CN111072139A - 硫自养型反硝化生物砖的制备方法及由此制备的生物砖 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硫自养型反硝化生物砖的制备方法及由此制备的生物砖。所述制作方法包括以下步骤：取硫粉、黄铁矿粉末、能够吸附硝态氮的颗粒吸附剂和建筑垃圾再生骨料混合形成混合骨料；将硫自养型反硝化菌液、含有巴氏芽孢杆菌的生物胶结液与混合骨料拌匀后装入多孔透水模具中压实；将多孔透水模具完全浸没在尿素与CaCl2的混合盐溶液中，静置24h；取出混合盐溶液中的多孔透水模具，于通风处沥干孔隙中的水分；从多孔透水模具中取出固化成型的干燥砖体，重复浸没、沥干步骤2～4次，最终得到硫自养型反硝化生物砖。所述生物砖制作工艺简单、节约资源、可有效去除水体中的氮素，吸附水体污染物，对于节约型社会的构建具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及河流湖泊水质净化技术领域，具体涉及一种硫自养型反硝化生物砖的制备方法及由此制备的生物砖。
背景技术
水体的富营养化会造成无机氮的积累，使浮游植物大量繁殖，从而破坏水体原有的生态系统的平衡。就我国而言，水体富营养化的速度发展很快，并会持续很长一段时间，同时，广袤的地表水环境不利于污染物的治理。因此，经济高效便捷的水体脱氮技术开发，一直都是水污染技术领域研究的热点之一。
近年来，硫自养反硝化作用因无需外加碳源，节约成本，无二次污染，产生污泥量少等优点成为脱氮领域的热点。但大多研究均集中在对污水处理设施中反硝化滤池的改造，对地表水体的脱氮技术公布较少。目前针对硫自养反硝化研究的电子供体主要是单质硫(硫磺)；硫铁矿是地壳中含量丰富且主要以矿物加工厂废弃物形式存在的硫化矿物，价格低廉，已有研究证明硫铁矿可以作为电子供体，将NO3 －还原为N2。虽然处理效率不如单质硫，但考虑硫源的经济性以及应用于河流湖泊脱氮治理的长期性，适当添加硫铁矿并不影响反硝化细菌的脱氮效果。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种硫自养反硝化生物砖的制备方法及由此制备的生物砖。以提供一种制作工艺简单、节约资源、环境友好的生物砖，从而促进建筑垃圾的减量化、生态环境的可持续发展以及节约型社会的构建。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种硫自养型反硝化生物砖的制备方法，所述制作方法包括以下步骤：
(1)按照不同比例，分别取硫粉、黄铁矿粉末、能够吸附硝态氮的颗粒吸附剂和建筑垃圾再生骨料混合形成混合骨料；
(2)将硫自养型反硝化菌液、含有巴氏芽孢杆菌的生物胶结液与混合骨料拌匀后装入多孔透水模具中压实；
(3)将多孔透水模具完全浸没在尿素与CaCl2的混合盐溶液中，静置24h；
(4)取出混合盐溶液中的多孔透水模具，于通风处沥干孔隙中的水分；
(5)从多孔透水模具中取出固化成型的干燥砖体，重复(3)、(4)步骤2～4次，最终得到硫自养型反硝化生物砖。
进一步地，所述能够吸附硝态氮的颗粒吸附剂的粒径为1～2mm，由氯化物和壳聚糖的混合溶液滴加进氨水中静置、分离、洗涤后所得，所述氯化物为氯化铝和/或氯化铁。
进一步地，所述建筑垃圾再生骨料为建筑拆除过程中产生的废弃红砖骨料经破碎、筛分而得。
进一步地，所述混合骨料中各组分的质量分数为：
硫粉：2～5％；
黄铁矿：6～10％；
颗粒吸附剂：7～10％；
建筑垃圾再生骨料：75～85％。
进一步地，所述硫自养型反硝化菌液、由驯化筛选的硫自养型反硝化菌与营养液组成；其中营养液为含有1g/LNaNO3、0.005g/L Ca(OH)2、0.4g/L FeSO4、2g/L NaCl和0.9g/L K2HPO4的混合溶液。
进一步地，所述生物胶结液为尿素酶检测为阳性的巴氏芽孢杆菌培养液。
进一步地，所述混合盐溶液中尿素与CaCl2的摩尔浓度相等，均为1.2～2.0mol/L。
进一步地，所述硫粉、黄铁矿的粒径小于1mm。
一种硫自养型反硝化生物砖，其通过上述方法制备而成。
本发明的有益效果在于：
1.本发明公开了一种用于河流湖泊水质净化的硫自养型反硝化生物砖。所述生物砖可利用硫自养型反硝化菌在无外加碳源的情况下有效去除水体中的硝态氮。
2.本发明所述生物砖具有较强的透水性，良好的透水性有利于污染物的吸附促进反硝化菌的活性。
3.本发明所述生物砖可悬挂于河道断面或直接平铺于河底，削减后成为自然河底的一部分。
4.本发明所述生物砖制作工艺简单、节约资源、环境友好，对于建筑垃圾的减量化、生态环境的可持续发展以及节约型社会的构建具有重要意义。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
实施例1
(1)按照质量比，分别取2％的粒径1～3mm的硫粉、7％的黄铁矿、6％的能够吸附硝态氮的颗粒吸附剂和85％的建筑垃圾再生骨料混合。颗粒吸附剂粒径为1～2mm，由铝和/或铁氯化物和和壳聚糖的混合溶液滴加进氨水中静置、分离、洗涤后所得，由该方法制备的铝和/或铁改性壳聚糖除硝酸盐颗粒吸附剂具有硝酸盐去除率高，吸附量大的优点，可从流经生物砖的水体中有效吸附硝态氮，并将其提供给硫自养型反硝化菌。
(2)筛选驯化污水处理厂缺氧池活性污泥中的硫自养型反硝化菌。
(3)将步骤(1)所述混合骨料与硫自养型反硝化菌液、含有巴氏芽孢杆菌的生物胶结液拌匀后装入多孔透水模具中压实，硫自养型反硝化菌液由驯化筛选的硫自养型反硝化菌与营养液组成；其中营养液为含有1g/LNaNO3、0.005g/L Ca(OH)2、0.4g/L FeSO4、2g/LNaCl和0.9g/L K2HPO4的混合溶液。
(4)将多孔透水模具完全浸没在尿素与CaCl2的混合盐溶液中，静置24h；巴氏芽孢杆菌产生脲酶分解尿素产生二氧化碳，与CaCl2溶液形成CaCO3沉淀将骨料胶结在一起；
(5)取出混合盐溶液中的多孔透水模具，于通风处沥干孔隙中的水分；
(6)从多孔透水模具中取出固化成型的干燥砖体，重复(4)、(5)步骤3次，最终得到硫自养型反硝化生物砖。胶结固化形成的石灰石可在反应产酸的过程中不断溶解以缓冲pH的降低，保障水体的pH不会因外加菌种而降低，并可提供无机碳源，为菌种净化低C/N比的污水提供能量保证。
(7)将所述生物砖平铺于河底，定期检测铺设生物砖的河道上游和下游水质中硝酸盐氮的含量，发现其去除水体硝酸盐氮的效率在24％～37％之间。
实施例2
(1)按照质量比，分别取5％的粒径1～3mm的硫粉、10％的黄铁矿、10％的能够吸附硝态氮的颗粒吸附剂和75％的建筑垃圾再生骨料混合。颗粒吸附剂粒径为1～2mm，由铝和/或铁氯化物和和壳聚糖的混合溶液滴加进氨水中静置、分离、洗涤后所得，由该方法制备的铝和/或铁改性壳聚糖除硝酸盐颗粒吸附剂具有硝酸盐去除率高，吸附量大的优点，可从流经生物砖的水体中有效吸附硝态氮，并将其提供给硫自养型反硝化菌。
(2)筛选驯化污水处理厂缺氧池活性污泥中的硫自养型反硝化菌。
(3)将步骤(1)所述混合骨料与硫自养型反硝化菌液、含有巴氏芽孢杆菌的生物胶结液拌匀后装入多孔透水模具中压实，硫自养型反硝化菌液由驯化筛选的硫自养型反硝化菌与营养液组成；其中营养液为含有1g/LNaNO3、0.005g/L Ca(OH)2、0.4g/L FeSO4、2g/LNaCl和0.9g/L K2HPO4的混合溶液。
(4)将多孔透水模具完全浸没在尿素与CaCl2的混合盐溶液中，静置24h；巴氏芽孢杆菌产生脲酶分解尿素产生二氧化碳，与CaCl2溶液形成CaCO3沉淀将骨料胶结在一起；
(5)取出混合盐溶液中的多孔透水模具，于通风处沥干孔隙中的水分；
(6)从多孔透水模具中取出固化成型的干燥砖体，重复(4)、(5)步骤3次，最终得到硫自养型反硝化生物砖。胶结固化形成的石灰石可在反应产酸的过程中不断溶解以缓冲pH的降低，保障水体的pH不会因外加菌种而降低，并可提供无机碳源，为菌种净化低C/N比的污水提供能量保证。
(7)将所述生物砖悬挂于过水断面，定期检测铺设生物砖的河道上游和下游水质中硝酸盐氮的含量，发现其去除水体硝酸盐氮的效率在31％～45％之间。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种硫自养型反硝化生物砖的制备方法，其特征在于，所述制作方法包括以下步骤：
(1)按照不同比例，分别取硫粉、黄铁矿粉末、能够吸附硝态氮的颗粒吸附剂和建筑垃圾再生骨料混合形成混合骨料；
(2)将硫自养型反硝化菌液、含有巴氏芽孢杆菌的生物胶结液与混合骨料拌匀后装入多孔透水模具中压实；
(3)将多孔透水模具完全浸没在尿素与CaCl2的混合盐溶液中，静置24h；
(4)取出混合盐溶液中的多孔透水模具，于通风处沥干孔隙中的水分；
(5)从多孔透水模具中取出固化成型的干燥砖体，重复(3)、(4)步骤2～4次，最终得到硫自养型反硝化生物砖。
2.一种如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述能够吸附硝态氮的颗粒吸附剂的粒径为1～2mm，由氯化物和壳聚糖的混合溶液滴加进氨水中静置、分离、洗涤后所得，所述氯化物为氯化铝和/或氯化铁。
3.一种如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述建筑垃圾再生骨料为建筑拆除过程中产生的废弃红砖骨料经破碎、筛分而得。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合骨料中各组分的质量分数为：
硫粉：2～5％；
黄铁矿：6～10％；
颗粒吸附剂：7～10％；
建筑垃圾再生骨料：75～85％。
5.根据权利要求1的制备方法，其特征在于，所述硫自养型反硝化菌液、由驯化筛选的硫自养型反硝化菌与营养液组成；其中营养液为含有1g/LNaNO3、0.005g/L Ca(OH)2、0.4g/LFeSO4、2g/L NaCl和0.9g/L K2HPO4的混合溶液。
6.根据权利要求1的制备方法，其特征在于，所述生物胶结液为尿素酶检测为阳性的巴氏芽孢杆菌培养液。
7.根据权利要求1的制备方法，其特征在于，所述混合盐溶液中尿素与CaCl2的摩尔浓度相等，均为1.2～2.0mol/L。
8.根据权利要求1的制备方法，其特征在于，所述硫粉、黄铁矿的粒径小于1mm。
9.一种硫自养型反硝化生物砖，其通过权利要求1-8任一项的方法制备而成。
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