同步脱氮除磷填料，该填料是以丁苯橡胶、丁腈橡胶和顺丁橡胶中的至少一种作为橡胶骨架结构，将硫磺粉末与硫铁矿粉末负载在橡胶骨架结构上，从而得到目标产品。

所述的填料中：硫铁矿粉末、硫磺粉末、橡胶骨架结构的质量比为(5-30)：(50-80)： (10-20)。

一种上述基于复合硫组分无碳源同步脱氮除磷填料的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：

步骤一：将硫铁矿粉末、硫磺粉末和橡胶骨架结构充分混合；

步骤二：将步骤一中混合均匀后的混合物进行密练；

步骤三：将步骤二中密练完成的团状混合物放入挤出机-切粒机系统中进行造粒成型；

步骤四：将步骤三中制成的颗粒放入旋风冷却器中降温干燥，即可得到目标产品。

上述方法中：硫铁矿粉末粒径大小为200-80目，硫磺粉末200-80目。

上述方法中：密练的温度为75-90℃。

上述方法中：造粒挤出的压力为5-10MPa。

上述方法中：旋风冷却器中降温干燥时间为2-8分钟。

上述方法中：造粒成型颗粒尺寸为3-8mm。

上述方法中：硫铁矿粉末、硫磺粉末、橡胶骨架结构的质量比为(5-30)：(50-80)：(10-20)。

本发明技术方案所述的填料在脱除污水中氮和磷方面的应用。

本发明技术方案中：所述的压力如无特殊说明均默认为表压。

本发明的有益效果：

本发明应用于同步脱氮除磷工艺，可大大节省外加碳源与除磷药剂的投加，避免资源的浪费，且本发明填料具有污泥产量低、水力停留时间短、出水硫酸盐低、使用过程不出现铁矿石填料板结等优点，本发明在在污水处理领域，尤其针对市政、工业二级出水的总氮总磷深度脱除，具有良好的发展与应用前景。相比于天然脱氮除磷填料，本发明填料比重小，工程装填方便，且其暴露在填料表面的有效组分负载比例增大，大大增加了微生物附着和反应点位，提高了脱氮除磷的反应效率。

附图说明

图1为实施例1制备得到同步脱氮除磷硫铁矿复合填料实物图。

图2为实施例1制备得到填料总氮去除数据图。

图3为实施例制备得到的填料总磷去除去除数据图。

图4 600m

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：

实施例1

步骤一将硫铁矿粉末(100目)、硫磺粉末(100目)、丁苯橡胶按质量比1：8：1充分混合；

步骤二将步骤一中混合均匀后的混合物在75℃密练完全；

步骤三将步骤二中密练完成的团状混合物放入挤出机-切粒机系统中进行造粒成型 (挤出机压力8MPa)，制成3mm颗粒；

步骤四将步骤三中制成的颗粒放入旋风冷却器中降温干燥5分钟，目标产品如图1。

实施例2

步骤一将硫铁矿粉末(80目)、硫磺粉末(100目)、丁腈橡胶颗粒按质量比13：75：12充分混合；

步骤二将步骤一中混合均匀后的混合物在80℃密练完全；

步骤三将步骤二中密练完成的团状混合物放入挤出机-切粒机系统中进行造粒成型 (挤出机压力10MPa)，制成5mm颗粒；

步骤四将步骤三中制成的颗粒放入旋风冷却器中降温干燥6分钟。

实施例3

步骤一将硫铁矿粉末(100目)、硫磺粉末(150目)、顺丁橡胶颗粒按质量比2：7： 1充分混合；

步骤二将步骤一中混合均匀后的混合物在85℃密练完全；

步骤三将步骤二中密练完成的团状混合物放入挤出机-切粒机系统中进行造粒成型 (挤出机压力6MPa)，制成6mm颗粒；

步骤四将步骤三中制成的颗粒放入旋风冷却器中降温干燥8分钟。

选用实施例制备的同步脱氮除磷复合硫铁矿填料处理模拟废水，应用例如下：

应用例1

以实施例1方法所制备的同步脱氮除磷复合硫铁矿填料对某城镇污水处理厂尾水进行处理。将填料装入反应器内，启动挂膜2-5d。将污水处理厂尾水用蠕动泵打入反应器，保持反应器内污水的水力停留时间为45min(现有自养反硝化技术停留时间2-4小时)，监测出水总氮、总磷。经过6个月连续运行，出水水质稳定，达到地表Ⅳ类水标准，出水总磷浓度＜0.1mg/L、出水总氮浓度＜1.5mg/L，监测数据见图2，图3。污泥产量为 0.15kg/吨水，出水硫酸盐＜1mg/L。

应用例2

以实施例2方法所制备的同步脱氮除磷复合硫铁矿填料对某城镇污水处理厂尾水进行处理。将填料装入反应器内，启动挂膜2-7d。将污水处理厂尾水用蠕动泵打入反应器，保持反应器内污水的水力停留时间为50min(现有自养反硝化技术停留时间2-4小时)，监测出水总氮、总磷。经过6个月连续运行，出水水质稳定，达到地表Ⅳ类水标准，出水总磷浓度＜0.2mg/L、出水总氮浓度＜1.5mg/L。污泥产量为0.20kg/吨水，出水硫酸盐＜1.2mg/L。

应用例3

以实施例3方法所制备的同步脱氮除磷复合硫铁矿填料对某城镇污水处理厂尾水进行处理。将填料装入反应器内，启动挂膜2-6d。将污水处理厂尾水用蠕动泵打入反应器，保持反应器内污水的水力停留时间为55min(现有自养反硝化技术停留时间2-4小时)，监测出水总氮、总磷。经过6个月连续运行，出水水质稳定，达到地表Ⅳ类水标准，出水总磷浓度＜0.15mg/L、出水总氮浓度＜1.5mg/L。污泥产量为0.15kg/吨水，出水硫酸盐＜1.1mg/L。

应用例4

以实施例1方法所制备的同步脱氮除磷复合硫铁矿填料对某城镇污水处理厂尾水进行现场工业处理，处理量600m