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一种用于去除废水中氮磷的复合材料及方法

2021-03-05 11:40:34

一种用于去除废水中氮磷的复合材料及方法

　　技术领域

　　本发明属于水体净化技术领域，具体涉及一种用于去除废水中氮磷的复合材料及方法。

　　背景技术

　　由于富含N、P污染物的工业、农业及生活废水向河流、湖泊等的大量排放，极易造成水体的富营养化和藻类的过度生长，从而引起水质恶化。水环境污染不仅影响水生生物的生存，还加剧了水资源的紧张，对我们的生活构成严重威胁。当前我国的水环境正面临巨大挑战，新的“水十条”对氮、磷等污染物的排放浓度也提出了更为严格的限制条件。

　　目前，去除废水中N、P的方法主要为化学法和生物法。沉淀、吹脱等化学法虽工艺流程简单，易于控制，但出水氨氮浓度仍较大，无法满足要求的水质标准，适用于高浓度废水的前期预处理；近年来发展较快的膜分离技术也因为处理成本较高，易造成膜污染，在使用时受到了一定的限制。相比于化学法，生物脱氮除磷具有操作简便、后处理简单等优点。然而传统的A/A/O及改进后的UCT、MUCT等工艺仍存在碳源不足、抗冲击能力弱、硝化菌世代长，繁殖慢等导致脱氮除磷效率不高等问题，很难满足工业应用中的实际要求。

　　因此，开发一种新的高效可行的废水深度处理技术，实现废水中N和P的同步高效去除，具有重要的研究意义和环保应用价值。

　　发明内容

　　本发明的目的是提供一种用于去除废水中氮磷的复合材料以及利用该复合材料进行废水处理的方法。其利用固体废弃物铁尾矿砂、钢渣等加工制成的复合材料来同步去除废水中的氮和磷，处理后的复合材料可用于制作有机肥或育苗基质，同步实现废水处理和固体废弃物资源化的双重目标。

　　本发明采用如下技术方案：

　　一种用于去除废水中氮磷的复合材料，其包括复合颗粒，所述复合颗粒含有Pseudomonas%20denitrificans%20ATCC%2013867和Acinetobacter%20johnsonii%20ATCC%2017909；所述复合颗粒包括如下重量份的组分：25～45份铁尾矿砂、15～30份钢渣粉、15～30份松树皮粉以及10～15份黏土。

　　其中，铁尾矿砂为铁矿石磨细选取有用组分后所排放的固体废料，钢渣为转炉炼钢或熔化在电弧炉中的废料制钢的副产品。

　　其中，粘土为常规用粘土。

　　其中，所述松树皮经晾干处理。

　　所述复合材料中，Pseudomonas%20denitrificans%20ATCC%2013867和Acinetobacter%20johnsonii%20ATCC%2017909的总含量大于2×108%20cfu/g。

　　所述复合材料中，Pseudomonas%20denitrificans%20ATCC%2013867和Acinetobacter%20johnsonii%20ATCC%2017909的菌数之比为1∶2～2∶1，优选为1∶1。

　　其中，所述复合材料通过如下方法制备：

　　（1）将铁尾矿砂、钢渣以及松树皮分别粉碎，过100目筛；

　　（2）依照重量份配比，将经粉碎后得到的铁尾矿砂粉、钢渣粉以及松树皮粉混合均匀，水分含量控制在45～60%，在造粒机中造粒，粒径为2~3mm，再在105℃烘干，600-850℃下焙烧2~5%20h，得到复合颗粒；

　　（3）复合颗粒冷却后，向其表面喷施Pseudomonas%20denitrificans%20ATCC%2013867和Acinetobacter%20johnsonii%20ATCC%2017909菌液，再喷施质量浓度为3~5%的海藻酸钠溶液，低温烘干，即得。

　　其中，所述步骤（3）中，Pseudomonas%20denitrificans%20ATCC%2013867菌液或Acinetobacter%20johnsonii%20ATCC%2017909菌液的制备方法为：将菌株活化后接种于营养肉汤NB培养基中发酵培养，培养温度25%20ºC，培养时间48%20h，发酵液中菌体含量≥1×109%20cfu/mL。

　　其中，营养肉汤NB培养基为：蛋白胨10.0%20g/L、牛肉浸粉%203.0%20g/L、氯化钠5.0%20g/L，pH值7.2±0.2。

　　一种利用上述复合材料去除废水中氮磷的方法，其包括如下步骤：

　　（a）向废水中投加复合材料，搅拌并于25~30℃保持20~48%20h；所述复合材料的投入量为废水质量的1~10%；

　　（b）将废水与复合材料分离，得到滤后颗粒。

　　进一步的，其还包括步骤（c），废水依照排放标准进一步处理后排放，滤后颗粒用于制备缓释生物有机肥或人工育苗基质。

　　一种缓释生物有机肥，其由上述方法得到的滤后颗粒制备得到。

　　一种人工育苗基质，其由上述方法得到的滤后颗粒制备得到。

　　本发明的有益效果在于：首先，原料主要为铁尾矿砂、钢渣等固体废弃物，量大、廉价易得，用其对废水进行处理，相当于以废治废、变废为宝，同步实现废水处理和固体废弃物资源化处理的双重目标。其次，将物理吸附和生物处理相结合，大幅度提高废水中氮磷去除效率。第三，铁尾矿砂复合材料吸附废水中的氮磷等有机营养物质后，可以作为缓释肥和营养土的基质，生产有机肥；第四，经铁尾矿砂复合材料吸附后的废水氨氮、总氮、总磷的浓度均达到国家相关排放标准。

　　具体实施方式

　　以下结合具体实施例对本发明的技术方案进行详述，但不作为对本发明保护范围的限定。

　　实施例1

　　一种用于去除废水中氮磷的复合材料，按重量份计，包括以下原料：45份铁尾矿砂、15份钢渣、15份松树皮和10份黏土。

　　分别粉碎，过100目筛，按重量份混合均匀，水分含量控制在48%，造粒（2-3%20mm），105%20℃烘干，600%20℃下焙烧5%20h。

　　在烧结冷却后得到的复合材料表层喷施Pseudomonas%20denitrificans%20ATCC13867菌液和Acinetobacter%20johnsonii%20ATCC%2017909菌液，之后再喷施质量浓度为3%的海藻酸钠溶液，低温烘干，复合材料含菌量为3.1×108%20cfu/g。

　　其中Pseudomonas%20denitrificans%20ATCC%2013867和Acinetobacter%20johnsoniiATCC%2017909的菌量之比为1∶2。

　　实施例2

　　一种用于去除废水中氮磷的复合材料，按重量份计，包括以下原料：30份铁尾矿砂、30份钢渣、20份松树皮和15份黏土。

　　分别粉碎，过100目筛，按重量份混合均匀，水分含量控制在52%，造粒（2-3%20mm），105%20℃烘干，850%20℃下焙烧3%20h。

　　在烧结冷却后得到的复合材料表层喷施Pseudomonas%20denitrificans%20ATCC13867菌液和Acinetobacter%20johnsonii%20ATCC%2017909菌液，之后再喷施质量浓度为4%的海藻酸钠溶液，低温烘干，复合材料含菌量为2.5×108%20cfu/g。

　　其中Pseudomonas%20denitrificans%20ATCC%2013867和Acinetobacter%20johnsoniiATCC%2017909的菌量之比为1∶1。

　　实施例3

　　一种用于去除废水中氮磷的复合材料，按重量份计，包括以下原料：25份铁尾矿砂、20份钢渣、30份松树皮和13份黏土。

　　分别粉碎，过100目筛，按重量份混合均匀，水分含量控制在60%，造粒（2-3%20mm），105%20℃烘干，700%20℃下焙烧3%20h。

　　在烧结冷却后得到的复合材料表层喷施Pseudomonas%20denitrificans%20ATCC13867菌液和Acinetobacter%20johnsonii%20ATCC%2017909菌液，之后再喷施质量浓度为4%的海藻酸钠溶液，低温烘干，复合材料含菌量为2.3×108%20cfu/g。

　　其中Pseudomonas%20denitrificans%20ATCC%2013867和Acinetobacter%20johnsoniiATCC%2017909的菌量之比为2∶1。

　　实施例4～7

　　实施例4采用的是养猪废水、实施例5采用的水产养殖废水，实施例6采用的是生活废水，实施例7采用的是白洋淀湖泊富营养化水体。具体处理步骤如下：

　　步骤1、将一定体积的不同废水，倒入反应池中；

　　步骤2、在反应池中投加质量比为1～10%20%的经加工后的复合材料，搅拌混匀，保持20～48%20h。

　　步骤3、将吸附饱和的复合材料与废水进行分离。

　　步骤4、测定出水样品中的TN和TP含量，计算去除率。

　　将分离出的复合材料用于缓释有机肥料或人工育苗基质的生产。结果见表1，在含不同氮磷的废水中投加不同量复合材料后，氨氮和总磷的浓度均显著下降，去除率大于93%，达国家相关排放标准。

　　表1复合材料处理不同废水结果

　　。

　　对比例1

　　一种复合材料，按重量份计，包括以下原料：30份铁尾矿砂、30份钢渣和15份黏土。