【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及污水处理，更具体地说，是涉及一种生物多孔材料耦合锌粉末的填料及其制备方法及应用。
技术介绍
1、随着化肥业、牲畜业等的发展，硝酸盐污染已成为最重要的水质问题之一。饮用水中硝酸盐超标可能会引发癌症或其他病症，且过量的硝酸盐会导致水源富营养化、温室气体n2o过度排放、生物栖息地恶化等问题。因此，对硝酸盐的处理迫在眉睫。
2、当前去除水中硝酸盐的主流方法是异养反硝化。异养反硝化需要水中有足够的有机碳源。当水中有机碳源不足时，需要外加有机碳源。外加的有机碳源如甲醇、乙醇、乙酸钠等成本高昂，并可能会引发二次污染。并且异养反硝化产生污泥量大，处理污泥也会导致成本增加。鉴于上述不足，无需外加有机碳源即可将硝酸盐还原成氮气的自养反硝化成为当前关注的热点。
3、自养反硝化具有以下优点：避免有机碳源使用，成本降低，二次污染减少，产生污泥量少，适合去除低碳氮比水中的硝酸盐。当前自养反硝化所用电子供体主要包括氢气、硫、铁及其相关化合物如硫铁化合物、硫代硫酸盐等。但氢气成本高、不宜储存和运输；硫和硫化物会产生大量硫酸盐、且会发生堵塞管路、沟流等现象；铁及其硫铁化合物反硝化效率偏低，矿化问题严重。
4、中国专利cn113307448a公开了一种零价铁自养反硝化耦合生物炭prb地下水脱氮方法及反应器。其公开的脱氮方法包括：在一级prb反应区设置抗腐蚀无纺布包裹的零价铁填料，以城市污水处理厂的二沉池污泥作为种泥，接种至一级prb反应区中，间歇进水10-15日，使包裹零价铁填料的无纺布表面附着铁自养反硝化菌的生物
5、由此可见，开发一种新的电子供体作为填料，满足运输、储存成本比氢气低，不会泥化使管路堵塞，减少矿化且具有更高效的反硝化效率，具有重要的意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种生物多孔材料耦合锌粉末的填料及其制备方法，以解决现有技术中硝酸盐污水处理所用填料成本高、易沟流或矿化、硝态氮处理效果不理想的技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、第一方面，本专利技术提供了一种生物多孔材料耦合锌粉末的填料，包括锌、无机碳源、粘合剂和生物多孔材料。
4、本专利技术提供的生物多孔材料耦合锌粉末的填料中的锌以单质锌的形式存在，同多孔结构的生物材料结合，使自养反硝化菌在生物多孔材料表面大量生长并形成生物膜，通过自养反硝化过程，协同处理水中的硝酸盐。
5、自养反硝化菌利用锌作为电子供体将硝态氮转化为氮气的具体反应过程如下式所示。
6、5zn+2no3-+6h2o→5zn2++n2+12oh-。
7、在反硝化过程中锌失去电子，zn-2e-＝zn2+；硝酸根在微生物的作用下得到电子生成氮气。
8、本专利技术提供的生物多孔材料耦合锌粉末的填料采用锌作为电子供体，相比于一般填料，表面电荷传递效率更高，更有利于细菌富集。
9、根据本专利技术的一些实施方式，所述锌的粒径为20～500μm。
10、根据本专利技术的一些实施方式，所述生物多孔材料的粒径为0.1～3mm。
11、根据本专利技术的一些实施方式，所述填料粒径为3～30mm。
12、根据本专利技术的一些实施方式，以填料的总质量为100％计，各组分的质量百分比分别为：锌50～60％、无机碳源15～20％、粘合剂5～10％、生物多孔材料20～25％。
13、根据本专利技术的一些实施方式，所述无机碳源包括碳酸钙、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸镁、碳酸锌、碳酸亚铁中的至少一种。
14、根据本专利技术的一些实施方式，所述无机碳源包括碳酸钙、碳酸钠和碳酸氢钠。
15、根据本专利技术的一些实施方式，所述碳酸钙、碳酸钠、碳酸氢钠的质量比为(3～4)：(2～3)：(3～4)，例如2：1：2。
16、根据本专利技术的一些实施方式，所述粘合剂包括如下质量百分比的各组分：硫酸铵25～30％、硅灰13～15％、山梨醇7～10％、丁腈橡胶12～15％、丙烯酸丁酯12～15％和二水石膏21～24％。
17、根据本专利技术的一些实施方式，所述粘合剂的制备方法包括：将丙烯酸丁酯和丁腈橡胶投入密炼机中密炼；将上述密炼后的原料、硫酸铵、硅灰、山梨醇和二水石膏加入研磨机中，研磨，制得所述粘合剂。
18、根据本专利技术的一些实施方式，所述粘合剂的粒径为20～30μm。
19、根据本专利技术的一些实施方式，所述生物多孔材料包括含有纤维素的多孔结构天然生物材料。
20、根据本专利技术的一些实施方式，所述生物多孔材料包括木屑、玉米芯、柚子皮中的至少一种。
21、第二方面，本专利技术提供了第一方面所述填料的制备方法，包括：将锌粉末、无机碳源、粘合剂、生物多孔材料和适量水混合，搅拌，造粒，真空干燥，制得所述填料。
22、本专利技术提供的生物多孔材料耦合锌粉末的填料，由包括锌粉末、无机碳源、粘合剂、生物多孔材料的原料，通过溶液粘合干燥法制备得到。
23、根据本专利技术的一些实施方式，以锌粉末、无机碳源、粘合剂和生物多孔材料的总质量为100％计，各组分的质量百分比分别为：锌粉末50～60％、无机碳源15～20％、粘合剂5～10％、生物多孔材料20～25％。
24、根据本专利技术的一些实施方式，所述锌粉末的粒径为20～500μm。
25、根据本专利技术的一些实施方式，所述无机碳源的粒径为50～500μm。
26、根据本专利技术的一些实施方式，所述生物多孔材料的粒径为0.1～3mm。
27、根据本专利技术的一些实施方式，所述搅拌的时间为1～2h。
28、根据本专利技术的一些实施方式，所述真空干燥的时间为5～7h。
29、根据本专利技术的一些实施方式，所述填料粒径为3～30mm。
30、第三方面，本专利技术提供了一种自养反硝化反应器，包括第一方面所述填料或第二方面所述制备方法制备的填料。
31、根据本专利技术的一些实施方式，所述填料占反应器体积的60％～80％。
32、根据本专利技术的一些实施方式，所述反应器中筛选以锌为电子供体的自养反硝化菌为优势菌种。
33、第四方面，本专利技术提供了第一方面所述填料、第二方面所述制备方法制备的填料、第三方面所述反应器在污水处理中的应用；尤其是在处理溶解氧浓度低于3.0mg/l，cod浓度与硝态氮浓度的比值(c/n)小于3的污水中的应用。
34、本专利技术的有益效果至少在于：
35、(1)本专利技术提供的生物多孔材料耦合锌粉末的填料利用的生物多孔材料耦合锌粉末制备而成，生产成本和运输储存成本远低于氢自养反硝化填料。
36、(2)本专利技术提供的生物本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种生物多孔材料耦合锌粉末的填料，其特征在于，包括锌、无机碳源、粘合剂和生物多孔材料。
2.根据权利要求1所述的填料，其特征在于，以填料的总质量为100％计，各组分的质量百分比分别为：锌50～60％、无机碳源15～20％、粘合剂5～10％、生物多孔材料20～25％。
3.根据权利要求1或2所述的填料，其特征在于，所述无机碳源包括碳酸钙、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸镁、碳酸锌、碳酸亚铁中的至少一种；
4.根据权利要求1-3中任一所述的填料，其特征在于，所述粘合剂包括如下质量百分比的各组分：硫酸铵25～30％、硅灰13～15％、山梨醇7～10％、丁腈橡胶12～15％、丙烯酸丁酯12～15％和二水石膏21～24％；
5.根据权利要求1-4中任一所述的填料，其特征在于，所述生物多孔材料包括含有纤维素的多孔结构天然生物材料；
6.如权利要求1-5中任一所述填料的制备方法，其特征在于，包括：将锌粉末、无机碳源、粘合剂、生物多孔材料和水混合，搅拌，造粒，真空干燥，制得所述填料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，
8.一种自养反硝化反应器，其特征在于，包括如权利要求1-5中任一所述填料或如权利要求6或7所述制备方法制备的填料。
9.根据权利要求8所述的反应器，其特征在于，所述填料占反应器体积的60％～80％；
10.如权利要求1-5中任一所述填料、如权利要求6或7所述制备方法制备的填料、如权利要求8或9所述反应器在污水处理中的应用；尤其是在处理溶解氧浓度低于3.0mg/L，COD浓度与硝态氮浓度的比值小于3的污水中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种生物多孔材料耦合锌粉末的填料，其特征在于，包括锌、无机碳源、粘合剂和生物多孔材料。
2.根据权利要求1所述的填料，其特征在于，以填料的总质量为100％计，各组分的质量百分比分别为：锌50～60％、无机碳源15～20％、粘合剂5～10％、生物多孔材料20～25％。
3.根据权利要求1或2所述的填料，其特征在于，所述无机碳源包括碳酸钙、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸镁、碳酸锌、碳酸亚铁中的至少一种；
4.根据权利要求1-3中任一所述的填料，其特征在于，所述粘合剂包括如下质量百分比的各组分：硫酸铵25～30％、硅灰13～15％、山梨醇7～10％、丁腈橡胶12～15％、丙烯酸丁酯12～15％和二水石膏21～24％；
5.根据权利要求1-4中任一所述的填料，其特征在于，所述生物多孔材料包括含有纤...
【专利技术属性】
技术研发人员：马鸣，高博，郦和生，王珺，曹宗仑，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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