[发明专利]一种同步脱氮除磷的曝气生物滤池填料制备方法及其应用

说明书

一、技术领域 

本发明涉及微污染源水深度处理的方法。

二、背景技术 

曝气生物滤池(BAF，Biological Aerated Filter)也叫淹没式曝气生物滤池(SBAF，Submerged Biological Aerated Filter)。国外从20世纪初开始进行研究，于80年代末基本成型，后不断改进，并开发出多种形式。在开发过程中，充分借鉴了污水处理接触氧化法和给水快滤池的设计思路，集曝气、高滤速、截留悬浮物、定期反冲洗等特点于一体。其工艺原理为，在滤池中装填一定量粒径较小的粒状滤料，滤料表面生长着生物膜，滤池内部曝气，污水流经时，利用滤料上高浓度生物膜的强氧化降解能力对污水进行快速净化，此为生物氧化降解过程；同时，因污水流经时，利用滤料粒径较小的特点及生物膜的生物絮凝作用，截留污水中的大量悬浮物，且保证脱落的生物膜不会随水带出，此为截留作用；运行一定时间后，因水头损失的增加，需对滤池进行反冲洗，以释放截留的悬浮物并更新生物膜，此为反冲洗过程。

生物陶粒是曝气生物滤池中微生物膜的载体，是生物栖息、繁殖的场所，同时在运行过程中起到截留悬浮物的作用。因此，生物滤料是曝气生物滤池的核心，直接影响着曝气生物滤池的运行效能；同时，由于生物陶粒在曝气生物滤池的建设投资中占有相当大的比例，所以陶粒的选择，关系到曝气生物滤池技术的经济合理，而目前市售陶粒都是通过高温煅烧，陶粒填料表面结釉、开放性孔隙率低的缺点，生物负载量低。 

建筑用粉煤灰加气混凝土具有密度小、空隙率高、表面粗糙，有利于微生物附着，含有丰富的水化硅酸盐。粉煤灰加气混凝土中的水化硅酸盐对水中的磷具有很强的吸附作用，可以高效吸附去除水中的磷酸盐。 

中国专利文献CN102531485A和CN102557550 A公开了两种曝气生物滤池填料及其制备方法，两种填料是以黄河淤沙和建筑渣土为骨料，添加水泥，无机胶黏剂硅酸纳、硅酸铝、磷酸盐、氧化物、硫酸盐或硼酸盐，混合均匀后，造粒，然后洒水养护，获得了两种曝气生物滤池填料。 

上述两种曝气生物滤池填料，没有添加成孔剂，空隙率低，开放性孔隙率低，生物负载量低，而且在造粒过程中添加了无机胶黏剂，增加了材料的制备成本，也不节能环保。 

三、发明内容 

随着建筑节能环保要求的提高以及保护耕地严格要求，建筑用粉煤灰加气混凝土砌块成为城市建筑的重要非承重墙体的砌筑材料。大中城市粉煤灰加气混凝土砌块厂普遍存在，由于粉煤灰加气混凝土砌块比通常的粘土砖强度低，生产过程中残次品率较高，通常的处理方法是把粉煤灰加气混凝土砌块废品粉碎后作为原料重新加入到粉煤灰加气混凝土砌块生产中，没有发挥其应有的价值。

本发明人首先认识到粉煤灰加气混凝土砌块中主要组分是水化硅酸钙、水化硅铝酸钙（图1），具有较大的比表面积（大于60m²/g），对水中微量的磷具有高效吸附净化作用，可以用于废水除磷（图2）。 

粉煤灰加气混凝土砌块滤料吸附磷性能评价采取如下步骤：把建筑用粉煤灰加气混凝土砌块破碎过200目筛，获得小于200目（75μm）粉体，分别称取0.1g粉煤灰加气混凝土的样品加入到若干个150mL锥形瓶中，再分别加入100mL浓度为0.5、2、5、10、15mg/L的pH值为7的KH₂PO₄溶液，将所有锥形瓶密封置于恒温振荡器内，依次在25 ℃下，以175-180r/min的速率振荡至吸附平衡。测定各自磷的平衡吸附浓度，计算相应的平衡吸附量。 

从图2可以看出温度在25℃时，粉煤灰加气混凝土对磷的最大吸附容量Q_e约为3.904 mg/g，远大于文献报道的沸石吸附剂（0.101 mg/g）。当磷的初始浓度为0.5 mg/L、2 mg/L，粉煤灰加气混凝土对磷吸附去除率在97%以上，磷的剩余浓度均小于0.1 mg/L，表明粉煤灰加气混凝土是一种深度除磷的高性能材料。 

粉煤灰加气混凝土砌块具有密度小、空隙率高，用于曝气生物滤池填料负载微生物量高、反冲洗耗水量低，用于曝气生物滤池填料具有处理废水氨氮硝化效率高的特点。 

发明人把粉煤灰加气混凝土高效吸附磷的特性和高容量负载微生物的特点结合起来，把粉煤灰加气混凝土砌块制备成曝气生物滤池填料（图3），用于微污染源水同步脱氮除磷。       

本发明解决技术问题采用如下技术方案：