一种微生物填料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是污水处理的技术领域，尤其涉及的是一种微生物填料及其制备方 法和应用。
【背景技术】
[0002] 随着我国规模化、集约化养殖场的迅速发展，畜禽粪便及污水污染已成为我国农 业面源污染的主要原因之一，对农村生态环境造成了严重影响。
[0003] 目前，养殖场污水处理设施不完备，部分污水处理未达标甚至未经处理直接排放， 污染物超过水体自净能力将引起水体日益恶化，出现水体富营养化现象，破坏水生态环境。
[0004] 在技术的基础上有许多方法能有效地去除污水中的有机物，目前运用最多的是生 物菌剂法和填料法。在改善水体环境质量、防止水污染方面发挥着重要作用。大部分污水 处理都是由微生物作用完成的，且在污水处理中，利用微生物的新陈代谢作用不仅可以分 解和去除污水中污染物质，而且有些微生物还可以去除恶臭物质，达到水质净化目的。而微 生物的种类和功能及数量在很大程度上决定了污水的处理速度与处理效果。生物菌剂法的 核心是培养驯化适合污水特点的微生物菌群，并保持与污水污染物浓度相适应的微生物量 和活性，使微生物菌群处于最优降解活性，才能充分发挥其降解功能。但在实际应用中生物 菌剂在水体中随着水体流动而不稳定，需与污水处理设施密切结合，才能发挥作用；填料法 是利用其表面可吸附生物群体，使微生物固定负载在其表面上，从而达到污水处理效果。但 目前使用的填料大多数表面能较低，在使用过程中，当液体流经其表面时不容易铺展形成 薄膜，而是形成分散的液珠或细小沟流，使得填料个体下部难以被有效地润湿，从而在很大 程度上影响了传质效率。
[0005] 目前，按污水处理技术污水处理可分为活性污泥法、厌氧法、生物膜法等，这些工 艺均存在缺点：活性污泥法占地面积大、能耗高、剩余污泥产生量大、对难降解有机污水处 理效果差等问题；厌氧法反应器内生物量启动时间较长，出水水质不能满足排放标准，并且 厌氧处理无硝化作用并且在低温下动力学速率低；生物膜法出水水质不够理想，剩余污泥 量大、负荷低、抗冲击能力差等缺点，难以满足日益严格的污水排放标准。
[0006] 目前，生物菌剂法和填料法在污水处理技术的基础上应用于养殖场污水中的有机 物的去除，但实际应用中生物菌剂在水体中随着水体流动而不稳定，需与污水处理设施密 切结合，才能发挥作用；填料法是利用其表面可吸附生物群体，使微生物固定负载在其表面 上，从而达到污水处理效果。但目前使用的填料大多数表面能较低，在使用过程中，当液体 流经其表面时不容易铺展形成薄膜，而是形成分散的液珠或细小沟流，使得填料个体下部 难以被有效地润湿，从而在很大程度上影响了传质效率。
[0007] CN200910188098. 7,公开一种选择性微生物填料的制备方法，但是该发明生物填 料用于废气处理中的微生物净化，特别是用于石油化工厂污水处理厂、城市污水处理厂、畜 牧养殖场等产生的恶臭污染物质的去除，但对污水中C0D、氨氮等有机质去除效果具有一定 的弱势。
[0008] CN201210338925. 8,公开一种通过改性纳米材料处理甲醛污水的方法，使用的改 性的层状粘土纳米复合吸附材料对这些污染物的去除都有很大的效果，但氨氮及总磷的去 除效果不是很好。目前，应用与养殖场有机污水的生物填料报道的很少。鉴于上述问题，有 必要培养一种高效处理有机污水的生物菌剂以及制备一种填料将其联合起来降解高浓度 有机污水，达到恶臭物质和C0D、氣氣等均有效去除的效果。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种微生物填料及其制备方法和 应用，以解决现有微生物填料对高浓度有机污水中恶臭物质、C0D、氨氮等去除效果不理想 的技术问题。
[0010] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0011] 一种微生物填料，该微生物填料为载有复合微生物菌剂的粉煤灰纳米改性填料， 其中：
[0012] 所述粉煤灰纳米改性填料以粉煤灰和煤矸石为原料，石灰和炭黑为助胀剂，硅酸 钠为粘合剂，并添加纳米Al2O3作为纳米改性填料，经粉碎造粒后，烧制成型获得；所述复合 微生物菌剂包括枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、亚硝化菌、酵母菌和乳酸菌。
[0013] -种如上述微生物填料的制备方法，包括以下步骤：
[0014] (1)制备粉煤灰纳米改性填料：以粉煤灰和煤矸石为原料，石灰和炭黑为助胀剂， 娃酸钠为粘合剂，并添加纳米Al2O3作为纳米改性填料，经粉碎造粒后，烧制成型；
[0015] (2)将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、亚硝化菌、酵母菌和乳酸菌分别进行扩大培 养，然后混合，获得液体混合菌剂，将液体混合菌剂置于加有蔗糖的有机污水中，用清水稀 释后进一步扩大培养，获得复合微生物菌剂；
[0016] (3)将步骤⑴的粉煤灰纳米改性填料加入步骤⑵的复合微生物菌剂中，培养 3d后，取出粉煤灰纳米改性填料，即获得所述微生物填料。
[0017] 所述步骤（1)中，制备粉煤灰纳米改性填料的步骤包括：
[0018] ①、将粉煤灰、煤矸石、石灰、纳米Al2O3、硅酸钠和炭黑按照质量比为55 :20 :10 : 10 :3 :2混合均勾后，进彳丁造粒，获得生料；
[0019] ②、将步骤①的生料烘干后，加热至400°C煅烧30min，然后移入高温电阻炉中焙 烧2h，其中，焙烧的温度不超过1000°C，再升温至1120°C，维持lOmin，期间瞬时开启炉门若 干次，以供给炉内氧气，获得所述粉煤灰纳米改性填料。
[0020] 所述步骤（2)中，扩大培养后的枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌的活菌浓度为 2. 0-4. OX IO8个/克，亚硝化菌、酵母菌和乳酸菌的活菌浓度为2. 0-5. OX 10 8个/克，枯草 芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、亚硝化菌、酵母菌和乳酸菌混合的质量比为2 :1 :2 :2 :1。
[0021] 所述步骤（2)中，液体混合菌剂、蔗糖、有机污水和清水的质量比为1 :1 :10 :88， 进一步扩大培养的时间为7d。
[0022] 所述步骤（3)中，每10_15g的粉煤灰纳米改性填料中加入9ml的复合微生物菌剂 进行培养。
[0023] -种上述微生物填料在处理养殖场有机污水中的应用。
[0024] 本发明的原理为：本发明的复合微生物菌剂和粉煤灰纳米填料联用，菌剂中包括 多种对难降解污染物有优良降解能力的微生物，各菌种之间合理配伍，共生协调，互不拮 抗，活性高，生物量大，繁殖快，投加在污水处理系统中，对大分子、有毒有害物质如酚类、芳 香烃类以及氨氮、磷等具有显著降解效果。而填料主要成分是粉煤灰，经过纳米Al2O3改 性后，其比表面积较大、表面能高，且存在着许多铝、硅等活性点，具有很强的吸附能力。微 生物菌剂与填料联用，主要是利用菌剂对水体中污染物的高效降解能力，填料则是对菌剂 的固定化作用以及增大菌剂在反应器中的空间分布。此外，填料表面有大量Si-O-Si键和 Al-O-Al键可以与具有一定极性的有害分子产生偶极、偶极键的吸附，阴离子与粉煤灰中 带正电荷的硅酸铝、硅酸钙和硅酸铁等硅酸盐之间形成离子交换或离子吸附，粉煤灰中的 一些成分还能与污水中的污染物作用使其絮凝沉淀，与粉煤灰构成吸附+絮凝沉淀协同作 用，去除有机污染物质。
[0025] 本发明相比现有技术具有以下优点：本发明提供了一种微生物填料及其制备方法 和应用，该微生物填料中，菌剂与改性的填料之间具有很好的协同作用；同时，填料利用自 身的吸附特性及复合微生物菌剂利用自身的降解特性能够有效地去除污水中的污染物质， 尤其对富含有机物质的如养殖场的污水的处理效果佳，实现了污水的无害化、减量化；另 外，处理后的微生物填料可作为优质的有机肥料使用，无二次污染。
【附图说明】
[0026] 图1为本发明微生物填料污水处理后的结果柱状图。
【具体实施方式】
[0027] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。
[0028] 实施例1
[0029] 本实施例提供了一种微生物填料的制备方法，包括以下步骤：
[0030] (1)制备粉煤灰纳米改性填料：
[0031] ①、将粉煤灰经研磨机研磨成100-200目的粉末，按照粉煤灰、煤矸石、石灰、纳米 Al2O3、硅酸钠和炭黑质量比为55 :20 :10 :10 :3 :2混合均勾，再加入适量水搅拌，放入成型 机内挤压成型并切割后，在盘式造粒机中造粒得到球形颗粒状生料，粒径为5-6mm ;
[0032] ②、将步骤①的生料先经106°C干燥3h，再移入马沸炉升温至400°C，煅烧30min， 然后移入高温电阻炉中焙烧2h，焙烧的起始温度为60°C，期间程序持续升温至不超过 1000°C，最后，程序升温至1120Γ，维持lOmin，期间瞬时开启炉门几次，以供给炉内氧气； 整个烧制过程历时4-5h，制得粒径为5-6mm的球形填料，即为所述粉煤灰纳米改性填料。该 填料比表面积高达6. 898m2/g，表面粗糙，孔隙率高，固着生物量大，质轻，抗酸抗碱不易老 化，使用寿命长。
[0033] (2)培养复合微生物