公布日：2024.03.12

申请日：2023.12.07

分类号：B01F33/80(2022.01)I;B01F33/83(2022.01)I;B01F35/221(2022.01)I;B01F23/80(2022.01)I;B01J2/20(2006.01)I;C02F3/28(2023.01)I

摘要

本发明提供了一种污水脱氮载体制备系统及制备污水脱氮载体的方法，涉及污水处理技术领域。制备系统包括揉压装置、载体挤出装置、主材混合装置、有机化合物混合装置、协同电子供体混合装置、成孔剂混合装置、载体冷却装置及载体切割装置；揉压装置包括揉压箱，揉压箱内转动设有两个揉压转子，揉压箱顶、底部分别滑动设有上、下部挤压活塞；载体挤出装置包括挤出箱，挤出箱内设有载体挤出器，载体挤出器末端的挤出箱上设有塑形组件。制备污水脱氮载体的方法包括：主材混合；主材揉压；有机化合物溶剂加入并揉压；协同电子供体材料加入并揉压；揉压混合物进入载体挤出装置并挤出长条状材料依次经过冷却、切割。本发明简化制备系统，降低了制备成本。

权利要求书

1.一种污水脱氮载体制备系统，其特征在于，包括：揉压装置及载体挤出装置；主材混合装置、有机化合物混合装置及协同电子供体混合装置，分别混合主材、有机化合物及协同电子供体并依次输入揉压装置揉压形成揉压混合物；成孔剂混合装置，混合成孔剂并与揉压混合物共同输入载体挤出装置；载体冷却装置及载体切割装置，载体挤出装置输出的长条状材料顺次通过载体冷却装置及载体切割装置实现冷却及切割成型；其中，所述揉压装置包括揉压箱，所述揉压箱内转动设有两个揉压转子，所述揉压箱顶部及底部分别滑动设有上部挤压活塞及下部挤压活塞；所述载体挤出装置包括挤出箱，所述挤出箱内设有载体挤出器，所述载体挤出器末端的挤出箱上设有塑形组件；所述有机化合物混合装置、揉压装置及载体挤出装置内均设有加热器。

2.根据权利要求1所述的污水脱氮载体制备系统，其特征在于，所述主材混合装置、有机化合物混合装置、协同电子供体混合装置及成孔剂混合装置均包括一个内部转动设有混合搅拌桨的混合箱，该混合箱上还设有入料口及驱动混合搅拌桨的搅拌控制器。

3.根据权利要求1所述的污水脱氮载体制备系统，其特征在于，所述载体冷却装置包括载体冷却箱，所述载体冷却箱内设有承接载体挤出装置输出的长条状材料并将其送至载体切割装置的载体冷却输送带，所述载体冷却输送带上方设有除尘罩，真空集尘单元与所述除尘罩连通，载体冷却输送带下方的载体冷却箱内设有载体冷却器。

4.根据权利要求1所述的污水脱氮载体制备系统，其特征在于，该系统还包括温控装置，所述温控装置控制所述有机化合物混合装置、揉压装置及载体挤出装置中的加热器；所述挤出箱上设有进料斗，所述载体挤出器为转动设置的挤料螺杆，所述塑形组件的挤出口的截面积为0.1~15cm2。

5.一种制备污水脱氮载体的方法，采用如权利要求1~4任意一项所述的污水脱氮载体制备系统，其特征在于，包括如下步骤：S1.将硫磺与缓释有机碳源颗粒在主材混合装置中混合均匀，而后加入揉压装置中，通过揉压箱、两个相对回转的揉压转子以及滑动的上部挤压活塞、下部挤压活塞对主材混合物揉压，主材混合物不断变化反复进行强烈剪切、拉伸及挤压作用；S2.将有机化合物加入有机化合物混合装置中混合成液态后连续加入揉压装置，与此前已经加入并揉压过的硫磺、缓释有机碳源混合物混合，在有机化合物加入过程中持续进行快速高强度揉压；S3.将各种协同电子供体材料在协同电子供体混合装置中进行搅拌混合后加入揉压装置，继续参与揉压混合后形成揉压混合物；S4.揉压混合物与成孔剂混合装置中混合形成的成孔剂共同加入载体挤出装置，通过不断转动的具有螺旋结构的载体挤出器将揉压混合物与成孔剂混合，并向载体挤出装置的塑形组件输送，揉压混合物最终被挤压至塑形组件，通过塑形组件后混合物成为具有特定截面形状的长条状材料；S5.长条状材料进入载体冷却装置进行冷却，冷却方式可以采用水冷却或风冷却；S6.冷却后的长条状材料被输送至载体切割装置进行切割，切割成型后得到污水脱氮载体；其中，所述步骤S1中对主材进行揉压时，揉压装置进行加热，缓释有机碳源颗粒在设定温度下逐渐熔融流化，并在揉压作用下进一步分散为细小的组分与硫磺粉充分结合；所述步骤S2中对有机化合物进行混合时，有机化合物混合装置进行加热；所述步骤S4中揉压混合物在载体挤出装置内输送过程中进行加热。

6.根据权利要求5所述的制备污水脱氮载体的方法，其特征在于，所述步骤S1中揉压装置加热温度为60~110℃，加热时间为5~30min，揉压转子转速10~50r/min，强度为50kgf/cm2，揉压时间5~30min。

7.根据权利要求5所述的制备污水脱氮载体的方法，其特征在于，所述步骤S2中揉压装置的揉压转子的转速为20~80r/min，强度30~200kgf/cm2，揉压时间10~60min，并在揉压的同时使揉压箱沿水平线翻转实现混合物的翻转，揉压箱重复进行转动角度为180°的正、反向翻转，翻转频率为1~5次/min。

8.根据权利要求5所述的制备污水脱氮载体的方法，其特征在于，所述步骤S3中揉压装置的揉压转子的转速为20~80r/min，强度为30~200kgf/cm2，揉压时间5~30min。

9.根据权利要求5所述的制备污水脱氮载体的方法，其特征在于，所述步骤S4中载体挤出装置内部温度控制在60~110℃，载体挤出装置的挤出速度为1~30cm/s，长条状材料的截面根据所选择的塑形组件可以为圆形、椭圆形或多边形。

10.根据权利要求5所述的制备污水脱氮载体的方法，其特征在于，所述步骤S6中载体切割装置沿长条状材料的截面方向切割，并且切割厚度为3~100mm。

发明内容

本发明的目的是开发一种简化制备系统，降低制备成本的污水脱氮载体制备系统及制备污水脱氮载体的方法。

本发明通过如下的技术方案实现：一种污水脱氮载体制备系统，包括：揉压装置及载体挤出装置；主材混合装置、有机化合物混合装置及协同电子供体混合装置，分别混合主材、有机化合物及协同电子供体并依次输入揉压装置揉压形成揉压混合物；成孔剂混合装置，混合成孔剂并与揉压混合物共同输入载体挤出装置；载体冷却装置及载体切割装置，载体挤出装置输出的长条状材料顺次通过载体冷却装置及载体切割装置实现冷却及切割成型；其中，所述揉压装置包括揉压箱，所述揉压箱内转动设有两个揉压转子，所述揉压箱顶部及底部分别滑动设有上部挤压活塞及下部挤压活塞；所述载体挤出装置包括挤出箱，所述挤出箱内设有载体挤出器，所述载体挤出器末端的挤出箱上设有塑形组件；所述有机化合物混合装置、揉压装置及载体挤出装置内均设有加热器。

可选的，所述主材混合装置、有机化合物混合装置、协同电子供体混合装置及成孔剂混合装置均包括一个内部转动设有混合搅拌桨的混合箱，该混合箱上还设有入料口及驱动混合搅拌桨的搅拌控制器。

可选的，所述载体冷却装置包括载体冷却箱，所述载体冷却箱内设有承接载体挤出装置输出的长条状材料并将其送至载体切割装置的载体冷却输送带，所述载体冷却输送带上方设有除尘罩，真空集尘单元与所述除尘罩连通，载体冷却输送带下方的载体冷却箱内设有载体冷却器。

可选的，该系统还包括温控装置，所述温控装置控制所述有机化合物混合装置、揉压装置及载体挤出装置中的加热器；所述挤出箱上设有进料斗，所述载体挤出器为转动设置的挤料螺杆，所述塑形组件的挤出口的截面积为0.1~15cm2。

一种制备污水脱氮载体的方法，采用污水脱氮载体制备系统，包括如下步骤：S1.将硫磺与缓释有机碳源颗粒在主材混合装置中混合均匀，而后加入揉压装置中，通过揉压箱、两个相对回转的揉压转子以及滑动的上部挤压活塞、下部挤压活塞对主材混合物揉压，主材混合物不断变化反复进行强烈剪切、拉伸及挤压作用；S2.将有机化合物加入有机化合物混合装置中混合成液态后连续加入揉压装置，与此前已经加入并揉压过的硫磺、缓释有机碳源混合物混合，在有机化合物加入过程中持续进行快速高强度揉压；S3.将各种协同电子供体材料在协同电子供体混合装置中进行搅拌混合后加入揉压装置，继续参与揉压混合后形成揉压混合物；S4.揉压混合物与成孔剂混合装置中混合形成的成孔剂共同加入载体挤出装置，通过不断转动的具有螺旋结构的载体挤出器将揉压混合物与成孔剂混合，并向载体挤出装置的塑形组件输送，揉压混合物最终被挤压至塑形组件，通过塑形组件后混合物成为具有特定截面形状的长条状材料；S5.长条状材料进入载体冷却装置进行冷却，冷却方式可以采用水冷却或风冷却；S6.冷却后的长条状材料被输送至载体切割装置进行切割，切割成型后得到污水脱氮载体；其中，所述步骤S1中对主材进行揉压时，揉压装置进行加热，缓释有机碳源颗粒在设定温度下逐渐熔融流化，并在揉压作用下进一步分散为细小的组分与硫磺粉充分结合；所述步骤S2中对有机化合物进行混合时，有机化合物混合装置进行加热；所述步骤S4中揉压混合物在载体挤出装置内输送过程中进行加热。

可选的，所述步骤S1中揉压装置加热温度为60~110℃，加热时间为5~30min，揉压转子转速10~50r/min，强度为50kgf/cm2，揉压时间5~30min。

可选的，所述步骤S2中揉压装置的揉压转子的转速为20~80r/min，强度30~200kgf/cm2，揉压时间10~60min，并在揉压的同时使揉压箱沿水平线翻转实现混合物的翻转，揉压箱重复进行转动角度为180°的正、反向翻转，翻转频率为1~5次/min。

可选的，所述步骤S3中揉压装置的揉压转子的转速为20~80r/min，强度为30~200kgf/cm2，揉压时间5~30min。

可选的，所述步骤S4中载体挤出装置内部温度控制在60~110℃，载体挤出装置的挤出速度为1~30cm/s，长条状材料的截面根据所选择的塑形组件可以为圆形、椭圆形或多边形。

可选的，所述步骤S6中载体切割装置沿长条状材料的截面方向切割，并且切割厚度为3~100mm。

本发明的有益效果是：无需将硫磺加热至熔点且无需水下成型，在相对较低的温度下（60~110℃），通过设置揉压与挤出装置即可同步实现载体的混合与成型，降低制备成本、简化制备系统；制备的载体由于是固体粉末状粘合成型，通过微观上的观察，较水下成型法形成的载体更为松散，具有更高的比表面积，更利于微生物附着生长；在载体合成过程中加入缓释碳源材料，是主材硫磺的骨架材料，在揉压过程中配合加入的辅助有机化合物，可以使得分散的硫磺粉末紧密地粘合，形成胶状材料，缓释碳源材料在发挥成型作用的同时，又可提供有机碳源，形成自养-异养协同效应，可有效提升系统的脱氮负荷；制备系统中原材料可持续加入，持续产出，生产效率高，成品率高，并且由模具挤出、由切割装置切割成型，载体极其均一，由于材料混合过程采用揉压方法，材料混合均匀，相对紧密，不易脱落，具有良好的机械强度，并且粉尘量少，生产过程更加环保。

（发明人：孙磊;薛松;田彩星;张鹤清;于金旗;杨童;张文强;张勤）