公布日：2022.03.18
申請日：2022.02.18
分類號：C02F3/28(2006.01)I;C02F3/30(2006.01)I;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/20(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明提供了一種污水深度脫氮生化池，屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，該污水深度脫氮生化池由預(yù)缺氧池、厭氧池、缺氧池、好氧池依次連通組成，該生化池相比傳統(tǒng)的深度脫氮工藝，通過在厭氧池、缺氧池中添加竹炭/聚氨酯復(fù)合填料，該具有生物親和性好，掛膜容易，吸附性好，BOD等有機(jī)污染物、氨氮、重金屬去除效率高，抗壓性好，可實現(xiàn)污水的深度脫氮。
權(quán)利要求書
1.一種竹炭/聚氨酯復(fù)合填料的制備方法，其特征在于，所述方法包括：1)竹炭經(jīng)甲苯/乙醇混合溶液處理后，研磨，利用酸性溶液進(jìn)行活化處理，得活化竹炭；2)制備端基為異氰酸酯基的聚氨酯預(yù)聚體；3)活化竹炭、端基為異氰酸酯基的聚氨酯預(yù)聚體在催化劑的作用下混合攪拌5-30min，接著發(fā)泡20-50min，脫模，常溫熟化1-2d，得到竹炭/聚氨酯復(fù)合填料；端基為異氰酸酯基的聚氨酯預(yù)聚體包含下述組分：A組分：聚醚多元醇100-200重量份、DL-蘋果酸二酰肼0.6-1重量份、5-(N-環(huán)丙基)酰胺酰酐0.05-0.2重量份、催化劑2-4.5重量份；B組分：多異氰酸酯150-300重量份，引發(fā)劑0.5-2重量份；所述活化竹炭、端基為異氰酸酯基的聚氨酯預(yù)聚體的質(zhì)量比為1:2-4.5。
2.權(quán)利要求1所述方法制備得到的竹炭/聚氨酯復(fù)合填料在高氨氮的城市污水、工業(yè)廢水、養(yǎng)殖廢水的深度脫氮中的應(yīng)用。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用，其特征在于，還包括除磷。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用，其特征在于，還包括去除重金屬離子。
5.一種污水深度脫氮生化池，其特征在于，由預(yù)缺氧池、厭氧池、缺氧池、好氧池依次連通組成，好氧池污水經(jīng)內(nèi)回流至缺氧池，回流比為100-200%；其中，將權(quán)利要求1所述方法制備得到的竹炭/聚氨酯復(fù)合填料經(jīng)活性污泥馴化掛膜后添加到厭氧池、缺氧池中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的污水深度脫氮生化池，其特征在于，厭氧池中竹炭/聚氨酯復(fù)合填料的填充率為20-40%，缺氧池中竹炭/聚氨酯復(fù)合填料的填充率為30-60%。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的污水深度脫氮生化池，其特征在于，生化池的預(yù)缺氧區(qū)的水力停留時間為0.5-1h，厭氧區(qū)的水力停留時間為1-2h，缺氧區(qū)的水力停留時間為2-4h，好氧區(qū)的水力停留時間為4-8h。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的污水深度脫氮生化池，其特征在于，好氧池中投入除磷劑，除磷劑的投入量為0.02-0.1%，所述除磷劑中包含55-70wt%聚合硫酸鋁、25-35wt%聚合硅酸鋁鐵、0.2-0.5wt%富里酸、2-5wt%改性碳酸鈣、2-6wt%氯化鎂；所述改性碳酸鈣經(jīng)由下述方法制備得到：將100-200目的碳酸鈣與2-10vol%的乙醇水溶液混合，超聲輔助活化20-50min，過濾，烘干，然后加入到去離子水中，加入芐氧羰基-L-羥脯氨酸，碳酸鈣、芐氧羰基-L-羥脯氨酸的質(zhì)量比為1:0.06-0.1，85-100℃下攪拌反應(yīng)0.5-3h，取出后水洗、干燥得到改性碳酸鈣。
9.一種利用權(quán)利要求5所述的污水深度脫氮生化池處理污水的方法，其特征在于，包括：S1、將馴化掛膜后的竹炭/聚氨酯復(fù)合填料填充到厭氧池、缺氧池中；S2、污水經(jīng)預(yù)處理后通入生化池進(jìn)行脫氮處理。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明首先提供了一種竹炭/聚氨酯復(fù)合填料，具有較好的生物親和性，掛膜容易，吸附性好，BOD等有機(jī)污染物、氨氮、重金屬離子去除效率高，抗壓性好，可實現(xiàn)污水的深度脫氮。
本發(fā)明還提供了一種污水深度脫氮生化池，由預(yù)缺氧池、厭氧池、缺氧池、好氧池依次連通組成，通過在厭氧池、缺氧池中填充竹炭/聚氨酯復(fù)合填料，有效提高脫氮除磷效果，且處理效果穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)污水的深度脫氮。
本發(fā)明還提供了一種利用污水深度脫氮生化池處理污水的方法。
本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：
一種竹炭/聚氨酯復(fù)合填料的制備方法，所述方法包括：
1)竹炭經(jīng)甲苯/乙醇混合溶液處理后，研磨，利用酸性溶液進(jìn)行活化處理，得活化竹炭；
2)制備端基為異氰酸酯基的聚氨酯預(yù)聚體；
3)活化竹炭、端基為異氰酸酯基的聚氨酯預(yù)聚體在催化劑的作用下混合攪拌5-30min，接著發(fā)泡20-50min，脫模，常溫熟化1-2d，得到竹炭/聚氨酯復(fù)合填料。
作為優(yōu)選，步驟1)還具有下述限定：
甲苯/乙醇混合溶液中甲苯、乙醇的體積比為3-5:1，竹炭與甲苯/乙醇混合溶液的料液比1:5-15g/mL；和/或竹炭研磨至100-250目；和/或酸性溶液為10-30wt%的鹽酸或硝酸溶液，并添加有2-5wt%的酒石酸，竹炭與酸性溶液的料液比為1:5-10g/mL。
作為優(yōu)選，端基為異氰酸酯基的聚氨酯預(yù)聚體包含下述組分：
A組分：聚醚多元醇100-200重量份、DL-蘋果酸二酰肼0.6-1重量份、5-(N-環(huán)丙基)酰胺酰酐0.05-0.2重量份、催化劑2-4.5重量份；
B組分：多異氰酸酯150-300重量份，引發(fā)劑0.5-2重量份。
作為優(yōu)選，制備端基為異氰酸酯基的聚氨酯預(yù)聚體過程中，還具有下述限定：
醚多元醇為乙二醇聚醚多元醇或氧化丙烯聚醚多元醇，分子量為1000-3000；和/或多異氰酸酯為對苯二異氰酸酯、間苯二異氰酸酯、鄰苯二甲基二異氰酸酯、二苯基亞甲基二異氰酸酯中的任一種；和/或催化劑為胺類催化劑，具體選自三乙醇胺、三亞乙基二胺、三乙烯二胺、三乙胺中的任一種；和/或引發(fā)劑為過氧類引發(fā)劑，具體選自過氧化二苯甲酰、過氧化苯甲酸叔丁酯、過氧化二碳酸二異丙酯中的任一種。
作為優(yōu)選，步驟3)還具有下述限定：
活化竹炭、端基為異氰酸酯基的聚氨酯預(yù)聚體的質(zhì)量比為1:2-4.5；和/或催化劑為有機(jī)錫類催化劑，具體選自馬來酸二丁基錫、馬來酸二辛基錫、二醋酸二丁基錫、二醋酸二辛基錫、二乙酸二丁基錫、二乙酸二辛基錫中的任一種。
作為優(yōu)選，竹炭/聚氨酯復(fù)合填料具體經(jīng)由下述方法制備得到：
1)甲苯、乙醇以3-5:1的體積比混合，按照料液比1:5-15g/mL投入竹炭，20-40min后抽提，研磨至100-250目，接著按照料液比1:5-10g/mL投入到酸性溶液中，30-50℃下攪拌0.5-2h，取出后水洗，真空干燥，得到活化竹炭；
2)將聚醚多元醇在80-100℃下真空干燥后，與催化劑、DL-蘋果酸二酰肼、5-(N-環(huán)丙基)酰胺酰酐混合，60-80℃下加入多異氰酸酯，攪拌0.5-2h后，加入引發(fā)劑攪拌反應(yīng)4-10h，即得端基為異氰酸酯基的聚氨酯預(yù)聚體；
3)按照質(zhì)量比1:2-4.5將活化竹炭、端基為異氰酸酯基的聚氨酯預(yù)聚體混合，加入催化劑攪拌5-30min，接著發(fā)泡20-50min，脫模，常溫熟化1-2d，得到竹炭/聚氨酯復(fù)合填料。
竹炭是一種多孔材料，具有較高的比表面積和豐富的孔結(jié)構(gòu)，是一種理想的吸附材料，但竹炭表面疏水性高，導(dǎo)致微生物附著生長困難，影響污水處理效果。本發(fā)明利用上述方法，將多孔竹炭、聚氨酯進(jìn)行復(fù)合改性，聚氨酯分子中游離的異氰酸酯基團(tuán)與多孔竹炭中的活性基團(tuán)進(jìn)行反應(yīng)，多孔竹炭表面和空隙內(nèi)部均鍵合有聚氨酯分子鏈，復(fù)合填料的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)空間變大，微生物的附著點增多，提高了微生物附著量，掛膜速度快，提高了污水處理效果，這可能是因為聚氨酯與多孔竹炭復(fù)合改性后，三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增加了與微生物聯(lián)結(jié)的固定位點，并且聚氨酯預(yù)聚體中添加一定量的DL-蘋果酸二酰肼、5-(N-環(huán)丙基)酰胺酰酐，其中含有羥基、羧基等活性基團(tuán)，可增加聚氨酯與竹炭的鍵合牢度，并增加與微生物的鍵合牢度，減少因攪動和流動進(jìn)水的剪切作用等導(dǎo)致的微生物的脫落，提高掛膜速率和掛膜穩(wěn)定性，從而提高BOD等有機(jī)污染物、氨氮去除效率，延長使用壽命，還能夠增強(qiáng)對二價金屬離子的去除作用；此外該填料具有較好的抗壓性能，能夠耐受水質(zhì)的沖刷，對負(fù)載的微生物起一定的保護(hù)作用，延長使用壽命。
上述所述方法制備得到的竹炭/聚氨酯復(fù)合填料在高氨氮的城市污水、工業(yè)廢水、養(yǎng)殖廢水的深度脫氮中的應(yīng)用。
所述應(yīng)用還包括除磷。
所述應(yīng)用還包括去除重金屬離子。
本發(fā)明還提供了一種污水深度脫氮生化池，由預(yù)缺氧池、厭氧池、缺氧池、好氧池依次連通組成，好氧池污水經(jīng)內(nèi)回流至缺氧池，回流比為100-200%；其中，竹炭/聚氨酯復(fù)合填料經(jīng)活性污泥馴化掛膜后添加到厭氧池、缺氧池中。
所述竹炭/聚氨酯復(fù)合填料的馴化掛膜過程為：
選擇城市污水處理廠二沉池回流污泥作為培養(yǎng)馴化對象，污泥取回后先用篩網(wǎng)過濾去除其中雜物，并悶曝1-2d恢復(fù)其活性，將竹炭/聚氨酯復(fù)合填料投入到活性污泥中進(jìn)行馴化，馴化期間采用連續(xù)進(jìn)水出水并在底部進(jìn)行曝氣，進(jìn)水為城市污水，溫度控制在25-37°C，進(jìn)水pH在7.0-8.0范圍，DO保持在1-4mg/L，COD濃度為250-600mg/L，NH3-N濃度為25-50mg/L，水力停留時間控制在8-24h，待填料逐漸掛膜，當(dāng)活性污泥沉降比在20-40%，出水的COD濃度差異值不高于5%，且COD去除率不低于80%，視為掛膜完成，將填料取出，得到掛膜完成的竹炭/聚氨酯復(fù)合填料。
本發(fā)明提供上述具有預(yù)缺氧池、厭氧池、缺氧池、好氧池的生化池，穩(wěn)定性好，能有效抵抗污水和有機(jī)污染物的沖擊，提升處理效率，用活性污泥對竹炭/聚氨酯復(fù)合填料進(jìn)行馴化，填料的高比表面積為微生物的富集生長提供了充足的空間，提高掛膜速度和掛膜穩(wěn)定性，將其填充到厭氧池、缺氧池中，有助于提高污水處理效果，BOD等有機(jī)污染物、氨氮去除效率高，處理穩(wěn)定性好，且對重金屬離子具有較高的去除效果，同時能去除污水的臭味。
本發(fā)明還提供了一種利用上述污水深度脫氮生化池處理污水的方法，包括：
S1、將馴化掛膜后的竹炭/聚氨酯復(fù)合填料填充到厭氧池、缺氧池中；
S2、污水經(jīng)預(yù)處理后通入生化池進(jìn)行脫氮處理。
作為優(yōu)選，步驟S1中，厭氧池中竹炭/聚氨酯復(fù)合填料的填充率為20-40%，缺氧池中竹炭/聚氨酯復(fù)合填料的填充率為30-60%。
作為優(yōu)選，步驟S2中，預(yù)處理是指：經(jīng)過濾、沉淀將污水中的懸浮物去除。
作為優(yōu)選，步驟S2中，生化池的預(yù)缺氧區(qū)的水力停留時間為0.5-1h，厭氧區(qū)的水力停留時間為1-2h，缺氧區(qū)的水力停留時間為2-4h，好氧區(qū)的水力停留時間為4-8h。
利用污水深度脫氮生化池處理污水，通過在厭氧池、缺氧池中投入竹炭/聚氨酯復(fù)合填料，調(diào)整脫氮過程中的參數(shù)，可達(dá)到污水的深度脫氮除磷，并能有效去除污水中的COD、重金屬離子離子等。
為近一步提高污水處理效果，本發(fā)明還在好氧池中投入除磷劑，除磷劑的投入量為0.02-0.1%，所述除磷劑中包含55-70wt%聚合硫酸鋁、25-35wt%聚合硅酸鋁鐵、0.2-0.5wt%富里酸、2-5wt%改性碳酸鈣、2-6wt%氯化鎂。
所述改性碳酸鈣經(jīng)由下述方法制備得到：將100-200目的碳酸鈣與2-10vol%的乙醇水溶液混合，超聲輔助活化20-50min，過濾，烘干，然后加入到去離子水中，加入芐氧羰基-L-羥脯氨酸，碳酸鈣、芐氧羰基-L-羥脯氨酸的質(zhì)量比為1:0.06-0.1，85-100℃下攪拌反應(yīng)0.5-3h，取出后水洗、干燥得到改性碳酸鈣。利用包含改性碳酸鈣的除磷劑對污水進(jìn)行處理，相對于傳統(tǒng)的除磷劑，該除磷劑用量少，除磷效果好，且除磷劑中添加一定量的改性碳酸鈣，相比碳酸鈣，碳酸鈣經(jīng)改性后不僅能夠提高除磷效果，且有助于進(jìn)一步提高對重金屬離子的螯合，提高金屬離子的去除效果，節(jié)約成本的同時，獲得了更高的污水處理效果。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點和積極效果：
1、本發(fā)明提供了一種污水深度脫氮生化池，由預(yù)缺氧池、厭氧池、缺氧池、好氧池連接組成，通過將竹炭/聚氨酯復(fù)合填料經(jīng)活性污泥馴化后添加到厭氧池、缺氧池，可獲得較高的污水處理效果，BOD等有機(jī)污染物、氨氮去除效率高，處理穩(wěn)定性好，且對金屬離子具有較高的去除效果，同時可以去除污水的臭味；
2、竹炭/聚氨酯復(fù)合填料的比表面積大，附著點增多，提高了微生物附著量，掛膜容易，強(qiáng)度高，氨氮轉(zhuǎn)化吸附速度快，BOD等有機(jī)污染物、氨氮去除效率高；同時該填料具有的較好力學(xué)性能能夠耐受水質(zhì)的沖刷，使其具有較好的穩(wěn)定性，對負(fù)載的微生物菌劑起一定的保護(hù)作用，以避免水力剪切的沖刷作用；此外，聚氨酯預(yù)聚體中添加一定量的DL-蘋果酸二酰肼、5-(N-環(huán)丙基)酰胺酰酐，能夠增強(qiáng)對重金屬離子的去除作用。
（發(fā)明人：鄭光鳳;路青;杜棟;孫茜;劉會青;張艷麗）
