CN104773817B - 一种改性生物填料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性堇青石生物填料的制备方法，包括如下步骤：1、配置改性液；2、改性堇青石的制备；3、Ti/Zn‑ZSM‑5的制备；4、制备填料载体；5、将混合菌液均匀涂抹在步骤4得到的填料载体表面上，再涂抹质量百分比为0.5%的海藻酸钠溶液，放置约2‑4小时后用清水清洗，在40℃下干燥20小时，得到改性生物填料。利用本方法得到的改性生物填料具有更好的挂膜性、能够有效吸附分解长链烷烃和多环芳烃，不会影响微生物的正常生长。
Description
技术领域
本发明涉及一种改性生物填料的制备方法，属于环境保护领域。
背景技术
随着人口数量的快速增长和工业化的推进，水体的污染程度日益严重，并且出现了有机难分解物质与传统氨氮、COD复合型污染的新型污染类型，传统污水处理方法对此类污水的处理效果普遍不佳。利用微生物对污染水体进行处理是当今水处理领域的一个研究的热点方向，也是一种绿色高效，无二次污染的处理手段。其中生物膜法是在填料表面挂膜通过生物膜上的微生物群对污水中的污染物进行降解。
目前所使用的生物填料都不同程度的存在着缺陷。现在的固定化微生物材料普遍存在稳定性差、微生物挂膜性能差、力学性能性差的特点。由于污水流动性和水质的波动，投加的微生物很容易流失，或者被原生动物捕食，难以保持稳定持续的去除效果。固定式填料比表面积小、生物膜量少，且表面光滑，生物膜易脱落。微生物法对难分解有机物的去除效果不佳。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种改性生物填料的制备方法，该方法包括如下步骤：
（1）、配制改性液 (以重量份计)：
N-羟甲基丙烯酰胺 50-70
三乙醇胺 60-90
聚乙烯醇 10-16
丙烯酸甲酯 6-8
MgCl2 10-15
水 100-150；
（2）、改性堇青石的制备：取500g份步骤（1）的改性液，而后加入150g粒度为500目的堇青石，持续搅拌30分钟，待堇青石分散开后，升温至70℃，在该温度下搅拌1-3h，过滤得到的固体物质用去离子水洗涤3次后干燥，将干燥后的固体粉末置于马弗炉中空气气氛中350℃焙烧3小时，得到改性堇青石；
（3）、Ti/Zn-ZSM-5的制备：取硝酸钛和硝酸锌溶于250ml的去离子水中，其中硝酸钛和硝酸锌的总重量为1.625g，搅拌溶解后备用；将ZSM-5分散在硝酸铵水溶液中，100℃下保持5小时，过滤后干燥，将干燥粉末15g加入上述硝酸钛和硝酸锌的溶液中，而后升温至80℃，恒温搅拌20小时，过滤并干燥固体物质，得到Ti和Zn改性的ZSM-5；
（4）、取质量比为3：1的Ti/Zn-ZSM-5和改性堇青石，加入搅拌器中，而后加入适量硅溶胶和蒸馏水，打浆、过滤后干燥，350℃焙烧0.5h后，破碎过筛，取50-100目的颗粒作为填料载体成品；
（5）、将混合菌液均匀涂抹在步骤（4）得到的填料载体表面上，再涂抹质量百分比为0.5%的海藻酸钠溶液，放置约2-4小时后用清水清洗，在40℃下干燥20小时，得到改性生物填料。
步骤（5）中混合菌液的制备方法如下：
利用培养基从水体或污泥中筛选出脱氮副球菌、弯曲芽孢杆菌和啤酒酵母菌和蜡状芽孢杆菌；
将脱氮副球菌、弯曲芽孢杆菌、啤酒酵母菌和蜡状芽孢杆菌分别接入牛肉膏蛋白胨液体培养基，36℃培养24h后，在5000rpm的转速下离心10min，将得到的固体沉淀物用生理盐水重悬3次，得到四种菌悬液；
将脱氮副球菌的菌悬液、弯曲芽孢杆菌的菌悬液、啤酒酵母菌的菌悬液和蜡状芽孢杆菌的菌悬液按1∶1∶1∶2的体积比混合得到微生物菌群，以接菌量8％接入培养基中得到混合菌悬液；
将得到的脱氮副球菌、啤酒酵母菌、弯曲芽孢杆菌和蜡状芽孢杆菌的混合菌悬液放入容器中，用去离子水稀释至混合液的pH值呈中性，加入聚乙烯醇形成混合菌液。
步骤（1）中配制改性液 (以重量份计)：
N-羟甲基丙烯酰胺 60
三乙醇胺 75
聚乙烯醇 13
丙烯酸甲酯 7
MgCl2 13
水 125。
本发明的优点在于：
（1）改性液中的N-羟甲基丙烯酰胺、三乙醇胺、聚乙烯醇、丙烯酸甲酯、MgCl2 发生了协同效应，本发明堇青石被改性液改性后，提高了表面的粗糙程度，进一步增大了填料的比表面积和微生物的附着面积，使其具有优良的微生物挂膜性能；
（2）被改性液改性后的堇青石载体具有更高的长链烷烃和多环芳烃收率的吸附分解能力；
（3）改性后的堇青石填料载体力学性能得到显著的提升；
（4）本发明中使用堇青石作为原料成本低廉，储量丰富，且生产工艺简单，在与微生物复合时，不会影响微生物的正常生长，也基本不会对微生物带来毒害反应，同时避免了对水体造成二次污染。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
首先制备混合菌液，具体方法如下：
利用培养基从水体或污泥中筛选出脱氮副球菌、弯曲芽孢杆菌和啤酒酵母菌和蜡状芽孢杆菌；
将脱氮副球菌、弯曲芽孢杆菌、啤酒酵母菌和蜡状芽孢杆菌分别接入牛肉膏蛋白胨液体培养基，36℃培养24h后，在5000rpm的转速下离心10min，将得到的固体沉淀物用生理盐水重悬3次，得到四种菌悬液；
将脱氮副球菌的菌悬液、弯曲芽孢杆菌的菌悬液、啤酒酵母菌的菌悬液和蜡状芽孢杆菌的菌悬液按1∶1∶1∶2的体积比混合得到微生物菌群，以接菌量8％接入培养基中得到混合菌悬液；
将得到的脱氮副球菌、啤酒酵母菌、弯曲芽孢杆菌和蜡状芽孢杆菌的混合菌悬液放入容器中，用去离子水稀释至混合液的pH值呈中性，加入聚乙烯醇形成混合菌液。
实施例1
（1）、配制改性液 (以重量份计)：
N-羟甲基丙烯酰胺 50
三乙醇胺 60
聚乙烯醇 10
丙烯酸甲酯 6
MgCl2 10
水 100；
（2）、改性堇青石的制备：取500g份步骤（1）的改性液，而后加入150g粒度为500目的堇青石，持续搅拌30分钟，待堇青石分散开后，升温至70℃，在该温度下搅拌1h，过滤得到的固体物质用去离子水洗涤3次后干燥，将干燥后的固体粉末置于马弗炉中空气气氛中350℃焙烧3小时，得到改性堇青石；
（3）、Ti/Zn-ZSM-5的制备：取硝酸钛和硝酸锌溶于250ml的去离子水中，其中硝酸钛和硝酸锌的总重量为1.625g，搅拌溶解后备用；将ZSM-5分散在硝酸铵水溶液中，100℃下保持5小时，过滤后干燥，将干燥粉末15g加入上述硝酸钛和硝酸锌的溶液中，而后升温至80℃，恒温搅拌20小时，过滤并干燥固体物质，得到Ti和Zn改性的ZSM-5；
（4）、取质量比为3：1的Ti/Zn-ZSM-5和改性堇青石，加入搅拌器中，而后加入适量硅溶胶和蒸馏水，打浆、过滤后干燥，350℃焙烧0.5h后，破碎过筛，取50-100目的颗粒作为填料载体成品；
（5）、将混合菌液均匀涂抹在步骤（4）得到的填料载体表面上，再涂抹质量百分比为0.5%的海藻酸钠溶液，放置约2小时后用清水清洗，在40℃下干燥20小时，得到改性生物填料。
本生物填料改性后界面剪切强度提高了40%，微生物挂膜量提高了32%，多长链烷烃的去除率达到98%，对多环芳烃的去除率达到99%。
实施例2
（1）、配制改性液 (以重量份计)：
N-羟甲基丙烯酰胺 60
三乙醇胺 75
聚乙烯醇 13
丙烯酸甲酯 7
MgCl2 13
水 125；
（2）、改性堇青石的制备：取500g份步骤（1）的改性液，而后加入150g粒度为500目的堇青石，持续搅拌30分钟，待堇青石分散开后，升温至70℃，在该温度下搅拌2h，过滤得到的固体物质用去离子水洗涤3次后干燥，将干燥后的固体粉末置于马弗炉中空气气氛中350℃焙烧3小时，得到改性堇青石；
（3）、Ti/Zn-ZSM-5的制备：取硝酸钛和硝酸锌溶于250ml的去离子水中，其中硝酸钛和硝酸锌的总重量为1.625g，搅拌溶解后备用；将ZSM-5分散在硝酸铵水溶液中，100℃下保持5小时，过滤后干燥，将干燥粉末15g加入上述硝酸钛和硝酸锌的溶液中，而后升温至80℃，恒温搅拌20小时，过滤并干燥固体物质，得到Ti和Zn改性的ZSM-5；
（4）、取质量比为3：1的Ti/Zn-ZSM-5和改性堇青石，加入搅拌器中，而后加入适量硅溶胶和蒸馏水，打浆、过滤后干燥，350℃焙烧0.5h后，破碎过筛，取50-100目的颗粒作为填料载体成品；
（5）、将混合菌液均匀涂抹在步骤（4）得到的填料载体表面上，再涂抹质量百分比为0.5%的海藻酸钠溶液，放置约3小时后用清水清洗，在40℃下干燥20小时，得到改性生物填料。
本生物填料氧化镁改性后界面剪切强度提高了52%，微生物挂膜量提高了42%，多长链烷烃的去除率达到99%，对多环芳烃的去除率达到99%。
实施例3
（1）、配制改性液 (以重量份计)：
N-羟甲基丙烯酰胺 70
三乙醇胺 90
聚乙烯醇 16
丙烯酸甲酯 8
MgCl2 15
水 150；
（2）、改性堇青石的制备：取500g份步骤（1）的改性液，而后加入150g粒度为500目的堇青石，持续搅拌30分钟，待堇青石分散开后，升温至70℃，在该温度下搅拌3h，过滤得到的固体物质用去离子水洗涤3次后干燥，将干燥后的固体粉末置于马弗炉中空气气氛中350℃焙烧3小时，得到改性堇青石；
（3）、Ti/Zn-ZSM-5的制备：取硝酸钛和硝酸锌溶于250ml的去离子水中，其中硝酸钛和硝酸锌的总重量为1.625g，搅拌溶解后备用；将ZSM-5分散在硝酸铵水溶液中，100℃下保持5小时，过滤后干燥，将干燥粉末15g加入上述硝酸钛和硝酸锌的溶液中，而后升温至80℃，恒温搅拌20小时，过滤并干燥固体物质，得到Ti和Zn改性的ZSM-5；
（4）、取质量比为3：1的Ti/Zn-ZSM-5和改性堇青石，加入搅拌器中，而后加入适量硅溶胶和蒸馏水，打浆、过滤后干燥，350℃焙烧0.5h后，破碎过筛，取50-100目的颗粒作为填料载体成品；
（5）、将混合菌液均匀涂抹在步骤（4）得到的填料载体表面上，再涂抹质量百分比为0.5%的海藻酸钠溶液，放置约4小时后用清水清洗，在40℃下干燥20小时，得到改性生物填料。
本生物填料氧化镁改性后界面剪切强度提高了61%，微生物挂膜量提高了52%，多长链烷烃的去除率达到99%，对多环芳烃的去除率达到99.5%。
Claims (2)
1.一种改性生物填料的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
（1）、以重量份计的下述组分来配制改性液：
N-羟甲基丙烯酰胺 50-70
三乙醇胺 60-90
聚乙烯醇 10-16
丙烯酸甲酯 6-8
MgCl2 10-15
水 100-150；
（2）、改性堇青石的制备：取500g份步骤（1）的改性液，而后加入150g粒度为500目的堇青石，持续搅拌30分钟，待堇青石分散开后，升温至70℃，在该温度下搅拌1-3h，过滤得到的固体物质用去离子水洗涤3次后干燥，将干燥后的固体粉末置于马弗炉中空气气氛中350℃焙烧3小时，得到改性堇青石；
（3）、Ti/Zn-ZSM-5的制备：取硝酸钛和硝酸锌溶于250ml的去离子水中，其中硝酸钛和硝酸锌的总重量为1.625g，搅拌溶解后备用；将ZSM-5分散在硝酸铵水溶液中，100℃下保持5小时，过滤后干燥，将干燥粉末15g加入上述硝酸钛和硝酸锌的溶液中，而后升温至80℃，恒温搅拌20小时，过滤并干燥固体物质，得到Ti和Zn改性的ZSM-5；
（4）、取质量比为3：1的Ti/Zn-ZSM-5和改性堇青石，加入搅拌器中，而后加入适量硅溶胶和蒸馏水，打浆、过滤后干燥，350℃焙烧0.5h后，破碎过筛，取50-100目的颗粒作为填料载体；
（5）、将混合菌液均匀涂抹在步骤（4）得到的填料载体表面上，再涂抹质量百分比为0.5%的海藻酸钠溶液，放置2-4小时后用清水清洗，在40℃下干燥20小时，得到改性生物填料。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中以重量份计的下述组分来配制改性液：
N-羟甲基丙烯酰胺 60
三乙醇胺 75
聚乙烯醇 13
丙烯酸甲酯 7
MgCl2 13
水 125。
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