公布日：2022.08.02
申请日：2022.05.24
分类号：C02F3/30(2006.01)I;C02F9/14(2006.01)I
摘要
一种基于铁炭载体的复合生物反应器的制备方法以及污水处理方法，通过将铁炭粉末与有机营养源粉末通过研磨拌合工艺制备获得铁炭功能载体，将铁炭功能载体投加至污水处理生化池，诱导微生物在载体表面生长，形成微小污泥颗粒，所述微小污泥颗粒包括铁碳功能载体形成的微观原电池及附着在载体表面的脱氮除磷专性菌，微观原电池的形成可为自养反硝化以及硝态氮和亚硝态氮的化学还原提供电子供体，提升系统脱氮效率20～30％；此外，污水中的磷可与原电池反应中溶出的铁离子接触反应生成沉淀而去除；通过设置在生化池与二沉池之间的分离装置，80％以上的微小污泥颗粒以内回流的方式返回生化池缺氧区，提高生化池的功能微生物数量。
权利要求书
1.一种基于铁炭载体的复合生物反应器的制备方法，其特征在于，包括步骤：S1，铁炭功能载体的制备：铁炭粉末与有机营养源粉末通过研磨拌合工艺制备获得铁炭功能载体，所述铁炭功能载体粒径分布在30-70微米；其中，铁炭粉末在所述铁炭功能载体中的质量占比为90%-97%；其中，所述铁炭粉末的制备方法包括：将还原性铁粉、生物炭粉和粉煤灰破碎加水混合造粒，将制备好的颗粒在600-1200℃的无氧环境下煅烧，获得铁炭颗粒，进而通过破碎筛分的方式获得粒径分布在30-70微米的所述铁炭粉末；其中，还原性铁粉、生物炭粉和粉煤灰的质量占比：还原性铁粉：40-80份，生物炭：10-50份，粉煤灰：5-10份；S2，污泥颗粒的培养：将所述铁炭功能载体投加至污水处理生化池，诱导微生物在所述铁炭功能载体表面生长，形成微小污泥颗粒，所述微小污泥颗粒与生化池内活性污泥构成复合生物反应器；其中，所述微小污泥颗粒包括铁碳功能载体形成的微观原电池及附着在载体表面的脱氮除磷专性菌。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机营养源粉末为淀粉、聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯类聚合物中的一种或多种，粒径小于5微米。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物炭粉包括炭化污泥粉末以及植物纤维炭化材料。
4.一种基于铁炭载体的复合生物反应器，其特征在于，采用权利要求1-3中任一项所述的方法制备。
5.一种基于铁炭载体的复合生物反应器的污水处理方法，其特征在于，包括步骤：S01，构建如权利要求4所述的复合生物反应器；S02，将所述复合生物反应器应用于污水生化处理，在生化反应完成后的混合液通过设置在所述复合生物反应器与二沉池之间的分离装置进行分离；其中，所述混合液经所述分离装置进行分离后，轻比重的活性污泥输送至二沉池，大比重的含所述微小污泥颗粒的物料回流至所述生化池，以减小所述二沉池内的污泥负荷；进入二沉池的所述活性污泥经二沉池浓缩后，一部分以外回流的方式返回生化池，一部分通过水力旋流分离回收微小污泥颗粒后淘汰出污水处理系统；其中，所述分离装置为脉冲分离装置、水平流分离装置、低速离心装置、水力筛分装置中的一种或者多种。
6.根据权利要求5所述的污水处理方法，其特征在于，还包括步骤：根据实际运行情况每周1次补充0.5-3mg/L的所述铁炭功能载体。
7.根据权利要求5所述的污水处理方法，其特征在于，所述铁炭功能载体投加量为4-10g/L。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种基于铁炭载体的复合生物反应器的制备方法以及污水处理方法，旨在解决现有技术中上述技术问题。
为实现上述目的，本发明提供的一种基于铁炭载体的复合生物反应器的制备方法，包括步骤：
S1，铁炭功能载体的制备：铁炭粉末与有机营养源粉末通过拌合工艺制备获得铁炭功能载体，所述铁炭功能载体粒径分布在30-70um；其中，铁炭粉末在所述铁炭功能载体中的质量占比为90％-97％；
S2，污泥颗粒的培养：将所述铁炭功能载体投加至污水处理生化池，诱导微生物在所述铁炭功能载体表面生长，形成微小污泥颗粒，所述微小污泥颗粒与生化池内活性污泥构成复合生物反应器；其中，所述微小污泥颗粒包括铁碳功能载体形成的微观原电池及附着在载体表面的脱氮除磷专性菌。
优选的，所述有机营养源粉末为淀粉、聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯类聚合物中的一种或多种，粒径小于5um。
优选的，所述铁炭粉末的制备方法包括：将还原性铁粉、生物炭粉和粉煤灰破碎加水混合造粒，将制备好的颗粒在600-1200℃的无氧环境下煅烧，获得铁炭颗粒，进而通过破碎筛分的方式获得粒径分布在30-70um的铁炭粉末；其中，还原性铁粉、生物炭粉和粉煤灰的质量占比：还原性铁粉：40-80份，生物炭：10-50份，粉煤灰：5-10份。
优选的，生物炭粉包括炭化污泥粉末以及植物纤维炭化材料。
本发明还提供一种基于铁炭载体的复合生物反应器生物载体粒径和堆密度可控复合生物反应器，采用上任一项所述的方法制备。
本发明还提供一种基于铁炭载体的复合生物反应器的污水处理方法，包括步骤：
S0，构建如上所述的复合生物反应器；
S4，将所述复合生物反应器应用于污水生化处理，在生化反应完成后的混合液通过设置在所述复合生物反应器与二沉池之间的分离装置进行分离；其中，所述混合液经所述分离装置进行分离后，轻比重的活性污泥输送至二沉池，大比重的含所述微小污泥颗粒的物料回流至所述生化池，以减小所述二沉池内的污泥负荷。
优选的，进入二沉池的所述活性污泥经二沉池浓缩后，一部分以外回流的方式返回生化池，一部分通过水力旋流分离回收的微小污泥颗粒后淘汰出污水处理系统。
优选的，还包括步骤：根据实际运行情况每周1次补充适量的所述复合载体颗粒、微小污泥颗粒或者复合生物反应器。
优选的，所述分离装置为格栅、筛网、脉冲分离装置、水平流分离装置、低速离心装置、水力筛分装置中的一种或者多种。
优选的，所述铁炭功能载体投加量为4-10g/L。
从上述技术方案可知，本发明提供基于铁炭载体的复合生物反应器的制备方法中，铁炭功能载体粒径可控，分布集中，可均匀分散于污水处理生化池的悬浮液中；所述铁炭功能载体具有较大的比表面和多孔结构，为附着型微生物的生长提供大量的附着位点，形成微小污泥颗粒，所述微小污泥颗粒的形成可提高系统内有效微生物的数量；所述微小污泥颗粒结构密实，沉降性能优异，提高系统的污水处理能力；所述微小污泥颗粒包括铁碳功能载体形成的微观原电池及附着在载体表面的脱氮除磷专性菌；所述铁炭功能载体包括铁炭粉末，具有微电解作用，能加速电子传递效率，提高微生物代谢速率，在处理低炭氮比污水时优势明显；所述功能载体包括有机营养源粉末，可为微生物生长提供必需的养分，促进脱氮除磷专性微生物在载体表面的生长繁殖，加速微生物在载体表面的富集，加速微小污泥颗粒的成型，可缩短系统的启动周期。
从上述技术方案可知，所述铁炭功能载体经培养后形成的微小污泥颗粒与活性污泥构成双泥系统，并通过设置在生化池与二沉池之间的低速离心分离装置，将绝大部分的微小污泥颗粒截留，以内回流的方式返回生化池，提升生化池污泥浓度，强化脱氮；同时，可有效减少进入二沉池的物料浓度，降低二沉池的实际运行负荷，提升二沉池的处理能力。此外，通过调控功能载体的粒径，实现培养的微小污泥颗粒与活性污泥在粒径分布与密度上存在明显差异，提高了水力旋流器的分离回收效率，减少功能载体的补充频率和补充量，进一步降低工程运用的成本。
另外，铁炭功能载体粒径分布在30-70um，增加了生化池内单位体积内形成的微观原电池数量，在废水中，铁炭粉末以铁为阳，碳为阴极形成大量微观原电池，废水中的NO3-/NO2-利用阳极产生的电子，通过化学过程被直接还原为N2；另外，铁碳微电解的过程有利于大分子有机物转化为小分子有机物，为微生物的异养反硝化提供碳源，进而促进反硝化过程完全进行；另一方面微生物能够利用氢、铁、无机碳等无机组分为电子供体实现自养反硝化。此外，污水中的磷与铁碳微电解反应溶出的铁离子接触反应生成沉淀而去除。
（发明人：万丽;张淞萱）
