基于改性生物质灰渣的水处理填料及其制备方法与流程

本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种基于改性生物质灰渣的水处理填料及其制备方法。

背景技术：

污水生物膜处理法是使细菌和菌类一类的微生物和原生动物、后生动物一类的微型动物附着在滤料或某些载体上生长繁育，并在其上形成膜状生物污泥——生物膜。参与水处理的微生物等需要不断地从周围环境的污水中吸取其所必需的营养物质，包括碳源、氮源等。碳是组成生物细胞的重要物质，参与水处理的微生物及微型动物对碳源的需求量较大，一般如以C/N不低于5计。目前，工业废水和部分生活污水含碳量较低，无法保障微生物及微型动物的正常生长和水处理效果。此问题目前的解决办法为外加碳源，例如活性炭、石英砂、天然沸石、离子交换树脂等，然而，外加碳源很大程度地提高了水处理的成本。

生物质灰渣是生物质电厂燃烧秸秆、木材等生物质燃料所产生的灰渣，是目前我国生物质电厂发电过程中所产生的主要废弃物，一般生物质灰渣都直接丢弃，加上秸秆发电产业的迅猛发展，各地兴建了一批以秸秆发电为能源主体的发电厂，其燃烧后会产生大量的生物质灰渣。

目前大量的生物质灰渣得不到合理的处置，并普遍认为其利用价值较低，视其为废弃物。然而由于不完全燃烧生物质灰渣中残留的有机质在一定程度上可以被微生物所利用，使得生物灰渣在作为污水处理的补充碳源方面具有潜在的应用价值，因此，若研发新的方法将生物质灰渣用在水处理领域，发挥其应有的价值，将具有很大的意义。

技术实现要素：

本发明提供一种基于改性生物质灰渣的水处理填料及其制备方法，得到可进行碳源自给、具有较大比表面积和丰富表面官能团的改性生物质灰渣水处理填料，以解决生物质灰渣的有效利用，同时降低水处理成本的问题。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种基于改性生物质灰渣的水处理填料的制备方法，包括以下步骤：按照1L混合液加入0.6Kg～1Kg生物质灰渣的比例，将生物质灰渣加入到混合液中，然后在35～45℃条件下浸泡、漂洗，得到基于改性生物质灰渣的水处理填料；所述混合液含有体积百分比为0.8%～2%的醋酸和摩尔浓度为0.01mol/L～0.1 mol/L的有机质，余量为水。

优选的，将生物质灰渣加入到混合液中，混合并搅拌至均匀，以便混合液与生物质灰渣充分接触，在35～45℃条件下浸泡、漂洗，干燥得到颗粒状基于改性生物质灰渣的水处理填料，生物质灰渣为燃烧生物质燃料所产生的灰渣。

本发明中，生物质灰渣的粒径为0.005mm～30mm；对生物质灰渣进行筛分，可以得到不同规格粒径的生物质灰渣。本发明处理的生物质灰渣可以直接作为水处理填料，应用于河道原水处理，对COD、氨氮、总磷的去除效果很好，去除率分别达61.9%、79.6%、74%；也可以使用聚醋酸乙烯及固化剂将基于改性生物质灰渣的微生物载体制备成填料，用于水处理。

本发明中，生物质选自秸秆、树皮、稻壳、木材中的任一种或者几种。本发明不仅解决生物质灰渣的有效利用问题，而且达到降低水处理成本的效果。

优选的，本发明在35～45℃条件下进行三次漂洗，每次漂洗后，根据生物质灰渣与混合液的比例要求更换混合液；第二次、第三次漂洗前均需浸泡十分钟，使得混合液对生物质灰渣表面处理和修饰完全。

本发明中，有机质选自蔗糖、海藻酸钠、壳聚糖、聚乙二醇、聚乙烯醇中任一种；其中，优选海藻酸钠。采用醋酸和有机质对生物质灰渣进行复合改性，使得生物质灰渣的比表面积增大和表面官能团增多，有利于其对为微生物提供了更多的附着点和水中营养物质的化学吸附。

优选的，按照1L混合液加入0.6Kg～0.8Kg生物质灰渣的比例，将生物质灰渣加入到混合液中，然后在40℃条件下浸泡、漂洗，得到基于改性生物质灰渣的水处理填料；所述混合液含有体积百分比为1.3%～1.5%的醋酸和摩尔浓度为0.08 mol/L的有机质，余量为水。

本发明还公开了根据上述制备方法制备的基于改性生物质灰渣的水处理填料。用于河道原水处理，对COD、氨氮、总磷的去除效果很好，去除率分别达61.9%、79.6%、74%；COD、氨氮出水均能达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002) Ⅲ类标准；总氮的去除率稳定在50%左右。因此本发明还公开了上述基于改性生物质灰渣的水处理填料在水处理中的应用。

与现有技术相比，本发明公开的基于改性生物质灰渣的微生物载体及其制备方法，通过采用生物质电厂废弃物生物质灰渣作为原料，实现了生物质电厂废弃物资源化，合理有效地利用了生物质灰渣，既解决了环境污染问题，又达到了废弃物有效利用的效果，为保护生态、循环利用资源提供新的方法。

而且，本发明采用醋酸和有机质对生物质灰渣进行复合改性，使得生物质灰渣的比表面积增大和表面官能团增多，有利于其对为微生物提供了更多的附着点和水中营养物质的化学吸附，从而有利于微生物生长繁育，并形成膜状生物污泥，达到有效处理水体的效果。

此外，原料生物质灰渣因不完全燃烧而存在一定量的有机质成分，也可以作为碳源被微生物等利用，降低水处理成本，每吨原水的处理成本大约下降15～20%；并配合混合液处理剂的改性，大幅提高了本发明产品作为水处理剂的处理效果，对COD、氨氮、总磷的去除效果很好，去除率分别达61.9%、79.6%、74%；COD、氨氮出水均能达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002) Ⅲ类标准；总氮的去除率稳定在50%左右。

附图说明

图1 生物质灰渣改性原理图；

图2为实施例一COD去除效果图；

图3为实施例一氨氮去除效果图；

图4为实施例一总磷去除效果图；

图5为实施例一总氮去除效果图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本发明的技术方案，进行清楚和完整的描述。

实施例一

利用醋酸和海藻酸钠配制出混合液，其中，水的体积为1 L，醋酸的体积为15 mL，海藻酸钠浓度为0.08mol/L，表1为生物质灰渣的具体规格；分别将0.6 kg筛分后的4#、5#和6#号生物质灰渣加入混合液中，搅拌混合均匀后，在40℃条件下，浸泡、漂洗，进行三次漂洗，每次漂洗后，根据生物质灰渣与混合液的比例要求更换混合液；第二次、第三次漂洗前均需浸泡十分钟；干燥得到基于改性生物质灰渣的水处理填料，改性原理如图1所示。对6批次此方法改性的水处理填料进行比表面积测定，比表面积为3.71～5.83 m²/g，平均比表面积为4.47 m²/g，较改性之前提高20%～75%。

表1 生物质灰渣的具体规格

以劣V类河道原水为处理对象，通过同步脱氮除磷和砂滤池组合工艺进行试验，本发明的水处理填料作为装载填料，填充顺序由下至上依次为4#、5#和6#号改性生物质灰渣网兜。

填料层高度为700mm，填料部分由下至上各层填料及厚度分别为：200mm的1#号生物质灰渣、300mm的2#号改性生物质灰渣、200mm的3#号改性生物质灰渣。填充完毕后用纯水淋洗2次，保证填料自然下沉紧实，静置5天后开始试验。采用连续进水的方式，水力停留时间为 6 h，装置连续运行30天，每隔2天测一次水质。各指标去除效果如图1、2、3、4所示；可以看出稳定运行后，该水处理填料对COD、氨氮、总磷的去除效果很好，去除率分别达61.9%、79.6%、74%；COD、氨氮出水均能达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002) Ⅲ类标准；总氮的去除率稳定在50%左右。

实施例二

利用醋酸和海藻酸钠配制出混合液，其中，水的体积为1 L，醋酸的体积为20 mL，海藻酸钠浓度为0.1 mol/L；分别将0.6 kg筛分后的4#、5#和6#号（表1）生物质灰渣加入混合液中，搅拌混合均匀后，在35℃条件下，浸泡、漂洗，进行三次漂洗，每次漂洗后，根据生物质灰渣与混合液的比例要求更换混合液；第二次、第三次漂洗前均需浸泡十分钟；干燥得到基于改性生物质灰渣的水处理填料。对6批次此方法改性的水处理填料进行比表面积测定，比表面积为3.65～5.72 m²/g，平均比表面积为4.31 m²/g，较改性之前提高20%～75%。以劣V类河道原水为处理对象，通过同步脱氮除磷和砂滤池组合工艺进行试验，本发明的水处理填料作为装载填料，填充顺序由下至上依次为4#、5#和6#号改性生物质灰渣网兜。稳定运行后，该水处理填料对COD、氨氮、总磷的去除效果很好，去除率分别达60.3%、78.5%、72%；COD、氨氮出水均能达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002) Ⅲ类标准；总氮的去除率稳定在47%左右。

实施例三

利用醋酸和蔗糖配制出混合液，其中，水的体积为1 L，醋酸的体积为15 mL，蔗糖浓度为0.08mol/L；分别将0.6 kg筛分后的4#、5#和6#号（表1）生物质灰渣加入混合液中，搅拌混合均匀后，在40℃条件下，浸泡、漂洗，进行三次漂洗，每次漂洗后，根据生物质灰渣与混合液的比例要求更换混合液；第二次、第三次漂洗前均需浸泡十分钟；干燥得到基于改性生物质灰渣的水处理填料。对6批次此方法改性的水处理填料进行比表面积测定，比表面积为3.01～4.28 m²/g，平均比表面积为3.56 m²/g，较改性之前提高20%～55%。以劣V类河道原水为处理对象，通过同步脱氮除磷和砂滤池组合工艺进行试验，本发明的水处理填料作为装载填料，填充顺序由下至上依次为4#、5#和6#号改性生物质灰渣网兜。稳定运行后，该水处理填料对COD、氨氮、总磷的去除效果很好，去除率分别达59.9%、74.3%、70%；COD、氨氮出水均能达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002) Ⅲ类标准；总氮的去除率稳定在42%左右。

实施例四

利用醋酸和海藻酸钠配制出混合液，其中，水的体积为1 L，醋酸的体积为15 mL，海藻酸钠浓度为0.08mol/L；分别将0.6 kg筛分后的3#、4#和6#号（表1）生物质灰渣加入混合液中，搅拌混合均匀后，在40℃条件下，浸泡、漂洗，进行三次漂洗，每次漂洗后，根据生物质灰渣与混合液的比例要求更换混合液；第二次、第三次漂洗前均需浸泡十分钟；干燥得到基于改性生物质灰渣的水处理填料。对6批次此方法改性的水处理填料进行比表面积测定，比表面积为3.69～5.89 m²/g，平均比表面积为4.45 m²/g，较改性之前提高20%～75%。以劣V类河道原水为处理对象，通过同步脱氮除磷和砂滤池组合工艺进行试验，本发明的水处理填料作为装载填料，填充顺序由下至上依次为3#、4#和6#号改性生物质灰渣网兜。稳定运行后，该水处理填料对COD、氨氮、总磷的去除效果很好，去除率分别达60.1%、77.5%、73.6%；COD、氨氮出水均能达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002) Ⅲ类标准；总氮的去除率稳定在47%左右。

实施例五

利用醋酸和海藻酸钠配制出混合液，其中，水的体积为1 L，醋酸的体积为15 mL，海藻酸钠浓度为0.08mol/L；分别将0.8 kg筛分后的3#、5#和6#号（表1）生物质灰渣加入混合液中，搅拌混合均匀后，在40℃条件下，浸泡、漂洗，进行三次漂洗，每次漂洗后，根据生物质灰渣与混合液的比例要求更换混合液；第二次、第三次漂洗前均需浸泡十分钟；干燥得到基于改性生物质灰渣的水处理填料。对6批次此方法改性的水处理填料进行比表面积测定，比表面积为3.58～5.69 m²/g，平均比表面积为4.25 m²/g，较改性之前提高20%～75%。以劣V类河道原水为处理对象，通过同步脱氮除磷和砂滤池组合工艺进行试验，本发明的水处理填料作为装载填料，填充顺序由下至上依次为3#、5#和6#号改性生物质灰渣网兜。稳定运行后，该水处理填料对COD、氨氮、总磷的去除效果很好，去除率分别达61.2%、78.6%、73%；COD、氨氮出水均能达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002) Ⅲ类标准；总氮的去除率稳定在50%左右。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。