CN102583703A - 生物质废料制备磁性微生物载体及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于水污染处理及防治领域，具体涉及一种生物质废料制备磁性微生物载体及其应用。本发明将洗净烘干后的木屑或花生壳等生物质废料破碎后用NaOH溶液或用H₂SO₄溶液浸泡后，抽滤并水洗，之后干燥，获得初步改性后的生物质材料；再将所得生物质材料加入到含有一定浓度的铁和/或镍离子的金属盐溶液中，在磁力搅拌器上搅拌一段时间并升温，然后边快速搅拌边缓慢滴加碱液至pH值>12，将溶液100℃水浴或烘箱中反应，然后过滤水洗；最后将生物质材料放入烘箱中，恒温固定一段时间至材料恒重，即得产品。本发明的磁性微生物载体可应用于重金属和多环芳烃类复合污染工业废水的处理，并且成本低、效果好。

Description

生物质废料制备磁性微生物载体及其应用

技术领域

本发明属于水污染处理及防治领域，具体涉及一种生物质废料制备磁性微生物载体及其应用。

背景技术

废水和土壤中重金属和多环芳烃类有机化合物复合污染的研究已经成为环境科学和技术发展的重要方向之一。目前，针对这类复合污染废水，采用活性炭、天然材料以及高分子聚合物等材料吸附处理技术是研究的主要方向之一，其中以开发和研制一些低成本的吸附剂为主。一些生物质废料如：木屑，花生壳等，对重金属有很好的吸附能力，但对有机物却没有很好的效果。而生物法是目前降解废水中有机污染物最有效的技术，也可通过生物有机体或其代谢产物与重金属离子之间的相互作用净化废水中重金属。由此可见，将吸附与生物处理相结合的技术是这类复合污染工业废水治理技术的主要研究方向。此外，弱磁有利于微生物的生长，因此将磁技术引入载体中，有利于微生物载体上进行挂膜。目前，磁性生物载体主要用于对含氮、含P及生活污水等简单废水或单一废水的处理，所用材料大多为聚合物及粘土类材料。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种利用生物质废料制备磁性微生物载体方法，该方法包括如下顺序的步骤：

(1)将洗净烘干后的生物质废料破碎后筛选出细度为20～40目的材料备用；

(2)取步骤(1)所得的材料用浓度为20％的NaOH溶液或用浓度为50％的H₂SO₄溶液浸泡一定时间后，抽滤并用水洗至使材料的pH值接近中性，之后干燥，获得初步改性后的生物质材料；

(3)称取步骤(2)所得的生物质材料，加入到含有一定浓度的铁和/或镍离子的金属盐溶液中，在磁力搅拌器上搅拌一段时间至温度升至60℃左右，然后边快速搅拌边缓慢滴加浓度为5mol/L的碱液至使溶液的pH值＞12，将溶液置于100℃水浴或烘箱中反应4h以上，然后将样品过滤水洗至使该生物质材料的pH值为中性；

(4)将步骤(3)所得的生物质材料放入烘箱中，在100～200℃的温度范围内恒温固定一段时间至该材料恒重，即得到磁性微生物载体材料。

更具体地说，步骤(1)所述生物质废料为木屑或花生壳。

步骤(2)所述用浓度为20％的NaOH溶液或用浓度为50％的H₂SO₄溶液浸泡所得的材料1h；步骤(3)所述一定浓度的铁为FeCl₂和FeCl₃溶液，用M²⁺表示金属盐溶液中的二价金属离子，则溶液中各物质的比例是：生物质材料与FeCl₃的质量比为5∶6，M²⁺与Fe³⁺的摩尔比为1∶2。

本发明方法针对重金属和多环芳烃复合污染废水，结合生物、化学和磁技术，利用生物质废料制备低成本、亲生物的磁性吸附剂作为生物载体，既保留原材料原有的多孔结构和吸附特性，能高效吸附重金属污染物；同时又提高对微生物的附着能力，有助于固定高效微生物，对废水中的多环芳烃类有机化合物也有着较好的降解效果，从而增强系统在重金属和多环芳烃类复合污染工业废水中的适应性和处理能力。

本发明的第二个目的在于提供上述生物质废料制备磁性微生物载体方法中的磁性微生物载体的应用，即：将所述磁性微生物载体应用于重金属和多环芳烃类复合污染工业废水的处理。

更进一步，当所述复合污染工业废水为含有镉和苯酚的浓度分别为10mg/L和30mg/L时的复合污染废水时，所述磁性微生物载体的加入体积量控制为废水体积量的10％。

本发明的磁性微生物载体以生物质废料如木屑，花生壳等为原材料，通过碱或酸液浸泡，水洗，干燥等方法对其改性，然后将改性后的物质进行磁化处理，从而得到木屑或花生壳/铁氧化物磁性复合生物质载体。本发明一方面保留了原材料的吸附和亲生物特性，使其对废水中重金属仍具有较好的吸附效果，另一方面通过磁化处理，使该材料具备磁性，以增强重金属的吸附效果和在生物反应系统中对微生物的附着能力，提高系统的微生物数量，从而大大强化系统对不同重金属和多环芳烃复合污染工业废水的适应和去除能力。这类载体的制备是将废水的吸附技术与生物处理技术有机的结合在一起，这将有助于系统在不同工业废水中的适应和处理能力。

本发明的特点在于：

a.利用废弃生物质材料如木屑、花生壳等作为原材料，在未碳化的条件下，首次制作了用于微生物挂膜的磁性生物质载体产品。

b.该产品在保持了原有吸附能力的同时，具有挂膜快，微生物浓度高等特点，在处理重金属与有机物复合污染废水的过程中，可获得与活性炭材料相近甚至更优的处理效果。

附图说明

图1是本发明方法实施例的制备流程实物示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。

参见图1，是本实施例的制备流程实物示意图，其实施的步骤如下：

第一步，将洗净烘干后的生物质废料如：木屑或花生壳等，经破碎后筛选出细度为20～40目的材料备用；

第二步，取第一步得到的材料用20％NaOH溶液或用1∶1的H₂SO₄溶液浸泡约1h，抽滤并用水洗至接近中性，之后干燥，获得初步改性后的生物质材料；

第三步，称取第二步处理后的生物质材料，加入到含有一定浓度的铁和/或镍等金属盐溶液中，(如果二价金属用M²⁺表示，则溶液中，生物质材料：FeCl₃＝5∶6(质量比)，M²⁺∶Fe³⁺(摩尔比)＝1∶2)，在磁力搅拌器上搅拌一段时间至温度升至60℃左右，然后边快速搅拌边缓慢滴加5mol/L的碱液至溶液pH＞12，将其置于100℃水浴或烘箱中反应4h以上，然后将样品过滤水洗至中性。

第四步：将第三步所得材料放入烘箱内，在100-200℃内恒温固定一段时间至样品恒重，即得到磁性生物质载体材料。

将上述以生物质废料为原料制备的磁性生物质载体，来处理含有重金属和多环芳烃类的复合污染工业废水。以处理含有镉(Cd²⁺)和苯酚复合污染废水为例，在镉(Cd²⁺)和苯酚浓度分别为10mg/L和30mg/L时，以本发明所提供方法制备的磁性木屑做载体材料，当加入体积量为废水体积量的10％时，磁性木屑载体比非磁性载体更易挂膜，而且磁性木屑上的生物量约提高了20～30％，对苯酚和镉离子的去除率分别可达到90％以上和85％左右，与非磁性木屑载体比较，磁性木屑可实现快速挂膜，而且比重大，更易沉降和分离；与磁性活性炭相比，对苯酚的去除率相当，而对镉离子的去除率可提高约40％。这表明该载体的加入能明显提高系统对复合污染工业废水的处理能力。

Claims (5)

1.一种生物质废料制备磁性微生物载体方法，其特征在于包括如下顺序的步骤：

（1）将洗净烘干后的生物质废料破碎后筛选出细度为20～40目的材料备用；

（2）取步骤（1）所得的材料用浓度为20%的 NaOH溶液或用浓度为50%的H₂SO₄溶液浸泡一定时间后，抽滤并用水洗至使材料的pH值接近中性，之后干燥，获得初步改性后的生物质材料；

（3）称取步骤（2）所得的生物质材料，加入到含有一定浓度的铁和/或镍离子的金属盐溶液中，在磁力搅拌器上搅拌一段时间至温度升至60℃左右，然后边快速搅拌边缓慢滴加浓度为5mol/L的碱液至使溶液的pH值>12，将溶液置于100℃水浴或烘箱中反应4h以上，然后将样品过滤水洗至使该生物质材料的pH值为中性；

（4）将步骤（3）所得的生物质材料放入烘箱中，在100～200℃的温度范围内恒温固定一段时间至该材料恒重，即得到磁性微生物载体材料。

2.根据权利要求1所述的生物质废料制备磁性微生物载体方法，其特征在于：步骤（1）所述生物质废料为木屑或花生壳。

3.根据权利要求1或2所述的生物质废料制备磁性微生物载体方法，其特征在于：步骤（2）所述用浓度为20%的 NaOH溶液或用浓度为50%的H₂SO₄溶液浸泡所得的材料1h；步骤（3）所述一定浓度的铁为FeCl₂和FeCl₃溶液，用M²⁺表示金属盐溶液中的二价金属离子，则溶液中各物质的比例是：生物质材料与FeCl₃的质量比为5:6，M²⁺与Fe³⁺的摩尔比为1:2。

4.一种如权利要求1所述生物质废料制备磁性微生物载体方法中的磁性微生物载体的应用，其特征在于：将所述磁性微生物载体应用于重金属和多环芳烃类复合污染工业废水的处理。

5.根据权利要求4所述的生物质废料制备磁性微生物载体方法中的磁性微生物载体的应用，其特征在于：当所述复合污染工业废水为含有镉和苯酚的浓度分别为10mg/L和30mg/L时的复合污染废水时，所述磁性微生物载体的加入体积量控制为废水体积量的10%。