一种负载二茂铁的耦合反硝化脱氮生物填料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种负载二茂铁的耦合反硝化脱氮生物填料及其制备方法和应用，属于水处理填料技术领域。本发明专利技术提供的反硝化脱氮生物填料包括填料基体和负载于所述填料基体表面的二茂铁，其填料基体中含有硫磺，其析出硫作为硫源被脱氮硫杆菌利用形成硫自养反硝化；同时，填料基体中还含有淀粉和聚乙烯醇，能够作为异养反硝化的内碳源，与水处理时外加的外碳源共同将硝态氮和亚硝态氮转换为氮气脱除。本发明专利技术填料基体表面负载有二茂铁，具有吸附作用，能够极大地提高微生物的附着和生长，进一步提升硝态氮和亚硝态氮的去除率；且二茂铁通过酯基负载于填料基体表面，使得填料的外表面具备一定的空间网状结构，进一步增强了填料的强度和缓释性能。强度和缓释性能。强度和缓释性能。

【技术实现步骤摘要】
一种负载二茂铁的耦合反硝化脱氮生物填料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及水处理填料
，特别涉及一种负载二茂铁的耦合反硝化脱氮生物填料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]为防止水体富营养化，需要对废水进行脱氮处理。目前常见的脱氮技术主要分为吸附脱除法和反硝化脱除法两大类。吸附脱氮技术主要是利用活性炭或者吸附树脂等材料的吸附作用，使废水中的硝酸盐和亚硝酸盐在吸附材料表面或孔隙中富集，从而达到与废水分离的目的，吸附脱除处理速度快、效率高，但是吸附材料本身成本巨大，并且吸附剂的再生也一直制约着该技术的发展。
[0003]反硝化脱氮技术主要分为自养反硝化和异养反硝化两类，自养反硝化以无机碳为碳源，利用无机物(S、S2‑
、S2O
32
‑
、Fe等)为电子供体，将硝态氮还原为氮气，这一过程无需外加有机碳源；异养反硝化则是通过外加有机碳源作为反硝化的基质，将硝态氮和亚硝态氮转换为氮气脱除。
[0004]目前，用于水处理的反硝化脱氮填料往往仅存在一种反硝化方式，其脱氮处理效果有限。如CN201910074080.8公开了一种硫自养反硝化填料、其制备方法及用途。此专利以磷石膏还原得到的含硫物、乙基纤维素、司盘80、碳酸氢钠作为原料，在缺氧条件、合适的水力停留时间下可将低碳源含氮污染废水中的硝酸盐氮还原为氮气。但是，此填料以硫自养反硝化为主要处理措施，对水中硝态氮和亚硝态氮的脱除能力不高。又如CN202010991181.4公开了一种水处理的高效深度脱氮填料，此填料主要原料及其重量份数比为：海绵铁：1；玉米芯：5～40；秸秆：5～40；活性炭：1～3；聚氨酯：1～40。但是，此专利以纯异养反硝化形式进行脱氮，处理能力存在一定限度。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种负载二茂铁的耦合反硝化脱氮生物填料及其制备方法和应用，本专利技术提供的负载二茂铁的耦合反硝化脱氮生物填料能够实现硫自养与异养反硝化的协同作用，总氮去除率高。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种负载二茂铁的耦合反硝化脱氮生物填料，包括填料基体和负载于所述填料基体表面的二茂铁；
[0008]所述填料基体的成分包括硫磺、白云石、聚乙烯、淀粉和聚乙烯醇；
[0009]所述二茂铁通过酯基与填料基体化学连接。
[0010]优选的，以体积百分含量计，所述填料基体包括以下组分：
[0011][0012]优选的，所述填料基体与二茂铁的质量比为2～10:1。
[0013]本专利技术提供了上述负载二茂铁的耦合反硝化脱氮生物填料的制备方法，包括以下步骤：
[0014]将硫磺粉、白云石粉、聚乙烯、淀粉和聚乙烯醇加热混合，造粒，得到填料基体；
[0015]将所述填料基体与卤代试剂混合，进行卤代反应，得到卤代填料；
[0016]将所述卤代填料、双羧基二茂铁、相转移催化剂与碱液混合，进行酯化反应，得到负载二茂铁的耦合反硝化脱氮生物填料。
[0017]优选的，所述加热混合的温度为120～180℃。
[0018]优选的，所述卤代试剂为氯化氧磷、三溴化磷和氯化亚砜中的一种或几种。
[0019]优选的，所述卤代反应的温度为45～85℃，时间为40～120min。
[0020]优选的，所述相转移催化剂为四丁基溴化铵、苄基三乙基氯化铵、四丁基氯化铵和三辛基甲基氯化铵中的一种或几种；
[0021]所述酯化反应的温度为90～120℃，时间为8～12h。
[0022]优选的，所述双羧基二茂铁的制备方法，包括以下步骤：
[0023]将二茂铁、乙酸酐和路易斯酸混合，进行乙酰化反应，得到双乙酰基二茂铁；
[0024]将所述双乙酰基二茂铁、次氯酸盐、无机强碱和有机溶剂混合，进行氧化反应，得到双羧基二茂铁。
[0025]本专利技术提供了上述负载二茂铁的耦合反硝化脱氮生物填料在水处理中的应用。
[0026]本专利技术提供了一种负载二茂铁的耦合反硝化脱氮生物填料，包括填料基体和负载于所述填料基体表面的二茂铁；所述填料基体的成分包括硫磺、白云石、聚乙烯、淀粉和聚乙烯醇；所述二茂铁通过酯基与填料基体化学连接。本专利技术的填料基体中含有硫磺，其析出硫作为硫源被脱氮硫杆菌利用形成硫自养反硝化；同时，填料基体中还含有淀粉和聚乙烯醇，能够作为异养反硝化的内碳源，与水处理时外加的外碳源共同将硝态氮和亚硝态氮转换为氮气脱除。本专利技术利用硫自养与异养耦合反硝化协同脱氮，能够提升脱氮处理效率。本专利技术填料基体表面负载有二茂铁，具有吸附作用，能够极大地提高微生物的附着和生长，进一步提升硝态氮和亚硝态氮的去除率；在本专利技术中，二茂铁通过酯基负载于填料基体表面，使得填料的外表面具备一定的空间网状结构，进一步增强了填料的强度和缓释性能，同时还能有效促进微生物在填料表面的附着，强化脱氮效能。实施例结果表明，本专利技术提供的负载二茂铁的耦合反硝化脱氮生物填料用作实际连续流污废水处理时，运行天数30天，总氮去除率在90％以上。
[0027]本专利技术提供了上述负载二茂铁的耦合反硝化脱氮生物填料的制备方法，本专利技术先将硫磺粉、白云石粉、聚乙烯、淀粉和聚乙烯醇加热混合，造粒，得到填料基体，并填料基体
进行卤化，再双羧基二茂铁通过酯化的方式键合负载于填料基体表面。本专利技术采用键合负载法而不是单纯地将二茂铁粉末和其他材料一同造粒，有效地保护了二茂铁材料本身不会在加热条件下升华或者发生变性；同时，相比于直接混合法而言，键合负载法使得二茂铁在填料基体表面形成一定的空间网状结构。同时，本专利技术提供的制备方法操作简单，能够实现工业化批量生产。
附图说明
[0028]图1为本专利技术负载二茂铁的耦合反硝化脱氮生物填料的制备过程；
[0029]图2为实施例1～2反硝化生物填料总氮去除率随时间变化曲线。
具体实施方式
[0030]本专利技术提供了一种负载二茂铁的耦合反硝化脱氮生物填料，包括填料基体和负载于所述填料基体表面的二茂铁；
[0031]所述填料基体的成分包括硫磺、白云石、聚乙烯、淀粉和聚乙烯醇；
[0032]所述二茂铁通过酯基与填料基体化学连接。
[0033]在本专利技术中，以体积百分含量计，所述填料基体优选包括以下组分：
[0034][0035]以体积百分含量计，本专利技术所述填料基体优选包括50～70％的硫磺，更优选为55～65％，进一步优选为60％。在本专利技术中，所述硫磺的粒径能过300目筛网。在本专利技术中，所述硫磺作为硫源被脱氮硫杆菌利用形成硫自养反硝化。同时，硫磺在整个造粒过程中能够对其它材料起到包覆的作用效果，从而使得填料在具体投入使用的过程中具备相当的利用率和缓释性能。
[0036]以体积百分含量计，本专利技术所述填料基体优选包括10～20％的白云石，更优选为12～18％，进一步优选为15％。在本专利技术中，所述白云石的粒径能够过200目筛网。在本专利技术中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负载二茂铁的耦合反硝化脱氮生物填料，包括填料基体和负载于所述填料基体表面的二茂铁；所述填料基体的成分包括硫磺、白云石、聚乙烯、淀粉和聚乙烯醇；所述二茂铁通过酯基与填料基体化学连接。2.根据权利要求1所述的负载二茂铁的耦合反硝化脱氮生物填料，其特征在于，以体积百分含量计，所述填料基体包括以下组分：3.根据权利要求1或2所述的负载二茂铁的耦合反硝化脱氮生物填料，其特征在于，所述填料基体与二茂铁的质量比为2～10:1。4.权利要求1～3任意一项所述负载二茂铁的耦合反硝化脱氮生物填料的制备方法，包括以下步骤：将硫磺粉、白云石粉、聚乙烯、淀粉和聚乙烯醇加热混合，造粒，得到填料基体；将所述填料基体与卤代试剂混合，进行卤代反应，得到卤代填料；将所述卤代填料、双羧基二茂铁、相转移催化剂与碱液混合，进行酯化反应，得到负载二茂铁的耦合反硝化脱氮生物填料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述加热混合的温度为120～180℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘波，隆添翼，史航，柳聪，吴圣凯，范遥，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：