本發(fā)明涉及水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于改性生物質(zhì)灰渣的水處理填料及其制備方法。

背景技術(shù)：

污水生物膜處理法是使細(xì)菌和菌類一類的微生物和原生動(dòng)物、后生動(dòng)物一類的微型動(dòng)物附著在濾料或某些載體上生長(zhǎng)繁育，并在其上形成膜狀生物污泥——生物膜。參與水處理的微生物等需要不斷地從周圍環(huán)境的污水中吸取其所必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，包括碳源、氮源等。碳是組成生物細(xì)胞的重要物質(zhì)，參與水處理的微生物及微型動(dòng)物對(duì)碳源的需求量較大，一般如以C/N不低于5計(jì)。目前，工業(yè)廢水和部分生活污水含碳量較低，無法保障微生物及微型動(dòng)物的正常生長(zhǎng)和水處理效果。此問題目前的解決辦法為外加碳源，例如活性炭、石英砂、天然沸石、離子交換樹脂等，然而，外加碳源很大程度地提高了水處理的成本。

生物質(zhì)灰渣是生物質(zhì)電廠燃燒秸稈、木材等生物質(zhì)燃料所產(chǎn)生的灰渣，是目前我國(guó)生物質(zhì)電廠發(fā)電過程中所產(chǎn)生的主要廢棄物，一般生物質(zhì)灰渣都直接丟棄，加上秸稈發(fā)電產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，各地興建了一批以秸稈發(fā)電為能源主體的發(fā)電廠，其燃燒后會(huì)產(chǎn)生大量的生物質(zhì)灰渣。

目前大量的生物質(zhì)灰渣得不到合理的處置，并普遍認(rèn)為其利用價(jià)值較低，視其為廢棄物。然而由于不完全燃燒生物質(zhì)灰渣中殘留的有機(jī)質(zhì)在一定程度上可以被微生物所利用，使得生物灰渣在作為污水處理的補(bǔ)充碳源方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，因此，若研發(fā)新的方法將生物質(zhì)灰渣用在水處理領(lǐng)域，發(fā)揮其應(yīng)有的價(jià)值，將具有很大的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種基于改性生物質(zhì)灰渣的水處理填料及其制備方法，得到可進(jìn)行碳源自給、具有較大比表面積和豐富表面官能團(tuán)的改性生物質(zhì)灰渣水處理填料，以解決生物質(zhì)灰渣的有效利用，同時(shí)降低水處理成本的問題。

為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于改性生物質(zhì)灰渣的水處理填料的制備方法，包括以下步驟：按照1L混合液加入0.6Kg～1Kg生物質(zhì)灰渣的比例，將生物質(zhì)灰渣加入到混合液中，然后在35～45℃條件下浸泡、漂洗，得到基于改性生物質(zhì)灰渣的水處理填料；所述混合液含有體積百分比為0.8%～2%的醋酸和摩爾濃度為0.01mol/L～0.1 mol/L的有機(jī)質(zhì)，余量為水。

優(yōu)選的，將生物質(zhì)灰渣加入到混合液中，混合并攪拌至均勻，以便混合液與生物質(zhì)灰渣充分接觸，在35～45℃條件下浸泡、漂洗，干燥得到顆粒狀基于改性生物質(zhì)灰渣的水處理填料，生物質(zhì)灰渣為燃燒生物質(zhì)燃料所產(chǎn)生的灰渣。

本發(fā)明中，生物質(zhì)灰渣的粒徑為0.005mm～30mm；對(duì)生物質(zhì)灰渣進(jìn)行篩分，可以得到不同規(guī)格粒徑的生物質(zhì)灰渣。本發(fā)明處理的生物質(zhì)灰渣可以直接作為水處理填料，應(yīng)用于河道原水處理，對(duì)COD、氨氮、總磷的去除效果很好，去除率分別達(dá)61.9%、79.6%、74%；也可以使用聚醋酸乙烯及固化劑將基于改性生物質(zhì)灰渣的微生物載體制備成填料，用于水處理。

本發(fā)明中，生物質(zhì)選自秸稈、樹皮、稻殼、木材中的任一種或者幾種。本發(fā)明不僅解決生物質(zhì)灰渣的有效利用問題，而且達(dá)到降低水處理成本的效果。

優(yōu)選的，本發(fā)明在35～45℃條件下進(jìn)行三次漂洗，每次漂洗后，根據(jù)生物質(zhì)灰渣與混合液的比例要求更換混合液；第二次、第三次漂洗前均需浸泡十分鐘，使得混合液對(duì)生物質(zhì)灰渣表面處理和修飾完全。

本發(fā)明中，有機(jī)質(zhì)選自蔗糖、海藻酸鈉、殼聚糖、聚乙二醇、聚乙烯醇中任一種；其中，優(yōu)選海藻酸鈉。采用醋酸和有機(jī)質(zhì)對(duì)生物質(zhì)灰渣進(jìn)行復(fù)合改性，使得生物質(zhì)灰渣的比表面積增大和表面官能團(tuán)增多，有利于其對(duì)為微生物提供了更多的附著點(diǎn)和水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的化學(xué)吸附。

優(yōu)選的，按照1L混合液加入0.6Kg～0.8Kg生物質(zhì)灰渣的比例，將生物質(zhì)灰渣加入到混合液中，然后在40℃條件下浸泡、漂洗，得到基于改性生物質(zhì)灰渣的水處理填料；所述混合液含有體積百分比為1.3%～1.5%的醋酸和摩爾濃度為0.08 mol/L的有機(jī)質(zhì)，余量為水。

本發(fā)明還公開了根據(jù)上述制備方法制備的基于改性生物質(zhì)灰渣的水處理填料。用于河道原水處理，對(duì)COD、氨氮、總磷的去除效果很好，去除率分別達(dá)61.9%、79.6%、74%；COD、氨氮出水均能達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002) Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)；總氮的去除率穩(wěn)定在50%左右。因此本發(fā)明還公開了上述基于改性生物質(zhì)灰渣的水處理填料在水處理中的應(yīng)用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明公開的基于改性生物質(zhì)灰渣的微生物載體及其制備方法，通過采用生物質(zhì)電廠廢棄物生物質(zhì)灰渣作為原料，實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)電廠廢棄物資源化，合理有效地利用了生物質(zhì)灰渣，既解決了環(huán)境污染問題，又達(dá)到了廢棄物有效利用的效果，為保護(hù)生態(tài)、循環(huán)利用資源提供新的方法。

而且，本發(fā)明采用醋酸和有機(jī)質(zhì)對(duì)生物質(zhì)灰渣進(jìn)行復(fù)合改性，使得生物質(zhì)灰渣的比表面積增大和表面官能團(tuán)增多，有利于其對(duì)為微生物提供了更多的附著點(diǎn)和水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的化學(xué)吸附，從而有利于微生物生長(zhǎng)繁育，并形成膜狀生物污泥，達(dá)到有效處理水體的效果。

此外，原料生物質(zhì)灰渣因不完全燃燒而存在一定量的有機(jī)質(zhì)成分，也可以作為碳源被微生物等利用，降低水處理成本，每噸原水的處理成本大約下降15～20%；并配合混合液處理劑的改性，大幅提高了本發(fā)明產(chǎn)品作為水處理劑的處理效果，對(duì)COD、氨氮、總磷的去除效果很好，去除率分別達(dá)61.9%、79.6%、74%；COD、氨氮出水均能達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002) Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)；總氮的去除率穩(wěn)定在50%左右。

附圖說明

圖1 生物質(zhì)灰渣改性原理圖；

圖2為實(shí)施例一COD去除效果圖；

圖3為實(shí)施例一氨氮去除效果圖；

圖4為實(shí)施例一總磷去除效果圖；

圖5為實(shí)施例一總氮去除效果圖。

具體實(shí)施方式

為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明所采取的技術(shù)手段及取得的效果，下面結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案，進(jìn)行清楚和完整的描述。

實(shí)施例一

利用醋酸和海藻酸鈉配制出混合液，其中，水的體積為1 L，醋酸的體積為15 mL，海藻酸鈉濃度為0.08mol/L，表1為生物質(zhì)灰渣的具體規(guī)格；分別將0.6 kg篩分后的4#、5#和6#號(hào)生物質(zhì)灰渣加入混合液中，攪拌混合均勻后，在40℃條件下，浸泡、漂洗，進(jìn)行三次漂洗，每次漂洗后，根據(jù)生物質(zhì)灰渣與混合液的比例要求更換混合液；第二次、第三次漂洗前均需浸泡十分鐘；干燥得到基于改性生物質(zhì)灰渣的水處理填料，改性原理如圖1所示。對(duì)6批次此方法改性的水處理填料進(jìn)行比表面積測(cè)定，比表面積為3.71～5.83 m²/g，平均比表面積為4.47 m²/g，較改性之前提高20%～75%。

表1 生物質(zhì)灰渣的具體規(guī)格

以劣V類河道原水為處理對(duì)象，通過同步脫氮除磷和砂濾池組合工藝進(jìn)行試驗(yàn)，本發(fā)明的水處理填料作為裝載填料，填充順序由下至上依次為4#、5#和6#號(hào)改性生物質(zhì)灰渣網(wǎng)兜。

填料層高度為700mm，填料部分由下至上各層填料及厚度分別為：200mm的1#號(hào)生物質(zhì)灰渣、300mm的2#號(hào)改性生物質(zhì)灰渣、200mm的3#號(hào)改性生物質(zhì)灰渣。填充完畢后用純水淋洗2次，保證填料自然下沉緊實(shí)，靜置5天后開始試驗(yàn)。采用連續(xù)進(jìn)水的方式，水力停留時(shí)間為 6 h，裝置連續(xù)運(yùn)行30天，每隔2天測(cè)一次水質(zhì)。各指標(biāo)去除效果如圖1、2、3、4所示；可以看出穩(wěn)定運(yùn)行后，該水處理填料對(duì)COD、氨氮、總磷的去除效果很好，去除率分別達(dá)61.9%、79.6%、74%；COD、氨氮出水均能達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002) Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)；總氮的去除率穩(wěn)定在50%左右。

實(shí)施例二

利用醋酸和海藻酸鈉配制出混合液，其中，水的體積為1 L，醋酸的體積為20 mL，海藻酸鈉濃度為0.1 mol/L；分別將0.6 kg篩分后的4#、5#和6#號(hào)（表1）生物質(zhì)灰渣加入混合液中，攪拌混合均勻后，在35℃條件下，浸泡、漂洗，進(jìn)行三次漂洗，每次漂洗后，根據(jù)生物質(zhì)灰渣與混合液的比例要求更換混合液；第二次、第三次漂洗前均需浸泡十分鐘；干燥得到基于改性生物質(zhì)灰渣的水處理填料。對(duì)6批次此方法改性的水處理填料進(jìn)行比表面積測(cè)定，比表面積為3.65～5.72 m²/g，平均比表面積為4.31 m²/g，較改性之前提高20%～75%。以劣V類河道原水為處理對(duì)象，通過同步脫氮除磷和砂濾池組合工藝進(jìn)行試驗(yàn)，本發(fā)明的水處理填料作為裝載填料，填充順序由下至上依次為4#、5#和6#號(hào)改性生物質(zhì)灰渣網(wǎng)兜。穩(wěn)定運(yùn)行后，該水處理填料對(duì)COD、氨氮、總磷的去除效果很好，去除率分別達(dá)60.3%、78.5%、72%；COD、氨氮出水均能達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002) Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)；總氮的去除率穩(wěn)定在47%左右。

實(shí)施例三

利用醋酸和蔗糖配制出混合液，其中，水的體積為1 L，醋酸的體積為15 mL，蔗糖濃度為0.08mol/L；分別將0.6 kg篩分后的4#、5#和6#號(hào)（表1）生物質(zhì)灰渣加入混合液中，攪拌混合均勻后，在40℃條件下，浸泡、漂洗，進(jìn)行三次漂洗，每次漂洗后，根據(jù)生物質(zhì)灰渣與混合液的比例要求更換混合液；第二次、第三次漂洗前均需浸泡十分鐘；干燥得到基于改性生物質(zhì)灰渣的水處理填料。對(duì)6批次此方法改性的水處理填料進(jìn)行比表面積測(cè)定，比表面積為3.01～4.28 m²/g，平均比表面積為3.56 m²/g，較改性之前提高20%～55%。以劣V類河道原水為處理對(duì)象，通過同步脫氮除磷和砂濾池組合工藝進(jìn)行試驗(yàn)，本發(fā)明的水處理填料作為裝載填料，填充順序由下至上依次為4#、5#和6#號(hào)改性生物質(zhì)灰渣網(wǎng)兜。穩(wěn)定運(yùn)行后，該水處理填料對(duì)COD、氨氮、總磷的去除效果很好，去除率分別達(dá)59.9%、74.3%、70%；COD、氨氮出水均能達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002) Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)；總氮的去除率穩(wěn)定在42%左右。

實(shí)施例四

利用醋酸和海藻酸鈉配制出混合液，其中，水的體積為1 L，醋酸的體積為15 mL，海藻酸鈉濃度為0.08mol/L；分別將0.6 kg篩分后的3#、4#和6#號(hào)（表1）生物質(zhì)灰渣加入混合液中，攪拌混合均勻后，在40℃條件下，浸泡、漂洗，進(jìn)行三次漂洗，每次漂洗后，根據(jù)生物質(zhì)灰渣與混合液的比例要求更換混合液；第二次、第三次漂洗前均需浸泡十分鐘；干燥得到基于改性生物質(zhì)灰渣的水處理填料。對(duì)6批次此方法改性的水處理填料進(jìn)行比表面積測(cè)定，比表面積為3.69～5.89 m²/g，平均比表面積為4.45 m²/g，較改性之前提高20%～75%。以劣V類河道原水為處理對(duì)象，通過同步脫氮除磷和砂濾池組合工藝進(jìn)行試驗(yàn)，本發(fā)明的水處理填料作為裝載填料，填充順序由下至上依次為3#、4#和6#號(hào)改性生物質(zhì)灰渣網(wǎng)兜。穩(wěn)定運(yùn)行后，該水處理填料對(duì)COD、氨氮、總磷的去除效果很好，去除率分別達(dá)60.1%、77.5%、73.6%；COD、氨氮出水均能達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002) Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)；總氮的去除率穩(wěn)定在47%左右。

實(shí)施例五

利用醋酸和海藻酸鈉配制出混合液，其中，水的體積為1 L，醋酸的體積為15 mL，海藻酸鈉濃度為0.08mol/L；分別將0.8 kg篩分后的3#、5#和6#號(hào)（表1）生物質(zhì)灰渣加入混合液中，攪拌混合均勻后，在40℃條件下，浸泡、漂洗，進(jìn)行三次漂洗，每次漂洗后，根據(jù)生物質(zhì)灰渣與混合液的比例要求更換混合液；第二次、第三次漂洗前均需浸泡十分鐘；干燥得到基于改性生物質(zhì)灰渣的水處理填料。對(duì)6批次此方法改性的水處理填料進(jìn)行比表面積測(cè)定，比表面積為3.58～5.69 m²/g，平均比表面積為4.25 m²/g，較改性之前提高20%～75%。以劣V類河道原水為處理對(duì)象，通過同步脫氮除磷和砂濾池組合工藝進(jìn)行試驗(yàn)，本發(fā)明的水處理填料作為裝載填料，填充順序由下至上依次為3#、5#和6#號(hào)改性生物質(zhì)灰渣網(wǎng)兜。穩(wěn)定運(yùn)行后，該水處理填料對(duì)COD、氨氮、總磷的去除效果很好，去除率分別達(dá)61.2%、78.6%、73%；COD、氨氮出水均能達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002) Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)；總氮的去除率穩(wěn)定在50%左右。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。