[发明专利]一种组合式生物碳强化脱氮填料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种组合式生物碳强化脱氮填料及其制备方法。

背景技术

近年来，水体富营养化和水资源短缺问题日益严重，而氮磷污染所引起的水体富营养化问题是我国水环境的首要问题。传统的污水处理工艺对总氮的去除能力有限，通过在反应器中投加填料进行强化脱氮已经开展了大量的研究，并取得了一定的效果。但由于传统工艺中的碳氮比难以控制，人工合成的不溶于水的可生物降解聚合物得到了运用，但阻碍其推广使用的一个原因是成本太高。

研究表明农业有机固体废弃物是反硝化碳源的良好选择。中国是世界上最大的水稻种植国家，稻壳是稻谷加工过程中的主要副产品，约占稻谷籽粒重量的20％，是不可忽视的可再生资源。据统计资料，2009年我国稻谷产量19510.3万t。，2009年全国稻壳总产量为4009.37万t，占全国秸秆总产量的4.57％（2009全国秸秆总产量为87782.20万t）。

关于稻壳等农业有机固体废弃物在脱氮方面的应用国内外学者进行了一定研究。

但大部分学者的研究仅利用原始的农业有机固体废弃物，并未进行预处理。少数学者对麦秆进行了预处理，发现脱氮效果明显提高。例如：

《辽宁化工》2007年第12期，《稻壳填料生物滤池脱氮工艺的试验研究》，以稻壳（未预处理）作为生物滤池填料处理模拟生活污水，对不同条件下生物滤池的脱氮效果进行了试验研究。

《中国环境科学》2011年第5期，《农业废物反硝化固体碳源的优选》，以甘蔗渣、玉米芯、稻苹、稻壳、花生壳、木屑6种农业废物作为反硝化碳源和生物膜载体的备选材料，试验初步优选出了玉米芯、稻草、稻壳可用做替代传统液体碳源的固体碳源。（所用农业废物均未预处理）

《大连铁道学院学报》2001年第4期，《以稻壳为载体培养反硝化菌及硝酸盐氮的去除》，以稻壳（未预处理）为载体培养固定反硝化菌及其影响因素．并进行了模拟废水硝酸盐氮的去除实验。

《环境科学》2009年第4期，《利用辐照预处理麦秆作为反硝化固体碳源的研究》，采用经辐照预处理的秸秆作为反硝化微生物的固体碳源和生物膜载体反硝化脱氮,以考察辐照预处理是否可以提高麦秆作为固体碳源反硝化的性能。

以上关于稻壳在水处理中研究，都是在预处理的条件下开展的。虽未进行预处理，稻壳作为生物膜载体和碳源在强化脱氮方面均取得了良好的效果。研究一致认为：稻壳含有大量的粗纤维、木质素、矿物质等，质地坚硬，具有大量毛细孔结构和细小孔隙，有较大的比表面积，易于微生物附着，耐降解，是一种良好的固定化载体，对应用于反硝化除氮工程较为适合。而部分学者研究发现经过预处理后的麦秆，其脱氮效果得到了进一步提升，主要原因是经过预处理后的麦秆，能更有效地被微生物降解利用。

关于稻壳的预处理，研究的内容很少，但由于稻壳的主要成分是木质素和纤维素，纤维素和木质素虽可以被微生物降解，但降解速度较慢，下面将列举稻壳和木质素和纤维素的预处理方法。例如：

《农业工程学报》2001年第2期，《稻壳资源化新工艺的研究》，采用蒸汽蒸煮爆碎处理、连续近临界水处理和燃烧三步。

《中国农学通报》2011年第10期，《木质纤维素生物质预处理技术的研究进展》，总结了木质纤维素生物质预处理的方法。

1）物理法

（1）机械粉碎

（2）辐射处理：γ射线，高速电子束

（3）微波处理

（4）超声波处理

2）物理化学处理

（1）蒸汽爆破

（2）SO₂蒸汽爆破

（3）氨纤维爆裂

（4）CO₂爆破

（5）高温热解预处理

3）化学法

（1）酸处理

（2）碱处理

（3）湿氧化处理

（5）有机溶剂处理

（6）离子液体处理

4）生物处理

对于木质纤维素生物质的预处理方法很多，但对于稻壳的预处理研究很少，研究新的预处理方法以提高稻壳的生物利用性具有很大的现实意义。

若对稻壳表面负载促进反硝化菌生长、繁殖的微量元素，可使微生物（尤其是反硝化菌）在稻壳表面快速的富集。国外学者对促进反硝化生长的微量元素进行了相关研究。