[發(fā)明專利]一種多孔炭強(qiáng)化微生物掛膜載體材料的制備方法及應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010761279.0
• 申請日: 2020-07-31
• 公開（公告）號: CN111892175B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫恩惠;成亮;黃紅英;張晶;曲萍;雍宬;徐躍定
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院;江蘇大學(xué)
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;C02F3/34
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 楊文晰

本發(fā)明公開了一種多孔炭強(qiáng)化微生物掛膜載體材料的制備方法，其具體為：將酸化生物質(zhì)炭、納米無機(jī)材料、聚丙烯酰胺與氨基淀粉黏合劑混合后，噴施反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)行表面功能修飾造粒、炭化、獲得多孔炭；將多孔炭浸沒于活性污泥中，采用連續(xù)式循環(huán)供給活性污泥的方法掛膜，即獲得微生物掛膜載體材料，該載體材料可應(yīng)用于水體中氮磷的去除；本申請通過高溫高壓浸漬將反應(yīng)介質(zhì)鐵、鈣、鑭鹽等滲透至預(yù)混物料分子內(nèi)部，煅燒炭化后的多孔炭內(nèi)外表面生成并載有金屬膠體納米氧化物，強(qiáng)化了多孔炭吸附活性位點(diǎn)及氮磷污染物的吸附容量，協(xié)同生物炭本身表面多孔結(jié)構(gòu)可在36～48h內(nèi)完成載體表面生物覆膜要求，且加速后續(xù)活性微生物的馴化時(shí)間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于環(huán)境修復(fù)功能吸附材料技術(shù)領(lǐng)域和微生物掛膜材料應(yīng)用相關(guān)領(lǐng)域，尤其涉及一種多孔炭強(qiáng)化微生物掛膜載體材料的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

污水深度脫氮除磷，成為遏制水體富營養(yǎng)化的重要途徑之一。目前污水處理仍以生物法為核心，國內(nèi)外應(yīng)用成熟的生物法污水處理工藝主要有活性污泥和生物膜法，其中生物膜法由于其抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)勢，近年來發(fā)展迅速。

微生物載體填料是生物膜工藝的核心，其性能影響微生物的掛膜效果、反應(yīng)器中的生物量以及污水處理效果。因其具低密度、大比表面、大孔隙度、高親水性、高耐磨性、原料來源廣泛、生產(chǎn)成本低廉，新型生物膜填料及其相關(guān)性能的研究不斷深入。目前應(yīng)用于微生物掛膜載體材料多為陶粒、聚苯乙烯球粒及組合載體。但這些材料在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一些問題，如陶粒造球成品率低、生產(chǎn)成本高；聚苯乙烯載體親水性差、固定化載體與微生物間擴(kuò)散阻力大、細(xì)胞活性易喪失、微生物附著性能差、氮磷污染物去除效果欠佳，特別是這些材料掛膜時(shí)間長，通常塑料填料的掛膜時(shí)間在7-14d左右（文獻(xiàn)：“尚巍，王啟山，石磊，吳希文，李秀榮，徐金鳳。生物濾塔處理VOCs掛膜啟動(dòng)方法研究，2002，城市環(huán)境與城市生態(tài)，15（2）41-43.”），且廢棄后載體難以處置。

炭材料與其他載體材料相比在生物相容性等方面更具優(yōu)越性。生物炭是熱解生物質(zhì)后得到的含碳高的固體殘?jiān)捎谏锾靠紫督Y(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、活性基團(tuán)豐富、吸附能力強(qiáng)、環(huán)境穩(wěn)定性高，生物炭固定化微生物技術(shù)結(jié)合生物炭和微生物技術(shù)的優(yōu)勢，使得固定化微生物技術(shù)的應(yīng)用范圍更廣，節(jié)省成本，在工業(yè)廢水處理上具有很好的應(yīng)用前景（秦宇，2018，生物炭固定化微生物技術(shù)在廢水處理中的研究進(jìn)展）。國內(nèi)有研究用蘆葦生物炭復(fù)合載體固定化微生物，獲得較高的氨氮污染物去除率（鄭華楠，2019，蘆葦生物炭復(fù)合載體固定化微生物去除水中氨氮）。但傳統(tǒng)生物炭形成的固定化顆粒機(jī)械強(qiáng)度差、回收操作難度大、再生利用率低；且由于制備生物質(zhì)炭的原材料多以植物秸稈，熱解煅燒過程中酸性物質(zhì)不斷分解，無機(jī)礦物組分含量增加，致使熱解生物質(zhì)炭pH值偏堿性，而微生物在中性偏堿環(huán)境中細(xì)胞表面帶負(fù)電，最終導(dǎo)致生物炭表面微生物固著率低（Ahmad et al., 2014, Biochar asa sorbent for contaminant management in soil and water: a review.Chemosphere），造成微生物掛膜時(shí)間較長（約30d左右）。

因此研制耐磨性高、成本低廉、物化性能穩(wěn)定、親水性好、掛膜周期短、適用性強(qiáng)的微生物掛膜材料，是目前微生物掛膜載體的研究熱點(diǎn)，對于防治水體污染，實(shí)現(xiàn)污水處理行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種多孔炭強(qiáng)化微生物掛膜載體材料的制備方法及應(yīng)用，以生物質(zhì)炭原料，利用氨基淀粉黏合劑受控造孔耦合表面介質(zhì)修飾制備強(qiáng)化微生物掛膜載體材料，具有耐磨性高、親水性好、生物掛膜效果佳等優(yōu)點(diǎn)，廣泛適用于生活污水、工業(yè)污水及養(yǎng)殖廢水等水體凈化。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種多孔炭強(qiáng)化微生物掛膜載體材料的制備方法，其具體步驟包括：

S1、多孔炭的制備，將生物質(zhì)炭與濃度為0.1mol/L鹽酸溶液按照1：10（質(zhì)量體積比，單位kg/L）混合后置于75-85℃溫度下處理30-60min，然后沖洗直至洗出液為中性，烘干，獲得酸化生物質(zhì)炭；