[發明專利]一種脫氮填料及其應用

有效

• 申請號: 202110643408.0
• 申請日: 2021-06-09
• 公開（公告）號: CN113321299B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 彭劍峰;曲久輝;蘭華春;劉會娟;鞠佳偉
• 申請（專利權）人: 清華蘇州環境創新研究院
• 主分類號: C02F3/28
• 分類號: C02F3/28;C02F3/34;C04B28/06
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 周敏

本發明涉及一種脫氮填料及其應用。為了解決現有用于污水處理的脫氮填料對硝態氮總氮去除效率不高、機械強度無法滿足濕地系統、結構不穩定易粉化的問題，本發明提供一種脫氮填料，按質量百分比計，所述脫氮填料的原料包括1～10％的零價鐵粉，20～60％的硫磺粉，10～50％的高嶺土；10～50％的陶土；0.05～0.5％的石英砂；2～8％的無機膠粘劑。本發明的脫氮填料對硝態氮總氮去除效率高且對整體脫氮過程溶解氧(DO)影響較??；本發明的脫氮填料機械強度高，堆疊高度達到1m多時下層填料也不會發生形變；本發明的脫氮填料結構穩定性好，長時間處于流動水體中且隨著硫和鐵的持續緩釋依然能夠保持完整的結構而不發生明顯的粉化現象，因此能夠延長污水處理系統使用壽命并降低維護成本。

技術領域

本發明屬于環境工程技術領域，具體涉及一種脫氮填料及其應用。

背景技術

河流、湖泊、濕地等自然生態系統天然就具有凈化水質的功能，其中濕地系統作為全球范圍內單循環不可或缺的一部分，在氨化、硝化、反硝化過程中都做出了大量的貢獻。相關論文數據表明，全球范圍內共有濕地7～10百萬平方千米占到全球陸域面積5～8％，包括溫帶和熱帶在內的平均濕地反硝化脫氮總量約為18.9百萬噸每年。通過簡單計算可以得出每平方米每年脫氮(N計)約為2g左右，按照一般濕地深度1米左右，水力停留時間2～4天左右，可以得出濕地平均反硝化脫氮處理可以降低出水總氮濃度約0.01～0.03mg/L。

人工濕地處理系統則是通過對自然生態系統的強化，增強了水體中氮、磷等引起富營養化的物質的去除。與自然形態濕地的低營養鹽(N)濃度，低去除率對比，大量的文獻資料顯示，人工濕地由于其較高的污染物復合，其反硝化脫氮效率可以達到自然濕地系統的10～50倍左右，而其中最為高效的一個例子顯示，在北卡羅萊納州一個人工濕地中，硝酸鹽氮的去除效率達到2gN每平方米每天。當然，在以人工濕地作為污水處理手段的時候，由于其進水的高COD、高可生化性等特殊性能，總氮脫除效率可以達到4～10gN每平方米每天。

人工濕地作為水質凈化的系統之一，越來越廣泛的應用到各類水體凈化之中，其中包括如面向各類點源、面源污染的場景，如城市、農村生活污水、農業用尾水、初級工業尾水等等場景。通過合理的設計、完善的施工、嚴謹的運維，人工濕地可以成為一個長期穩定且有效的水處理系統。

填料是人工濕地中對水質凈化功能最為關鍵的組成部分，其固態表面保證體系內微生物的生長附著，提供各類微生物適宜的生長空間。填料的重要性主要體現在以下五個方面：1、填料起到支撐上層生物的作用；2、填料的滲透性能直接影響系統內部水流特性；3、許多的化學/生物反應(尤其是微生物)在填充材料中發生；4、填料吸附并儲存污染物質；5、植物殘骸增加濕地系統有機質，填料為物質轉換及微生物生長提供附著空間，體系內有機質為系統內部生物反應提供碳源。

一般人工濕地中常用的填料包括土壤、沙、碎石、石子等等。填料的物理化學性質會隨著濕地的運行發生轉變，當濕地充滿水代替空氣的時候，體系內消耗氧氣的速率大于空氣溶解體系復氧速率，填料系統處于缺氧狀態，這種狀態對于總氮的去除以及一些金屬的吸附去除都是極為關鍵的。但是由于現有水處理工藝的大量曝氣手段的存在，其系統出水溶解氧以及硝酸鹽含量往往大幅高于出水中BOD濃度。而隨著我國污水處理廠的提標改造完成，國內河流湖泊等自然水體黑臭水體整治完成，我國現有富營養化水體污染主要污染物已經從氨氮、COD轉化為以硝酸鹽氮為主的營養因子，而由于現有各類填料工藝技術，難以滿足自然、人工濕地硝酸鹽總氮去除需求，因此現有實際自然濕地、人工濕地污染物去除體系中，對于以硝酸鹽氮為主的營養(污染)物質去除效率較低，例如專利CN 102936125B、CN 111499000B、CN 101671150 B、以及CN 101508481 B中公開的濕地專用填料其主要應用各類吸附材料，同時輔助以提高微生物種群數量提升降解COD、氨氮等污染物，但對于如硝酸鹽的為主的總氮污染物沒有強化效果。