一种人工湿地复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种人工湿地复合材料及其制备方法和应用，该复合材料包括可降解固态碳，以及负载于可降解固态碳上的MnO2。本发明专利技术中通过将MnO2与聚己内酯进行复合，形成的复合材料显著提高了垂直流人工湿地硝化

【技术实现步骤摘要】
一种人工湿地复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及生活污水脱氮
，具体涉及一种人工湿地复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]人工湿地是指依据自然湿地的原理，人为建造的用以强化和优化某些物理或生物过程去除污水中污染物的湿地系统。按照国家一级B标，污水处理厂排出的尾水中氨氮(NH
4+
‑
N)含量不超过8mg/L(＞12℃)，污水中的氮元素多以硝酸盐(NO3‑
‑
N)的形式存在，总氮不超过20mg/L，但污水中碳的生物可用性差导致反硝化速率低，同时低浓度的氨氮仍需进一步的硝化去除，因此，提高人工湿地处理二级出水的处理效果、强化硝化
‑
反硝化的能力对于环境领域的发展具有重要意义。

技术实现思路

[0003]为了解决现有人工湿地硝化
‑
反硝化能力弱的问题，本专利技术的目的之一是提供一种人工湿地复合材料。
[0004]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0005]一种人工湿地复合材料，包括可降解固态碳，以及负载于可降解固态碳上的MnO2。
[0006]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进：
[0007]进一步地，可降解固态碳与MnO2的质量比为(10～20)：1。
[0008]进一步地，可降解固态碳与MnO2的质量比为20：1。
[0009]进一步地，可降解固态碳包括聚己内酯。
[0010]本专利技术的目的之二提供一种人工湿地复合材料的制备方法，包括以下步骤：将MnO2加入到熔融的聚己内酯中并分散，然后再进行加热熔融，最后经冷却至室温制得。
[0011]进一步地，聚己内酯的分子量为60000～70000。
[0012]进一步地，加热熔融的温度为75～86℃。
[0013]本专利技术的目的之三是将复合材料在人工湿地脱氮方面的应用。
[0014]本专利技术具有以下有益效果：
[0015]1、本专利技术中通过将MnO2与聚己内酯进行复合，形成的复合材料显著提高了垂直流人工湿地硝化
‑
反硝化的效果，并且经测试，将其用于人工湿地中时，采用本申请中的复合材料对尾水进行处理后其总氮降至接近0。其原因是：复合材料中MnO2可以参与微生物脱氮过程中的电子传递，通过锰氨氧化(Mnammox)和锰离子催化硝化过程的作用提高了氨氮的去除效果与效率，并能有效降低脱氮过程中氧化亚氮(N2O)的排放；而PCL在反硝化过程中作为电子供体，具有很好的生物相容性，提高了反硝化过程的强度；并且PCL在促进反硝化过程时，其也有效减少了氧化亚氮的排放。
[0016]2、本专利技术中的复合材料在使用过程中不会对出水造成污染，是一种高效且环保的环境材料。
附图说明
[0017]图1为本专利技术中的复合材料氨氮去除效果图；
[0018]图2为本专利技术中的复合材料的硝酸盐的去除效果图；
[0019]图3为本专利技术中的复合材料总氮的去除效果图；
[0020]图4为本专利技术中的复合材料化学需氧量的变化图；
[0021]图5为本专利技术中的复合材料N2O测试图；
[0022]图6为PCL、二氧化锰以及本专利技术中的复合材料的氨氮去除效果图；
[0023]图7为PCL、二氧化锰以及本专利技术中的复合材料的硝酸盐的去除效果图；
[0024]图8为PCL、二氧化锰以及本专利技术中的复合材料的总氮的去除图；
[0025]图9为由PLA和MnO2形成的复合材料(PLA+MnO2)以及本专利技术中的复合材料(PCL+MnO2)的氨氮去除效果图；
[0026]图10为由PLA和MnO2形成的复合材料(PLA+MnO2)以及本专利技术中的复合材料(PCL+MnO2)的硝酸盐的去除效果图；
[0027]图11为由PLA和MnO2形成的复合材料(PLA+MnO2)以及本专利技术中的复合材料(PCL+MnO2)的总氮去除效果图；
[0028]图12为由PCL和Fe2O3形成的复合材料(PCL+Fe2O3)以及本专利技术中的复合材料(PCL+MnO2)的氨氮去除效果图；
[0029]图13为由PCL和Fe2O3形成的复合材料(PCL+Fe2O3)以及本专利技术中的复合材料(PCL+MnO2)的硝酸盐的去除效果图；
[0030]图14为由PCL和Fe2O3形成的复合材料(PCL+Fe2O3)以及本专利技术中的复合材料(PCL+MnO2)的总氮去除效果图。
具体实施方式
[0031]下面将结合实施例对本申请的中的一种人工湿地复合材料及其制备方法和应用进行描述。
[0032]然而，本申请可按照许多不同的形式示例并且不应被解释为限于在此阐述的具体实施例，更确切地说，提供这些实施例的目的是使得本申请将是彻底的和完整的，并且将要把本申请的范围充分地传达给本领域技术人员。
[0033]专利技术人深耕于人工湿地
研究，并集中调研了对污水中的氮去除，专利技术人发现污水中氮的去除主要包括三条途径：硝化过程、反硝化过程和厌氧氨氧化(Anammox)过程，具体为：
[0034]硝化过程就是微生物将水体中的NH
4+
‑
N氧化的过程，不同的微生物具有不同的代谢特点，因此氧化NH
4+
‑
N后的产物也不尽相同，适宜的条件也有所出入。传统的硝化过程，即通过氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)将NH
4+
‑
N氧化成为亚硝酸盐(NO2‑
‑
N)，而亚硝酸盐氧化细菌(NOB)将上一步生成的NO2‑
‑
N进一步氧化成为硝酸盐(NO3‑
‑
N)；其中氨氧化阶段以亚硝化毛杆菌属(Nitrosomonas)占主导地位，而亚硝酸盐氧化阶段则以硝酸细菌属(Nitrobacter)为主；整个硝化涉及过程如下式(1)～(3)：
[0035][0036][0037]总反应式为：
[0038]厌氧氨氧化过程(Anammox)是通过将NO2‑
‑
N作为电子受体，NH
4+
‑
N作为电子供体，将NH
4+
‑
N直接氧化为N2；而这一过程在人工湿地中的发现也挑战了湿地脱氮主要依靠硝化
‑
反硝化过程的传统观念，并将该过程的细菌叫作厌氧氨氧化细菌(AnAOB)，厌氧氨氧化细菌最早于1995年被发现，是一种化能自养型细菌，分布广泛，是大气中N2的主要生产来源，其反应关系的化学计量式如下(式4)
[0039][0040]基于此，本专利技术第一方面的实施例提供一种人工湿地复合材料，包括可降解固态碳，以及负载于可降解固态碳上的MnO2。
[0041]在本实施例中，MnO2与聚己内酯(PCL)复合形成的复合材料中的MnO2与聚己内酯相互协同，制备的复合材料显著提高了垂直流人工湿地硝化
‑
反硝化的效果本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种人工湿地复合材料，其特征在于，包括可降解固态碳，以及负载于所述可降解固态碳上的MnO2。2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述可降解固态碳与所述MnO2的质量比为(10～20)：1。3.根据权利要求2所述的复合材料，其特征在于，所述可降解固态碳与所述MnO2的质量比为20：1。4.根据权利要求1～3任一项所述的复合材料，其特征在于，所述可降解固态碳包括聚己内酯。5.权利要求1～4任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈一，鲜志浩，戴静怡，严俊，张欣，吴豪，李岚曦，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：