[发明专利]一种基于钕铁硼的复合磁性颗粒及其制备方法

说明书

一种基于钕铁硼的复合磁性颗粒及其制备方法，磁性颗粒用于克服现有技术中磁性诱导自营养脱氮反应器磁场分布不均匀，和磁粉易流失等问题，其组分按照重量百分比计，钕铁硼磁性粉末为78%‑88%、四氧化三铁粉末为5%‑17%、粘合剂为1%‑2%、偶联剂2%‑4%，颗粒粒径为1‑4mm。本发明提供的磁性颗粒粒径适中，密度较小，在一定的水力条件下能够悬浮于反应装置内，有利于实现反应器内磁场的均匀分布，该磁性颗粒同时具备较好的沉降性能，不易随反应器的排水而流失。本发明提供的基于钕铁硼的复合磁性颗粒的制备方法不需高温烧制，制备方法简单易行，节约能源，对加工设备的要求较低。

技术领域

本发明属于废水处理材料技术领域，涉及一种基于钕铁硼的复合磁性颗粒及其制备方法。

背景技术

传统废水脱氮生物处理技术，常采用AO(厌氧好氧)或者AAO(厌氧缺氧好氧)工艺，氮的去除需要经过氨化反应、硝化反应及反硝化反应最终从水体中去除。其中氨化反应可在厌氧或好氧条件下进行，而硝化反应只能在好氧条件下进行，反硝化反应只能在厌氧条件下进行。为了保证氮的去除效果硝化反应和反硝化反应通常在不同的反应器内进行，硝化过程需要曝气以保证充足的溶解氧，反硝化过程需要投加碳源以保证碳氮比，以上曝气及其投加碳源环节提高了脱氮工艺的运行成本，也使得传统生物脱氮工艺的占地面积较大。

自营养脱氮工艺的原理是氨氧化菌利用水中少量的溶解氧将氨氮转化为亚硝态氮，然后厌氧氨氧化菌利用亚硝态氮和氨氮进行厌氧氨氧化反应生成氮气将氮素从水中去除。相对于传统的AO与AAO工艺，自营养脱氮工艺可以在同一反应器内完成，不需外加碳源，对溶解氧的需求低，从而可以大大的减小占地面积，降低运行成本。在自营养脱氮工艺中，厌氧氨氧化反应是影响反应器脱氮效能的关键环节，而厌氧氨氧化菌世代周期长，富集困难，这使得自营养脱氮工艺发展缓慢。

研究证明组成酶的原子在多数条件下呈现顺磁特性，磁场通过对顺磁原子的作用可以间接的影响酶活性；磁粉表面的键态、电子态与颗粒内部的键态和电子态不同，表面原子配位不全，会导致颗粒表面活性增加使之成为微生物代谢活动的催化剂，因此磁场可以有效提升自营养脱氮反应器内厌氧氨氧化菌的活性，有利于其快速富集。

王祥三等2000年发表于《环境科学与技术》的“磁化处理污水的生物效应试验”一文中发现，磁场能够促进有氧呼吸场所线粒体数目的增加，因此微生物活性也得到提升。韩庆祥等于2002年发表于《抚顺石油学院学报》中的“磁场对活性污泥法处理废水的强化作用”一文中指出，当磁场强度小于0.05T时可以刺激酶的活性提高，且废水的处理效率也提高11％。王强在2010年哈尔滨工业大学博士学位论文《磁强化好氧反硝化菌的生物脱氮机制与效能》中指出当外加磁场强度为150mT时硝态氮的去除率提高了7.2％，且脱氢酶的活性也提高了2.38倍；当磁场强度在30～90mT之间时促进了氨氮的去除，且当磁场强度在60mT时氨氮去除效果最佳。上述结果均采用外加磁场的方式开展研究工作，但外加磁场在水中的磁场强度随着距离磁场源的距离增加而快速衰减，很难保证反应器内磁场强度的均匀分布。

为了解决上述磁场分布不均的问题，代科林等2010发表于《资源节约与环保》的“磁效应对活性污泥法处理污水的作用机理及其应用”一文中提出向污水中投加磁粉的方式改善磁场分布。根据该文记载，当磁粉投加量由0.0g增加到1.5g时脱氢酶的活性呈提高趋势，如果在这个基础上再增加磁粉投加量脱氢酶的活性提高幅度反而会略有下降。

综上所述，在反应器中施加磁场，有助于提高反应器内厌氧氨氧化菌的的活性，从而提高反应器氨氮处理效能；反应器内施加磁场源的方式有助于改善反应器内的磁场强度分布的均匀性。但在反应器内直接投加磁粉，在实际运行过程中磁粉易伴随着反应器的排水过程而流失。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种复合磁性颗粒，以克服现有技术中磁性诱导自营养脱氮反应器磁场分布不均匀，和磁粉易流失等问题。