[發(fā)明專利]一種基于硫自養(yǎng)反硝化的脫氮材料、制備方法與應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110289081.1
• 申請(qǐng)日: 2021-03-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113044974A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 岳冬梅;趙東華;鄭巖皓;葛俊;束夢(mèng)照
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中交上海航道勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司
• 主分類號(hào): C02F3/28
• 分類號(hào): C02F3/28;C02F101/16
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 吳林松

一種基于硫自養(yǎng)反硝化的脫氮材料，由硫磺、提供堿度材料、緩釋磷材料、發(fā)泡劑制成，其中：硫磺35?65％，碳酸鹽粉料為25?50％，緩釋磷材料為5?15％，發(fā)泡劑為0.5?5％。其制備方法為將硫磺、提供堿度材料和緩釋磷材料在115～180℃下加熱熔融，混合均勻，再加入發(fā)泡劑攪拌均勻，然后倒入模具，冷卻成型得到所述脫氮材料；或者，先將硫磺加熱熔融，然后再與預(yù)熱的提供堿度材料和緩釋磷材料混合均勻；或者，混勻后以水為黏結(jié)劑造粒，然后加熱，充分黏結(jié)，冷卻。所述脫氮材料的應(yīng)用包括在水處理工藝中深度去除水中的氮。本發(fā)明既能保證反硝化過(guò)程中對(duì)磷的需求，又不會(huì)過(guò)量釋放，制備工藝簡(jiǎn)單、能耗低，制作成本低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及基于硫自養(yǎng)反硝化脫氮材料的制備與應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和人口的迅速增長(zhǎng)，氮過(guò)量輸入水體導(dǎo)致的富營(yíng)養(yǎng)化和生態(tài)系統(tǒng)退化問(wèn)題非常突出，嚴(yán)重威脅了水體生態(tài)安全和飲用水安全。目前，生物反硝化是最經(jīng)濟(jì)高效的脫氮技術(shù)，傳統(tǒng)異養(yǎng)反硝化以碳源作為電子供體，將硝態(tài)氮還原為N₂或N₂O，從而將氮脫除。當(dāng)待處理水中碳氮比較低或者沒(méi)有有機(jī)物時(shí)，如污水處理廠尾水、輕污染河湖水和受硝酸鹽污染的地下水，就需要額外投加有機(jī)物來(lái)提供碳源，在投加有機(jī)物時(shí)，遇到水質(zhì)波動(dòng)較大的情況，往往不能精確地投加：投加過(guò)量，造成浪費(fèi)并且影響出水水質(zhì)；投加量不足，則脫氮達(dá)不到理想的效果。

此外，污水處理廠處理污水的過(guò)程中，磷的去除效率更高，導(dǎo)致尾水中氮磷比很高，氮磷比往往高于30︰1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)污水處理中適宜的氮磷比(氮︰磷＝5︰1)，進(jìn)行深度脫氮時(shí)不僅缺乏碳源還可能出現(xiàn)磷營(yíng)養(yǎng)鹽不足的情況；研究還表明，近十年來(lái)，我國(guó)東部地區(qū)部分湖泊磷濃度顯著下降、氮濃度基本穩(wěn)定，導(dǎo)致氮磷比迅速上升；尤其對(duì)于硝酸鹽污染的地下水，由于磷在遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程中通過(guò)沉底吸附等機(jī)制被截留，其磷含量往往很低，氮磷比很高。對(duì)于這些高氮磷比的水，在需要對(duì)其改善水質(zhì)，進(jìn)行深度脫氮時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)磷營(yíng)養(yǎng)鹽缺乏的情況，影響反硝化效率，因此需要在反硝化過(guò)程中補(bǔ)充磷營(yíng)養(yǎng)鹽。

硫自養(yǎng)反硝化以硫磺或還原態(tài)硫化物等為電子供體，將硝態(tài)氮還原為氣態(tài)氮來(lái)實(shí)現(xiàn)脫氮。由于硫磺為固體，不溶于水，作為電子供體其供給量能夠自適應(yīng)地滿足反硝化的需求量，對(duì)處理水質(zhì)水量具有一定的抗波動(dòng)性，且硫磺作為石油生產(chǎn)過(guò)程中的副產(chǎn)物，價(jià)格便宜，在運(yùn)輸和使用等方面更加安全和便利。因此，以硫磺作為電子供體的硫自養(yǎng)反硝化脫氮備受行業(yè)關(guān)注，引起越來(lái)越多研究者的注意。但是，硫磺強(qiáng)度低、易碎、不能反沖洗，不適合作為生物填料，大大限制了硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)的工程應(yīng)用。

發(fā)明專利CN 105967320 B公布了一種脫氮硫桿菌的微生物載體的制備方法，將硫磺、硫代硫酸鈉、石灰石、磷酸二氫鉀、氧化鎂和粘合劑等按照一定比例混合均勻后，150℃下燒結(jié)而成，該方法制作工藝簡(jiǎn)單，但硫代硫酸鈉加熱易分解，分解過(guò)程產(chǎn)生二氧化硫有毒氣體，制備時(shí)添加了磷酸二氫鉀，溶解性大，在水處理過(guò)程中會(huì)快速流失，甚至造成出水磷超標(biāo)，且材料制備過(guò)程中未做發(fā)泡處理，會(huì)導(dǎo)致制備的材料比表面積不高，影響處理效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)低碳氮比、高氮磷比水脫氮困難的問(wèn)題，提供一種基于硫自養(yǎng)反硝化的高效脫氮材料的制備方法和應(yīng)用。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于硫自養(yǎng)反硝化的脫氮材料，由硫磺、提供堿度材料、緩釋磷材料、發(fā)泡劑制成，各組分的質(zhì)量百分比為：硫磺35-65％，提供堿度材料25-50％，緩釋磷材料5-15％，發(fā)泡劑0.5-5％。

進(jìn)一步，所述脫氮材料的堆積密度為500-1500kg/m³。

可選地，所述提供堿度材料為碳酸鹽粉料，為碳酸鈣礦物、碳酸鎂礦物或雞蛋殼、貝殼、珊瑚石中的一種或多種。硫自養(yǎng)反硝化過(guò)程產(chǎn)酸，碳酸鹽材料主要作用是提供堿度，調(diào)節(jié)處理系統(tǒng)的pH值，同時(shí)提供二氧化碳，作為硫自養(yǎng)反硝化菌的碳源。

可選地，所述碳酸鹽粉料粒徑為20-500目。