[发明专利]一种用于污泥脱水的铁硅生物酶磁性复合材料及合成方法

说明书

本发明公开了一种用于污泥脱水的铁硅生物酶磁性复合材料及合成方法。具体涉及铁硅材料的合成、生物酶的复配以及其在污泥脱水中的应用。本发明包括以下步骤：(1)铁硅材料的合成：(2)不同生物酶在铁硅材料上的固定(磁性铁硅@生物酶复合材料)；(3)根据污泥成分对不同磁性铁硅@生物酶复合材料进行复配；(4)将复配完成的磁性铁硅@生物酶复合材料用于污泥脱水。本发明目的在于提升生物酶在污泥脱水中的效率及复合材料的循环再利用。本发明在不增加污泥脱水含固率的前提下，实现污泥的高效减量和资源循环利用。

技术领域

本发明涉及污泥脱水处理，重金属废水处理及固体废弃物资源化利用技术领域，尤其涉及一种用于污泥脱水的铁硅生物酶磁性复合材料及合成方法。

背景技术

污泥包括市政污泥、工业污泥、河道淤泥等以微生物为主体参与水质净化所产生泥水混合物。

污泥是由水、有机质、微生物、无机的颗粒杂质、胶体等物质组成。污泥含水率约90～99.5％。微生物分泌的EPS的含量占有机质含量的50％～90％，而EPS具有高亲水性的凝胶状结构，会导致污泥中的细小颗粒聚集，形成絮凝体。

目前污泥处理与处置方式主要有填埋、焚烧、堆肥等方式。根据相关标准，污泥处理后含水率低于65％，方可用于土壤改良；混合填埋污泥和农用污泥的含水率应低于60％，单独焚烧用污泥的含水率应低于50％。

这说明，实现污泥资源化和无害化的前提是污泥减量，即减少污泥的含水率。中国专利申请号201410235276.8和中国专利申请号为201510886519.9公开了不同化学复配药剂在污泥脱水中的应用，脱水效果最佳效果均能达到30％以下，但均在不同程度的增加了污泥的含固率，其中含固率最高增加30％。

中国专利申请号为201010523517.0公开了一种生物酶在污泥脱水中的应用，从污泥的组分复配酶，但是存在酶回收难、活性差、稳定性差、反应时间长、脱水效果一般的问题。

因此，本发明立足提高酶活性和稳定性，提升污泥脱水效率，实现磁性铁硅@生物酶材料的循环使用；本发明是一种安全、高效、环保的污泥减量技术，并具有一定的经济和环境价值。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种用于污泥脱水的铁硅生物酶磁性复合材料及合成方法。旨在提升生物酶在污泥脱水中的效率及复合材料的循环再利用。本发明在不增加污泥脱水含固率的前提下，实现污泥的高效减量和资源循环利用。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于污泥脱水的铁硅生物酶磁性复合材料的合成方法，包括如下步骤：

步骤一：铁硅材料的合成

①取一份粒径为10～300nm的磁性纳米粒子；加入到10～50ml，0.01～0.55mol/L的十六烷基三甲基溴化铵中，维持20～50℃超声5～60min，然后将混合物在30～60℃加热，100～400rpm，搅拌10～60min，得到混合液一；

②将混合液一与无氧水按体积比为1：5～1：20混合均匀，并用碱调节pH到9～12，得到混合液二；

③混合液二与正硅酸乙酯、有机溶剂、3-氨丙基三乙氧基硅烷按体积比为50：1：10：1～200：1:10：1的比例进行混合，室温100～400rpm搅拌10～24h，得到铁硅材料前驱体；

④用乙醇和水清洗多次，在40～60℃真空烘干10～36h得到富含亲水基团的介孔铁硅材料；

步骤二：不同生物酶在铁硅材料上的固定(磁性铁硅-生物酶复合材料)

①取1份步骤一合成的铁硅材料、20份pH为7的磷酸缓冲液、1～4份1～5％戊二醛溶液，在室温下，100～400rpm搅拌0.1～1小时，然后重复洗涤和磁选后，得到纯净的铁硅材料；