本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种聚丁二酸丁二醇酯和改性生物陶粒颗粒的双层组合滤料及其应用。
背景技术：
近年来，随着我国城镇化的加速发展，水资源污染越来越严重。为改善水环境质量，国家不断加强水污染治理的力度，出台了一系列政策标准。现有的很多污水厂，仍然在执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(gb18918-2002)的一级排放标准，包括一级a标准和一级b标准。由于污水厂达标排放的尾水依然是污水，其污染物含量仍高于环境水体含量。面对改善环境质量的压力，2015年国家出台了《水污染防治行动计划》。随后，各地方不断出台了更为严格的类四类水标准，如北京地标、天津地标、巢湖流域等。因此、我国大量的污水厂面临着提标改造的需要及压力。在提标过程中，总磷tp和总氮tn的提标备受关注。相对而言，总磷的提标可以通过强化化学除磷和高效沉淀分离予以实现，而总氮则只能通过生物作用。目前新建污水厂和提标改造污水厂更多的会采用反硝化深床滤池来进一步深入的降低出水的tn。由于影响生物脱氮效果的因素众多，致使tn成为了提标改造的难点，这种困难在低碳源污水处理系统中尤为突出。目前低碳源污水厂对总氮的提标改造常用方法如下解决脱氮过程中碳源缺乏的最直接、有效方法是投加碳源，用来补充反硝化脱氮过程的电子供体。滤池滤料为微生物生长提供载体，影响微生物的生长性能。
碳源和滤料的种类会影响微生物的生长，从而影响反硝化滤池对tn的去除效果。目前，常用的外碳源是甲醇、乙酸钠等液体碳源，常用的滤料有石英砂。这些液体碳源一旦进入水处理反应器，在流体推动以及分子扩散作用下，迅速均匀分散在反应器中，很难实现外加碳源反硝化脱氮的目标导向。外加的液体碳源大部分用于微生物的细胞增殖，在宏观上表现为剩余污泥量迅速增加、反硝化效率增加不显著，而且存在投加量难以控制，投加量不足会造成反硝化不彻底，投加量过多会造成出水cod超标，影响出水水质，运行维护困难等问题。
在生物滤池滤料的研究中，目前研究最多的主要有石英砂、陶粒、活性炭和沸石等。活性炭在耐磨性上不如其它几种滤料；沸石在氨氮吸附方面强于石英砂和陶粒，实际的运行污水，no3--n是tn的主要构成成分，氨氮浓度很低，小于0.5mg/l，因此对氨氮的吸附效应不在考虑之列，且沸石多用于曝气生物滤池，作为厌或缺氧环境的反硝化生物滤池滤料的研究较少。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明公开一种聚丁二酸丁二醇酯和改性生物陶粒颗粒的双层组合滤料，该滤料可增加反硝化滤池的脱氮效率，减少补充碳源投加量，除氮效果更加稳定可靠，减少污水处理运行成本。
本发明还公开一种聚丁二酸丁二醇酯和改性生物陶粒颗粒的双层组合滤料的应用。
本发明通过下述技术方案实现：
一种聚丁二酸丁二醇酯和改性生物陶粒颗粒的双层组合滤料，包括上层的聚丁二酸丁二醇酯颗粒层和下层的改性生物陶粒层。
进一步的，聚丁二酸丁二醇酯颗粒层和改性生物陶粒层厚度为1：1。
本发明滤料采用改性生物陶粒，与石英砂滤料相比，生物陶粒密度更小，滤料密度小可减少滤池反冲洗时的气量和水量，从而降低反冲洗水量能减轻污水厂运行负荷，其次，陶粒滤料的水头损失更小，生物陶粒表面粗糙，比表面积大，孔隙分布较广，反冲洗时微生物保留量大，减小滤池反冲洗对滤池处理性能的冲击。
本发明中，通过在生物陶粒表面进行化学改性，从而改变原生物陶粒颗粒表面物理化学性质，可提高滤料的截污能力，乃至提高滤料对某些特殊物质的吸附能力，改善出水水质，而普通陶粒滤料表面带负电荷，与有机物带电性相斥，本发明可通过改性，改变生物陶粒颗粒表面电荷性质，从而提升含氮有机物的去除率。
本发明中，采用双层滤料设计，上层的聚丁二酸丁二醇酯颗粒层易被自然界的多种微生物或动植物体内的酶分解、代谢，最终分解为二氧化碳和水，是典型的可完全生物降解聚合物材料，pbs既可作为微生物生长的载体，同时也能作为固定碳源为微生物提供必要的生长营养，减少补充碳源投加量，减少污水处理运行成本。
进一步的，所述改性生物陶粒层中的生物陶粒改性方法为：
(1)生物陶粒预处理：生物陶粒用水冲洗干净，然后在稀硫酸中浸泡后，用水反复冲洗至中性、烘干；
(2)预处理后的生物陶粒加入2mol/l的氯化铁溶液混匀，生物陶粒与氯化铁溶液体积比为5:2，然后烘干，加入马弗炉中焙烧，再于室温中冷却，用水冲洗干净后烘干。
其中，步骤(1)中，生物陶粒在稀硫酸中浸泡时间为24h。
进一步的，步骤(2)中，生物陶粒焙烧温度为600℃，焙烧时间为3h。
进一步的，生物陶粒烘干温度为105℃。
进一步的，所述改性生物陶粒层的改性生物陶粒为灰白色颗粒，粒径为4～6mm，球形度＞0.9，堆积孔隙率0.55％，比表面积大于104cm2/g，所述聚丁二酸丁二醇酯颗粒层的聚丁二酸丁二醇酯颗粒由丁二酸和丁二醇经缩合聚合而得。
一种聚丁二酸丁二醇酯和改性生物陶粒颗粒的双层组合滤料在低碳源废水生物脱氮中的应用，将滤料填充在反应器下部，滤料体积为反应器容积的70％。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种聚丁二酸丁二醇酯和改性生物陶粒颗粒的双层组合滤料，滤料采用改性生物陶粒，与石英砂滤料相比，生物陶粒密度更小，滤料密度小可减少滤池反冲洗时的气量和水量，从而降低反冲洗水量能减轻污水厂运行负荷，其次，陶粒滤料的水头损失更小，生物陶粒表面粗糙，比表面积大，孔隙分布较广，反冲洗时微生物保留量大，减小滤池反冲洗对滤池处理性能的冲击；
2、本发明一种聚丁二酸丁二醇酯和改性生物陶粒颗粒的双层组合滤料，通过在生物陶粒表面进行化学改性，从而改变原生物陶粒颗粒表面物理化学性质，可提高滤料的截污能力，乃至提高滤料对含氮物质的吸附能力，改善出水水质，而普通陶粒滤料表面带负电荷，与有机物带电性相斥，本发明可通过改性，改变生物陶粒颗粒表面电荷性质，从而提升含氮有机物的去除率；
3、本发明一种聚丁二酸丁二醇酯和改性生物陶粒颗粒的双层组合滤料，采用双层滤料设计，上层的聚丁二酸丁二醇酯颗粒层易被自然界的多种微生物或动植物体内的酶分解、代谢，最终分解为二氧化碳和水，是典型的可完全生物降解聚合物材料，pbs既可作为微生物生长的载体，同时也能作为固定碳源为微生物提供必要的生长营养，减少补充碳源投加量，减少污水处理运行成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明双层pbs 改性生物陶粒组合滤料和传统石英砂滤料的no3--n去除率对比图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本发明一种聚丁二酸丁二醇酯和改性生物陶粒颗粒的双层组合滤料，包括上层的聚丁二酸丁二醇酯颗粒层和下层的改性生物陶粒层，聚丁二酸丁二醇酯颗粒层和改性生物陶粒层厚度为1：1。
所述改性生物陶粒层的改性生物陶粒为灰白色颗粒，粒径为4～6mm，球形度＞0.9，堆积孔隙率0.55％，比表面积大于104cm2/g，所述聚丁二酸丁二醇酯颗粒层的聚丁二酸丁二醇酯颗粒由丁二酸和丁二醇经缩合聚合而得，树脂呈乳白色颗粒，密度1.26g/cm3，熔点114℃，无嗅无味。
所述改性生物陶粒层中的生物陶粒改性方法为：
生物陶粒预处理，将生物陶粒用自来水反复冲洗干净，在稀硫酸中浸泡24h，然后用自来水反复冲洗，直到冲洗水接近中性后，在105℃干燥箱中烘干，预处理完成。预处理后的生物陶粒加入2mol/l的氯化铁溶液，陶粒与氯化铁溶液体积比为5:2，在105℃干燥箱中烘干，加入马弗炉中，焙烧温度为600℃，时间为3h，于室温中冷却，用自来水冲洗干净后烘干。
实施例2
一种聚丁二酸丁二醇酯和改性生物陶粒颗粒的双层组合滤料在低碳源废水生物脱氮中的应用，将滤料填充在反应器下部，滤料体积为反应器容积的70％。
实施例3
一种聚丁二酸丁二醇酯和改性生物陶粒颗粒的双层组合滤料在低碳源废水生物脱氮中的应用，采用厌氧反应器处理含氮生活污水，反应器高度为110cm，填料填充高度为80m，选用市政污水厂反硝化滤池反冲洗废水作为接种物，启动过程采用自然挂膜的方式，以尽量避免额外带入微生物种群，对反应器的种群稳定性造成影响。具体如下：
微生物挂膜阶段：反应器挂膜期间，在保持反应器的水力停留时间hrt＝8h，水力负荷0.1m3/(m2·h)，以乙酸钠为碳源，磷酸二氢钾作为磷源，添加硝酸钾模拟含no3--n污水，保持进水水质稳定，通过调控碳源的投加量来控制进水c/n比为3:1，平均进水硝态氮浓度为20±5mg/l，c/n＝2～3，维持两周，分析测试出水的no3--n浓度。待出水指标稳定时，便认为启动过程结束，随后转入稳定连续培养模式。
连续培养阶段：保持反应器的水力停留时间hrt＝4h，水力负荷0.2m3/(m2·h)，若出水水质波动小，硝态氮的去除率趋于稳定，说明生物膜已经逐渐形成并生长稳定，有较强的抗冲击负荷，挂膜成功。
稳定运行阶段：在平均进水硝态氮浓度为20±5mg/l，c/n＝2-3，水力停留时间hrt＝2h，水力负荷0.4m3/(m2·h)，平均出水硝态氮浓度为0.1～1.3mg/l，如图1所示，硝态氮的去除率为90-97％，显著高于传统石英砂滤料的no3--n去除率，并且无氨氮和亚硝态氮的累积。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种聚丁二酸丁二醇酯和改性生物陶粒颗粒的双层组合滤料，其特征在于，包括上层的聚丁二酸丁二醇酯颗粒层和下层的改性生物陶粒层。
2.根据权利要求1所述的一种聚丁二酸丁二醇酯和改性生物陶粒颗粒的双层组合滤料，其特征在于，聚丁二酸丁二醇酯颗粒层和改性生物陶粒层厚度为1：1。
3.根据权利要求1所述的一种聚丁二酸丁二醇酯和改性生物陶粒颗粒的双层组合滤料，其特征在于，所述改性生物陶粒层中的生物陶粒改性方法为：
(1)生物陶粒预处理：生物陶粒用水冲洗干净，然后在稀硫酸中浸泡后，用水反复冲洗至中性、烘干；
(2)预处理后的生物陶粒加入2mol/l的氯化铁溶液混匀，生物陶粒与氯化铁溶液体积比为5:2，然后烘干，加入马弗炉中焙烧，再于室温中冷却，用水冲洗干净后烘干。
4.根据权利要求3所述的一种聚丁二酸丁二醇酯和改性生物陶粒颗粒的双层组合滤料，其特征在于，步骤(1)中，生物陶粒在稀硫酸中浸泡时间为24h。
5.根据权利要求3所述的一种聚丁二酸丁二醇酯和改性生物陶粒颗粒的双层组合滤料及其应用，其特征在于，步骤(2)中，生物陶粒焙烧温度为600℃，焙烧时间为3h。
6.根据权利要求3所述的一种聚丁二酸丁二醇酯和改性生物陶粒颗粒的双层组合滤料及其应用，其特征在于，生物陶粒烘干温度为105℃。
7.根据权利要求1所述的一种聚丁二酸丁二醇酯和改性生物陶粒颗粒的双层组合滤料及其应用，其特征在于，所述改性生物陶粒层，选用灰白色生物陶粒颗粒进行改性，改性前生物陶粒性质如下：粒径为4～6mm，球形度＞0.9，堆积孔隙率0.55％，比表面积大于104cm2/g。聚丁二酸丁二醇酯颗粒层的聚丁二酸丁二醇酯颗粒由丁二酸和丁二醇经缩合聚合而得。
8.如权利要求1-7中任一项所述的一种聚丁二酸丁二醇酯和改性生物陶粒颗粒的双层组合滤料在低碳源废水生物脱氮中的应用，其特征在于，将滤料填充在反应器下部，滤料体积为反应器容积的70％。
技术总结