申请日2017.09.04
公开（公告）日
2017.11.21
IPC分类号
B01J20/02;B01J20/28;B01J20/30;C02F3/34;C02F101/16;C02F101/30
摘要
本发明公开了一种复合材料，主要由含硅、铝、铁元素的氧化物混合制备得到，具有多孔片层的微球状结构，微球直径大小为1微米到5000微米，比表面积为50‑500m2/g。本发明还公开了该复合材料的制备方法，先将硅酸钠，黏土，Fe2O3，Al2O3，强酸混合反应，再充入氮气，高温煅烧，然后充入水蒸气高温高压水化，干燥粉碎，过筛。本发明还提供了该复合材料在污水生化处理中的应用。在本发明复合材料辅助下的生化处理可有效处理高浓度的有机污染物,快速降低 污水的COD，并可有效去除氨氮，总氮和总磷的含量；同时，本发明的复合材料内不含任何环境主管部门规定的环境污染物，在使用过程中不产生新的环境污染。
权利要求书
1.一种复合材料，主要由含硅、铝、铁元素的氧化物混合制备得到，具有多孔片层的微球状结构，微球直径大小为1微米到5000微米，比表面积为50-500m2/g。
2.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述含硅、铝、铁元素的氧化物主要为硅酸钠、氧化铝、氧化铁和黏土。
3.一种复合材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)将硅酸钠、黏土、氧化铁、氧化铝、酸溶液混合均匀，在120℃-150℃下反应3-6小时；
(2)将步骤(1)的反应产物混匀，在95-100℃充入氮气，持续吹氮气30-60分钟；
(3)将步骤(2)所得产物进行高温煅烧30-360分钟，温度600℃-800℃；
(4)向步骤(3)的煅烧产物充入水蒸气，在高温高压下进行水化；所述高温高压是指在3-5个大气压，120℃-180℃下；
(5)将步骤(4)的水化产物进行干燥处理；
(6)将干燥处理后的产物进行超声粉碎，并过筛网，即获得最终所需材料。
4.如权利要求3所述制备方法，其特征在于，步骤(1)中，以硅酸钠质量为1计，所述黏土用量为0.3-1.5，所述氧化铁用量为0.2-0.5，氧化铝用量为0.2-0.5，酸溶液中酸的用量为0.01-0.06。
5.如权利要求3所述制备方法，其特征在于，步骤(5)中，干燥处理采用微波干燥。
6.如权利要求3所述制备方法，其特征在于，步骤(6)中，超声粉碎后过200-400目网。
7.权利要求1-2所述的复合材料或者权利要求3-6任一项所述制备方法得到的复合材料在污水生化处理中的应用。
8.如权利要求7所述应用，其特征在于，将复合材料直接置于污水中或者将复合材料与污水处理中常用的好氧菌或者厌氧菌联用并置于待处理的污水中。
9.如权利要求7所述应用，其特征在于，将复合材料装到特定的水处理设备内或者将复合材料与污水处理中常用的好氧菌或者厌氧菌联用并装到特定的水处理设备内。
说明书
一种复合材料及制备方法与其在污水生化处理中的应用
技术领域
本发明主要涉及污水处理技术领域。具体地，本发明涉及可在污水生化处理过程中使用的一种复合材料及制备方法与其在污水生化处理中的应用。
背景技术
污水的生化处理，即微生物处理是一种利用微生物的生长代谢将污水中有机物、氮、磷等养分从水体中去除的通用技术，在生活污水和工业污水处理中都有广泛的应用。实际应用该技术时都采用一种以“活性污泥法”为核心的技术方案。该技术方案诞生于100年前，其原理是微生物在污水中生长的过程中对水体中的营养成分进行消耗，同时菌体自发团聚形成菌团，也就是污泥，利用菌团具有吸附作用对水体进行进一步的净化。从原理上看“活性污泥法”处理过程中，发挥作用的微生物主要以菌团也就是污泥的形式存在，因此不仅会产生污泥，而且污泥还是其处理过程必不可少的组成部分。然而微生物以菌团的形式发挥作用，大大限制了其工作效率，因为只有菌团外层的细菌才能接触流动的水体，菌团内部的细菌几乎不发挥作用，菌团体积越大，处理效率越低。这也是为什么污染物浓度越高，污水生化处理效率越低的原因。
除了处理效率低下，“活性污泥法”产生的生化污泥是污水处理行业的一个非常棘手的大问题。目前没有什么处理生化污泥的好办法，一般都采用焚烧和填埋的手段来处理，前者会消耗大量能源，产生能耗成本，后者需要出昂贵的填埋费以及运输成本，而且随着环境管控的加强，可用于填埋的场地也日趋紧张，填埋成本不断提高。所以现在行业内进行了大量的有关污泥减量的科技攻关，然而由于“活性污泥法”的核心就是污泥，因此在技术原理框架内的污泥减量都不可能成功，而现实中也的确没有污泥减量的成功技术案例。所以本领域需要新技术，新材料来提升生化反应效率，增加稳定性，减少污泥的产生和排放。
发明内容
为解决上述现有技术问题，本发明提供了一种微米尺度大小的具有多孔片层的微球状结构的全新的复合材料及制备方法与其在污水生化处理中的应用。
本发明的一种复合材料，主要由含硅、铝、铁元素的氧化物混合制备得到，具有多孔片层的微球状结构，微球直径大小为1微米到5000微米，比表面积为50-500m2/g。
上述所述的复合材料，其中所述含硅、铝、铁元素的氧化物主要为硅酸钠、氧化铝、氧化铁和黏土。
本发明所述复合材料的制备方法，步骤如下：
(1)将硅酸钠、黏土、氧化铁、氧化铝、酸溶液混合均匀，在120℃-150℃下反应3-6小时；
(2)将步骤(1)的反应产物混匀，在95-100℃充入氮气，持续吹氮气30-60分钟；
(3)将步骤(2)所得产物进行高温煅烧30-360分钟，温度600℃-800℃；
(4)向步骤(3)的煅烧产物充入水蒸气，在高温高压下进行水化；所述高温高压是指在3-5个大气压，120℃-180℃下；
(5)将步骤(4)的水化产物进行干燥处理；
(6)将干燥处理后的产物进行超声粉碎，并过筛网，即获得最终所需材料。
优选的，上述所述制备方法，步骤(1)中，以硅酸钠质量为1计，所述黏土用量为0.3-1.5，所述氧化铁用量为0.2-0.5，氧化铝用量为0.2-0.5，酸溶液中酸溶质的用量为0.01-0.06；所述酸溶液为浓硫酸或浓盐酸。更优选的，步骤(1)中，以硅酸钠质量为1计，所述黏土用量为0.3-0.6，所述氧化铁用量为0.3-0.5，氧化铝用量为0.3-0.5，酸溶液中酸的用量为0.02-0.04。
优选的，上述所述制备方法，步骤(1)中，在120℃-130℃下反应5-6小时。
优选的，上述所述制备方法，步骤(3)中，高温煅烧温度600℃-700℃，煅烧时间30-180分钟。
优选的，上述所述制备方法，步骤(4)中，所述高温高压是指在3-4个大气压，120℃-140℃。
优选的，上述所述制备方法，步骤(5)中，干燥处理采用微波干燥。
优选的，上述所述制备方法，步骤(6)中，超声粉碎后过200-400目筛网。
本发明还提供了上述所述复合材料在污水生化处理中的应用。
优选的，上述所述应用，其可将复合材料直接置于污水中或者将复合材料与污水处理中常用的好氧菌或者厌氧菌联用并置于待处理的污水中，进行机械搅拌或曝气混匀。
优选的，上述所述应用，其也可将复合材料装到特定的水处理设备内或者将复合材料与污水处理中常用的好氧菌或者厌氧菌联用并装到特定的水处理设备内。
本发明的复合材料通过吸附作用可将微生物固定在其表面，与现有固定化细菌的材料不同，所述合成材料具有特殊的生物相容性，可高度支持固定后的细菌在材料上继续生长分裂。因此最终生长于所述材料上的细菌与材料一起形成一个有机的、完整的微米尺度大小的生化处理单元，可通过生物降解转化作用快速分解水中的污染物，此有机的生化处理单元与通常的活性污泥菌胶团在外观结构及性能上有明显差异。
本发明的复合材料载体支持微生物在其表面生长，所形成的污水处理单元体积极小，比表面积巨大，不仅可保证菌团中微生物个体都与水体充分接触，所述材料本身还对水中的污染物也具有强烈的吸附作用，在材料表面形成养分(污染物)相对丰富的环境，从而极大的提高了微生物对污染物的处理效率。在所述材料的作用下，生化处理可高效去除污水中的有机物，氨氮，总氮，和磷等污染物。所述材料强大的吸附作用可阻止微生物自发形成低活性的污泥菌团，因此可大幅度降低污泥的产生。可用于提高污水生化处理的效率，并减少生化处理过程产生的污泥。与现有技术相比，在所述复合材料的作用下，微生物可更为充分的接触水体，从而大幅度提高了生化处理的效率。
本发明的复合材料带有密度较高的负电荷，通过电荷之间的排斥作用，有效避免了微生物之间自发聚集形成菌泥，大幅度减少了无效微生物和死微生物的数量，最终体现为生化处理污泥总量的大幅度下降。
在本发明复合材料辅助下的生化处理可有效处理高浓度的有机污染物,快速降低污水的化学需氧量(COD)，并可有效去除氨氮，总氮和总磷的含量。同时，本发明的复合材料内不含环境主管部门规定的环境污染物，在使用过程中不产生新的环境污染。