公布日：2024.01.19
申请日：2023.12.19
分类号：C02F3/34(2023.01)I;C02F1/28(2023.01)I;C02F101/16(2006.01)N
摘要
本发明涉及一种高浓度氨氮污水用复合处理剂及其制备方法，属于污水处理领域。本发明所述高浓度氨氮污水用复合处理剂中，以重量份计，含有以下组分：微生物菌剂10-20份、海藻酸钠100-150份、草莓秸秆活性炭20-30份、改性壳聚糖30-50份、改性煤矸石10-20份。利用本发明复合处理剂对高浓度氨氮污水具有较好的净化效果，通过对菌种进行筛选和配比，形成有效菌群，实现对氨氮化合物的分解；各成分之间相互配合，可实现对氨氮化合物的有效动态吸附，提高对污水的处理效果，达到净化高氨氮污水的作用。
权利要求书
1.一种高浓度氨氮污水用复合处理剂，其特征在于，以重量份计，含有以下组分：微生物菌剂10-20份、海藻酸钠100-150份、草莓秸秆活性炭20-30份、改性壳聚糖30-50份、改性煤矸石10-20份；所述微生物菌剂的制备方法为：将类球红细菌、枯草芽孢杆菌、沼泽红假单胞菌、亚硝酸细菌分别培养至菌浓度为OD600≈3的菌液，然后按照2:1:3:1的菌液体积比混合，得到混合菌液，制成冻干粉，即为微生物菌剂；所述草莓秸秆活性炭的制备方法为：草莓秸秆粉碎，采用高锰酸钾溶液浸泡24-48h，浸泡后的秸秆用水冲洗，后置于由氟硅酸钠、氯化铵、磷酸铵三种成分组成的活化剂溶液中浸泡24-48h，活化后的秸秆与碳化硅、扇贝壳粉混合后在氮气保护下置于500-700℃温度下煅烧1-3h，煅烧后的混合物冷却，加入聚丙烯酸钠混合，粉碎，即得草莓秸秆活性炭；所述改性壳聚糖的制备方法为：将亚硫酸氢钠加水溶解后加入壳聚糖、羧甲基纤维素加热糊化，得混合物Ⅰ备用；将淀粉磷酸酯加水溶解，加入过硫酸铵、丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯，在氮气保护下搅拌并加热，反应物黏稠后停止搅拌并升温至70-80℃，保温1-2小时，停止反应，得混合物Ⅱ，备用；向混合物Ⅰ中加入混合物Ⅱ、聚合硫酸铁、碳酸钙，加热，得初产物；将初产物洗涤，干燥，研磨，即得改性壳聚糖；所述改性煤矸石的制备方法为：煤矸石粉碎，采用浓度为10-20%的盐酸溶液浸泡3-5h，浸泡后的煤矸石干燥，在氮气保护下置于700-900℃温度下煅烧，煅烧后的煤矸石，采用质量浓度为10-30wt%的硫酸铵溶液浸泡3-5h，干燥，加入氧化钙，粉碎，即得改性煤矸石；所述复合处理剂的制备方法为：步骤1，将微生物菌剂加入到改性壳聚糖水溶液中，搅拌均匀，使微生物菌剂均匀的负载在改性壳聚糖内部，干燥至水分含量≤5%，得物料1；步骤2，将物料1、草莓秸秆活性炭、改性煤矸石加入到海藻酸钠水溶液，300-500r/min搅拌5-10min，30℃烘干至水分含量≤3%，即得复合处理剂。
2.根据权利要求1所述的复合处理剂，其特征在于，所述草莓秸秆活性炭制备方法中，所述高锰酸钾溶液中高锰酸钾的质量浓度为30-50wt%；所述活化剂溶液中氟硅酸钠的质量浓度为10-20wt%，氯化铵的质量浓度为15-20wt%，磷酸铵的质量浓度为30-50wt%；所述草莓秸秆与碳化硅、扇贝壳粉、聚丙烯酸钠的质量比为(30-50):(1-5):(10-15):(10-20)。
3.根据权利要求1所述的复合处理剂，其特征在于，所述改性壳聚糖制备方法中，所述亚硫酸氢钠与水的质量-体积比，以g/mL计，为1:(300-500)；所述淀粉磷酸酯与水的质量-体积比，以g/mL计，为(20-50):(200-300)。
4.根据权利要求1所述的复合处理剂，其特征在于，所述改性壳聚糖制备方法中，所述亚硫酸氢钠与壳聚糖、羧甲基纤维素的质量比为1:(100-200):(30-50)；所述壳聚糖与淀粉磷酸酯、过硫酸铵、丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯的质量比为(100-200):(20-50):(1-3):(5-10):(10-20):(20-50)；所述壳聚糖与聚合硫酸铁、碳酸钙的质量比为(100-200):(10-15):(1-5)。
5.根据权利要求1所述的复合处理剂，其特征在于，所述改性煤矸石制备方法中，煤矸石与氧化钙的质量比为(10-20):(1-5)。
发明内容
本发明的主要目的在于一种可用于高浓度氨氮污水处理的复合处理剂，该处理剂可有效去除污水中的氨氮化合物，迅速降低污水中的氨氮指标，应用前景广阔。
本发明采用了以下技术方案来实现上述目的：
一种高浓度氨氮污水用复合处理剂，以重量份计，含有以下组分：
微生物菌剂10-20份、海藻酸钠100-150份、草莓秸秆活性炭20-30份、改性壳聚糖30-50份、改性煤矸石10-20份。
本发明提供上述微生物菌剂的制备方法，具体步骤为：
将类球红细菌、枯草芽孢杆菌、沼泽红假单胞菌、亚硝酸细菌分别培养至菌浓度为OD600≈3的菌液，然后按照2:1:3:1的菌液体积比混合，得到混合菌液，制成冻干粉，即为微生物菌剂。
本发明提供上述草莓秸秆活性炭的制备方法，具体步骤为：
草莓秸秆粉碎后，采用高锰酸钾溶液浸泡24-48h，浸泡后的秸秆用水冲洗，后置于活化剂溶液中浸泡24-48h，活化后的秸秆与碳化硅、扇贝壳粉混合后在氮气保护下置于500-700℃温度下煅烧1-3h，煅烧后的混合物冷却，加入聚丙烯酸钠混合，粉碎，即得草莓秸秆活性炭。
进一步的，所述高锰酸钾溶液中高锰酸钾的质量浓度为30-50wt%。
所述活化剂溶液为氟硅酸钠、氯化铵、磷酸铵的混合溶液；其中，氟硅酸钠的质量浓度为10-20wt%，氯化铵的质量浓度为15-20wt%，磷酸铵的质量浓度为30-50wt%。
所述草莓秸秆与碳化硅、扇贝壳粉、聚丙烯酸钠的质量比为(30-50):(1-5):(10-15):(10-20)。
本发明提供上述改性壳聚糖的制备方法，具体步骤为：
将亚硫酸氢钠加水溶解后加入壳聚糖、羧甲基纤维素加热糊化，得混合物Ⅰ备用；将淀粉磷酸酯加水溶解，加入过硫酸铵、丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯，在氮气保护下搅拌并加热，反应物黏稠后停止搅拌并升温至70-80℃，保温1-2小时，停止反应，得混合物Ⅱ，备用；向混合物Ⅰ中加入混合物Ⅱ、聚合硫酸铁、碳酸钙，加热，得初产物；将初产物洗涤，干燥，研磨，即得改性壳聚糖。
进一步的，所述亚硫酸氢钠与水的质量-体积比，以g/mL计，为1:(300-500)；
所述亚硫酸氢钠与壳聚糖、羧甲基纤维素的质量比为1:(100-200):(30-50)；
所述淀粉磷酸酯与水的质量-体积比，以g/mL计，为(20-50):(200-300)；
所述壳聚糖与淀粉磷酸酯、过硫酸铵、丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯的质量比为(100-200):(20-50):(1-3):(5-10):(10-20):(20-50)。
所述壳聚糖与聚合硫酸铁、碳酸钙的质量比为(100-200):(10-15):(1-5)。
本发明提供上述改性煤矸石的制备方法，具体步骤为：
煤矸石粉碎，采用浓度为10-20%的盐酸溶液浸泡3-5h，浸泡后的煤矸石干燥，在氮气保护下置于700-900℃温度下煅烧，煅烧后的煤矸石，采用质量浓度为10-30wt%的硫酸铵溶液浸泡3-5h，干燥，加入氧化钙，粉碎，即得改性煤矸石。
进一步的，所述煤矸石与氧化钙的质量比为：(10-20):(1-5)。
本发明提供上述复合处理剂的制备方法，具体步骤为：
步骤1，将微生物菌剂加入到改性壳聚糖水溶液中，搅拌均匀，使微生物菌剂均匀的负载在改性壳聚糖内部，干燥至水分含量≤5%，得物料1；
步骤2，将物料1、草莓秸秆活性炭、改性煤矸石加入到海藻酸钠水溶液，300-500r/min搅拌5-10min，30℃烘干至水分含量≤3%，即得复合处理剂。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明中采用微生物降解的方式对污水中的氨氮化合物进行降解，各微生物之间相互配合，协调共生，在投放入污水中可形成优势菌群，迅速降低污水中的氨氮指标，效果迅速且显著，且不受污水中其他成分的影响，能够持续降解污水中的氨氮化合物。同时采用对微生物菌剂采用包埋方式，将微生物负载在改性壳聚糖的内部，外围包裹草莓秸秆活性炭、改性煤矸石，可有效避免微生物菌剂因直接暴露在高浓度氨氮环境中造成的微生物死亡，从而导致降解能力下降；采用本发明包埋方式可有效保持微生物的稳定性，对微生物具有一定的保护作用，保证有效的微生物数量，显著增强微生物的氨氮降解能力。
2.本发明对壳聚糖进行了改性，是壳聚糖内部形成较多的微孔结构，可有效负载微生物菌剂，同时具有一定的吸附能力，保证微生物在内部可以稳定存在，不易溶出，对微生物具有较好的保护作用。对煤矸石的改性，同样使得煤矸石内部同样存在微孔结构，增大其吸附能力；采用本发明制得的草莓秸秆活性炭，其表面积及孔容大，吸附性能优良。此外，本发明中改性壳聚糖、改性煤矸石、草莓秸秆活性炭三者因内部结构的不同，在一定程度上形成协同作用，实现对氨氮化合物的不同浓度的动态吸附，在用于污水中，海藻酸钠缓慢形成溶胀，实现对氨氮化合物的快速吸附，同时在内部改性壳聚糖中浓度最小，外部改性煤矸石、草莓秸秆活性炭中浓度相对较高，且氨氮化合物浓度过高时，停止吸附，待微生物降解后，重新进行吸附，可避免因氨氮化合物浓度过高对微生物的影响。海藻酸钠溶胀破碎后，污水中的氨氮化合物亦有所下降，负载的微生物被释放至污水中，实现对剩余氨氮化合物的有效降解。
3.本发明中采用的草莓秸秆、扇贝壳粉、煤矸石均为农业、水产、工业中的废弃物，实现了废物利用，避免资源浪费及环境污染。
（发明人：李帅;李墨爱）
