CN101492668B - 生物改性碳化秸秆的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生物改性碳化秸秆的制备方法，选择农村秸秆气化后的废弃碳化秸秆及秸秆气化发电厂产生的碳化秸秆，在室温下风干，然后过2mm筛，剔除杂物；筛选合适的微生物，最后通过干发酵法将微生物固定到碳化秸秆上制得生物改性碳化秸秆。所述的干发酵法，首先将碳化秸秆进行高温灭菌，再接进筛选出的微生物，使其在28.4℃下进行干发酵；将微生物固定在碳化秸秆上；最后温度回到室温。根据本发明制得的生物改性碳化秸秆，不仅碳化秸秆可以吸附，微生物也可降解污染源，通过物理吸附和生物降解的共同作用处理生活污水，使用时间较长，出水水质好，成本低；吸附后的碳化秸秆可以还田作为肥料等，在此得到利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种污水处理技术，具体讲是涉及一种生物改性碳化秸秆的制备方法，属于水处理技术领域。
背景技术
目前，农村生活污水是造成农村水环境污染的原因之一，也是造成河水、湖泊富营养化的重要因素，其已经成为广大农村地区水源污染的重要来源。因此，提高农村生活污水处理能力迫在眉睫。
目前，现行的水处理技术或工艺多与微生物的作用相关，而寻找合适于微生物生长的填料对于最终的处理效果至关重要。目前国内外水处理技术及工艺中(生物滤池、生物滤塔等)生物活性炭的利用较多，“生物活性炭”是利用活性炭的吸附以及活性炭层内的微生物有机分解作用，延长活性炭吸附能力的方式。也就是说，它不仅有着活性炭的吸附力，也有着以粒状活性炭为载体，在其上生长微生物的作用。生物活性炭的特点：具有发达的孔隙结构、较大的比表面积、较高的机械耐磨强度及较好的吸附性能。表面粗糙，孔隙发达，适合微生物的寄生和生长以及生物膜的形成；生物活性碳强度较高，易于保持微生物的生存环境，不易于脱落；总孔容积大，易于吸附有机物、色素物质，有效去除有机物、降低COD，还可以去除臭味、异味。
但是，目前的生物活性炭的活性炭都为成品或商业产品，如竹炭、木炭等，使用成本较高，推广有难度。随着秸秆及农业生物质废弃物气化集中供气技术的推广，产生了大量的碳化秸秆，碳化秸秆具有较多的孔洞结构，从而具有较大的表面积，其与活性炭有相似的性质。但是这些碳化秸秆最总难以得到有效的处置，一般都是废弃或者填埋，没有利用，浪费严重。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种使大量的废弃碳化秸秆得到有效的处置，同时利用其解决农村生活污水污染问题，最终达到“以废治废”效果的生物改性碳化秸秆的制备方法。
本发明提供了一种处理农村生活污水的材料的制备方法——生物改性碳化秸杆的制备方法。
为实现上述发明目的，本发明是通过以下的技术方案来实现的：
一种生物改性碳化秸秆的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)、碳化秸秆的处理：选择农村秸秆气化后的废弃碳化秸秆及秸秆气化发电厂产生的碳化秸秆，将其在室温下进行风干，然后过2mm筛，剔除杂物；
(2)、微生物的筛选：筛选微生物，所述的微生物的种类包括：油脂降解菌、淀粉降解菌、蛋白质降解菌、纤维素降解菌、几丁质降解菌、聚磷菌及氨氮降解菌；
(3)、将微生物固定到碳化秸秆中：通过干发酵法将微生物固定到碳化秸秆上制得生物改性碳化秸秆。
前述的生物改性碳化秸秆的制备方法，其特征在于所述的干发酵法，首先将一定量的碳化秸秆在121℃下进行高温灭菌，再接进筛选出的微生物，使其在28.4℃下进行干发酵；发酵时碳化秸秆湿度为40-60％，保证pH值停留在6-7.5的范围内，发酵48～72小时，将微生物固定在碳化秸秆上；最后温度回到室温。
前述的生物改性碳化秸秆的制备方法，其特征在于碳化秸秆上的含菌量不低于109CFU/g。
本发明的有益效果是：根据本发明制得的生物改性碳化秸秆进行生活污水处理时的特点有：(1)、微生物可很好的生长于碳化秸秆上；(2)、碳化秸秆自身吸附污染水体中N、P元素及有机物，可为微生物的生长提供充足的营养源；(3)、其主要通过物理吸附和生物降解的共同作用处理生活污水，使用时间较长，出水水质好，成本低；(4)、吸附后的生物改性碳化秸秆可以还田作为肥料，还可以作为土壤中的疏水性有机污染物的吸附剂。本发明制备的生物改性碳化秸秆应用前景广泛、具有良好的环境效益。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明进行详细说明。
本发明的生物改性碳化秸秆的制备方法，首先对碳化秸秆进行处理，选择农村秸秆气化后的废弃碳化秸秆及秸秆气化发电厂产生的碳化秸秆，这样较为节省成本，使废弃资源在此得到利用。将选择的碳化秸秆在室温下进行风干，然后用2mm筛筛过，将杂物剔除掉。然后筛选微生物，为了对各种污染源进行有效的处理，本发明筛选的微生物种类包括：油脂降解菌、淀粉降解菌、蛋白质降解菌、纤维素降解菌、几丁质降解菌、聚磷菌及氨氮降解菌等。最后通过干发酵法将筛选的微生物固定到碳化秸秆中制得生物改性碳化秸秆。
本发明中的干发酵法，首先将一定量的碳化秸秆在121℃下进行高温灭菌，然后再接进筛选出的微生物，使其在28.4℃下进行干发酵。发酵时保持碳化秸秆湿度为40～60％，保证pH值停留在6～7.5的范围内，发酵48～72小时，最后使温度回到室温，保证含菌量不低于109CFU/g，将微生物固定在碳化秸秆上。
实施例1：微生物的筛选。油脂降解菌分离自南京钢铁集团炼焦厂附近的土壤；淀粉降解菌主要为本实验室中分离的枯草芽孢杆菌和乳酸杆菌；蛋白质降解菌分离自南京某菜市场猪肉摊位下水道污泥；纤维素降解菌分离自南京紫金山竹林枯枝落叶层中半分解的竹叶样品；几丁质降解菌分离自含有大量粉碎龙虾壳的菜园土壤；聚磷菌及氨氮降解菌分离自污水处理厂的活性污泥。将以上微生物混合后处理南京农业大学附近小河道中的生活污水，可有效的降低COD、氨氮及磷的含量。
实施例2：干发酵法制取的生物改性碳化秸秆中微生物的生长状况。将一定量的碳化秸秆在121℃下进行高温灭菌，再接进筛选出的纯种聚磷菌，使其在28.4℃下进行干发酵，聚磷菌在碳化秸秆中的生长情况如表1。
表1、聚磷菌在碳化秸秆中的生长情况
| 时间(h) | 6 | 12 | 24 | 36 | 48 | 60 | 72 |
| 菌个数/克碳化秸秆 | 104 | 106 | 108 | 108 | 1010 | 1011 | 107 |
其中，开始接进聚磷菌的个数是102，当60h时聚磷菌的个数达到1011，整个发酵过程中聚磷菌在碳化秸秆上的长势较好，证明聚磷菌在碳化秸秆中能够生存繁殖，并且碳化秸秆中有丰富的供微生物生长繁殖的碳源以及营养物质。本发明所涉及的其它微生物在与聚磷菌相似的温度的条件下都能够很好的生长。
实施例3：碳化秸秆对生活污水中氮、磷的去除效果。
使用未经生物改性的碳化秸秆处理生活污水(含NH3-N 60mg/L、P60mg/L)，主要采用静态吸附方法(固液比为1∶100)。对污水中氮、磷的去除效果如表2。
表2、不同时间对氮磷的去除效果的影响
| 时间(min) | 10 | 30 | 60 | 90 | 120 | 180 | 360 | 540 | 780 | 1440 |
| 磷的平均去除率(％) | 88.3 | 92.3 | 90.5 | 90.5 | 91.8 | 91.7 | 90.6 | 89.6 | 93.5 | 91.8 |
| 氨氮的平均去除率(％) | 75.1 | 71.4 | 72.8 | 63.6 | 69.6 | 65.2 | 67.7 | 68.1 | 69.0 | 68.1 |
碳化秸秆对磷的去除在180min时达到平衡，平衡时去除率为91％。碳化秸秆随着时间的推移对氨氮的去除率在前200min呈现不规则的波动趋势，平衡时去除率约为68％，从中可以得出碳化秸秆对水中氮磷具有较好的去除性能。为下一步添加微生物打下良好基础。
表3、投加量对氮磷的去除效果的影响
| 投加量(g) | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.6 | 0.7 | 0.8 | 0.9 | 1.0 |
| 磷的平均去除率(％) | 59.5 | 63.6 | 62.7 | 66.1 | 65.3 | 69.5 | 66.7 | 70.2 | 68.9 | 71.3 |
| 氨氮的平均去除率(％) | 65.6 | 69.6 | 68.2 | 75.9 | 74.0 | 74.0 | 70.0 | 72.6 | 71.7 | 80.4 |
如表3所示，碳化秸秆对氨氮和磷的去除率随着碳化秸秆投加量的增加而增大，碳化秸秆对氨氮的去除率从65.6％增加到80.4％，对磷的去除率从59.5％增加到71.3％。
实施例4：生物改性碳化秸秆对生活污水的处理效果。将通过干发酵法处理后的生物改性碳化秸秆对南京农业大学附近河道中的生活污水进行处理。将一定量实施例2中发酵好的生物改性碳化秸秆置于大容器内，加一定量的生活污水(含NH3-N 60mg/L、P60mg/L、COD为300)，在20-25℃温度下静态吸附处理。对污水中的氮、磷和COD的去除效果如下表：
表4、生物改性碳化秸秆与未改性碳化秸秆对磷的去除效果比较
| 时间(h) | 2 | 4 | 8 | 12 | 24 | 36 | 48 | 60 | 72 | 96 | 120 |
| 接菌 | 74.6 | 76.8 | 78.3 | 77.3 | 76.8 | 77.0 | 78.1 | 78.4 | 79.5 | 79.6 | 78.9 |
| 没接菌 | 74.1 | 77.7 | 75.8 | 76.0 | 72.1 | 68.8 | 69.2 | 69.9 | 76.1 | 74.5 | 69.7 |
未接种筛选微生物碳化秸秆经120h对磷的去除率约为70％，而接进筛选微生物的生物改性碳化秸秆对磷的去除率为79％，提高约10％。并且可以看出生物改性碳化秸秆对磷的去除效果比较稳定。
表5、生物改性碳化秸秆与未改性碳化秸秆对氨氮的去除效果比较
| 时间(h) | 2 | 4 | 8 | 12 | 24 | 36 | 48 | 60 | 72 | 96 | 120 |
| 接菌 | 75.9 | 74.1 | 73.7 | 76.0 | 78.7 | 79.4 | 84.6 | 87.4 | 92.7 | 93.6 | 92.7 |
| 没接菌 | 70.0 | 67.9 | 68.2 | 75.7 | 68.4 | 78.2 | 79.9 | 81.8 | 83.7 | 84.3 | 84.7 |
未接种筛选微生物碳化秸秆经120h对氨氮的去除率约为85％，而接进筛选微生物的生物改性碳化秸秆对氨氮的去除率为93％，提高8％，提高效果十分的显著。
表6、生物改性碳化秸秆与未改性碳化秸秆对COD的去除效果比较
| 时间(h) | 2 | 4 | 8 | 12 | 24 | 36 | 48 | 60 | 72 | 96 | 120 |
| 接菌 | 13.6 | 14.1 | 16.8 | 24.5 | 31.8 | 81.5 | 89.1 | 82.9 | 82.7 | 82.1 | 82.0 |
| 没接菌 | 10.1 | 13.7 | 15.6 | 22.0 | 22.4 | 61.2 | 85.6 | 76.9 | 59.4 | 45.3 | 47.3 |
未接种筛选微生物碳化秸秆经120h对COD的去除率约为47％，整个去除过程的后半程，未接种筛选微生物碳化秸秆的去除性能明显下降；而接进筛选微生物的生物改性碳化秸秆对氨氮的去除率为82％，提高35％，提高效果十分显著，在处理的后半程其一直维持较高的COD去除率，充分表现出微生物的效果。
上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (1)
1.一种生物改性碳化秸秆的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)、碳化秸秆的处理：选择农村秸秆气化后的废弃碳化秸秆及秸秆气化发电厂产生的碳化秸秆，将其在室温下进行风干，然后过2mm筛，剔除杂物；
(2)、微生物的筛选：筛选微生物，所述的微生物的种类包括：油脂降解菌、淀粉降解菌、蛋白质降解菌、纤维素降解菌、几丁质降解菌、聚磷菌及氨氮降解菌；
(3)、将微生物固定到碳化秸秆中：通过干发酵法将微生物固定到碳化秸秆上制得生物改性碳化秸秆；
所述的干发酵法，首先将一定量的碳化秸秆在121℃下进行高温灭菌，再接进筛选出的微生物，使其在28.4℃下进行干发酵；发酵时碳化秸秆湿度为40-60％，保证pH值停留在6-7.5的范围内，发酵48～72小时，将微生物固定在碳化秸秆上；最后温度回到室温；
碳化秸秆上的含菌量不低于109CFU/g。
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