申请日2016.09.26
公开(公告)日2017.02.22
IPC分类号B01J20/12; B01J20/20; B01J20/30; C02F1/28; C02F1/58; C02F9/14
摘要
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种精度除磷纳米材料、其制备方法及常规动力一体化污水处理设备。该材料由将20～50份的蒙脱石、30～60份的膨润土和10～30份的活性白土经过干混、练泥、烧制等制备得到。该常规动力一体化污水处理设备包括依次连通的缺氧区、好氧区、膜池区、设备区和精度除磷区，缺氧区中部设置有载体，载体内搭载有多功能纳米复合材料，精度除磷区设置有载箱，在载箱内设置有多层精度除磷纳米颗粒。该常规动力一体化处理系统能够明显提升来水COD、氨氮、总氮、总磷、重金属、SS等污染因子的去除效率，去除效率分别≥95%、97%、97%、97%、98%和99%，出水指标优于国家一级A标准。
权利要求书
1.一种精度除磷纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将20～50份的蒙脱石、30～60份的膨润土和10～30份的活性白土投入到高速混料机中混合，得到干混料;
2)将18～22%的醋酸钙溶液与步骤1)得到的干混料按照0.2～0.4：1的质量比进行湿混，湿混后练泥，得到泥块;
3)将步骤2)得到的泥块挤出成型成颗粒;
4)将步骤3)得到的颗粒在干燥窑中烘干，得到干燥成型品;
5)将步骤4)得到的干燥成型品经过0.5～1.5小时升温至烧成温度700～850℃烧制0.5～1.5小时，得到精度除磷纳米材料。
2.根据权利要求1所述的精度除磷纳米材料的制备方法，其特征在于：
步骤1)中：蒙脱石的细度在5微米以下，纯度在98%以上;膨润土的细度在10微米以下，纯度在95%以上;活性白土的细度在8微米以下，纯度在95%以上;
步骤2)中，练泥时间为20～30分钟;
步骤3)中，颗粒的粒径为3～12毫米;
步骤4)中，干燥成型品的含水率低于8%。
3.一种根据权利要求1或2所述的精度除磷纳米材料的制备方法制备得到的精度除磷纳米材料。
4.一种常规动力一体化污水处理设备，其特征在于：包括依次连通的缺氧区(1)、好氧区(2)、膜池区(3)、设备区(4)和精度除磷区(5)，在所述设备区(4)内设置有出水自吸泵(12)，所述缺氧区(1)的上部与所述好氧区(2)的上部连通，所述好氧区(2)的下部与所述膜池区(3)的下部连通，所述膜池区(3)与所述出水自吸泵(12)的入液端通过出水管路(17)连通，所述出水自吸泵(12)与所述精度除磷区(5)通过管路连通，在所述缺氧区(1)的中部设置有载体(8)，所述载体(8)内搭载有多功能纳米复合材料，在所述好氧区(2)内设置有反硝化回流泵(11)，所述反硝化回流泵(11)通过反硝化回流管路连通至所述缺氧区(1)的上部，在所述膜池区(3)内设置有MBR平板膜组件(10)，在所述精度除磷区(5)内设置有敞口的载箱(9)，在所述载箱(9)内设置有多层精度除磷纳米颗粒，所述出水自吸泵(12)的出液端通过管路连通至所述载箱(9)的内底部，其中：
所述多功能纳米复合材料包括以下重量份的各组分：除COD材料30～40份，除重金属材料5～10份，除氨氮材料10～20份，除总氮材料10～20份，除总磷材料5～10份;
所述精度除磷纳米颗粒选自权利要求3所提供的精度除磷纳米材料。
5.根据权利要求4所述的常规动力一体化污水处理设备，其特征在于：在所述设备区(4)内设置有曝气鼓风机(13)，所述曝气鼓风机(13)通过管路分别连通至所述缺氧区(1)的底部、所述好氧区(2)的底部和所述MBR平板膜组件(10)的下方。
6.根据权利要求4所述的常规动力一体化污水处理设备，其特征在于：所述缺氧区(1)设置有进水口(6)，所述进水口(6)位于所述载体(8)下方远离所述好氧区(2)的一侧;所述出水管路(17)位于所述MBR平板膜组件(10)的上方;还设置有气提回流装置(15)，所述气提回流装置(15)分别连通至所述好氧区(2)的底部和所述膜池区(3)的底部;所述精度除磷区(5)的上部设置有出水口(7)。
7.根据权利要求4所述的常规动力一体化污水处理设备，其特征在于，所述除总氮材料的制备方法包括以下步骤：
1)将原材料投入混炼机中，先干混10～20分钟、再加入所述原材料40～60wt%的水一起混炼10～30分钟，得到泥块，其中，所述原材料包括以下重量百分含量的各组分：云长黏土10～20%，萍乡黄土30～45%，石英5～15%，高岭土10～15%，木炭粉10～30%，甲基纤维素2～5%;
2)将步骤1)得到的泥块挤出成型得到粒径为3～12毫米的颗粒;
3)将步骤2)得到的颗粒在干燥窑中烘干至含水率小于等于3%，得到干燥颗粒;
4)将步骤3)得到的干燥颗粒经过1.5～2.5小时升温至烧成温度1050～1200℃烧制0.5～1.5小时，风冷得到待活化颗粒;
5)将步骤4)得到的待活化颗粒用2～4wt%的硝酸在100～130度条件下浸泡4～6小时进行活化，活化后进行干燥，得到所述除总氮材料。
8.根据权利要求7所述的常规动力一体化污水处理设备，其特征在于，所述原材料中：
云长黏土的粒径为200到325目;萍乡黄土的粒径为200到325目;石英的粒径为200到325目;高岭土的粒径为200到325目;木炭粉的粒径为3000到3500目;甲基纤维素的粒径为200到325目。
9.根据权利要求4所述的常规动力一体化污水处理设备，其特征在于：
所述除COD材料选自SAMMNS-CT03纳米陶瓷材料、SAMMNS-CT06纳米陶瓷材料或SAMMNS-CT016纳米陶瓷材料中的任意一种;
所述除重金属材料选自SAMMNS-MW200、SAMMNS-MWX01-R3或SAMMNS-MWHg01-P200中的任意一种;
所述除氨氮材料为SAMMNS-NH1陶瓷纳米材料;
所述除总磷材料选自中国专利201410726467.4所提供的去除废水中总磷的多孔材料。
10.根据权利要求4所述的常规动力一体化污水处理设备，其特征在于：所述载箱(9)内的各层精度除磷纳米颗粒的粒径从上到下依次增大。
说明书
精度除磷纳米材料、其制备方法及常规动力一体化污水处理设备
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种精度除磷纳米材料、其制备方法及常规动力一体化污水处理设备。
背景技术
近年来，随着我国乡镇经济水平的发展，乡镇生活污水污染物浓度与排放总量逐年增加，特别是富营养元素氮磷的超标排放导致乡镇水生态环境日益恶劣;由于乡镇污水具有分散性高、水质水量变化性大、难以集中收集处理等特征，治理难度较大，越来越引起人们的关注。同时，随着我国城镇居民生活水平日益提高，城镇污水水质日益复杂，污染物种类与浓度复杂多变;往往还掺杂部分服务业与工业污水，对城市生态环境尤其是水系造成了严重污染，导致水体富营养化与黑臭现象，严重影响生态人文景观。
常规动力一体化分散型污水处理设备在乡镇分散点源污水与城镇污水治理中发挥了巨大作用，具有结构紧凑、占地小，可移动、安装方便、自动化程度较高、出水水质较好等特点，得到了广泛应用。但其处于发展阶段，仍然需要进一步的发展。
中国专利201410556467.4公开了一种污水处理系统。但同大多数同类专利，主要基于现有的处理单元、结构和材料，专用性具有一定优势，但综合的处理效果具有一定的局限。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供了一种精度除磷纳米材料、其制备方法及常规动力一体化污水处理设备。其针对乡镇生活污水与城镇污水COD、氨氮、总氮去除效率不高的现状，特别针对污水中重金属和氮、磷污染物，提升去除效果以解决受纳水体富营养化和土壤重金属污染问题，大幅提高出水透明度，为避免污泥膨胀不利影响、大幅减少剩余污泥产量和处理费用提供解决方案。
本发明所提供的技术方案如下：
一种精度除磷纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将20～50份的蒙脱石、30～60份的膨润土和10～30份的活性白土投入到高速混料机中混合，得到干混料。
优选的，蒙脱石的细度在5微米以下，纯度在98%以上;膨润土的细度在10微米以下，纯度在95%以上;活性白土的细度在8微米以下，纯度在95%以上。
2)将18～22%的醋酸钙溶液与步骤1)得到的干混料按照0.2～0.4：1的质量比进行湿混，湿混后练泥，得到泥块。
具体的，练泥时间为20～30分钟。
3)将步骤2)得到的泥块挤出成型成颗粒。
优选的，颗粒的粒径为3～12毫米。
4)将步骤3)得到的颗粒在干燥窑中烘干，得到干燥成型品。
优选的，干燥成型品的含水率低于8%。
5)将步骤4)得到的干燥成型品经过0.5～1.5小时升温至烧成温度700～850℃烧制0.5～1.5小时，得到度除磷纳米材料。
本发明还提供了根据上述精度除磷纳米材料的制备方法制备得到的精度除磷纳米材料。
本发明还提供了一种常规动力一体化污水处理设备，包括依次连通的缺氧区、好氧区、膜池区、设备区和精度除磷区，在所述设备区内设置有出水自吸泵，所述缺氧区的上部与所述好氧区的上部连通，所述好氧区的下部与所述膜池区的下部连通，所述膜池区与所述出水自吸泵的入液端通过出水管路连通，所述出水自吸泵与所述精度除磷区通过管路连通，在所述缺氧区的中部设置有载体，所述载体内搭载有多功能纳米复合材料，在所述好氧区内设置有反硝化回流泵，所述反硝化回流泵通过反硝化回流管路连通至所述缺氧区的上部，在所述膜池区内设置有MBR平板膜组件，在所述精度除磷区内设置有敞口的载箱，在所述载箱内设置有多层的精度除磷纳米颗粒，所述出水自吸泵的出液端通过管路连通至所述载箱的内底部，其中：
所述多功能纳米复合材料包括以下重量份的各组分：除COD材料30～40份，除重金属材料5～10份，除氨氮材料10～20份，除总氮材料10～20份，除总磷材料5～10份;
所述精度除磷纳米颗粒选自本发明所提供的所述精度除磷纳米材料。
优选的，所述载箱内的各层精度除磷纳米颗粒的粒径从上到下依次增大。
进一步的，在所述设备区内设置有曝气鼓风机，所述曝气鼓风机通过管路分别连通至所述缺氧区的底部、所述好氧区的底部和所述MBR平板膜组件的下方。
进一步的，所述缺氧区设置有进水口，所述进水口位于所述载体下方远离所述好氧区的一侧;所述出水管路位于所述MBR平板膜组件的上方;还设置有气提回流装置，所述气提回流装置分别连通至所述好氧区的底部和所述膜池区的底部;所述精度除磷区的上部设置有出水口。
优选的，所述除总氮材料的制备方法包括以下步骤：
1)将原材料投入混炼机中，先干混10～20分钟、再加入所述原材料40～60wt%的水一起混炼10～30分钟，得到泥块，其中，所述原材料包括以下重量百分含量的各组分：云长黏土10～20%，萍乡黄土30～45%，石英5～15%，高岭土10～15%，木炭粉10～30%，甲基纤维素2～5%;
2)将步骤1)得到的泥块挤出成型得到粒径为3～12毫米的颗粒;
3)将步骤2)得到的颗粒在干燥窑中烘干至含水率小于等于3%，得到干燥颗粒;
4)将步骤3)得到的干燥颗粒经过1.5～2.5小时升温至烧成温度1050～1200℃烧制0.5～1.5小时，风冷得到待活化颗粒;
5)将步骤4)得到的待活化颗粒用2～4wt%的硝酸在100～130度条件下浸泡4～6小时进行活化，活化后进行干燥，得到所述除总氮材料。
具体的：云长黏土的粒径为200到325目;萍乡黄土的粒径为200到325目;石英的粒径为200到325目;高岭土的粒径为200到325目;木炭粉的粒径为3000到3500目;甲基纤维素的粒径为200到325目。
优选的，所述除COD材料选自由格丰环保科技有限公司生产所提供的SAMMNS-CT03纳米陶瓷材料、SAMMNS-CT06纳米陶瓷材料或SAMMNS-CT016纳米陶瓷材料中的任意一种。
优选的，所述除重金属材料选自由格丰环保科技有限公司生产所提供的SAMMNS-MW200、SAMMNS-MWX01-R3或SAMMNS-MWHg01-P200中的任意一种。
优选的，所述除氨氮材料为格丰环保科技有限公司生产所提供的SAMMNS-NH1陶瓷纳米材料。
优选的，所述除总磷材料选自中国专利201410726467.4所提供的去除废水中总磷的多孔材料。
本发明所提供的常规动力一体化污水处理设备中所使用的多功能纳米复合材料，根据来水污染物种类浓度不同，可通过不同配比及粒径级配组成，粒径范围3.0-12.0mm不等，可供活性微生物附着生长。
本发明所提供的常规动力一体化污水处理设备中所使用的精度除磷纳米材料，通过不同粒径合理级配形成的多层立体结构。精度除磷纳米材料采用粒径范围1.0-12.0mm不等，按照一定顺序放置在载箱中，水流通过泵提升后由下而上经过载箱，精度除磷纳米材料对水中固态与溶解态的磷进行高精度截留与吸附。
本发明所提供的常规动力一体化污水处理设备采用的MBR平板膜是一种改性亲水PVDF材质与ABS材料组成的结构，通过粒径筛分原理实现SRT与HRT的彻底分离，无视污泥膨胀的不利影响，始终保证出水NTU≤1;并且通过低负荷曝气导致污泥内源呼吸消化从而实现剩余污泥的大幅减量化，排泥周期极长。
本发明所提供的常规动力一体化设备，具有以下优点：
1、合理粒径级配的纳米材料体系具有极大的比表面积，能够供高浓度高活性的微生物依附;
2、具有很好的生物亲和性，特有配方含有大量微量元素，能够释放供活性微生物使用;
3、具有很高的机械强度，很好的耐酸碱腐蚀性，使用寿命长;
4、材料丰富的孔隙率能够大量吸附有机物等污染因子，并通过微生物的分解再生活化;
5、丰富的孔隙结构形成了厌氧、缺氧与好氧环境，方便不同种类的微生物协同发挥作用;
6、不同于传统材料，复配COD、重金属、氨氮、总氮、总磷吸附降解材料能够大大增强整套系统对污染因子去除能力;
7、精度除磷纳米基材能够有效解决传统生物法除磷缺陷，对剩余含磷特别是溶解态的磷进行高精度吸附，保障消除点源富营养化风险;使用周期很长，更换后可再生活化，多次利用;
8、采用MBR平板膜结构，无需二沉池，活性污泥浓度高，抗冲击负荷性能强，出水透明度很高;
9、膜分离阻截绝大部分病原微生物在系统内部，有效减少后续消毒剂投加量与接触时间;
10、容积负荷高，反应速率快，占地少，运输灵活，采用气提回流装置，节省动力设备，运行费用较少;
11、本质属于生物膜法与膜生物反应器范畴，大大减少了剩余污泥产量，排泥周期极长，处置费用低。
本发明的常规动力一体化污水处理系统，系统前端的复合高效生物载体一方面能够附着高浓度高活性的微生物群体，有效提高系统的抗冲击性，一方面通过纳米材料本身特性，能够吸附大量的COD、氨氮、总氮、重金属、总磷等污染因子，加强系统处理效果;中部的MBR平板膜系统能够一方面保证较长的污泥龄，确保硝化菌等世代时间长的菌种长期稳定高效发挥作用，一方面在保证出水NTU≤1的同时通过内源呼吸大幅削减剩余污泥产量，减少出水病原微生物含量;后端的精度除磷纳米基材，针对来水中剩余含磷特别是溶解态的磷进行精度吸附去除，彻底消除点源富营养化污染风险。该常规动力一体化处理设备用于乡镇生活污水与一般城镇污水处理，COD去除率≥95%，SS去除率≥99%，重金属去除率≥98%，磷和氮的去除率在97%以上，出水指标可以稳定达到国标一级A标准，COD、氨氮、SS和磷污染物的指标优于一级A标准;与高效纳米材料复配使用，系统配套设备功耗低，运行费用相比传统常规动力一体化设备，降低了12%。
