生物海绵铁及其在污水处理中的应用

　　申请日2016.08.31

　　公开(公告)日2016.12.07

　　IPC分类号C02F3/34

　　摘要

　　本发明公开的是一种生物海绵铁及其在污水处理中的应用，所述生物海绵铁主要是由以下成分组成：铁矿石粉80～200份、还原剂50～150份、活性剂5～20份、可降解聚电解质1～10份、微生物菌种1～8份、微生物菌种载体剂1～20份。所述生物海绵铁是由下述工艺制备而成：(1)将铁矿石粉与还原剂用立式微波炉进行反应制备得到低碳海绵铁管坯;(2)制备得到微生物菌种微球;(3)将微生物菌种微球与所述活性剂、可降解聚电解质混合，填塞入步骤制得的管坯内，即得到所述生物海绵铁。本发明的生物海绵铁兼有生物与化学处理废水的双重功能，因此与传统的污水处理工艺相比，效率更高，而且处理方法更加简便。

　　权利要求书

　　1.一种生物海绵铁，其特征在于，所述生物海绵铁按重量组份计，主要是由以下成分组成：铁矿石粉80～200份、还原剂50～150份、活性剂5～20份、可降解聚电解质1～10份、微生物菌种1～8份、微生物菌种载体剂1～20份。

　　2.如权利要求1所述的一种生物海绵铁，其特征在于，所述还原剂是由碳化硅、硅铁和石灰三者组成的混合物，其中，碳化硅90.5%、硅铁3%、石灰为6.5%。

　　3.如权利要求1所述的一种生物海绵铁，其特征在于，优选的，所述活性剂是由菌糠、鼠李糖脂、丝裂霉素三者组成的混合物。

　　4.如权利要求3所述的一种生物海绵铁，其特征在于，优选地，所述活性剂的尺寸大小为约0.5～0.9nm。

　　5.如权利要求1所述的一种生物海绵铁，其特征在于，所述可降解聚电解质是选自聚酯、聚酐、聚原酸酯、聚磷腈和聚磷酸酯中的任意一种或多种的组合。

　　6.如权利要求1所述的一种生物海绵铁，其特征在于，所述微生物菌种包括硫丝细菌、脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)DN-3、甲基杆菌(Methylobacteriumphyllosphaerae)SDN-3、硝化菌、光合细菌、红球菌(Rhodococcus s p.)。

　　7.如权利要求1所述的一种生物海绵铁，其特征在于，所述微生物菌种载体剂为单层蒙脱土纳米片和碳纤维按照2:1的重量比组成的混合物。

　　8.如权利要求1-7所述的一种生物海绵铁，其特征在于，所述生物海绵铁是由下述工艺制备而成：

　　(1)将铁矿石粉与还原剂用立式微波炉进行反应制备得到低碳海绵铁，微波频率为900～3000MHz;再将所述低碳海绵铁制成长1～3cm、直径0.2～0.5cm的空心管坯;

　　(2)向培养基中加入微生物菌种载体剂，加入浓度为每ml培养基溶液中含微生物菌种载体剂1～10mg，混合均匀，然后接入所述微生物菌种，在温度33～35℃、100～120r/min旋转振荡的条件下培养60～90小时，菌种将液体培养基中分散的微生物菌种载体剂附着其表面，然后过滤除去液体，固体物用去离子水冲洗1～3次，再经冷冻干燥，得到微生物菌种微球，待用;

　　(3)将步骤(2)制得的微生物菌种微球与所述活性剂、可降解聚电解质混合，填塞入步骤(1)制得的管坯内，即得到所述生物海绵铁。

　　9.如权利要求1所述的一种生物海绵铁在污水治理方面的应用。

　　说明书

　　一种生物海绵铁及其在污水处理中的应用

　　技术领域

　　本发明涉及污水处理技术领域，具体是涉及一种生物海绵铁及其在污水治理方面的应用。

　　背景技术

　　水污染，尤其是N、P元素的污染是我国环境保护面临的主要问题之一。污水生化处理技术是污水处理中的主要技术，作为一种经济有效的手段，在防止水体污染，提高水体功能方面发挥着极其重要的作用。目前，污水生化处理工艺不断更新，但对N、P元素及难降解有机物的处理普遍存在投资大，效果不理想的问题。提高污水生化处理效果，特别是N、P的处理效果，降低运行成本，是目前污水生化处理中亟待解决的主要问题。

　　我国相关政策已规定对不能纳入城市污水收集系统的居民区、旅游景区、度假村等分散的人群聚居地排放的污水和工业废水应就地处理达标排放。公知的较小水量污水处理设备所采用的工艺已从原来单一的活性污泥法或生物膜法逐渐发展到现在的多种方法结合的复合工艺。目前市场上出现的一体化污水处理设备多是以生化反应为基础，将生化、沉淀、消毒、污泥回流等多个功能不同的单元有机的结合在一个设备之中而形成的污水处理组合体，而其生化部分多采用生物接触氧化、生物流化床、A/O、SBR、MBR等工艺，尤以生物接触氧化工艺居多。

　　微生物固定化技术是将微生物限定在一定区域保持活性反复利用的方法。固定化微生物技术用于废水处理，具有一系列优点，如可以在反应器内保持高生物浓度，反应启动速度快，污泥龄提高，处理效率高，操作稳定，固液分离简单，耐毒害能力增强，微生物流失少，污水设备小型化，剩余污泥少等优点。与游离细胞相比，明显地显示出优越性。因此，该技术在有机污染物污水治理中越来越受到关注，成为改善污水生化工艺的主要手段。目前，微生物的固定化方法主要有吸附固定法，交联固定法和包埋固定法等几种，但他们多采用特殊的天然或人工合成高分子材料进行微生物的固定化，效果上仅具有固定微生物的作用，普遍存在成本高，效果单一，实用性差的问题。

　　发明内容

　　本发明解决的技术问题是提供一种生物海绵铁及其在污水治理方面的应用。

　　本发明的技术方案是：一种生物海绵铁，按重量组份计，主要是由以下成分组成：铁矿石粉80～200份、还原剂50～150份、活性剂5～20份、可降解聚电解质1～10份、微生物菌种1～8份、微生物菌种载体剂1～20份。

　　进一步地，所述还原剂是由碳化硅、硅铁和石灰三者组成的混合物，其中，碳化硅90.5%、硅铁3%、石灰为6.5%。

　　进一步地，所述活性剂是由菌糠、鼠李糖脂、丝裂霉素三者按照10:2:3的重量比组成的混合物。

　　进一步地，所述活性剂的尺寸大小为约0.5～0.9nm。

　　进一步地，所述可降解聚电解质是选自聚酯、聚酐、聚原酸酯、聚磷腈和聚磷酸酯中的任意一种或多种的组合。

　　进一步地，所述微生物菌种包括硫丝细菌、脱氮副球菌(Paracoccusdenitrificans)DN-3、甲基杆菌(Methylobacterium phyllosphaerae)SDN-3、硝化细菌、光合细菌、红球菌(Rhodococcus s p.)，该红球菌的保藏编号为CGMCC No.6924。

　　进一步地，所述微生物菌种载体剂为单层蒙脱土纳米片和碳纤维按照2:1的重量比组成的混合物。

　　进一步地，所述生物海绵铁是由下述工艺制备而成：

　　(1)将铁矿石粉与还原剂用立式微波炉进行反应制备得到低碳海绵铁，微波频率为900～3000MHz;再将所述低碳海绵铁制成长1～3cm、直径0.2～0.5cm的空心管坯;用立式微波炉进行氧化还原反应相比其他工艺具有更高效节能的优势;

　　(2)向培养基中加入微生物菌种载体剂，加入浓度为每ml培养基溶液中含微生物菌种载体剂1～10mg，混合均匀，然后接入所述微生物菌种，在温度33～ 35℃、100～120r/min旋转振荡的条件下培养60～90小时，菌种将液体培养基中分散的微生物菌种载体剂附着其表面，然后过滤除去液体，固体物用去离子水冲洗1～3次，再经冷冻干燥，得到微生物菌种微球，待用;

　　(3)将步骤(2)制得的微生物菌种微球与所述活性剂、可降解聚电解质混合，填塞入步骤(1)制得的管坯内，即得到所述生物海绵铁。

　　所述的一种生物海绵铁在污水治理方面的应用：所述生物海绵铁在好氧条件下处理污水。

　　本发明的有益效果是：本发明的生物海绵铁兼有生物与化学处理废水的双重功能，因此与传统的污水处理工艺相比，效率更高，而且处理方法更加简便。

　　具体实施方式

　　实施例1：

　　一种生物海绵铁，按重量组份计，主要是由以下成分组成：铁矿石粉80份、还原剂50份、活性剂5份、可降解聚电解质1份、微生物菌种1份、微生物菌种载体剂1份。其中，所述还原剂是由90.5%碳化硅、3%硅铁和6.5%石灰组成的混合物。所述活性剂是由菌糠、鼠李糖脂、丝裂霉素三者按照10:2:3的重量比组成的混合物，活性剂的尺寸大小为约0.5nm。所述可降解聚电解质是聚酯、聚酐、聚原酸酯、聚磷腈和聚磷酸酯。所述微生物菌种包括硫丝细菌、脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)DN-3、甲基杆菌(Methylobacteriumphyllosphaerae)SDN-3、硝化细菌、光合细菌、红球菌(Rhodococcus s p.)，该红球菌的保藏编号为CGMCC No.6924。所述微生物菌种载体剂为单层蒙脱土纳米片和碳纤维按照2:1的重量比组成的混合物。

　　所述生物海绵铁是由下述工艺制备而成：

　　(1)将铁矿石粉与还原剂用立式微波炉进行反应制备得到低碳海绵铁，微波频率为900MHz;再将所述低碳海绵铁制成长1cm、直径0.2cm的空心管坯;用立式微波炉进行氧化还原反应相比其他工艺具有更高效节能的优势;

　　(2)向培养基中加入微生物菌种载体剂，加入浓度为每ml培养基溶液中含微生物菌种载体剂1mg，混合均匀，然后接入所述微生物菌种，在温度33℃、100r/min旋转振荡的条件下培养60小时，菌种将液体培养基中分散的微生物菌种载体剂附着其表面，然后过滤除去液体，固体物用去离子水冲洗1次，再经冷冻干燥，得到微生物菌种微球，待用;

　　(3)将步骤(2)制得的微生物菌种微球与所述活性剂、可降解聚电解质混合，填塞入步骤(1)制得的管坯内，即得到所述生物海绵铁。

　　实施例2：

　　一种生物海绵铁，按重量组份计，主要是由以下成分组成：铁矿石粉150份、还原剂100份、活性剂12.5份、可降解聚电解质5.5份、微生物菌种4.5份、微生物菌种载体剂10.5份。其中，所述还原剂是由90.5%碳化硅、3%硅铁和6.5%石灰组成的混合物。所述活性剂是由菌糠、鼠李糖脂、丝裂霉素三者按照10:2:3的重量比组成的混合物，活性剂的尺寸大小为约0.5～0.9nm。所述可降解聚电解质是聚酯、聚酐、聚原酸酯、聚磷腈和聚磷酸酯。所述微生物菌种包括硫丝细菌、脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)DN-3、甲基杆菌(Methylobacterium phyllosphaerae)SDN-3、硝化细菌、光合细菌、红球菌(Rhodococcus sp.)，该红球菌的保藏编号为CGMCC No.6924。所述微生物菌种载体剂为单层蒙脱土纳米片和碳纤维按照2:1的重量比组成的混合物。

　　所述生物海绵铁是由下述工艺制备而成：

　　(1)将铁矿石粉与还原剂用立式微波炉进行反应制备得到低碳海绵铁，微波频率为1950MHz;再将所述低碳海绵铁制成长2cm、直径0.35cm的空心管坯;用立式微波炉进行氧化还原反应相比其他工艺具有更高效节能的优势;

　　(2)向培养基中加入微生物菌种载体剂，加入浓度为每ml培养基溶液中含微生物菌种载体剂5.5mg，混合均匀，然后接入所述微生物菌种，在温度34℃、110r/min旋转振荡的条件下培养75小时，菌种将液体培养基中分散的微生物菌种载体剂附着其表面，然后过滤除去液体，固体物用去离子水冲洗2次，再经冷冻干燥，得到微生物菌种微球，待用;

　　(3)将步骤(2)制得的微生物菌种微球与所述活性剂、可降解聚电解质混合，填塞入步骤(1)制得的管坯内，即得到所述生物海绵铁。

　　实施例3：

　　一种生物海绵铁，按重量组份计，主要是由以下成分组成：铁矿石粉200份、还原剂150份、活性剂20份、可降解聚电解质10份、微生物菌种8份、微生物菌种载体剂20份。其中，所述还原剂是由90.5%碳化硅、3%硅铁和6.5%石灰组成的混合物。所述活性剂是由菌糠、鼠李糖脂、丝裂霉素三者按照10:2:3的重量比组成的混合物，活性剂的尺寸大小为约0.9nm。所述可降解聚电解质是聚酯、聚酐、聚原酸酯、聚磷腈和聚磷酸酯。所述微生物菌种包括硫丝细菌、脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)DN-3、甲基杆菌(Methylobacterium phyllosphaerae)SDN-3、硝化细菌、光合细菌、红球菌(Rhodococcus sp.)，该红球菌的保藏编号为CGMCC No.6924。所述微生物菌种载体剂为单层蒙脱土纳米片和碳纤维按照2:1的重量比组成的混合物。

　　所述生物海绵铁是由下述工艺制备而成：

　　(1)将铁矿石粉与还原剂用立式微波炉进行反应制备得到低碳海绵铁，微波频率为3000MHz;再将所述低碳海绵铁制成长3cm、直径0.5cm的空心管坯;用立式微波炉进行氧化还原反应相比其他工艺具有更高效节能的优势;

　　(2)向培养基中加入微生物菌种载体剂，加入浓度为每ml培养基溶液中含微生物菌种载体剂10mg，混合均匀，然后接入所述微生物菌种，在温度35℃、120r/min旋转振荡的条件下培养90小时，菌种将液体培养基中分散的微生物菌种载体剂附着其表面，然后过滤除去液体，固体物用去离子水冲洗3次，再经冷冻干燥，得到微生物菌种微球，待用;

　　(3)将步骤(2)制得的微生物菌种微球与所述活性剂、可降解聚电解质混合，填塞入步骤(1)制得的管坯内，即得到所述生物海绵铁。

　　废水处理实验

　　将某地区农村的生活污水作为处理样本，使用本发明实施例1、实施例2、实施例3的生物海绵铁进行处理，并记录其对废水中的COD，氨氮、总磷的去除率，结果见表1

　　表1：各实施例的生物海绵铁对废水处理的结果统计

　　组别COD去除率/%氨氮去除率/%总磷去除率/%实施例19292.392.1实施例292.594.293.4实施例393.193.393.6

　　上述处理结果完全符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级A标准。

　　对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

　　此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。