CN105254032A

CN105254032A - 一种复合纳米净化球的制备方法及其应用

Info

Publication number: CN105254032A
Application number: CN201510801000.6A
Authority: CN
Inventors: 邵雅璐; 尹超; 王龙; 闫昊晨; 王珏; 秦恒基; 王良恺; 王众; 邵孝候
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2015-11-19
Filing date: 2015-11-19
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2035-11-19
Also published as: CN105254032B

Abstract

本发明公开了一种复合纳米净化球的制备方法，通过将功能强大的EM技术和纳米材料相结合，将EM菌液固定于由复合纳米材料制成的多孔载体上，达到去除重金属离子的效果。具体制备步骤为：(1)EM扩大菌液的制备；(2)纳米铝粉、纳米铁粉和纳米二氧化硅复合纳米粉末的制备；(3)复合纳米净化球的制备。本发明制备的纳米净化球效果强大，功能较多，能快速净化水质并去除水中底泥中重金属离子等优点。

Description

一种复合纳米净化球的制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体涉及用于生活污水及水产养殖废水净化及重金属离子去除的复合纳米净化球产品。

背景技术

生活污水及水产养殖废水具有可生化性好、N、P浓度高、含病原体等特点。由于它们与人们生活息息相关，若不及时处理，容易造成病原物污染，水体富营养化和地下水硬度升高等问题，严重危害水体和人类的健康。而重金属污染一直是难以解决且危害巨大的一项污染，很容易造成人类死亡。因此，如何处理生活污水及水产养殖废水其及重金属显得尤为重要。

从长远来看，微生物处理方法具有较好的前景，而固定化微生物技术则是在微生物技术上的一次很好的改进，很多研究在国内外已有报道。比如用陶瓷固定化光合细菌处理污水；用PVA和海藻酸钠包埋活多种微生物来处理淡水水产养殖污水等。这些研究在特定的水体中取得了一定的效果，但对固定化微生物去除重金属离子的研究还不成熟，且这些方法所用微生物存在不温和，稳定性差，功能不全等缺点，所用固定化材料也不能很好的满足微生物固化最佳条件。本专利所用菌种为EM菌，其具有很强的稳定性，抗氧化能力强大且功能齐全。

同时，与其它固定化方法不同，本专利采用三种纳米材料的复合材料作为载体球的一部分。不仅在去除重金属离子方面能达到很好的效果，还能借助纳米颗粒较大的比表面积和较好的生物相容性和吸附性，达到更好的固定微生物的作用。这三种纳米材料混合，在功能上能够相互补充，使之更好的发挥效果。

发明内容

发明目的：为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种针对生活污水及水产养殖废水排放引起的水体污染及重金属离子污染问题，利用微生物发酵技术和复合纳米材料相结合的方式，将EM菌液固定于直径为10～20mm的纳米多孔载体上。该产品能有效去除生活污水及水产养殖废水中污染物质和大多数重金属离子。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明提出一种复合纳米净化球的制备方法，包括如下步骤：

(1)将EM原液、糖蜜、高岭土和去离子水按5～8％∶3～5％∶2～4％∶80～90％的体积百分比混合，并将其移入发酵瓶中，放入恒温培养箱中在密闭条件下发酵7～8天，发酵温度为37℃，摇床转速为150～200r/min，制得EM扩大菌液；所用的EM原液含有光合菌、乳酸菌、酵母菌、放线菌等复合微生物；

(2)将纳米氧化铝粉、纳米铁粉和纳米SiO₂以10～30g∶5～15g∶1～10g的质量比混匀，置于控温炉中，从100℃开始升温，以每分钟10～15℃的升温速率升温至700～800℃，然后保持恒温状态24-36小时，使之充分混合分解，得到复合纳米粉末；

(3)将步骤(2)得到的复合纳米粉末、竹炭粉清洗后，将两者混合，放入EM扩大菌液中浸泡24～36小时，取出后造粒，得到直径为10～20mm的载体球，然后将载体球在高温烧结，其中，球形是较为优选的形状，然而其他形状也可以实现本发明的目的；

(4)将步骤(3)烧结后的载体球放入EM扩大菌液中共培养3～5天，取出后常温放置2～3天，即得复合纳米净化球。

优选地，步骤(2)中，所述的纳米铁粉粒径为50～55nm；纳米氧化铝粒径为30～35nm；纳米SiO₂的粒径为20-40nm。纳米材料的巨大比表面积和较好的生物相容性和吸附性，使得其能更有效的固定化更多的微生物。

优选地，步骤(3)中，复合纳米粉末和竹炭粉按照30％～50％∶50％～70％的质量比混匀。复合纳米粉末中的高岭土可以增加载体球的粘结性，使之不易破裂，便于煅烧成型。竹炭粉可以提升净化球的吸附能力和净化能力，并能去吸附水体中的铜、锌等重金属离子。

优选地，步骤(3)中，载体球的烧结温度为500～600℃。

本发明进一步提出了通过本发明制备方法制备得到的复合纳米净化球用于生活污水及水产养殖废水净化中的用途。

在用于生活污水及水产养殖废水时，将所述复合纳米净化球直接投放于待处理生活污水及水产养殖废水中。

本发明还提出了通过本发明制备方法制备得到的复合纳米净化球用于重金属离子去除中的用途。

在用于去除时重金属离子时，将所述复合纳米净化球直接投放于待处理生活污水及水产养殖废水中。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明制备方法制备得到的复合纳米净化球效果强大，功能较多，能快速净化水质并去除水中底泥中重金属离子；

(2)所用菌液为EM液，其功能齐全，效果显著，适应能力较强；

(3)以复合纳米材料作为载体的制作材料，不仅能够更好的净化水质，去除重金属离子，还能更好的吸附固定微生物；

(4)当纳米净化球进入水体后，其中的微生物能够较快的适应外界环境，并能够对水体进行环境调控。

具体实施方式

实验材料：纳米铁粉、纳米铝粉、纳米SiO₂是从上海大成纳米材料有限公司购置，纳米SiO₂粒径在20～40nm之间，纳米氧化铝粒径在30～35nm之间，纳米铁粉粒径在50～55nm之间，纳米材料的巨大比表面积和较好的生物相容性和吸附性，使得其能更有效的固定化更多的微生物；高岭土是从龙岩高岭土有限公司购买，其可以增加载体球的粘结性，使之不易破裂，便于煅烧成型；竹炭粉是从锦州天达水处理设备有限公司购置，其可以提升净化球的吸附能力和净化能力，并能去吸附水体中的铜、锌等重金属离子；EM原液为爱睦乐环保生物技术(南京)有限公司生产，含有光合菌、乳酸菌、酵母菌、放线菌等复合微生物。

下面通过具体的实施例详细说明本发明。

实施例1

实验室按质量百分比纳米铝粉∶纳米铁粉∶纳米S_iO₂＝50％∶30％∶20％的比例混合，置于控温炉中，从100℃开始升温，以每分钟10℃的升温速率升温至750℃，保持恒温状态30小时，使之充分混合分解，得到复合纳米粉末。将EM原液、糖蜜、高岭土和去离子水按5％∶3％∶2％∶90％的体积百分比混合，并将其移入发酵瓶中，放入恒温培养箱中在密闭条件下发酵7天，发酵温度为37℃，摇床转速为200r/min，制得EM扩大菌液。将复合纳米粉末、竹炭粉清洗后，将两者按45％∶55％的质量比混匀混合，放入EM扩大菌液中浸泡24小时，取出后造粒，得到直径为20mm的载体球，然后将载体球在600℃下烧结；将烧结后的载体球放入EM扩大菌液中共培养3天，取出后常温放置2天，即得复合纳米净化球。并配置10L生活污水，生活污水中主要污染物质及浓度为，氨氮50mg/L，总氮57mg/L，总磷20mg/L，COD500mg/L，pH为8，DO含量为0-1mg/L。分别投入20g纳米净化球，竹炭球和活性炭球及等量EM液，7天后监测水质，主要指标去除率如表1：

表1不同投加物对生活污水净化效果对比

从净化效果看，在同等量的情况下，复合纳米净化球要明显好于其它处理。说明该纳米净化球对生活污水有较好的处理效果。

实施例2

实验室按质量百分比纳米铝粉∶纳米铁粉∶纳米S_iO₂＝50％∶30％∶20％的比例混合，置于控温炉中，从100℃开始升温，以每分钟10℃的升温速率升温至800℃，保持恒温状态36小时，使之充分混合分解，得到复合纳米粉末。将EM原液、糖蜜、高岭土和去离子水按5％∶3％∶2％∶90％的体积百分比混合，并将其移入发酵瓶中，放入恒温培养箱中在密闭条件下发酵7天，发酵温度为37℃，摇床转速为200r/min，制得EM扩大菌液。将复合纳米粉末、竹炭粉清洗后，将两者按45％∶55％的质量比混匀混合，放入EM扩大菌液中浸泡36小时，取出后造粒，得到直径为20mm的载体球，然后将载体球在500℃下烧结；将烧结后的载体球放入EM扩大菌液中共培养5天，取出后常温放置3天，即得复合纳米净化球。并配置10L含重金属的水产养殖污水，污水中重金属离子为Cd²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、As³⁺、Pb²⁺，浓度都为20mg/L。pH为8，DO含量为0-1mg/L。投入20g复合纳米净化球，竹炭球及等量EM原液，7天后监测水质，主要指标去除率如表2：

表2不同投加物对含重金属水产养殖污水净化效果对比

指标	复合纳米净化球	EM液	竹炭球
				Cd²⁺	75.32％	20.49％	35.23％
Cu²⁺	85.65％	17.41％	19.22％
				Zn²⁺	88.72％	21.63％	28.35％
As³⁺	80.91％	15.33％	14.87％
				Pb²⁺	62.33％	9.76％	13.88％

表2可知，复合纳米净化球对重金属离子的去除要远远好于其它处理，而对其它重金属离子的去除效果，还需要进一步的研究。

以上对本发明所提供的一种用于生活污水及水产养殖废水净化及重金属离子去除的复合纳米净化球及其制备方法进行了介绍，并结合具体个例对本发明的产品效果作了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，如改变载体球的形状，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种复合纳米净化球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将EM原液、糖蜜、高岭土和去离子水按5～8％∶3～5％∶2～4％∶80～90％的体积百分比混合，并将其移入发酵瓶中，放入恒温培养箱中在密闭条件下发酵7～8天，发酵温度为37℃，摇床转速为150～200r/min，制得EM扩大菌液；

(2)将纳米氧化铝粉、纳米铁粉和纳米SiO₂以10～30g∶5～15g∶1～10g的质量比混匀，置于控温炉中，从100℃开始升温，以每分钟10～15℃的升温速率升温至700～800℃，然后保持恒温状态24～36小时，使之充分混合分解，得到复合纳米粉末；

(3)将步骤(2)得到的复合纳米粉末、竹炭粉清洗后，将两者混合，放入EM扩大菌液中浸泡24～36小时，取出后造粒，得到直径为10～20mm的载体球，然后将载体球在高温烧结；

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的纳米铁粉粒径为50～55nm；纳米氧化铝粒径为30～35nm；纳米SiO₂的粒径为20-40nm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，复合纳米粉末和竹炭粉按照30％～50％∶50％～70％的质量比混匀。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，载体球的烧结温度为500～600℃。

5.权利要求1～4任一项所述的制备方法制备得到的复合纳米净化球用于生活污水净化中的用途。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，在使用时，将所述复合纳米净化球直接投放于待处理生活污水中。

7.权利要求1～4任一项所述的制备方法制备得到的复合纳米净化球用于重金属离子去除中的用途。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，在使用时，将所述复合纳米净化球直接投放于待处理生活污水或水产养殖水体中。