CN110294536B - 一种生物质碳硝化细菌载体的制备方法 - Google Patents

一种生物质碳硝化细菌载体的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种生物质碳硝化细菌载体的制备方法，属于水处理材料的制备领域，本发明的目的在于提供一种生物质碳硝化细菌载体的制备方法，分别配制硅酸钠、氯化镁和氯化铁溶液；将玉米秸秆粉碎至10‑5目（2‑4mm）粒径，制成秸秆颗粒；在搅拌条件下，用氯化镁和氯化铁混合液浸渍秸秆颗粒0.5‑1h后，过滤取出秸秆颗粒，用硅酸钠溶液浸渍10分钟，取出烘干后450‑550℃无氧焙烧2‑3h，冷却后清水冲洗2遍，即生成生物质碳硝化细菌载体。其具备微生物附着性能好，对氨氮吸附能力强，硝化性能好而且稳定等特点；制备工艺简捷，投资少，以农业废弃物秸秆为主要原料，成本低，且可以回收循环利用，符合国家节能减排发展方向。

Description

一种生物质碳硝化细菌载体的制备方法
技术领域
本发明属于水处理材料的制备技术领域，具体涉及一种用于污水或地表水中硝化除氨的硝化细菌载体的制备方法。
背景技术
氨氮是水中常见的污染物，对水生生物有重要的影响，受到严格控制。氨氮高促进水生藻类植物生长，浮游藻类如蓝绿藻等过度生长，造成水质恶化。氨氮抑制鱼类氧传递，造成水产养殖成本增加，严重时甚至造成整体死塘的损失。因而除氨脱氮技术在水处理、景观水保持、水产养殖等方面有广泛需求。目前污水处理厂消减氨氮的主要方法是生物脱氮，具有去除效果好，工艺成熟，成本低等优势。
氨氮在有氧情况下，可以被微生物催化氧化成硝酸根或亚硝酸根，之后在反硝化过程中被还原为氮气。污水及富营养化地表水体系中，硝氮和亚硝氮通常不会积累，可以较快地转化为氮气而脱氮；其中氨氮的硝化过程非常关键，控制着水中总氮的去除效果。一方面由于氨氮本身的毒性对水生生物而言更大和明显；另一方面硝化效果好的话，反硝化过程通常较为顺畅，脱氮效率就高。硝化细菌属于化能自养菌，生长繁殖速率慢,世代周期长,对环境和毒性物质比较敏感,导致市售硝化细菌活性保藏时间短。因此，探索研发提高硝化细菌的硝化能力且延长硝化细菌活性保藏时间的载体对水处理、景观水保持、水产养殖业等的发展具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物质碳硝化细菌载体的制备方法，利用本发明的方法制备的载体，可以更好地生成和富集硝化细菌，发挥硝化效果，在更宽泛的环境条件下，有更好的适应能力，本方法制备工艺简单，成本低廉，易于工业化实施，所得的载体硝化除氨效果好，性能稳定，使用时间长，可在污水处理厂或地表水、景观水、养殖水等氨氮超标时使用。
本发明采用如下技术方案：
一种生物质碳硝化细菌载体的制备方法，包括如下步骤：
第一步，配制浓度为0.5-1M的氯化镁溶液或硫酸镁溶液；配制浓度为0.5-1M的可溶性铁盐或亚铁盐溶液；配制0.2-0.3M的硅酸钠溶液；
第二步，将植物废料粉碎至粒径为2-4mm的颗粒；
第三步，搅拌条件下，将氯化镁溶液或硫酸镁溶液和可溶性铁盐或亚铁盐溶液以体积比1:1的比例，混合制成混合溶液；
第四步，将颗粒和混合溶液以体积比1:1的比例混合，搅拌均匀，浸渍0.5-1h后，过滤取出秸秆颗粒，用硅酸钠溶液以体积比1:1的比例浸渍10min，过滤、烘干；
第五步，烘干后，在450-550℃条件下，无氧焙烧2-3h，冷却后，清水冲洗2遍，烘干，即得生物质碳硝化细菌载体。
第一步中所述可溶性铁盐溶液或亚铁盐溶液包括氯化铁溶液、硫酸铁溶液、硫酸亚铁溶液和氯化亚铁溶液中的任意一种。
第一步中所述植物废料为秸秆。
本发明通过氯化镁、氯化铁和硅酸钠等溶液浸渍、及高温无氧焙烧改性，有效地在生物质碳化过程中改善了生物质碳的结构，同时将必要的碱性基团掺杂在结构之中。这种改性，使得铁、镁以及硅酸盐以氧化物形式掺杂在碳结构中。一方面改善了微生物（硝化细菌及亚硝化细菌等）生长附着的条件，使得微生物挂膜过程加快，增殖速率加快；另一反面，提升了生物质碳比表面积，增强了其对氨氮的吸附能力和效率，有利于硝化过程，有利于更有效地降解水中的氨氮。
本发明的有益效果如下：
1. 本发明设计的制备方法以农业废弃物秸秆为主要原料，成本低，充分发挥其中生物质碳成分和结构的作用，更有利于硝化细菌附着、生长。
2. 本发明制备得到的生物质碳硝化细菌载体具备对氨氮吸附能力强，氨氮去除率高，硝化性能好而且稳定。
3. 本发明制备得到的生物质碳硝化细菌载体适应能力强，对普通生活污水、富营养化地表水等硝化除氨效果好，具备良好的适应性能。
4. 本发明制备工艺简捷，投资少，原料成本低、能耗低，符合国家社会节能减排发展方向。
具体实施方式
实施例1
在本实施例中，分别配制浓度为0.5M的氯化镁和氯化铁溶液；在快速搅拌（200rpm）条件下，分别取500mL氯化镁和氯化铁溶液混合；将一定量玉米秸秆粉碎至10-5目（2-4mm），制成秸秆颗粒；秸秆颗粒与上述混合液以体积比1:1的比例混合、充分搅拌、浸渍0.5h后过滤取出秸秆颗粒，用硅酸钠溶液（0.2M）以体积比1:1的比例浸渍10分钟，过滤、烘干；烘干后450℃无氧焙烧2h，冷却后清水冲洗2遍，烘干，即生成生物质碳硝化细菌载体，记作C1。
实施例2
在本实施例中，保持室温条件下，以2只有效容量为15L的不锈钢桶作为反应器。加入生活污水，其中氨氮含量为59-67.3mg/L，COD276-310mg/L，加入污水处理厂曝气池活性污泥，使之MLSS达到3000-3230mg/L；其中一只反应器中加入上述生物质碳硝化细菌载体（C1）15g，另一只作对照；曝气使溶液中氧平衡浓度保持在2.2mg/L以上，每天换水1次，培养7d。第8天换水后开始计时，分别于反应0hr、2hr、3hr、5hr后取样测定水中残留氨氮含量。结果如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
可见使用本发明载体除氨效果良好，较对照组有显著提升，尤其在2-3hr优势更显著。
实施例3
在本实施例中，分别配制浓度为1.0M的氯化镁和氯化铁溶液；在快速搅拌（200rpm）条件下，分别取500mL氯化镁和氯化铁溶液混合；将一定量玉米秸秆粉碎至10-5目（2-4mm），制成秸秆颗粒；秸秆颗粒与上述混合液以体积比1:1的比例混合、充分搅拌、浸渍1.0h后过滤取出秸秆颗粒，用硅酸钠溶液（0.3M）以体积比1:1的比例浸渍10分钟，过滤、烘干；烘干后550℃无氧焙烧2h，冷却后清水冲洗2遍，烘干，即生成生物质碳硝化细菌载体，记作C2。
实施例4
在本实施例中，保持室温条件下，以2只有效容量为15L的不锈钢桶作为反应器。加入生活污水，其中氨氮含量为62.5-67.1mg/L，COD281-308mg/L，加入污水处理厂曝气池活性污泥，使之MLSS达到3000-3200mg/L；其中一只反应器中加入上述生物质碳硝化细菌载体（C2）15g，另一只作对照；曝气使溶液中氧平衡浓度保持在2.2mg/L以上，每天换水1次，培养7d。第8天换水后开始计时，分别于反应0hr、2hr、3hr、5hr后取样测定水中残留氨氮含量。结果如下：
Figure 416470DEST_PATH_IMAGE002
可见使用本发明载体除氨效果良好，较对照组有显著提升，尤其在2-3hr优势更显著。

Claims (3)

1.一种生物质碳硝化细菌载体的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，配制浓度为0.5-1M的氯化镁溶液或硫酸镁溶液；配制浓度为0.5-1M的可溶性铁盐或亚铁盐溶液；配制0.2-0.3M的硅酸钠溶液；
第二步，将植物废料粉碎至粒径为2-4mm的颗粒；
第三步，搅拌条件下，将氯化镁溶液或硫酸镁溶液和可溶性铁盐或亚铁盐溶液以体积比1:1的比例，混合制成混合溶液；
第四步，将颗粒和混合溶液以体积比1:1的比例混合，搅拌均匀，浸渍0.5-1h后，过滤取出秸秆颗粒，用硅酸钠溶液以体积比1:1的比例浸渍10min，过滤、烘干；
第五步，烘干后，在450-550℃条件下，无氧焙烧2-3h，冷却后，清水冲洗2遍，烘干，即得生物质碳硝化细菌载体。
2.根据权利要求1所述的一种生物质碳硝化细菌载体的制备方法，其特征在于：第一步中所述可溶性铁盐溶液或亚铁盐溶液包括氯化铁溶液、硫酸铁溶液、硫酸亚铁溶液和氯化亚铁溶液中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种生物质碳硝化细菌载体的制备方法，其特征在于：第一步中所述植物废料为秸秆。
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