[发明专利]一种用于富集高效脱氮菌的生物质D-吡喃葡萄糖基球状填料

说明书

本发明公开了一种用于富集高效脱氮菌的生物质D‑吡喃葡萄糖基球状填料，属于环境工程技术领域。本发明通过研磨筛分‑干化破碎‑包埋凝聚‑反复冻融等技术将生物质D‑吡喃葡萄糖材料制备成球状颗粒，并在颗粒表面通过液相还原法将Fe(Ⅲ)和Fe(Ⅱ)还原为纳米零价铁并实现负载，使颗粒同时具有亲水性和亲生物性。运用此方法，可大幅提升生物膜形成速率，提高生物量，显著降低废水中氮类污染物的浓度，降低出水总氮，保证污水处理达标排放。同时，生物质D‑吡喃葡萄糖材料作为农业废弃物，该发明对其进行了高附加值产物制备，拓宽了其应用范围，具有较高的可行性。

技术领域

本发明涉及一种用于富集高效脱氮菌的生物质D-吡喃葡萄糖基球状填料，属于环境工程技术领域。

背景技术

高效脱氮是指高效脱氮菌在无机厌氧条件下，以亚硝态氮作为电子受体，以氨氮作为电子供体，生成N₂和少量硝态氮的过程。与传统的生物脱氮工艺(硝化-反硝化)相比，厌氧高效脱氮工艺更适合现阶段普遍存在的高氨氮和低碳氮比废水，具有运行成本低、脱氮效率高、不造成二次污染等优点，因此该工艺日益收到关注并逐渐用于实际工程。然而，高效脱氮菌代时较长(14天以上)、生长率低、对外界环境变化极其敏感，致使高效脱氮系统启动缓慢、运行稳定性较差，使得高效脱氮工艺无法在实际应用中得到进一步推广。

高效脱氮菌在生物量充足的条件下能够有效抵抗不良环境，但由于高效脱氮菌的生长速率缓慢，为使反应系统内有充足的高效脱氮菌，需要相对较长的污泥停留时间。微生物固定化技术能够在保持微生物活性的同时提高微生物对外界环境不利因素的抗逆性能，向高效脱氮系统中添加载体填料，可以增加反应系统的内表面积，扩大微生物的生长空间，是维持系统生物量的有效手段。但传统的生物载体填料如聚氨酯、聚丙烯或聚乙烯等疏水性材料，其表面缺乏化学基团修饰，疏水性较强，不利于微生物的黏附和成膜，对于提高高效脱氮菌的反应活性，促进微生物的增殖没有明显作用。

发明内容

技术问题：

针对高效脱氮菌富集困难、生长缓慢，传统的生物载体材料具有成本较高、产生二次污染、后续回收处置困难等问题。本发明提供一种基于生物质D-吡喃葡萄糖材料与纳米零价铁耦合的环境友好型填料制备方法，以强化高效脱氮菌的富集培养并增强稳定性。

技术方案：

本发明通过研磨筛分-干化破碎-包埋凝聚-反复冻融等技术将生物质D-吡喃葡萄糖材料制备成球状颗粒，并在颗粒表面通过液相还原法将Fe(Ⅲ)和Fe(Ⅱ)还原为纳米零价铁并实现负载，使颗粒同时具有亲水性和亲生物性。

本发明提供了一种用于富集高效脱氮菌的负载纳米零价铁的生物质D-吡喃葡萄糖基球状填料的制备方法，包括如下步骤：

(1)预处理：将生物质D-吡喃葡萄糖材料研磨成粉，然后进行酸洗处理，结束后洗涤至中性，干燥，得到预处理的生物质D-吡喃葡萄糖；

(2)将聚乙烯醇、海藻酸钠分别溶于水中，获得聚乙烯醇溶液、海藻酸钠溶液，然后二者混合，得到混合液，并向混合液中加入步骤(1)所得的预处理的生物质D-吡喃葡萄糖，混匀，随后滴加含2％氯化钙的饱和硼酸溶液发生交联固化反应，结束后，分离得到颗粒固体，洗涤，低温冻融，得到球状生物质D-吡喃葡萄糖基凝胶颗粒；

(3)将铁盐溶解在水和乙醇的混合体系中，然后加入步骤(2)所得的球状生物质D-吡喃葡萄糖基凝胶颗粒，混匀，再缓慢滴加NaBH₃溶液发生还原反应，结束后，分离收集固体，洗涤，干燥，得到负载纳米零价铁的生物质D-吡喃葡萄糖基球状填料。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中，酸洗是使用10wt％的盐酸溶液洗涤以去除杂质。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中，洗涤是用去离子水反复洗涤生物质失水葡萄糖悬浊液至pH呈中性。