CN104628123B - 一种改性生物炉渣微生物载体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改性生物炉渣微生物载体及其制备方法。具体而言，所述制备方法包括如下步骤：按照0.5~1kg生物炉渣:1L混合液的比例将二者混合并搅拌至均匀，于室温下陈化12~24h后，将生物炉渣过滤、烘干，得到改性生物炉渣微生物载体，其中所述生物炉渣为煤粉和生物质掺混后共燃所得的残渣，所述混合液中含有体积百分比为12.5~20%的无机酸和摩尔浓度为0.01~1mol/L的有机物，余量为水。本发明充分利用了载体中的有机碳源，有效解决了目前污水生物处理领域碳源不足的问题，从而减少外加碳源、降低污水处理成本，实现了对生物炉渣废弃物的资源化利用，具有使用操作简单、制备成本低、负载效果好、环境友好的特点。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种可进行碳源自给、具有较大比表面积和丰富表面官能团的改性生物炉渣微生物载体及其相关制备方法。
背景技术
污水生物处理是用生物学的方法处理污水的总称，是现代污水处理中应用最广泛的方法之一。它主要借助微生物的分解作用把污水中的有机物转化为无机物，进而使污水得到净化。生物处理法具有处理效果好、成本低、运行稳定等特点，是目前污水处理工艺的核心部分。
但随着水质和环境的变化，污水生物处理同时存在一些技术难题，主要包括以下几点：（1）活性污泥受环境影响易出现沉降性差或污泥膨胀现象，造成污泥流失严重，影响水处理工艺的正常运行；（2）在常规污水处理工艺中，碳氮比（C/N）大于5时能够获得较好的脱氮除磷效果，但目前排放的工业废水和一部分生活污水中碳含量较低，无法保障微生物的正常生长和出水氮、磷的要求。针对第一个问题的解决方案是采用投加生物载体使微生物固着生长，以防止污泥膨胀，促进其沉降性，目前采用的载体包括活性炭、沸石、陶粒等多孔材料，但这些材料价格较高，在一定程度上增加了水处理的成本。针对第二个问题的解决方案主要是通过外加碳源的方式使体系维持正常的C/N，以保证出水效果，外加的碳源主要是甲醇，但甲醇的投加一方面大大增加了水处理的成本，另一方面又无法被微生物充分利用。因此，寻求廉价的生物载体和合适的碳源已经成为降低水处理成本、促进生物处理过程的关键。
目前，国内锅炉和发电厂的燃煤大都采用煤粉与生物质掺混共燃的方式，生物质炉渣就是生物质燃料与煤粉混合燃烧后的残渣。生物质和煤粉的混合物会由于燃烧条件的变化而产生不完全燃烧的现象，使得最终得到的炉渣中含有一定量的有机质，但目前普遍认为其利用价值较低，视其为废弃物。然而，这些有机质在一定程度上可以被微生物所利用，使得生物炉渣在作为污水处理的补充碳源方面具有潜在的应用价值，而炉渣颗粒的投加也使其可以替代活性炭作为微生物的载体。鉴于此，如何开发利用生物炉渣，实现变废为宝已经成为备受关注的热点。
发明内容
针对上述问题，本发明以含碳生物炉渣为原料，通过无机酸和有机物联合改性制备碳源自给型改性生物炉渣载体，实现生物炉渣的资源化利用。该载体使用时可直接投加到生化池中负载微生物，也可作为生物接触氧化填料来使用。对于低碳源污水处理而言，其基体内所含的有机物可作为微生物的补充碳源。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种改性生物炉渣微生物载体的制备方法，其包括如下步骤：按照0.5~1kg生物炉渣:1L混合液的比例，将生物炉渣加入到混合液中，混合并搅拌至均匀，于室温下陈化12~24h后，将混合液中的生物炉渣过滤、烘干，得到改性生物炉渣微生物载体，其中所述生物炉渣为煤粉和生物质掺混后共燃所得的残渣，所述混合液中含有体积百分比为12.5~20%的无机酸和摩尔浓度为0.01~1mol/L的有机物，余量为水。
进一步地，所述煤粉和生物质能够以任意比例掺混，且生物质含量越高所得生物炉渣中的含碳量也越高，可作为微生物所需的碳源使用。
进一步地，所述生物质选自树皮、锯末、稻壳、秸秆和落叶中的任意一种或其混合物。
进一步地，所述无机酸选自盐酸、硫酸、磷酸、硝酸、高氯酸和氢氟酸中的任意一种，优选盐酸、硫酸或磷酸，更优选磷酸。
进一步地，所述有机物选自蔗糖、壳聚糖、海藻酸钠、聚乙二醇和聚乙烯醇中的任意一种，优选蔗糖、海藻酸钠或聚乙烯醇，更优选蔗糖。
此外，本发明的目的还在于提供一种根据上述制备方法制备的改性生物炉渣微生物载体。
与现有技术相比，采用上述技术方案的本发明具有以下优点：
1、本发明利用生物炉渣制备微生物载体，原材料来源广泛、价格低廉，可以进行生物炉渣的资源化利用，实现变废为宝；
2、本发明以生物炉渣为原料，通过无机酸和有机物的复合改性一方面增大了生物炉渣的比表面积，为微生物提供了更多的附着点，另一方面丰富了载体表面的官能团，有利于其对污水中营养物质的化学吸附；
3、本发明所选用的生物炉渣含有不完全燃烧所残留的有机质，可作为低碳源污水处理中微生物的直接碳源，进而减少外加碳源的投加量，降低水处理成本。
附图说明
图1为实施例1中的改性生物炉渣微生物载体在改性前后的扫描电镜对比图，其中（a）对应改性前，（b）对应改性后。
图2为实施例1中的改性生物炉渣微生物载体的能谱图。
图3为实施例1中的改性生物炉渣微生物载体在改性前后的傅里叶红外光谱对比图，其中（a）对应改性前，（b）对应改性后。
图4为实施例1中的改性生物炉渣微生物载体在挂膜前后的扫描电镜对比图，其中（a）对应挂膜前，（b）对应挂膜后。
图5为实施例2中的改性生物炉渣微生物载体在改性前后的扫描电镜对比图，其中（a）对应改性前，（b）对应改性后。
图6为实施例2中的改性生物炉渣微生物载体的能谱图。
图7为实施例2中的改性生物炉渣微生物载体在改性前后的傅里叶红外光谱对比图，其中（a）对应改性前，（b）对应改性后。
图8为实施例2中的改性生物炉渣微生物载体在挂膜前后的扫描电镜对比图，其中（a）对应挂膜前，（b）对应挂膜后。
具体实施方式
以下将结合具体的实施例及附图对本发明做出进一步的说明。
实施例1：蔗糖-磷酸复合改性生物炉渣微生物载体的制备与性能测定。
分别称量300g（0.877mol）蔗糖和170mL磷酸，加入到水中溶解并搅拌均匀，加水定容至1L，得到混合液。将0.5kg以树皮作为生物质与煤粉等量掺混共燃后得到的生物炉渣加入到混合液中，混合并搅拌至均匀，于室温下陈化24h后，将混合液中的生物炉渣过滤、烘干，得到蔗糖-磷酸复合改性生物炉渣微生物载体0.513kg。
采用比表面仪测定样品的比表面积，改性前的比表面积为2.519m2/g，改性后的比表面积增大至3.454m2/g。从改性后的扫描电镜图可以看出，载体表面呈蜂窝状，具有较大的比表面积（如图1所示）。能谱图表明改性后的载体材料含碳量较高，达到了40.98%（如图2所示）。对比改性前后生物炉渣载体的傅立叶红外图谱可以发现，改性后的载体表面官能团明显增多，且以含碳表面官能团为主（如图3所示）。
将所得的改性生物炉渣微生物载体与上海曲阳污水厂好氧池活性污泥混合搅拌，于室温下进行挂膜实验，培养7d后取出载体，经冷冻干燥后于扫描电镜下观察其表面特征，发现载体表面挂膜效果良好，生物量丰富（如图4所示）。
实施例2：海藻酸钠-磷酸复合改性生物炉渣微生物载体的制备与性能测定。
分别称量3.5g（0.016mol）海藻酸钠和170mL磷酸，加入到水中溶解并搅拌均匀，加水定容至1L，得到混合液。将0.5kg以秸秆作为生物质与煤粉按照1:3的重量比掺混共燃后得到的生物炉渣加入到混合液中，混合并搅拌至均匀，于室温下陈化24h后，将混合液中的生物炉渣过滤、烘干，得到海藻酸钠-磷酸复合改性生物炉渣微生物载体0.521kg。
采用比表面仪测定样品的比表面积，改性前的比表面积为2.168m2/g，改性后比表面积增大至5.704m2/g。从改性后的扫描电镜图可以看出，载体表面呈堆积的絮状，具有较大的比表面积（如图5所示）。能谱图表明改性后的载体材料含碳量较高，达到了25.57%（如图6所示）。对比改性前后生物炉渣载体的傅立叶红外图谱可以发现，改性后的载体表面官能团明显增多，且以含碳表面官能团为主（如图7所示）。
将所得的改性生物炉渣微生物载体与上海曲阳污水厂好氧池活性污泥混合搅拌，于室温下进行挂膜实验，培养7d后取出载体，经冷冻干燥后于扫描电镜下观察其表面特征，发现载体表面挂膜效果良好，生物量丰富（如图8所示）。
Claims (10)
1.一种改性生物炉渣微生物载体的制备方法，其包括如下步骤：按照0.5~1kg生物炉渣:1L混合液的比例，将生物炉渣加入到混合液中，混合并搅拌至均匀，于室温下陈化12~24h后，将混合液中的生物炉渣过滤、烘干，得到改性生物炉渣微生物载体，其中所述生物炉渣为煤粉和生物质掺混后共燃所得的残渣，所述混合液中含有体积百分比为12.5~20%的无机酸和摩尔浓度为0.01~1mol/L的有机物，余量为水。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，按照0.5kg生物炉渣:1L混合液的比例，将所述生物炉渣加入到所述混合液中。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述生物质选自树皮、锯末、稻壳、秸秆和落叶中的任意一种或其混合物。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无机酸选自盐酸、硫酸、磷酸、硝酸、高氯酸和氢氟酸中的任意一种。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述无机酸选自盐酸、硫酸或磷酸。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述无机酸为磷酸。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机物选自蔗糖、壳聚糖、海藻酸钠、聚乙二醇和聚乙烯醇中的任意一种。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述有机物选自蔗糖、海藻酸钠或聚乙烯醇。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述有机物为蔗糖。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的制备方法制备的改性生物炉渣微生物载体。
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Denomination of invention: Modified biological slag microbial carrier and preparation method thereof Effective date of registration: 20180713 Granted publication date: 20160601 Pledgee: Suzhou city science and Technology Co., Ltd. Pledgor: SUZHOU SHEIRC INSTRUMENT CONTROL CO., LTD. Registration number: 2018320010028 |
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