CN108178341B - 一种固体微生物净化颗粒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固体微生物净化颗粒及其制备方法，该净化颗粒包含植物吸附剂、微生物菌剂和粘结剂，其中，植物吸附剂包含改性茶叶渣和/或改性中药渣，所述微生物菌剂包含EM菌。本发明的固体微生物净化颗粒可以净化多污染源水体，处理污泥，提高综合水污染处理效果，且无二次污染，固体微生物净化颗粒自身主要由可分解物质组成，对水体固含量影响小。还能增加水体营养，抑制有害病菌繁殖生长，增强水体动物健康生长，在养殖水体能提高养殖物产量和质量。

Description

一种固体微生物净化颗粒及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种固体微生物净化颗粒及其制备方法，尤其涉及一种用于废水/污泥处理的固体微生物净化颗粒及其制备方法，属于水处理领域。

背景技术

工业化发展所产生的大量废弃物，未经处理进入水体后破坏了水生态系统的均衡性与稳定性，降低了水质，给生活用水、农业用水、工业用水都带来了风险。为了避免水污染造成的不利影响，供水企业在水污染处理方面投入大量的物力财力。但是对已经污染的江河、湖泊等进行大规模的水污染处理还存在很多的困难，尤其现今没有很好的产品能够处理多污染物的水体。废水中含有的有害物质差异很大，如化工厂、化肥厂、农药厂等的废水含有N、P、S等多种有害的有机和无机化合物；钢铁厂排放的废水主要含有酸洗液、铁屑、油类；炼油厂的废水含有油类、硫化物及碱的废水，而不同的污染物处理方法不同。采用新方式、新设备、新工艺处理废水以实现二次利用，提高处理效果，是未来社会生态化发展的必然趋势。

我国是中草药种植大国，每年生产中成药所产生的大量中药渣的排放和处理是中药厂必须解决的。这些药渣如果简单的堆放在外面，日积月累，堆积如山，渐渐会发酵霉烂，污染环境，给周边群众的生产和生活造成危害。已往对药渣的处理方法主要有填埋或焚烧等，这几年随着技术进步和良好药品生产规范意识的强化，部分企业则对药渣进行利用，变废为宝，如把中药渣制成有机肥料、饲料使用。早在1998年已有研究中药渣处理废水，发现中药渣经过碱性改性后能够很好的絮凝污染物（罗鸿. 中药渣絮凝剂处理造纸废水的研究, 四川环境, 1998, 17（3）:24-26）及吸附重金属铅（韦平英，魏东林，莫德清.板蓝根药渣对低浓度含铅废水的吸附特性研究, 离子交换与吸附, 2003, 19(4): 351 ~ 356），但是直接利用到水质净化的工艺、产品目前还没有。

“茶叶渣”具有生态净化功能，我国已有学者对茶叶渣作用机理进行了探讨，其净化作用主要表现为“吸附功能”，有类似于活性炭的吸附性功能，可吸附污水中的六价铬（王莹莹, 卢晓琴等. 改性茶叶渣对含Cr(VI)废水的吸附研究, 应用化工, 2016,45 (4):657-659,666）、铜（王莹莹, 王军瑾, 胡侠. 赵业军. 茶叶渣对废水中Cu 的吸附, 安徽化工, 2015, 41(5): 24-26）、镉（闫荣荣，郝瑞刚. 茶叶渣纤维素黄原酸酯对废水中Cd(Ⅱ)的吸附研究, 山东化工, 2017, 46(1):33-34）等重金属，因此茶叶渣在废水净化中有其利用价值。在用于废水治理具有成本低、一举多得的特点。

另外，在大力提倡生态环保的同时，微生物处理废弃物技术发展迅速。在水质净化方面，通过光合细菌、硝化细菌或者EM菌，直接或间接的治理污染水体的研究应用越来越多，也形成很多相关产品。但是这些产品作用比较单一，对污染物复杂的水污染综合处理效果不佳。如有益微生物EM菌液处理水体，需要短时间多次大量投入，且不能很好的处理河底污泥。这是因为EM菌没有载体可到达河底污泥内，现有技术研究中作为EM载体的有纳米颗粒、颗粒性活性炭、沸石、无烟煤、陶瓷球、多孔不锈钢或PVC、PE的部分材料，如发明专利《一种用于水质净化的微生物纳米球的制备方法》（ZL201210503044.7）中制成纳米载体颗粒，让EM菌群通过液体附着在载体表面，然后投放到水体。该载体本身没有对水体有任何净化效果，是EM菌通过扩散到水体进行净化。但是该方法中EM菌群的附着浓度、活性以及在水体中的扩散程度都影响水体净化效果，尤其是在水体中没有EM的能量来源，EM菌群生活时间及增长速度大大降低。其它载体也存在这方面的问题，同时上述载体均存在载体成本高、吸附菌群效果差、比重大、加工工艺复杂、回收困难、无净化作用、二次废弃浪费资源等缺点。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种可以处理废水及污泥的固体微生物净化颗粒，通过物理净化材料、生物净化材料的协同作用，实现对重金属污染水体的有效净化。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种固体微生物净化颗粒，包含植物吸附剂、微生物菌剂和粘结剂，其中，植物吸附剂包含改性茶叶渣和/或改性中药渣，所述微生物菌剂包含EM菌。

本发明中，固体微生物净化颗粒被投入废水或污泥中后，可沉降至废水或污泥底部，改性中药渣与改性茶叶渣可对不同的重金属进行物理吸附，将水体中的重金属富集至固体微生物净化颗粒内，植物吸附剂和微生物菌剂协同作用，减少水体中重金属含量，可缩短EM菌处理重金属的时间，提高水体净化的效率，同时被中药渣及茶叶渣吸附的重金属可以在颗粒里面被EM菌生物处理，这样被颗粒吸附的重金属不会二次释放到水体里面，并被转化成对水体无污染的物质，以至于水体里面的重金属去除效率大大提高，也不会造成二次污染；另外，净化过程中繁殖的微生物可以延长净化时间，微生物活动产生的物质可以增加水体营养，杀死病菌。

进一步地，EM菌可由固体EM粉提供，固体EM粉可选用市售固体EM粉，如河南微博生物科技有限公司的EM固体菌种原种粉。

进一步地，所述微生物菌剂还包含光合细菌冻干粉。

进一步地，光合细菌冻干粉可直接选用市售光合细菌冻干粉，如海南嘉能生物科技有限公司生产的“浓缩光合细菌”。

加入光合细菌是因为光合细菌能够降解水体中的亚硝酸盐、硫化物等有毒物质，在净化水产养殖水时，在净化水质，预防疾病的同时，可充当饵料、作为饲料添加剂。光合细菌适应性强，能忍耐高浓度的有机废水，对酚、氰等毒物有一定有忍受和分解能力，具有较强的分解转化能力，是公认的一种单一的多功能水体净化细菌，但是不能完全净化有机无机污染水体。

进一步地，所述固体微生物净化颗粒还包含海底净化粉，可防止藻类污染爆发。该海底净化粉可选用市售海底净化粉，如日照益康有机农业科技发展有限公司生产的“海晟宝”海藻生物菌（水产养殖系列）型号水质净化球，粉碎过60目筛，即得。

进一步地，所述粘结剂包含黏土粉、淀粉、红糖水和糖蜜中的一种或两种以上。

进一步地，按重量份计，包含植物吸附剂30-50份、微生物菌剂1-5份。

进一步地，按重量份计，植物吸附剂包含改性中药渣15-25份和改性茶叶渣15-25份，微生物菌剂包含固体EM粉0.5-2.5份和光合细菌冻干粉0.5-2.5份。

进一步地，按重量份计，还包含纳米SiO₂0.5-1.5份，纳米SiO₂的添加可增大固体微生物净化颗粒的比表面积，提高吸附效率，最终提升处理效果。

进一步地，所述改性茶叶渣由茶叶渣在强酸和甲醛的混合液中经水浴回流处理所得；所述改性中药渣由中药渣在强碱溶液中经高压消煮处理所得。

更进一步地，所述改性中药渣的制备方法包括如下步骤：取直接来源于中药厂的废弃中药渣，按照重量体积比1g:3ml:3ml与50%NaOH溶液、50%KOH溶液进行高压消煮3h，在80℃温度下烘干48h，取出粉碎过100目筛，获得改性中药渣固体颗粒。

进一步地，所述改性茶叶渣的制备方法包括如下步骤：按照1g：5ml：3ml：3ml的比例将茶饮厂的茶叶渣（w）、40％甲醛(v)、 2％硫酸(v)、5%盐酸（v）在60℃水浴上回流4 h，用蒸馏水洗至中性，80℃-85℃烘干，冷却后研磨过100目筛，获得改性茶叶渣固体颗粒。

基于同一发明构思，本发明还提供一种如上所述的固体微生物净化颗粒的制备方法，包括如下步骤：

（1）将植物吸附剂、微生物菌剂混合均匀，获得复配净化粉；

（2）按照体积比1:3-1:6的比例将步骤（1）中获得的复配净化粉与粘结剂混合，加入适量水，搅拌，获得粘稠状糊料；

（3）对步骤（2）获得的糊料进行造粒，获得固体微生物净化颗粒。

进一步地，步骤（2）之前，还包括调配粘结剂的步骤，即先按体积比1:2:20将黏土粉、淀粉、红糖水混合均匀搅拌，然后按体积比加入10%的糖蜜。

进一步地，步骤（2）中，水的加入量为复配净化粉与粘结剂总量的25-30vol.%，以使得复配净化粉与粘结剂能够良好地均匀混合，具体添加时，可对水的添加量进行适度调整。

进一步地，步骤（2）中，将复配净化粉与粘结剂混合后，还包括添加CS-AS水凝胶的步骤，添加量为复配净化粉与粘结剂总量的0.5-1.5vol.%。

进一步地，CS-AS水凝胶溶液的制备方法包括如下步骤：按照1g（w）:50mL（v）:10mL(v)将海藻酸钠、去离子水、250 g /L的冰乙酸均匀搅拌，然后再加入1wt.%壳聚糖，继续搅拌均匀。上述制定好的溶液按体积比2:1加入25 g /L的戊二醛，搅拌均匀后室温下反应12h成胶液。

进一步地，步骤（3）中，通过模具对糊料进行造粒，更进一步地，通过直径大小不同的模具进行造粒，以获得不同尺寸的固体微生物净化颗粒。

本发明基于生态环保理念，变废为宝，利用有益微生物的净化作用，结合植物吸附剂的吸附、絮凝作用，在无害且能作为微生物能量来源的粘结剂、凝胶液的作用下制成不同大小的固体微生物净化颗粒。一般地，被重金属污染的水体的底部沉淀层中重金属含量较高，本发明投入水体后，能很快的沉入水底，在周围环境因素作用下，边溶解边净化污染水体，同时颗粒中的净化物质随着水流空间扩散，可深入在污泥中，EM菌和光合菌等能达到水面层，从而对各水深位置的水体进行修复处理，获得高的处理效率。对水体从上到下的无机污染物、有机污染物、重金属进行吸附、絮凝、生物修复等。本发明固体微生物净化颗粒中的EM菌通过纳米材料、糖蜜能够很大程度的包裹在固体中，颗粒中的糖蜜、淀粉、红糖成分是EM菌很好的食物来源，提高了繁殖速度及生长时间，从而大大提高了生物修复效率。总之，本发明投入水体后可直接进入底泥，通过水环境作用缓慢溶解，空间扩散到四周，达到水面。可从多维面对水体进行pH值调节，快速降解污染水体中氮、磷、硫化氢、亚硝酸盐等有毒有害物质；消除异、臭味，提高水溶氧量；抑制有害病菌繁殖生长，维持水体生态平衡，促进水体动物生长发育。在养殖水体中还能迅速分解底泥养殖残饵料、粪便等残留物，增加水体营养，培肥水体。还能增强水产养殖动物机体免疫力和防病抗病能力。另外，植物吸附剂在净化颗粒中作为微生物载体和颗粒骨架作用，投加到水体中一段时间后，也会被分解，不会造成水体中固含量的大幅度升高。

本发明的有益效果是，固体微生物净化颗粒可以净化多污染源水体，处理污泥，提高综合水污染处理效果，且无二次污染，固体微生物净化颗粒自身主要由可降解物质组成，对水体固含量影响小。还能增加水体营养，抑制有害病菌繁殖生长，增强水体动物健康生长，在养殖水体能提高养殖物产量和质量。

具体实施方式

实施例1

本发明的一种废水及污泥处理固体微生物净化颗粒的制备步骤如下：

1、复合净化粉配置

将改性中药渣、改性茶叶渣、海底净化粉、固体EM粉、光合细菌冻干粉按照重量比20:20: 1:1:1进行均匀混合成复配净化粉。其中：

（1）改性中药渣絮凝剂的制备

将取自中药厂的废弃中药渣与50%NaOH溶液、50%KOH溶液按照重量体积比1g:3ml:3ml进行混合，高压消煮3h，在80℃温度下烘干48h，取出粉碎过100目筛，得改性中药渣固体颗粒。

（2）改性茶叶渣吸附剂粉状的制备

按照1g：5ml：3ml：3ml的比例将茶饮厂的茶叶渣（w）、40％甲醛(v)、2％硫酸(v)、5%盐酸（v）在60℃水浴上回流4 h，用蒸馏水洗至中性，80℃-85℃烘干，冷却后研磨过100目筛，获得改性茶叶渣固体颗粒。

（3）海底净化粉

由“海晟宝”海底净化球粉碎过60目。

（4）固体EM粉和光合细菌冻干粉

是由市场上直接购买，本实施例选用河南微博生物科技有限公司生产的EM固体菌种原种粉和海南嘉能生物科技有限公司生产的“浓缩光合细菌”。

2、复配粘结剂配置

按照体积比1:2:20将黏土粉、淀粉、红糖水混合均匀搅拌，然后按体积比加入10%的糖蜜，制成复配粘结剂。

3、CS-AS水凝胶溶液的制备

按照1g（w）:50mL（v）:10mL(v)将海藻酸钠、去离子水、250 g/L的冰乙酸均匀搅拌，然后再加入1wt.%壳聚糖，继续搅拌均匀。上述制定好的溶液按体积比2:1加入25 g/L的戊二醛, 搅拌均匀后在室温下反应12 h成胶液。

4、颗粒成型

按体积比1:3的比例将复配净化粉投入在复配粘结剂，并加入1%的纳米SiO₂，按体积比加入30%的50℃-60℃的温水，然后按体积比加入1%的CS-AS水凝胶溶液继续搅拌成粘稠状，然后根据实际需要倒入不同直径模具冷却，可制成不同尺寸的固体微生物净化颗粒，且具有一定塑性。

该固体净化颗粒可直接应用在养殖水体、居民生活污水、工业污水、灌溉水的净化，还能直接处理江河、湖泊、自来水厂、污水处理厂的污泥。用量可按照不同水体污染程度确定，推荐使用为每立方污染水体投入50g-500g。由于可以吸附水中较大颗粒，使用后水体透明度提高，重金属（隔、铅、铬、铜、砷、锰）含量平均降低85%，基本消除水体富营养化（去除97%的氮、磷），去除蓝藻效率达95%，杀死水体有害病菌，增加有益微生物含量50%以上。在养殖水体中使用可增加溶氧，降低氨氮与亚硝酸氮，抑制有害微生物的繁殖，降解有机物，增加养殖动物营养，提高免疫力。

综上所述，本发明利用中药渣、茶叶渣经过改性变废为宝，加入市场上已有的污染处理固体菌粉、净化产品，同时加入这些菌所需的营养物质（本身也具有粘结载体的作用），通过一些无害粘结剂、凝胶液的作用制成固体微生物净化颗粒。不仅提高了水质及污泥的处理效率，也提升了综合水污染处理效果，不给水体造成二次污染。本发明还具有制作方便、成本不高、使用简单等特点。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (1)

1.一种固体微生物净化颗粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）按重量份计，将20份改性中药渣固体颗粒、20份改性茶叶渣固体颗粒、1份海底净化粉、1份固体EM粉、1份光合细菌冻干粉混合均匀，获得复配净化粉；

其中，所述改性中药渣的制备方法包括如下步骤：取废弃中药渣，按照重量体积比1g:3ml:3ml与50%NaOH溶液、50%KOH溶液进行高压消煮3h，在80℃温度下烘干48h，取出粉碎过100目筛，获得改性中药渣固体颗粒；

所述改性茶叶渣的制备方法包括如下步骤：按照1g：5ml：3ml：3ml的比例将茶叶渣、40％甲醛、 2％硫酸、5%盐酸在60℃水浴上回流4 h，用蒸馏水洗至中性，80℃-85℃烘干，冷却后研磨过100目筛，获得改性茶叶渣固体颗粒；

调配粘结剂，即先按体积比1:2:20将黏土粉、淀粉、红糖水混合均匀搅拌，然后按体积比加入10%的糖蜜；

（2）按照体积比1:3的比例将步骤（1）中获得的复配净化粉与粘结剂混合，并加入1%的纳米SiO₂，按体积比加入30%的50℃-60℃的温水，然后按体积比加入1%的CS-AS水凝胶溶液继续搅拌成粘稠状获得粘稠状糊料；

其中，所述粘结剂包含黏土粉、淀粉、红糖水和糖蜜；CS-AS水凝胶溶液的制备方法包括如下步骤：按照1g:50mL:10mL将海藻酸钠、去离子水、250g/L的冰乙酸均匀搅拌，然后再加入1wt.%壳聚糖，继续搅拌均匀后，按体积比2:1加入25 g /L的戊二醛，搅拌均匀后室温下反应12 h成CS-AS水凝胶；

（3）对步骤（2）获得的糊料进行造粒，获得固体微生物净化颗粒。