[发明专利]一种用于水体氨氮吸附生物滤池填料的功能材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于水体氨氮吸附的生物滤池填料及其制备方法和应用。所述的方法包括下述步骤：1、安琪酵母和葡萄糖溶于水后置于培养箱中培养；所得溶液加入沸石和小麦面粉的混合物中揉至均匀置于培养箱中发酵，然后高温固化；4、固化成型后将材料置于真空干燥至恒重，然后氩气环境下高温煅烧即得。该材料中的沸石和面粉经发酵、高温处理后形成多孔的生物质炭和沸石的复合材料，提高氨氮吸附效率，且此复合材料成块状硬度较大，做生物滤池填料不易被水流冲刷且可抗一定的水压；同时所形成的多孔结构不仅提高了材料与氨的接触面积大大提高的氨氮的吸附能力，且可为微生物提供生存场所，提高挂膜效果，可望大规模推广使用。

技术领域

本发明属于吸附材料领域，具体涉及一种用于水体氨氮吸附生物滤池填料的功能材料的制备方法及其应用。

背景技术

氨氮作为水体中的一种有害污染物备受国内外关注，其主要以两种形态存在：NH₄⁺和NH₃(Fu et al.,2012)。其中，分子态NH₃由于呈中性且溶于脂质，可以直接通过生物膜，因而毒性更大；离子态的NH₄⁺则在浓度达2mg/L时开始危害人体健康。天然水体具有自净能力，然而当氨氮浓度富集超过50mg/L时，水体硝化作用受到抑制，富营养化趋势凸显，很多水生动植物会因此损伤严重。因此有效控制水体中氨氮含量具有重要意义。

氨氮废水的治理也受到国家的重视，相关技术得到快速发展，沸石、生物质炭等吸附剂作为环境友好型材料应用于氨氮的处理净化具备有一定优势，近年来受到特别青睐。生物炭是一种良好的吸附剂，原料来源十分丰富，孔隙结构发达，比表面积巨大，具有高度的稳定性和较强的吸附性能，已用于土壤改良、缓解气候变化、降低环境污染等方面，其对氨氮也有较好的吸附性能。天然沸石来源广泛，种类丰富，制备和操作简单易行，主要成分是由碱金属或碱土金属阳离子组成的结晶型水合硅铝酸盐。天然沸石净化氨氮废水处理机理包括两方面：一是物理吸附，主要因其形态结构特殊，空隙、通道众多，具有的比表面积大，可以将NH₄⁺吸附在各位点上；二是离子交换，天然沸石对NH4+具有选择吸附性，其位点上的碱金属或碱土金属离子容易和NH₄⁺置换，从而去除氨氮。沸石不仅是良好的氨氮吸附剂，而且其微孔结构和巨大的比表面积，很适合微生物的生长繁殖。因此，将沸石作为生物载体用于水体脱氮，具有广阔的应用前景。目前，沸石与生物联用主要用于沸石生物滤池，其中以天然沸石曝气生物滤池(ZBAF)应用最广。

生物滤池载体的天然沸石对氨氮的吸附性能不够高。滤料表面粗糙度、比表面积、孔径、相对密度等因素，都影响生物滤池的处理效果。有研究表面天然沸石的表面和内部孔道中吸附了大量的杂质(如Na⁺,K⁺,Ca²⁺,Mg²⁺等)，且内部孔道相互贯通程度也低，导致其吸附性能和离子交换性能不能得到充分发挥。因此，有必要对天然沸石进行改性或改型活化。而一定温度下焙烧天然沸石能够去除沸石孔道和空穴中的沸石水、有机物和碳酸盐，使沸石孔道被疏通，比表面积增大，达到提高沸石氨氮吸附速率和交换容量的目的。王黎瑾研究发现在200～500℃范围内，随着温度的升高，沸石氨氮吸附性能逐渐提高，但超过500℃，沸石氨氮去除效果反而下降。沸石滤料，其表面粗糙度越高，也越有利于微生物的附着生长，能减少水力剪切对微生物带来的冲击，减少微生物的流失；比表面积和孔径越大，则单位体积滤料能够附载的微生物量就越多。另外沸石的粒径对氨氮去除影响很大，粒径越小，去除率越高。但颗粒小在生物滤池中容易被冲走，因此滤池中通常用较大颗粒如粒径为3-5mm的沸石，但随着粒径的增大，沸石对氨氮的吸附效率大大降低，且生物挂膜效果也有下降，易脱膜，不能满足生物滤池对填料的需求，因此开发新的生物滤池填料具有非常重要的意义。

发明内容