[发明专利]一种蒙脱石-硫铁矿复合生物载体材料及其制备方法和应用方法

说明书

本发明提供了一种蒙脱石‑硫铁矿复合生物载体材料及其制备方法和应用。制备方法包括如下步骤：将硫铁矿在氧气气氛中焙烧，得到的烧灼物中加入浓硫酸溶解，再加入硫铁矿粉末和钠型蒙脱石，使得钠型蒙脱石上的Na⁺被溶液中的Fe²⁺离子完全取代，固液分离后加入硫化钠，油浴加热；用磁铁进行固液分离，将回收得到的黑色固体用无水乙醇洗涤3次并置于真空干燥箱中烘干。蒙脱石‑硫铁矿复合生物载体材料可使得曝气池出水总氮去除率达到85％～93％，总磷去除率达到89％～94％，能够在不投加外部碳源和额外磷吸附剂的条件下，实现污水生物处理脱氮除磷效果的有效提升，节约运行成本和减少处理过程中引入的化学药剂。

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种蒙脱石-硫铁矿复合生物载体材料及其制备方法和应用方法。

背景技术

目前，工业迅猛发展，环境污染日趋严重，同时，人类对于自身生存环境的要求也越来越高。例如，城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)中规定：总氮和氨氮以及总磷的一级A排放标准分别为15、5以及1mg/L(2006年建成)。废水中所含的氮和磷是植物和微生物的主要营养物质，当废水排入受纳水体，使水中的氮和磷的浓度分别超过0.023mg/L和0.31mg/L时，就会引起受纳水体的富营养化，并造成一系列的危害：1)藻类占据的空间越来越大，使鱼类的活动空间越来越小，死亡的藻类将沉积水底，增加水体的有机物量；2)藻类从以硅藻和绿藻为主转为以迅速繁殖的蓝藻为主，蓝藻不是鱼类的良好饲料，并且有些还会产生毒素；3)藻类过度生长，使水体处于严重缺氧状态，造成鱼类的死亡，水体发臭。这给当今的污水处理技术带来了巨大的挑战。氮元素从水中的脱除主要是含氮产物(氨氮、亚硝氮、硝氮等)通过生物作用转化为氮气的过程；而磷的去除主要是聚磷菌PAO的摄/放磷原理，即通过聚合磷酸盐(Poly-P)累积微生物。聚磷菌可以在好氧和厌氧交替运行的情况下产生，并利用其超量吸磷特性，从外部环境中吸取磷，通过排放富磷活性污泥，达到从废水中除磷的效果。传统的脱氮除磷工艺要么是各自单一运行，要么是简单的工艺叠加，在实际生产运行时，会带来诸如为了总氮的削减加入大量外部碳源，同时为了出水的总磷达标，投加磷吸附剂，导致产生的剩余污泥量大、运行成本高以及引入新的化学污染等。因此开发一种基于生物膜法的蒙脱石-硫铁矿复合生物载体材料并采用其有效进行污水的脱氮除磷工艺势在必行。

发明内容

本发明针对上述缺陷，提供一种多孔、具有作为脱氮除磷过程中的电子供体富有纳米硫酸亚铁，实现自养脱氮，提高载体填料的在污水处理中脱氮除磷总效率的一种蒙脱石-硫铁矿复合生物载体材料及其制备方法和应用方法。

本发明提供如下技术方案一种蒙脱石-硫铁矿复合生物载体材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将硫铁矿于氧气气氛中焙烧，向得到的烧灼物中加入浓硫酸溶解，再加入硫铁矿粉末和颗粒粒径为0.08mm～0.11mm的钠型蒙脱石，所述硫铁矿、所述硫铁矿粉末和所述钠型蒙脱石的质量比为(1～2):0.5:(2～4)；

S2：持续以720s^-1的搅拌速度梯度搅拌所述S1步骤得到的混合物，使得所述钠型蒙脱石上的Na⁺被溶液中的Fe²⁺离子完全取代，固液分离后加入与蒙脱石体积质量比为20:1的硫化钠溶液，所述硫化钠溶液浓度为0.05mol/L，油浴加热并继续搅拌反应，所述搅拌速度梯度为600s^-1-720s^-1，在蒙脱石上生成纳米硫化亚铁颗粒，所述纳米硫化亚铁颗粒均匀沉积于所述钠型蒙脱石的表面和孔道中；

S3：采用磁铁分离所述S2步骤得到的混合物中的固液，将得到的黑色固体用无水乙醇洗涤3次后，置于真空度为0.01Mpa的真空干燥箱中于60℃烘干6h～8h，得到所述蒙脱石-硫铁矿复合生物载体材料。

进一步地，所述S1步骤中氧气气氛中的焙烧温度为630℃，氧分压为3.04kPa。