[发明专利]一种同步脱氮除磷增氧复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于水环境污染治理技术领域，尤其涉及一种同步脱氮除磷增氧复合材料及其制备方法和应用。本发明以具有氨氮吸附性能的生物质材料和/或矿物质材料作为改性基质材料，先采用氯化钠溶液浸泡增加对氨氮的吸收量，而后采用金属化合物对改性基质材料进行改性，使其能够同时吸附磷酸盐；最后，对改性后的基质材料进行负载微纳米气泡，使其具备水体增氧和提升沉积物‑水界面氧化还原电位的功效，最终得到的复合材料具有同步脱氮除磷增氧的功效。本发明的合成工艺简单、生产成本低、生态安全性高、具备大规模工业化生产的潜力。

技术领域

本发明涉及水环境污染治理技术领域，尤其涉及一种同步脱氮除磷增氧复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

氮(N)和磷(P)是引起地表水体富营养化的两种关键营养盐。当水体中氮、磷浓度过高时，会引起藻类及其他浮游生物过度生长繁殖、水体透明度降低、水生植物退化、鱼类及其他生物死亡等水质恶化现象。藻类的沉降衰亡和水生植物的腐烂分解会引起水体的溶解氧浓度迅速下降，造成水体缺氧或厌氧。水体中的有机物转而在厌氧条件下继续降解，生成还原性的硫醚化合物和小分子的H₂S、NH₃等臭味物质及FeS和MnS等黑色难溶物质，进而造成水体黑臭。另外，对大多数已污染的水体而言，湖内沉积了多年的污染物，在缺氧或厌氧条件下，底泥中的氮磷污染物以液态形式通过浓度梯度向上覆水中释放并累计，形成氮磷营养盐的二次污染。因此，在大幅度削减外源污染的同时，控制水体内源氮和磷的释放，调控水体的溶解氧含量，是治理富营养化及黑臭水体的关键所在。

水体中氮的形态主要是氨氮、硝氮，磷的形态主要是磷酸盐。生物脱氮是目前国内外常用的去除氮的方式，一般包括微生物的硝化和反硝化作用。反硝化过程需要足够的有机碳才能完成脱氮，否则需要外加碳源。对于水体中磷的去除，目前研究较为广泛的是吸附法，通过天然材料或改性合成材料吸附水体中的磷酸盐。目前出现多种镧改性除磷吸附剂，如镧改性膨润土(Phoslock)已在欧美、澳大利亚、新西兰等富营养化水体中大规模应用。但由于Phoslock在国内售价较高，且磷吸附量相对较低，难以在我国水污染治理中广泛应用。其他改性磷吸附剂大都处于实验室研发阶段，并未在国内市场投放使用。曝气增氧是目前常用的提升水体溶解氧浓度的手段，但需要长时间运行，动力成本高，且存在导致沉积物再悬浮破坏原有水体分层的风险。对于污染严重的水体而言，需要同时脱氮除磷增氧，如果采用三种技术手段叠加，不仅增加了处理程序和成本，还会对水生态系统造成过多的扰动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同步脱氮除磷增氧复合材料及其制备方法和应用，该同步脱氮除磷增氧复合材料能够同时吸附水体中的氨氮和磷酸盐，增加水体中的溶解氧浓度，提高沉积物-水界面的氧化还原电位，改善底泥厌氧，抑制底泥中氮和磷污染物的释放。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种同步脱氮除磷增氧复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将改性基质材料浸泡于氯化钠溶液，得到预处理的改性基质材料；

将所述预处理的改性基质材料与改性剂混合，进行改性，得到改性固体材料；

将所述改性固体材料负载微纳米气泡，得到同步脱氮除磷增氧复合材料；

所述改性基质材料为多孔生物质材料和/或矿物质材料；

所述改性剂为金属化合物，所述金属化合物为镧化合物、铝化合物和铁化合物中的一种或两种。

优选的，所述改性剂与改性基质材料的质量比为5～30:70～95。

优选的，所述改性的温度为45～95℃，时间为4～12h，pH值为8～11。

优选的，所述负载的方式为真空脱气-高压载氧，所述微纳米气泡为氧气微纳米气泡、臭氧微纳米气泡和空气微纳米气泡中的一种或几种。