一种新型LDHs基缓释碳源填料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种新型LDHs基缓释碳源填料的制备方法及其应用，其中，制备方法包括：选用三价金属离子和二价金属离子作为正电离子来源并溶于去离子水中，利用共沉淀法制备层状双金属缓释碳源材料，将羟甲基纤维素钠作为粘合剂，聚乙烯醇作为骨架和制备的缓释碳源材料采用包埋法制备LDHs基缓释碳源填料，应用包括：S1、根据低碳氮比废水水质特征，构建反硝化生物滤池实现脱氮处理；S2、采用自然挂膜法或接种挂膜法进行挂膜启动，然后将废水引入反硝化生物滤池。本发明专利技术灵活性好、操作简便，在低碳氮比废水深度脱氮中具有广阔的应用前景。氮比废水深度脱氮中具有广阔的应用前景。氮比废水深度脱氮中具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种新型LDHs基缓释碳源填料的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及污水深度处理
，具体是涉及一种新型LDHs基缓释碳源填料的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]总氮的深度去除是国内外污水处理领域的热点，国内当前广泛执行的《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918
‑
2002中一级A的标准，要求出水总氮需达到TN≤15mg/L；近年来，多地(北京、天津、安徽、江苏、浙江)地方标准对污水处理厂出水TN排放限值日益提高(最严格的一档多为10mg/L)，使得污水处理面临深度脱氮的重大需求。然而，对于需深度脱氮的生化尾水，一般存在碳氮比较低、反硝化脱氮过程中碳源不足、脱氮效率较低问题。针对上述问题，行业内主要通过进水处直接添加碳源或释碳材料充当填料两种途径来补充碳源，以提高反硝化脱氮效果。然而在进水处补充乙酸、甲醇有机碳源，需要持续投加，增加运行成本，且过量投加会导致出水COD超标。因此，开展缓释碳源材料研究，实现低碳氮比废水的深度脱氮具有重要的意义。
[0003]碳源材料包括天然释碳材料(秸秆、稻壳、木屑)和可生物降解的聚合物(聚乳酸、聚乙烯醇、聚羟基脂肪酸酯)。如中国专利CN 111333203A公开的一种生态型缓释碳源及其制备方法和应用，该方法将秸秆类材料经过干馏处理和热解，然后干燥至恒重，得到基础固相缓释碳源，将反硝化细菌菌液固定于基础固相缓释碳源上，得到生态型缓释碳源。但该方法操作较为繁琐，且易造成二次污染(出水有机物、色度)，尤其是在启动阶段；中国专利CN 111362416A公开的一种缓释碳源填料及其制备方法，该方法将聚对苯二甲酸乙二醇酯、碳纳米管、微碳化纤维、硅藻土原料加热熔融后冷却切割成缓释碳源填料，其以聚合物作为碳源可实现较理想的脱氮效果，但是其成本相对较高。
[0004]层状双金属化合物(LDHs)具有双金属(三价金属离子和二价金属离子)层状结构，层间结合负电离子，层间存在氢键，结合紧密，结构稳定，具有良好的机械性能和缓释性能，且金属离子还有一定的促进反硝化活性的作用。本专利技术将LDHs用于制备缓释碳源填料的骨架、并将其与较为廉价的有机碳源混合制备新型反硝化填料，既可实现缓释碳效果，又能适当降低运行成本，可提高低碳氮比废水深度脱氮效果，具有较强的推广应用前景。

技术实现思路

[0005]针对当前低碳氮比废水深度脱氮时碳源不足、脱氮效果差、反硝化滤池进水处投加碳源无法保证出水水质、天然释碳材料和可生物降解的聚合物所引起的操作繁琐及成本较高问题，本专利技术创造性地提供了一种新型LDHs基缓释碳源填料的制备方法及其应用。本专利技术将LDHs作为制备释碳填料的骨架、并将其与较为廉价的有机碳源(CMC)混合制备一种新型反硝化填料；且根据低碳氮比废水水质特征，采用针对性的LDHs基缓释碳源填料制备方式及LDHs基缓释碳源填料和陶粒比例，构建反硝化生物滤池实现脱氮处理，显著提高废水的脱氮效果。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种新型LDHs基缓释碳源填料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]选用三价金属离子(M
3+
)和二价金属离子(M
2+
)作为正电离子来源，并将其溶于去离子水中，利用共沉淀法制备层状双金属(LDHs)缓释碳源材料，将CMC作为粘合剂，聚乙烯醇(PVA)作为骨架和制备的缓释碳源材料采用包埋法制备LDHs基缓释碳源填料。
[0009]进一步地，三价金属离子(M
3+
)包括Fe
3+
、Al
3+
，二价金属离子(M
2+
)包括Mg
2+
、Ni
2+
，金属元素可对反硝化活性的提高有显著影响。
[0010]进一步地，正电离子来源的试剂包括：FeCl3·
6H2O、AlCl3·
6H2O、MgCl2·
6H2O、NiCl2·
6H2O，保护气体为纯度为99.9％的氮气，保护气体为纯度为99.9％的氮气，其中，FeCl3·
6H2O用于向溶液中添加Fe
3+
离子，AlCl3·
6H2O用于向溶液中添加Al
3+
离子，MgCl2·
6H2O用于向溶液中添加Mg
2+
离子，NiCl2·
6H2O用于向溶液中添加Ni
2+
离子。
[0011]进一步地，制备过程所用的去离子水均需提前进行氮吹30min，除去其中的氧气。
[0012]进一步地，新型LDHs基缓释碳源填料的制备方法，具体包括以下步骤：
[0013]S1、称量作为正电离子来源的三价金属离子(M
3+
)和二价金属离子(M
2+
)，使二者的摩尔比值为0.5～3，将其溶于去离子水中，配成含有金属离子的混合溶液；
[0014]S2、将含有金属离子混合溶液置于三口瓶中，三口瓶置于恒温搅拌器中，在氮气保护环境下持续搅拌，然后滴加羟甲基纤维素钠溶液，随后通过NaOH溶液将金属离子混合溶液的pH值调节为8～9，然后加热三口瓶使温度维持在70～90℃，加热搅拌12～48h，且添加冷凝装置；
[0015]S3、对得到的混合液进行冷却、离心，并用去离子水洗涤离心得到的物质至少三次，再在60～80℃条件下进行烘干48～72h，经研磨过筛，得到LDHs
‑
CMC缓释碳源材料；
[0016]S4、先称量聚乙烯醇(PVA)，溶于去离子水中，在90～100℃条件下加热使其溶解，然后下调温度至50～60℃，称量羟甲基纤维素钠(CMC)，使羟甲基纤维素钠(CMC)完全溶解其中，然后称量上一步制备所得的LDHs
‑
CMC缓释碳源材料，加入到混合液中，充分混合之后，待混合液冷却至30～40℃；
[0017]S5、将混合液以100～300μl/s的速度滴加到备好的质量分数为3～6％的CaCl2饱和硼酸溶液中，滴加量根据缓释碳源填料的需要量，交联12～36h后，在60～80℃条件下干燥48～72h，即得到LDHs基缓释碳源填料。
[0018]进一步地，步骤S1中三价金属离子(M
3+
)和二价金属离子(M
2+
)的摩尔比为1:1～1:3，使LDHs
‑
CMC缓释碳源材料结合紧密且金属离子利用率高。
[0019]更进一步地，S4步骤中的聚乙烯醇和羟甲基纤维素钠的摩尔比为2:1～6:1，使LDHs基缓释碳源填料结构稳定且不影响碳源缓释速率。
[0020]优选地，步骤S2中的LDHs基缓释碳源填料在反硝化生物滤池中的应用，运行步骤为：
[0021]S1、根据低碳氮比废水水质特征，确定制备的LDHs基缓释碳源填料和陶粒比例为1:5～1:20，构建反硝化生物滤池实现脱氮处理；
[0022]S2、采用自然挂膜法或接种挂膜法进行挂膜启动，然本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型LDHs基缓释碳源填料的制备方法，其特征在于：选用三价金属离子和二价金属离子作为正电离子来源，并将其溶于去离子水中，利用共沉淀法制备层状双金属缓释碳源材料，将羟甲基纤维素钠作为粘合剂，聚乙烯醇作为骨架和制备的缓释碳源材料采用包埋法制备LDHs基缓释碳源填料。2.如权利要求1所述的一种新型LDHs基缓释碳源填料的制备方法，其特征在于，所述三价金属离子包括Fe
3+
、Al
3+
，所述二价金属离子包括Mg
2+
、Ni
2+
。3.如权利要求2所述的一种新型LDHs基缓释碳源填料的制备方法，其特征在于，所述正电离子来源的试剂包括：FeCl3·
6H2O、AlCl3·
6H2O、MgCl2·
6H2O、NiCl2·
6H2O，保护气体为纯度为99.9％的氮气。4.如权利要求1所述的一种新型LDHs基缓释碳源填料的制备方法，其特征在于，制备过程所用的去离子水均需提前进行氮吹30min，除去其中的氧气。5.如权利要求1所述的一种新型LDHs基缓释碳源填料的制备方法，其特征在于，所述新型LDHs基缓释碳源填料的制备方法，具体包括以下步骤：S1、称量作为正电离子来源的三价金属离子和二价金属离子，将其溶于去离子水中，配成含有金属离子的混合溶液；S2、将含有金属离子混合溶液置于三口瓶中，三口瓶置于恒温搅拌器中，在氮气保护环境下持续搅拌，然后滴加羟甲基纤维素钠溶液，随后通过NaOH溶液将金属离子混合溶液的pH值调节为8～9，然后加热三口瓶使温度维持在70～90℃，加热搅拌12～48h，且添加冷凝装置；S3、对得到的混合液进行冷却、离心，并用去离子水洗涤离心得到的物质至少三次，再在60～80℃条件下进行烘干48～72h，经研磨过筛，得到LDHs
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CMC缓释碳源材料；S4、先称量聚乙烯醇，溶于去离子水中，在90～100℃条件下加热使其溶解，然后下调温度至50～60℃，称量羟甲基纤维素钠，使羟甲基纤维素钠完全溶解其中，然后称量上一步制备所得的LDHs
‑
CMC缓释碳源材料，加入到混合液中，充分混合之后，待混合液冷却至30～40℃；S5、将混合液以100～300μl/s的速度滴加到备好的质量分数为3～6％的CaCl2饱和硼酸溶液中，滴加量根据填料的需要量，交联12～36h后，在60～80℃条件下干燥48～72h，即得到LDHs基缓释碳源填料。6.如权利要求1所述的一种新型LDHs基缓释碳源填料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中三价金属离子和二价金属离子的摩尔比为1:1～1:3。7.如权利要求1所述的一种新型LDHs基缓释碳源填料的制备方法，其特征在于，所述S4步骤中的聚乙烯醇...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄辉，徐玉金，高依林，任洪强，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：