[发明专利]一种多孔炭强化微生物挂膜载体材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种多孔炭强化微生物挂膜载体材料的制备方法，其具体为：将酸化生物质炭、纳米无机材料、聚丙烯酰胺与氨基淀粉黏合剂混合后，喷施反应介质进行表面功能修饰造粒、炭化、获得多孔炭；将多孔炭浸没于活性污泥中，采用连续式循环供给活性污泥的方法挂膜，即获得微生物挂膜载体材料，该载体材料可应用于水体中氮磷的去除；本申请通过高温高压浸渍将反应介质铁、钙、镧盐等渗透至预混物料分子内部，煅烧炭化后的多孔炭内外表面生成并载有金属胶体纳米氧化物，强化了多孔炭吸附活性位点及氮磷污染物的吸附容量，协同生物炭本身表面多孔结构可在36～48h内完成载体表面生物覆膜要求，且加速后续活性微生物的驯化时间。

技术领域

本发明属于环境修复功能吸附材料技术领域和微生物挂膜材料应用相关领域，尤其涉及一种多孔炭强化微生物挂膜载体材料的制备方法及其应用。

背景技术

污水深度脱氮除磷，成为遏制水体富营养化的重要途径之一。目前污水处理仍以生物法为核心，国内外应用成熟的生物法污水处理工艺主要有活性污泥和生物膜法，其中生物膜法由于其抗冲击负荷能力强、运行稳定等优势，近年来发展迅速。

微生物载体填料是生物膜工艺的核心，其性能影响微生物的挂膜效果、反应器中的生物量以及污水处理效果。因其具低密度、大比表面、大孔隙度、高亲水性、高耐磨性、原料来源广泛、生产成本低廉，新型生物膜填料及其相关性能的研究不断深入。目前应用于微生物挂膜载体材料多为陶粒、聚苯乙烯球粒及组合载体。但这些材料在实际应用中仍存在一些问题，如陶粒造球成品率低、生产成本高；聚苯乙烯载体亲水性差、固定化载体与微生物间扩散阻力大、细胞活性易丧失、微生物附着性能差、氮磷污染物去除效果欠佳，特别是这些材料挂膜时间长，通常塑料填料的挂膜时间在7-14d左右（文献：“尚巍，王启山，石磊，吴希文，李秀荣，徐金凤。生物滤塔处理VOCs挂膜启动方法研究，2002，城市环境与城市生态，15（2）41-43.”），且废弃后载体难以处置。

炭材料与其他载体材料相比在生物相容性等方面更具优越性。生物炭是热解生物质后得到的含碳高的固体残渣，由于生物炭孔隙结构发达、活性基团丰富、吸附能力强、环境稳定性高，生物炭固定化微生物技术结合生物炭和微生物技术的优势，使得固定化微生物技术的应用范围更广，节省成本，在工业废水处理上具有很好的应用前景（秦宇，2018，生物炭固定化微生物技术在废水处理中的研究进展）。国内有研究用芦苇生物炭复合载体固定化微生物，获得较高的氨氮污染物去除率（郑华楠，2019，芦苇生物炭复合载体固定化微生物去除水中氨氮）。但传统生物炭形成的固定化颗粒机械强度差、回收操作难度大、再生利用率低；且由于制备生物质炭的原材料多以植物秸秆，热解煅烧过程中酸性物质不断分解，无机矿物组分含量增加，致使热解生物质炭pH值偏碱性，而微生物在中性偏碱环境中细胞表面带负电，最终导致生物炭表面微生物固着率低（Ahmad et al., 2014, Biochar asa sorbent for contaminant management in soil and water: a review.Chemosphere），造成微生物挂膜时间较长（约30d左右）。

因此研制耐磨性高、成本低廉、物化性能稳定、亲水性好、挂膜周期短、适用性强的微生物挂膜材料，是目前微生物挂膜载体的研究热点，对于防治水体污染，实现污水处理行业的可持续发展有重要意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种多孔炭强化微生物挂膜载体材料的制备方法及应用，以生物质炭原料，利用氨基淀粉黏合剂受控造孔耦合表面介质修饰制备强化微生物挂膜载体材料，具有耐磨性高、亲水性好、生物挂膜效果佳等优点，广泛适用于生活污水、工业污水及养殖废水等水体净化。

为实现上述目的，本发明的一种多孔炭强化微生物挂膜载体材料的制备方法，其具体步骤包括：

S1、多孔炭的制备，将生物质炭与浓度为0.1mol/L盐酸溶液按照1：10（质量体积比，单位kg/L）混合后置于75-85℃温度下处理30-60min，然后冲洗直至洗出液为中性，烘干，获得酸化生物质炭；