[发明专利]一种菱铁矿改性硫磺轻质材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种菱铁矿改性硫磺轻质材料及其制备方法与应用，属于环境功能材料和污水处理技术领域。本发明将菱铁矿和硫磺混合后加热熔融，再采用物理发泡或化学发泡方式对所得的菱铁矿和硫磺熔融混合物进行发泡，冷却成型得到菱铁矿改性硫磺轻质材料。本发明制备的菱铁矿改性硫磺轻质材料具有比表面积大、质量轻、反应活性高、易于微生物附着、缓释电子供体脱氮与铁离子除磷等特点，可用作污水处理流化床、固定床反应器的填料，通过微生物的作用深度去除污水中的氮、磷等污染物。

技术领域

本发明属于环境功能材料和污水处理技术领域，更具体地说，涉及一种菱铁矿改性硫磺轻质材料及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，环境保护成为社会的焦点问题，国家投入大量资金进行环保技术的研发与应用。其中，污水处理的提标改造进行得如火如荼，各种技术也不断涌现。但是，这些技术存在成本较高、效果有限、在应用时需要消耗大量物质与能源等问题。随着对菱铁矿研究的深入，它在污水脱氮领域方面的应用价值也得到发掘。

经检索发现中国专利申请号CN201410063868.6，申请日为2014年2月25日的专利申请文件公开了一种基于菱铁矿的脱氮除磷材料及其使用方法，该发明利用铁氧化菌以菱铁矿中的亚铁作为电子供体，将硝酸盐还原为氮气，亚铁离子转化为铁离子，铁和亚铁粒子与磷酸盐沉淀除磷，同时菱铁矿作为碳源发挥着重要作用，该发明指出了菱铁矿在脱氮领域方面的价值。然而，由于微生物直接利用菱铁矿的速率不高，该发明在生物脱氮方面的效果存在一定的局限。

中国专利申请号CN201710636553.X，申请日为2017年7月31日的专利申请文件公开了一种菱铁矿/硫磺生物滤池及利用其同步去除水中硝氮和磷的方法，属于污水深度处理领域。该方法步骤如下：(1)生物滤池填料制备和构建；(2)生物滤池的启动；(3)生物滤池的运行。在该方法中硫自养反硝化细菌以硫磺为电子供体，将水中的硝酸根还原为氮气，去除水中的硝氮；菱铁矿提供无机碳源支持自养反硝化反应进行，并同时释放出铁离子化学除磷，从而实现滤池的同步脱氮除磷。该发明的生物滤池构造简单、启动方便、运行稳定、脱氮除磷效率高，但其中菱铁矿、硫磺颗粒粒度较大，比表面积较小；菱铁矿和硫磺分布不均匀，不利于微生物利用电子供体和无机碳源；菱铁矿颗粒和硫磺颗粒密度差大，所形成的固定床传质不好，也不利于反冲洗，从而限制了脱氮除磷效率的进一步提升。

中国专利申请号CN201811113486.4，申请日为2018年9月21日的专利申请文件公开了一种脱氮除磷活性生物载体、其制备方法及其应用，该脱氮除磷活性生物载体由现有的硫磺和菱铁矿通过物理工艺形成，基底为硫磺，表面及内部嵌入了大量菱铁矿颗粒，在不改变其组成的情形下，制成具有新型结构的一体化复合生物载体，该新型结构中的硫磺可参与反硝化过程实现深度脱氮，菱铁矿可以辅助实现pH的自动调节，生成的亚铁离子可用于磷的脱除和反硝化脱氮过程。但是该生物载体仍然存在比重较大，比表面积小，不利于微生物利用的缺点。

此外，中国专利申请号CN201410063868.6，申请日为2014年2月25日的专利申请文件公开了一种基于菱铁矿的脱氮除磷材料及其使用方法，其制备方法是把菱铁矿矿石破碎过40目筛，按照菱铁矿粉、粘结剂、致孔剂适当的比例，或者按照菱铁矿粉、粘结剂适当比例加入发泡剂的方式，获得以菱铁矿粉为主体的多孔颗粒材料，具有颗粒强度高、空隙率高、比表面积大、微生物负载量大等特点。该材料既是微生物的载体，又是厌氧微生物电子供体、除磷的吸附剂。装填固定床以过滤方式处理废水，接种依赖硝酸盐的铁氧化菌为主的厌氧菌种液，在无氧条件下微生物以菱铁矿中的亚铁为电子供体还原硝酸盐为氮气，并增强对磷的吸附作用，主要用于废水同步脱除硝酸盐氮和磷酸盐。但该发明使用的厌氧铁氧化细菌对生存环境的要求较高，生存竞争力较差，难以高效应用，并且整个操作流程较为复杂。

因此，仍存在对一种低能耗、低成本、高效率的污水深度脱氮除磷技术的需要。

发明内容

1.要解决的问题