本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种生物填料及其制备方法和复合脱氮菌两相流动生物床。
背景技术：
城镇生活污水处理一般以去除cod、bod5和ss为目标，对nh4 -n和tn的去除效果差，因此处理后出水tn的去除率一般仅为10％～20％，不能达到国家规定的排放标准。随着城镇居民生活水平的不断提高和农村化肥的超量施用，大量的高含氮污水排入受纳水体，使藻类等浮游生物大量繁殖，同时会降低水体中的溶解氧，破坏了水体的生态平衡，对水生生物及人类的健康带来严重的危害。
生物流化床因其具有bod5容积负荷高、占地面积小、固-液接触面积大、处理效果好等特点，日益得到国内外研究者的高度重视。生物膜填料在生物流化床中作为微生物的载体，影响着微生物的生长、繁殖和脱落，因此生物填料的选择及其结构参数的优化，是关系到流化床反应器快速启动和处理效果的关键因素之一。
对于生物膜法来说，填料是生物膜形成的核心和关键，是生物膜附着生长的基石。填料影响着生物膜的形态、结构和性能；承担着拦截悬浮物的作用。
目前，流化床目前使用的载体有天然和人造两种。常用的天然载体有石英砂、无烟煤等，人工载体如软性、半软性的聚乙烯制成的各种形状填料等，现有的生物膜填料在进行污水处理作业时脱氮效率低，对氮的去除率低。
因此，本领域亟需一种生物填料。
有鉴于此，提出本发明。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种生物填料，其具有提高对氮的处理效率和处理效果优点，以解决现有技术中的至少一项技术问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种生物填料，包按照重量百分比包括以下组分：
进一步设置：所述造孔剂为烟煤、无烟煤、活性炭中的一种或多种。
进一步设置：所述磁性物质为铁氧体、铁锶氧体或钡铁氧体中的一种或多种。
进一步设置：所述磁性物质为四氧化三铁。
凹土是一种富镁的硅酸盐黏土矿物，针状，具有独特的三维空间结构和较大的比表面积，有很高的吸附活性，且成本低廉，资源丰富。凹土具有良好的生物亲和性，可作为微生物良好的载体。生物填料挂膜容易，并且可以在填料内形成的立体结构的生物膜，在填料处形成厌氧-好氧交替的环境，对污染物的去除更加彻底，具有更好的脱氮除磷效果。
磁性物质会在填料周围产生微弱的磁场，使得废水中的微生物处在磁场的包围之中，由于被处理的废水中含有大量带电性的微生物，这些微生物的运动会受到磁场的影响，磁性物质的磁效应就可以对微生物的附着和运动起到促进作用。磁性物质可以产生磁场，通过磁场的影响使得废水中的污染物与磁性颗粒的絮凝物会沿着磁力线的方向去移动，这样可以更好地把污染物去除分离。
添加磁性物质和硅藻土后可使生物填料具有更粗糙的表面，更强的吸附作用，同时还有一定的微弱磁效应。氧是顺磁性物质，会在磁场作用下被吸附到生物填料附近，增大填料表面的氧浓度，促进好氧生物的繁殖，另外弱磁场还有诱导微生物的活性和酶活性的作用。磁作用可以使填料循环运动，可改善填料生物均匀度，避免前端生物生长茂盛造成堵塞而后端生物缺乏营养而生长不好的缺点，提高填料及生物利用，改善水流条件。四氧化三铁在水处理过程中能够去除水中砷、氯、铬等离子。
本发明的第二目的在于提供上述的生物填料的制备方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种生物填料的制备工艺，包括如下步骤：
sp1：按照质量百分比取50％-70％的凹凸棒石黏土、1％-2％的磁粉、3％-4％的硅藻土和25％-50％的造孔剂混合，用圆盘造粒机制成球粒；
sp2：将球粒干燥后进行烧结，烧结时间2h-3h，烧结温度700-1300摄氏度，烧结完成后自然冷却至室温；
sp3：将所述干燥的烧结料投入含有微量元素和营养盐类的高分子水凝胶溶液中，浸渍并超声0.5～3h；然后，将浸渍后的烧结料放入饱和的硼酸或质量浓度为3％的氯化钙溶液中反应0.5～1h，得到交联后的填料；
sp4：将所述交联后的填料在100～110℃温度烘干1～2h后，在室温下自然冷却；
sp5：将填料在充磁机中充磁，得到成品生物填料。
进一步设置：所述高分子水凝胶溶液每升包括500～600μg的mgcl2·6h2o、50～80μg的mnso4·h2o、10～20μgzn(no3)2·6h2o、20～40μgco(no3)2·6h2o、5～10μg(nh4)6mo7o24·6h2o、0.5～2μgcuso4·5h2o、10～15μgnicl2·6h2o、1～3μgh3bo4、0.5～2μgna2wo4·2h2o。
本发明的第三目的是提供一种复合脱氮菌两相流动生物床，其具有脱氮效率高、脱氮效果好的优点。
磁性材料在烧结时没有磁性，通过后续充磁设备进行充磁，避免前期磁性对烧结和混合产生影响，保证生物填料的均匀性。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种复合脱氮菌两相流动生物床，包括筒体和上述生物填料。
具体实施方式
实施例1：
一种生物填料，包括如下组分(g)：
其制备工艺，包括如下步骤：
sp1：取700g凹凸棒石黏土、10g无磁性四氧化三铁、40g硅藻土和350g烟煤混合，用圆盘造粒机制成球粒；
sp2：将球粒干燥后进行烧结，烧结时间2h，烧结温度1100摄氏度，烧结完成后自然冷却至室温；
sp3：将所述干燥的烧结料投入含有微量元素和营养盐类的高分子水凝胶溶液中，浸渍并超声0.5h；然后，将浸渍后的烧结料放入饱和的硼酸或质量浓度为3％的氯化钙溶液中反应0.6h，得到交联后的填料；
sp4：将所述交联后的填料在100℃温度烘干1h后，在室温下自然冷却；
sp5：将填料在充磁机中充磁2h，得到成品生物填料。
其中高分子水凝胶溶液每升包括600μg的mgcl2·6h2o、80μg的mnso4·h2o、20μgzn(no3)2·6h2o、40μgco(no3)2·6h2o、10μg(nh4)6mo7o24·6h2o、2μgcuso4·5h2o、15μgnicl2·6h2o、3μgh3bo4、2μgna2wo4·2h2o。
实施例2：
一种生物填料，包括如下组分(g)：
其制备工艺，包括如下步骤：
sp1：取797g凹凸棒石黏土、17g无磁性氧化铁、35g硅藻土和199.5g活性炭混合，用圆盘造粒机制成球粒；
sp2：将球粒干燥后进行烧结，烧结时间2.5h，烧结温度700摄氏度，烧结完成后自然冷却至室温；
sp3：将所述干燥的烧结料投入含有微量元素和营养盐类的高分子水凝胶溶液中，浸渍并超声2h；然后，将浸渍后的烧结料放入饱和的硼酸或质量浓度为3％的氯化钙溶液中反应0.7h，得到交联后的填料；
sp4：将所述交联后的填料在100℃温度烘干1h后，在室温下自然冷却；
sp5：将填料在充磁机中充磁2h，得到成品生物填料。
其中高分子水凝胶溶液每升包括500μg的mgcl2·6h2o、50μg的mnso4·h2o、10μgzn(no3)2·6h2o、20μgco(no3)2·6h2o、5μg(nh4)6mo7o24·6h2o、2μgcuso4·5h2o、15μgnicl2·6h2o、3μgh3bo4、2μgna2wo4·2h2o。
实施例3：一种生物填料，包括如下组分(g)：
其制备工艺，包括如下步骤：
sp1：取706g凹凸棒石黏土、13g无磁性四氧化三铁、30g硅藻土和350g烟煤混合，用圆盘造粒机制成球粒；
sp2：将球粒干燥后进行烧结，烧结时间2.3h，烧结温度900摄氏度，烧结完成后自然冷却至室温；
sp3：将所述干燥的烧结料投入含有微量元素和营养盐类的高分子水凝胶溶液中，浸渍并超声3h；然后，将浸渍后的烧结料放入饱和的硼酸或质量浓度为3％的氯化钙溶液中反应0.5h，得到交联后的填料；
sp4：将所述交联后的填料在105℃温度烘干2h后，在室温下自然冷却；
sp5：将填料在充磁机中充磁2h，得到成品生物填料。
其中高分子水凝胶溶液每升包括500μg的mgcl2·6h2o、50μg的mnso4·h2o、10μgzn(no3)2·6h2o、20μgco(no3)2·6h2o、5μg(nh4)6mo7o24·6h2o、2μgcuso4·5h2o、15μgnicl2·6h2o、3μgh3bo4、2μgna2wo4·2h2o。
实施例4：
一种生物填料，包括如下组分(g)：
其制备工艺，包括如下步骤：
sp1：取800g凹凸棒石黏土、20g无磁性四氧化三铁、38g硅藻土和280g无烟煤混合，用圆盘造粒机制成球粒；
sp2：将球粒干燥后进行烧结，烧结时间3h，烧结温度1300摄氏度，烧结完成后自然冷却至室温；
sp3：将所述干燥的烧结料投入含有微量元素和营养盐类的高分子水凝胶溶液中，浸渍并超声1.5h；然后，将浸渍后的烧结料放入饱和的硼酸或质量浓度为3％的氯化钙溶液中反应0.8h，得到交联后的填料；
sp4：将所述交联后的填料在110℃温度烘干1.5h后，在室温下自然冷却；
sp5：将填料在充磁机中充磁2h，得到成品生物填料。
其中高分子水凝胶溶液每升包括500μg的mgcl2·6h2o、50μg的mnso4·h2o、10μgzn(no3)2·6h2o、20μgco(no3)2·6h2o、5μg(nh4)6mo7o24·6h2o、2μgcuso4·5h2o、15μgnicl2·6h2o、3μgh3bo4、2μgna2wo4·2h2o。
实施例5：一种生物填料，包括如下组分(g)：
其制备工艺，包括如下步骤：
sp1：取769g凹凸棒石黏土、15g无磁性四氧化三铁、33g硅藻土和300g烟煤混合，用圆盘造粒机制成球粒；
sp2：将球粒干燥后进行烧结，烧结时间2h，烧结温度1000摄氏度，烧结完成后自然冷却至室温；
sp3：将所述干燥的烧结料投入含有微量元素和营养盐类的高分子水凝胶溶液中，浸渍并超声1h；然后，将浸渍后的烧结料放入饱和的硼酸或质量浓度为3％的氯化钙溶液中反应1h，得到交联后的填料；
sp4：将所述交联后的填料在110℃温度烘干1h后，在室温下自然冷却；
sp5：将填料在充磁机中充磁2h，得到成品生物填料。
其中高分子水凝胶溶液每升包括600μg的mgcl2·6h2o、80μg的mnso4·h2o、20μgzn(no3)2·6h2o、40μgco(no3)2·6h2o、10μg(nh4)6mo7o24·6h2o、2μgcuso4·5h2o、15μgnicl2·6h2o、3μgh3bo4、2μgna2wo4·2h2o。
对比例1：一种生物填料，包括如下组分(g)：
其制备工艺，包括如下步骤：
sp1：取784g凹凸棒石黏土、33g硅藻土和300g烟煤混合，用圆盘造粒机制成球粒；
sp2：将球粒干燥后进行烧结，烧结时间2h，烧结温度1000摄氏度，烧结完成后自然冷却至室温；
sp3：将所述干燥的烧结料投入含有微量元素和营养盐类的高分子水凝胶溶液中，浸渍并超声1h；然后，将浸渍后的烧结料放入饱和的硼酸或质量浓度为3％的氯化钙溶液中反应1h，得到交联后的填料；
sp4：将所述交联后的填料在110℃温度烘干1h后，在室温下自然冷却得到成品生物填料。
其中高分子水凝胶溶液每升包括600μg的mgcl2·6h2o、80μg的mnso4·h2o、20μgzn(no3)2·6h2o、40μgco(no3)2·6h2o、10μg(nh4)6mo7o24·6h2o、2μgcuso4·5h2o、15μgnicl2·6h2o、3μgh3bo4、2μgna2wo4·2h2o。
对比例2：
江西凯莱化工填料有限公司生产的陶瓷滤料。
污水处理检测
将实施例和对比例中的生物填料各1取1kg破碎至10-20目粒径，添加到同样结构的多组生物流化床内先进行挂膜，挂膜完成后，利用人工配制一批模拟废水(成分为：葡萄糖9500mg/l·gcod，碳酸氢铵9500mg/l·gcod，碳酸氢二钾9500mg/l·gcod)，控制水温在18℃，进水cod浓度在200mg/l，气水比为85:1，水力停留时间3h，计算cod、tn、nh3-n、tp的去除率，并进行记录。
污水处理检测实验结果记录表
从上述结果可以看出，实施例具有良好的污水处理效果，适用于污水处理应用。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。
1.一种生物填料，其特征在于，包按照重量百分比包括以下组分：
2.根据权利要求1所述的生物填料，其特征在于，所述造孔剂为烟煤、无烟煤、活性炭中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的生物填料，其特征在于，所述磁性物质为铁氧体、铁锶氧体或钡铁氧体中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的生物填料，其特征在于，所述磁性物质为四氧化三铁。
5.一种生物填料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
sp1：按照质量百分比取50％-70％的凹凸棒石黏土、1％-2％的磁粉、3％-4％的硅藻土和25％-50％的造孔剂混合，用圆盘造粒机制成球粒；
sp2：将球粒干燥后进行烧结，烧结时间2h-3h，烧结温度700-1300摄氏度，烧结完成后自然冷却至室温；
sp3：将所述干燥的烧结料投入含有微量元素和营养盐类的高分子水凝胶溶液中，浸渍并超声0.5～3h；然后，将浸渍后的烧结料放入饱和的硼酸或质量浓度为3％的氯化钙溶液中反应0.5～1h，得到交联后的填料；
sp4：将所述交联后的填料在100～110℃温度烘干1～2h后，在室温下自然冷却；
sp5：将填料在充磁机中充磁，得到成品生物填料。
6.根据权利要求5所述的生物填料的制备方法，其特征在于，所述高分子水凝胶溶液每升包括500～600μg的mgcl2·6h2o、50～80μg的mnso4·h2o、10～20μgzn(no3)2·6h2o、20～40μgco(no3)2·6h2o、5～10μg(nh4)6mo7o24·6h2o、0.5～2μgcuso4·5h2o、10～15μgnicl2·6h2o、1～3μgh3bo4、0.5～2μgna2wo4·2h2o。
7.一种复合脱氮菌两相流动生物床，其特征在于，包括筒体和权利要求1-4任一所述生物填料。
技术总结