本发明专利技术公开了一种磁性纳米硅基好氧颗粒污泥及其培养方法和应用，所述磁性纳米硅基好氧颗粒污泥中含有磁性纳米球Fe3O4/SiO2。所述磁性纳米硅基好氧颗粒污泥的培养方法包括以下步骤：把磁性纳米球Fe3O4/SiO2投加到活性污泥系统中；形成磁性纳米硅基好氧颗粒污泥，并将其用于废水处理。本发明专利技术提供的磁性纳米硅基好氧颗粒污泥具有形成快、对废水脱氮除磷的去除能力高、便于剩余污泥中磁性纳米材料回收以及增强好氧颗粒污泥长期稳定运行等优点。
Magnetic nano silicon based aerobic granular sludge and its culture method and Application
The invention discloses a magnetic nanometer silicon based aerobic granular sludge and a culture method and application thereof. The magnetic nanometer silicon based aerobic granular sludge contains a magnetic nano ball Fe3O4/SiO2. Culture method of aerobic granular sludge and the magnetic nano silicon substrate comprises the following steps: the Fe3O4/SiO2 magnetic nanoparticles added in the activated sludge system; the formation of magnetic nano silicon based on aerobic granular sludge and its application in wastewater treatment. The magnetic nanometer silicon based aerobic granular sludge provided by the invention has the advantages of fast formation, wastewater removal of nitrogen and phosphorus removal capacity of high magnetic nano materials in sludge recovery and enhance the long-term stable operation of aerobic granular sludge etc..
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于废水处理
，尤其涉及一种磁性纳米硅基好氧颗粒污泥及其培养方法和应用。
技术介绍
好氧颗粒污泥是在好氧条件下自发形成的细胞自身固定化颗粒，由于其与絮状污泥相比，具有沉降性能好、污泥浓度高，易于固液分离，便于提高污水处理效率，降低污水处理成本等优点，近年来成为污水处理界学者们研究的热点。好氧颗粒污泥工艺因此也被认为是当前世界上最具有发展前景的污水生物处理技术之一。但是好氧颗粒污泥快速颗粒化及其稳定运行一直是限制其实际应用的最大瓶颈。近年来一些研究表明，一些惰性载体可以很好的作为好氧颗粒污泥形成的“成核”物质；这些成核载体具有良好的表面性能，并有效增加其抗冲击负荷能力，从而能增加好氧颗粒污泥的长期稳定运行性能。其中，纳米磁铁粉(Fe3O4)就是一种很好的成核载体。活性污泥系统中加载纳米磁铁粉(Fe3O4)，不仅能提高污泥生物活性，还能诱导胞外聚合物(EPS)的分泌，促进污泥凝聚，利于污泥颗粒化。同时，适宜的磁学效应能平衡污泥中微生物的生长和死亡，并有效抑制污泥膨胀，提高其稳定性。尤其是，磁性纳米材料的优良磁特性使其在剩余污泥中通过外加磁场便可达到回收、重复使用，这既不改变污泥的组分，又便于资源化利用。但是，未修饰的磁性纳米颗粒Fe3O4在水中易发生化学变化和团聚效应，使其在污水处理领域的应用受到限制，而将磁性材料Fe3O4包覆于纳米硅球中形成磁性硅基纳米球(Fe3O4/SiO2)是一种有效改变Fe3O4分散性差的有效途径。因此，本专利技术基于好氧颗粒污泥“成核假说”以及“微磁场生物效应”的基本原理，并从外加磁场对磁性材料能加以分离重复利用角度考虑，在活性污泥系统中投加磁性纳米球Fe3O4/SiO2以加速污泥颗粒化及其稳定运行特性为主要目的。
技术实现思路
本专利技术提供了一种磁性纳米硅基好氧颗粒污泥,旨在解决，未修饰的磁性纳米颗粒Fe3O4在水中易发生化学变化和团聚效应，使其在污水处理领域的应用受到限制的问题。本专利技术是这样实现的，一种磁性纳米硅基好氧颗粒污泥，所述磁性纳米硅基好氧颗粒污泥中含有磁性纳米球Fe3O4/SiO2。本专利技术的另一目的在于提供一种所述磁性纳米硅基好氧颗粒污泥的培养方法，所述磁性纳米硅基好氧颗粒污泥的培养方法包括以下步骤：步骤一，在序批式活性污泥反应器(SBR)中把磁性纳米球Fe3O4/SiO2投加到活性污泥系统中；所述活性污泥反应器内接种的普通活性污泥的体积为所述活性污泥反应器的体积的40％～60％；纳米球投加量为0.3g/L～1.0g/L。步骤二，形成磁性纳米硅基好氧颗粒污泥，并处理废水。进一步，所述磁性纳米球Fe3O4/SiO2的制备方法包括以下步骤：步骤一，将1.0gFe3O4纳米球稀释于20mL蒸馏水、60mL无水乙醇和1.5mL浓氨水的混合液中；步骤二，然后在恒温水槽中经超声振动3h，滴加0.45mL正硅酸乙酯并继续磁力搅拌12h，磁铁分离；步骤三，用无水乙醇洗涤3次，干燥并烘干，得出磁性纳米球Fe3O4/SiO2。本专利技术的另一目的在于提供一种利用所述磁性纳米硅基好氧颗粒污泥的废水处理系统。本专利技术将磁性材料Fe3O4包覆于纳米硅球中形成磁性硅基纳米球(Fe3O4/SiO2)，具有如下优良特性：(1)良好的物理化学性能：Fe3O4/SiO2原生粒子尺寸小、比表面积大、表面原子数多、表面能和表面张力大、且具有量子尺寸效应、体积效应、表面效应和宏观量子隧道效应等。(2)分散性：SiO2由制备过程中前驱体发生缩合反应所得，形成网络结构，体系交联，具有一定的疏水性，并由此被研究学者在采用微乳液法制备高分散性磁性纳米颗粒时作为改性剂使用。(3)适宜的磁学性能。本专利技术将Fe3O4/SiO2作为好氧颗粒污泥形成的“成核”载体，有以下优势：(1)可通过磁力健、磁力、洛伦兹力和磁致胶体效应等作用，极大促进污泥经磁聚、吸附作用富集到其表面，利于生物速率慢的生物截留和附着，避免因传质阻力引起内核瓦解；(2)良好的微磁场生物效应，能诱导促进胞外聚合物(EPS)分泌的产絮菌群的丰富度，加速其污泥颗粒化；(3)适宜的磁学效应还能平衡污泥中微生物的生长和死亡，并有效抑制污泥膨胀，提高其稳定性；(4)这类磁性纳米材料可在外加磁场条件下进行回收，可重复利用。本专利技术实施例提供了一种磁性纳米硅基好氧颗粒污泥的培养及其应用，主要目的是加速好氧颗粒污泥的快速形成、提高其废水脱氮除磷的去除能力、便于剩余污泥中磁性纳米材料回收以及增强好氧颗粒污泥长期稳定运行。附图说明图1是本专利技术实施例提供的磁性纳米硅基好氧颗粒污泥的培养方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的反应器内SVI值随时间变化曲线示意图。图3是本专利技术实施例提供的各反应器内TN去除率变化曲线示意图。图4是本专利技术实施例提供的反应器内TP去除率变化曲线示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合附图对本专利技术的应用原理作详细的描述。如图1所示，本专利技术实施例提供的磁性纳米球的制备方法包括以下步骤：S101：把磁性纳米球Fe3O4/SiO2投加到活性污泥系统中；S102：形成磁性纳米硅基好氧颗粒污泥，并处理废水。下面结合对比实验对本专利技术的应用效果作详细的描述。1、磁性纳米球Fe3O4的制备采用化学共沉淀法制备Fe3O4纳米球。具体方法：将0.02molFeCl3·6H2O和0.01molFeCl2·4H2O溶解于100mL蒸馏水中，然后加入三颈圆底烧瓶(250mL)中，在90℃，N2气氛下(防止生成的Fe3O4转化为Fe2O3)搅拌1h，缓慢加入10mL浓氨水调节pH为8.5～10，冷却至室温，磁铁分离后用蒸馏水反复洗涤。2、磁性纳米球Fe3O4/SiO2的制备具体方法：将1.0gFe3O4纳米球稀释于20mL蒸馏水、60mL无水乙醇和1.5mL浓氨水的混合液中，然后在恒温水槽中经超声振动3h，缓慢滴加0.45mLTEOS(正硅酸乙酯)并继续磁力搅拌12h，磁铁分离，用无水乙醇洗涤3次，干燥并烘干，得出样品。3、纳米球SiO2的制备将1.02gCTAB(十六烷基三甲基溴化铵)溶于480ml蒸馏水中，加入3.5ml的2mol/L的NaOH溶液，80℃油浴搅拌0.5h后，滴加5mlTEOS(正硅酸乙酯)，80℃下继续搅拌24h，后于100℃下水热处理48h，抽滤洗涤，100℃下干燥过夜，得出样品。4、实验装置及运行条件反应装置：序批式活性污泥反应器(SBR)中进行；所述反应器的反应温度为15℃～30℃，溶解氧DO≥3.0mg/L。所述反应器为序批式运行方式，每天循环2～3个周期，每个周期为480min～720min，其中，每一个周期内的进水时间为5min～10min，曝气时间为240min～700min，沉淀时间为1min～10min，剩余时间为闲置。所述活性污泥反应器内接种的普通活性污泥的体积为所述活性污泥反应器的体积的40％～60％；纳米球投加量为0.3g/L～1.0g/L。实验所用接种活性污泥：取自双流航空港污水处理厂，污泥体积指数SVI为202.15mL/g，污泥浓度MLSS本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种磁性纳米硅基好氧颗粒污泥，其特征在于，所述磁性纳米硅基好氧颗粒污泥中含有磁性纳米球Fe3O4/SiO2。
【技术特征摘要】
1.一种磁性纳米硅基好氧颗粒污泥，其特征在于，所述磁性纳米硅基好氧颗粒污泥中含有磁性纳米球Fe3O4/SiO2。2.一种如权利要求1所述磁性纳米硅基好氧颗粒污泥的培养方法，其特征在于，所述磁性纳米硅基好氧颗粒污泥的培养方法包括以下步骤：步骤一，在序批式活性污泥反应器中把磁性纳米球Fe3O4/SiO2投加到活性污泥系统中；所述活性污泥反应器内接种的普通活性污泥的体积为所述活性污泥反应器的体积的40％～60％；纳米球投加量为0.3g/L～1.0g/L；步骤二，形成磁性纳米硅基好氧颗粒...
【专利技术属性】
技术研发人员：信欣，刘洁，管蕾，郭旭晶，羊依金，谭显东，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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