[发明专利]一种基于硫自养反硝化的脱氮材料、制备方法与应用

说明书

一种基于硫自养反硝化的脱氮材料，由硫磺、提供碱度材料、缓释磷材料、发泡剂制成，其中：硫磺35‑65％，碳酸盐粉料为25‑50％，缓释磷材料为5‑15％，发泡剂为0.5‑5％。其制备方法为将硫磺、提供碱度材料和缓释磷材料在115～180℃下加热熔融，混合均匀，再加入发泡剂搅拌均匀，然后倒入模具，冷却成型得到所述脱氮材料；或者，先将硫磺加热熔融，然后再与预热的提供碱度材料和缓释磷材料混合均匀；或者，混匀后以水为黏结剂造粒，然后加热，充分黏结，冷却。所述脱氮材料的应用包括在水处理工艺中深度去除水中的氮。本发明既能保证反硝化过程中对磷的需求，又不会过量释放，制备工艺简单、能耗低，制作成本低。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，涉及基于硫自养反硝化脱氮材料的制备与应用。

背景技术

随着我国经济和人口的迅速增长，氮过量输入水体导致的富营养化和生态系统退化问题非常突出，严重威胁了水体生态安全和饮用水安全。目前，生物反硝化是最经济高效的脱氮技术，传统异养反硝化以碳源作为电子供体，将硝态氮还原为N₂或N₂O，从而将氮脱除。当待处理水中碳氮比较低或者没有有机物时，如污水处理厂尾水、轻污染河湖水和受硝酸盐污染的地下水，就需要额外投加有机物来提供碳源，在投加有机物时，遇到水质波动较大的情况，往往不能精确地投加：投加过量，造成浪费并且影响出水水质；投加量不足，则脱氮达不到理想的效果。

此外，污水处理厂处理污水的过程中，磷的去除效率更高，导致尾水中氮磷比很高，氮磷比往往高于30︰1，远远超过污水处理中适宜的氮磷比(氮︰磷＝5︰1)，进行深度脱氮时不仅缺乏碳源还可能出现磷营养盐不足的情况；研究还表明，近十年来，我国东部地区部分湖泊磷浓度显著下降、氮浓度基本稳定，导致氮磷比迅速上升；尤其对于硝酸盐污染的地下水，由于磷在迁移转化过程中通过沉底吸附等机制被截留，其磷含量往往很低，氮磷比很高。对于这些高氮磷比的水，在需要对其改善水质，进行深度脱氮时，可能会出现磷营养盐缺乏的情况，影响反硝化效率，因此需要在反硝化过程中补充磷营养盐。

硫自养反硝化以硫磺或还原态硫化物等为电子供体，将硝态氮还原为气态氮来实现脱氮。由于硫磺为固体，不溶于水，作为电子供体其供给量能够自适应地满足反硝化的需求量，对处理水质水量具有一定的抗波动性，且硫磺作为石油生产过程中的副产物，价格便宜，在运输和使用等方面更加安全和便利。因此，以硫磺作为电子供体的硫自养反硝化脱氮备受行业关注，引起越来越多研究者的注意。但是，硫磺强度低、易碎、不能反冲洗，不适合作为生物填料，大大限制了硫自养反硝化技术的工程应用。

发明专利CN 105967320 B公布了一种脱氮硫杆菌的微生物载体的制备方法，将硫磺、硫代硫酸钠、石灰石、磷酸二氢钾、氧化镁和粘合剂等按照一定比例混合均匀后，150℃下烧结而成，该方法制作工艺简单，但硫代硫酸钠加热易分解，分解过程产生二氧化硫有毒气体，制备时添加了磷酸二氢钾，溶解性大，在水处理过程中会快速流失，甚至造成出水磷超标，且材料制备过程中未做发泡处理，会导致制备的材料比表面积不高，影响处理效率。

发明内容

本发明的目的在于针对低碳氮比、高氮磷比水脱氮困难的问题，提供一种基于硫自养反硝化的高效脱氮材料的制备方法和应用。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于硫自养反硝化的脱氮材料，由硫磺、提供碱度材料、缓释磷材料、发泡剂制成，各组分的质量百分比为：硫磺35-65％，提供碱度材料25-50％，缓释磷材料5-15％，发泡剂0.5-5％。

进一步，所述脱氮材料的堆积密度为500-1500kg/m³。

可选地，所述提供碱度材料为碳酸盐粉料，为碳酸钙矿物、碳酸镁矿物或鸡蛋壳、贝壳、珊瑚石中的一种或多种。硫自养反硝化过程产酸，碳酸盐材料主要作用是提供碱度，调节处理系统的pH值，同时提供二氧化碳，作为硫自养反硝化菌的碳源。

可选地，所述碳酸盐粉料粒径为20-500目。