一种双固定化快速启动功能碳源填料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种双固定化快速启动功能碳源填料及其制备方法，该填料包括以下组分及重量百分比含量：硬质纤维素类农业废弃物45～55％、海绵铁12～14％、原生矿物材料10～15％、天然粘结剂3～5％、凹凸棒土10～20％、硅酸盐水泥6～10％，由挤条机挤出成型制得。与现有技术相比，本发明专利技术将物理吸附、化学还原和生物修复作用有机结合，使填料具有吸附固持和土著微生物增强的双重固定化功能，提供满足微生物生长所需的营养盐、电子供体及微生物固定化载体，快速启动脱氮反应，避免二次污染问题，具有制作方便、成型性好、经济可行、安全无污染等特点，有效解决目前地下水生物修复领域存在的问题，实现资源循环利用的目的，具有广阔的应用前景。

Double immobilization quick start function carbon source filler and preparation method thereof

The invention relates to a double immobilized fast starting function carbon source filler and its preparation method. The packing includes the following components and the weight percentage content: 45 ~ 55% of the agricultural waste of hard cellulose, 12 to 14% of the sponge iron, 10 to 15% of the primary mineral material, 3 to 5% of the natural binder, 10 to 20% of the attapulgite, and the silicate, and silicate, and silicate. The cement is 6 to 10% and is extruded by extruder. Compared with the existing technology, the invention organically combines physical adsorption, chemical reduction and bioremediation, and makes the filler have dual immobilization function with adsorption and fixation and Aboriginal microorganism enhancement. It provides the nutrient salt, electronic donor and microorganism immobilization carrier to meet the growth of microorganism, and quickly starts the denitrogenation reaction and avoids the reaction. No two pollution problems, which have the characteristics of convenient production, good formability, economic feasibility, safety and no pollution, effectively solve the existing problems in the field of groundwater bioremediation and realize the purpose of recycling resources, and have a broad application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种双固定化快速启动功能碳源填料及其制备方法
本专利技术涉及一种修复填料，具体涉及一种双固定化快速启动功能碳源填料及其制备方法。
技术介绍
地下水硝酸盐污染具有普遍性。针对该问题，除异位处理外，向地下水中增加化学还原剂和有机碳，进而使硝酸盐还原成氮气从地下水中脱离的原位修复技术，也是学术界及工程界普遍采用的方法之一。海绵铁作为填料已成功用于地下水中硝酸盐污染原位修复，但过程中易产生氨氮，造成二次污染，且易于结块造成填充反应区堵塞及硝酸盐去除效率不稳定。外加碳源是影响地下水硝酸盐原位处理效率及其可行性的重要因素。有研究者将甲烷、果糖、葡萄糖、甲醇、醋酸、丙酸等易于微生物利用的有机物作为碳源材料，但这类材料的成本较高，投加量难以控制，实施过程复杂。近年来部分研究者采用水不溶性固体有机物作为反硝化菌的碳源，包括聚羟基脂肪酸酯、聚乳酸(PLA)、聚β-羟基丁酸(PHB)、聚β-羟基丁酸戊酸醋(PHBV)、聚ε-己内酯(PCL)、聚乙二醇(PEG)、脂肪族聚碳酸酯、热塑性淀粉、聚乙烯醇(PVA)等。这些人工合成的高分子碳源材料具有释碳可控、利用率高等优点，但它存在着材料制作繁琐、制备成本高、对人体健康和环境存在潜在危害等缺点，限制了其工程应用。农业废弃物的资源化利用与处置是我国环境治理面临的重要问题。目前，全世界每年有高达8900亿吨富含纤维素的植物作为废弃物被丢弃于自然界中，在我国一些农业区也较为普遍。农业废弃物可作为硝酸盐去除的碳源材料，但目前以农业废弃物为基料的碳源填料存在制作产出量较低，有效修复基质含量不高，修复过程启动较慢等缺点，限制了农业废弃物作为填充基质修复地下水硝酸盐污染的实际工程应用。中国专利CN102627822B公开了一种改性PVA-淀粉控释碳源材料及其制备方法，其中改性PVA-淀粉控释碳源材料的原料按质量份数构成为：PVA23-52份，玉米淀粉27-49份，硼酸3-17份，凹凸棒石8-30份，但由于PVA材料属于高分子塑性材料，具有潜在环境危害性，同时，以PVA为碳源原料，没有充分发挥农业废弃物作为有机碳源的优势；此外，该方法在实验室中具有一定操作性，但实际中还存在着材料制作繁琐、制备成本高等问题，而且冷冻技术无法批量制作，不适宜大面积推广使用。中国专利CN104098083A公开了一种以生物质为碳源制备多孔纳米碳材料的方法，此材料涉及一种以生物质丝瓜络作为碳源制备纳米碳材料的方法，该材料脱氮效果好，但该技术方案需要在惰性气体、超高温环境、酸性环境等条件下进行多步骤制备，制作环境要求较高，工艺过程难于控制，这将会导致材料制作时效及成本均偏高，且超高温环境，超声环境难于在实地应用中实现，不利于大规模推广应用。中国专利CN106186358A公开了一种生物炭粘胶纤维缓释碳源填料及制备方法，所述缓释碳源填料以粘胶纤维为骨架及缓释碳源，所述缓释碳源填料的质量百分比含量为：粘胶纤维85～95％，生物炭5～15％，所述生物炭平均粒径为50～100μm，粒径小于60μm的生物炭占比不低于30％，粒径大于100μm的生物炭占比不超过20％，所述生物炭最大粒径不超过200μm。但上述材料中的生物炭在300～700℃条件下厌氧热解，这容易导致填料的可利用性生物质量减少，不利于原生生物的富集。再者，该填料形状与尺寸单一，无法根据实际需要进行灵活调整。最后，该填料制备过程中生物悬浊液需要研磨至200um，须在实验室条件下进行，实际应用中难于控制。现有填料制作工艺繁琐、产出率低、生产成本高，填料形状及尺寸无法根据实际需要灵活调整，填充后修复反应启动较慢，且修复水体产生的二次污染，硬质纤维素类农业废弃物有效利用率不高。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述问题而提供一种双固定化快速启动功能碳源填料及其制备方法。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种双固定化快速启动功能碳源填料，包括以下组分及重量百分比含量：进一步优选的，该填料为条形状，由挤条机挤出成型制得，填料表面及内部呈微孔渗透结构，有利于内部有机质渗透，填料横截面可呈圆形、多边形、梅花形等可根据设计需求灵活调整的多种形状，作为微生物附着载体，可增大填料比表面积，提高微生物附着量，填料的长度和横截面直径可根据设计要求进行灵活调整。进一步优选的，所述的硬质纤维素类农业废弃物为花生壳、核桃壳、树枝、棉花壳中的一种或多种混合物，并粉碎至粒径在16-20目。相对于秸秆纤维素类农业废弃物，花生壳、核桃壳、树枝、棉花壳的长度和韧性均小于秸秆类农业废弃物，易于粉碎，降低制作成本。进一步优选的，所述的原生矿物材料为沸石、活性炭、坡缕石中的一种或多种混合物，粒径在10-30目，吸附性能好，可对水体中的氨氮、大分子有机物进行有效吸附。进一步优选的，所述的天然粘结剂为田菁粉，为植物粉状原料(用量小)，对环境无潜在危害，避免了其他高分子粘结剂引起的修复水体二次污染问题，此外，田菁粉粘性较好，使用量低，有助于降低成本。进一步优选的，所述的海绵铁的粒径在70-90目。所述的双固定化快速启动功能碳源填料的制备方法，包括以下步骤：(1)将硬质纤维素类农业废弃物清水冲洗、晾干，粉碎；(2)将原料按配比混匀，加水搅拌至原料呈粘稠状，投入挤条机挤出成型；(3)根据所制备填料的直径及长度要求，更换机器口径，并及时切断所制备填料，后得到条形状填料；(4)观察挤出的填料，至预期规格要求，得到条状圆柱形填料，将材料自然风干1～3天或用烘箱在35～45℃烘干，至填料紧实，并满足在水中浸泡至少半年而不膨胀解体的程度，同时填料颗粒强度需大于80N/颗，即得成品。本专利技术将硬质纤维素类农业废弃物、海绵铁、原生矿物材料以及天然粘结剂混合均匀作为原料，通过物理吸附、化学还原和生物修复作用的相互耦合，制作具有吸附固持二次污染及土著高效脱氮微生物增强功能的填料，具有吸附固持和土著微生物增强的双重固定化功能，且可快速启动脱氮反应，为地下水去除硝酸盐提供安全、高效、持续的修复材料。具体机理为：硬质纤维素类农业废弃物和海绵铁，提供满足微生物生长所需的营养盐、电子供体，海绵铁化学还原目标污染物，纤维素材料释放有机碳；填料的条形状结构为微生物提供固定化载体，较大的比表面积可提高微生物附着量，在丰富有机质的环境下，微生物逐步富集，营造脱氮菌成为优势菌群的生长和反应环境，通过生物降解过程作用和化学还原作用联合去除地下水中的硝酸盐，从而达到修复净化的目的。原生矿物质材料具有良好的阳离子交换与吸附能力，加入适量沸石、活性炭和坡缕石等粘土矿物，可以短时间内将NH4+以及大分子有机物吸附，避免进入修复水体引起氨氮浓度及色度升高等二次污染问题。天然粘结剂使得原料均匀交联，避免填料在水体中漂浮、解体及结块堵塞。与现有技术相比，本专利技术具有以下突出的效果：1、本专利技术将物理吸附、化学还原和生物修复作用有机结合，使填料具有吸附固持和土著微生物增强的双重固定化功能，可提高微生物丰度及活性，快速启动修复反应体系，避免以往填料修复反应启动较慢的问题；同时，该填料可吸附出水中氨氮及大分子显示有机物，避免二次污染。2、本专利技术填料制备方法可实现整个制作环境均在室温中进行，制作步骤简便、一次成型，产量较高，满足大规模实际工程应用(生产能力可达6t/天)，避免了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双固定化快速启动功能碳源填料，其特征在于，包括以下组分及重量百分比含量：

【技术特征摘要】
1.一种双固定化快速启动功能碳源填料，其特征在于，包括以下组分及重量百分比含量：2.根据权利要求1所述的一种双固定化快速启动功能碳源填料，其特征在于，该填料为条形状，由挤条机挤出成型制得，填料表面及内部呈微孔渗透结构。3.根据权利要求2所述的一种双固定化快速启动功能碳源填料，其特征在于，所述填料的横截面呈圆形、多边形或梅花形。4.根据权利要求1所述的一种双固定化快速启动功能碳源填料，其特征在于，所述的硬质纤维素类农业废弃物为花生壳、核桃壳、树枝、棉花壳中的一种或多种混合物，并粉碎至粒径在16-20目。5.根据权利要求1所述的一种双固定化快速启动功能碳源填料，其特征在于，所述的原生矿物材料为沸石、活性炭、坡缕石中的一种或多种混合物。6.根据权利要求1所述的一种双固定化快速启动...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雯，周念清，夏学敏，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31