一种微生物/粉煤灰复合多孔材料、其制备方法及应用与流程

本发明涉及污染净化材料制备，尤其涉及一种微生物/粉煤灰复合多孔材料、其制备方法及应用。

背景技术：

1、污泥处理技术是环境保护的重要技术，应用于城市污染治理、矿区生态修复、污水处理、湿地富营养化治理等领域。污泥处理的原理是吸附或降解污泥中多余的有机质，降低化学需氧量(cod)，同时降解或固化污泥中的多余磷氮、重金属离子等污染物。传统污泥处理方法主要包括以下三种：第一种是用高温煅烧处理，烧掉有机污染物，同时将重金属固化为氧化物、碳酸盐等难溶形式(参见专利cn202010849381.6、cn202023020081.1)；第二种为加入双氧水、臭氧、氯氧化物等强氧化剂，将有机污染物氧化降解，并使重金属离子被氧化为易沉淀的高价态以实现重金属的分离(参见专利cn201711410512.5、cn201810680059.8)；第三种是利用活性炭作为吸附剂吸附污染物(参见专利cn201721447464.2、cn202022858940.8、cn202222174662.3)。而为了解决传统技术存在的污染去除效率低、成本和能耗高、设备和工艺复杂等问题，近年来利用光催化降解(参见专利cn201910640509.5、cn202123090293.1)、微生物降解(参见专利cn202080089768.4、cn202121336041、cn202110984798.8)等新技术逐渐得到发展和应用。

2、在以上技术中，高温煅烧法存在能耗高、依赖高温设备、危险程度高等问题，已经逐渐被淘汰。强氧化剂成本高、易引入二次污染。活性炭成本高，且其物理吸附的饱和吸附量较低，吸附后的活性炭难以从污泥中去除。光催化降解效率较低，而且依赖重金属铜、镉、铟等催化材料，引入二次污染风险大。

3、微生物降解可以避免以上技术问题，但降解效果仍待改善。早期的微生物降解技术采用单一或复合菌类直接投放入污水中进行降解，其对水体有机质降解率(以化学需氧量cod下降比例计算)在40％～50％水准，很难超过60％，且微生物难以回收(李斯琳.酿酒,2022,49(01):60-63.；张金儿.化学与生物工程,2014,31(08):57-60.；赵东宇.环境保护与循环经济,2012,32(04):48-51.)。实际工程应用中，微生物一般要附着在载体上使用，有代表性的是西安市东干渠生态修复项目，其采用生物滤坝、生物绳填料、微纳米曝气系统相结合进行水污染治理，其cod、氨氮、有机磷去除率分别为8.30％、61.24％、57.77％，去除率仍不理想(马莹.环境工程学报,2022,16(05)：1721-1729)。这是因为传统微生物降解技术中，微生物载体比表面积较小(通常＜0.1m2/g)、和污泥接触不充分，污泥处理效率偏低。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种微生物/粉煤灰复合多孔材料、其制备方法及应用，本发明制备的微生物/粉煤灰复合多孔材料的污泥处理效率较高。

2、本发明提供了一种微生物/粉煤灰复合多孔材料的制备方法，包括以下步骤：

3、a)将粉煤灰、水、淀粉和水溶性纤维素混合，得到浆料；

4、b)将所述浆料制成颗粒后，干燥；

5、c)将所述干燥后的颗粒与复合好氧微生物培养液混合，进行陈化，得到微生物/粉煤灰复合多孔材料。

6、优选的，步骤a)中，所述水溶性纤维素包括植物纤维素、细菌纤维素和人造糊精中的至少一种。

7、优选的，步骤a)中，所述粉煤灰为无害化粉煤灰；所述粉煤灰中，重金属含量在25ppm以下；

8、所述粉煤灰的颗粒尺寸在10μm以下。

9、优选的，步骤a)中，所述水的质量为粉煤灰质量的30％～40％；所述淀粉的质量为粉煤灰质量的2％～5％；所述水溶性纤维素的质量为粉煤灰质量的2％～5％。

10、优选的，步骤b)中，所述颗粒的尺寸为1～5cm；

11、所述干燥后的颗粒含水量不大于10％。

12、优选的，步骤c)中，所述复合好氧微生物包括酵母菌、丝状真菌、放线菌和微型藻类；所述复合好氧微生物中，每种微生物的质量占全体微生物总质量的比例均不低于1％；

13、所述干燥后的颗粒与复合好氧微生物培养液的质量比为5～10：1；

14、所述陈化的温度为24～30℃，时间为48h以上。

15、优选的，步骤c)中，所述微生物/粉煤灰复合多孔材料的孔隙率为40％～60％，孔径为1～10μm，比表面积为1～10m2/g。

16、本发明还提供了一种上文所述的制备方法制得的微生物/粉煤灰复合多孔材料。

17、本发明还提供了一种上文所述的微生物/粉煤灰复合多孔材料作为污泥处理材料的应用。

18、本发明还提供了一种污泥处理方法，包括以下步骤：

19、将待处理污泥和微生物-粉煤灰多孔材料混匀，在24～30℃降解；

20、所述微生物-粉煤灰多孔材料为上文所述的微生物-粉煤灰多孔材料。

21、本发明提供了一种微生物/粉煤灰复合多孔材料的制备方法，包括以下步骤：a)将粉煤灰、水、淀粉和水溶性纤维素混合，得到浆料；b)将所述浆料制成颗粒后，干燥；c)将所述干燥后的颗粒与复合好氧微生物培养液混合，进行陈化，得到微生物/粉煤灰复合多孔材料。本发明以无害化粉煤灰为矿物质基质，以淀粉-纤维素胶作为微生物生长的营养基质(促进微生物附着和生长)、保水剂和粘结剂，接种复合好氧微生物群，制备出微生物/粉煤灰复合多孔材料，所述多孔材料兼具物理吸附、过滤和微生物降解功能，能充分吸附或分解污泥中的有机污染物、氮磷污染物、重金属离子。同时，该材料采用的原料均为低成本、低污染的粉煤灰、淀粉、纤维素等原材料，且工艺简单、能耗低，在降低成本的同时避免了二次污染，使其具有大规模产业化应用的潜力。

技术特征：

1.一种微生物/粉煤灰复合多孔材料的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中，所述水溶性纤维素包括植物纤维素、细菌纤维素和人造糊精中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中，所述粉煤灰为无害化粉煤灰；所述粉煤灰中，重金属含量在25ppm以下；

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中，所述水的质量为粉煤灰质量的30％～40％；所述淀粉的质量为粉煤灰质量的2％～5％；所述水溶性纤维素的质量为粉煤灰质量的2％～5％。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中，所述颗粒的尺寸为1～5cm；

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中，所述复合好氧微生物包括酵母菌、丝状真菌、放线菌和微型藻类；所述复合好氧微生物中，每种微生物的质量占全体微生物总质量的比例均不低于1％；

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中，所述微生物/粉煤灰复合多孔材料的孔隙率为40％～60％，孔径为1～10μm，比表面积为1～10m2/g。

8.一种权利要求1～7任意一项所述的制备方法制得的微生物/粉煤灰复合多孔材料。

9.一种权利要求8所述的微生物/粉煤灰复合多孔材料作为污泥处理材料的应用。

10.一种污泥处理方法，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及污染净化材料制备技术领域，尤其涉及一种微生物/粉煤灰复合多孔材料、其制备方法及应用。所述微生物/粉煤灰复合多孔材料的制备方法，包括：A)将粉煤灰、水、淀粉和水溶性纤维素混合，得到浆料；B)将所述浆料制成颗粒后，干燥；C)将所述干燥后的颗粒与复合好氧微生物培养液混合，进行陈化，得到微生物/粉煤灰复合多孔材料。本发明以无害化粉煤灰为矿物质基质，以淀粉‑纤维素胶作为微生物生长的营养基质(促进微生物附着和生长)、保水剂和粘结剂，接种复合好氧微生物群，制备出微生物/粉煤灰复合多孔材料，所述多孔材料兼具物理吸附、过滤和微生物降解功能，能充分吸附或分解污泥中的有机污染物、氮磷污染物、重金属离子。

技术研发人员：王群英,王兹尧,李杰,丁小平
受保护的技术使用者：华电电力科学研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21