申请日2016.11.09
公开(公告)日2017.02.01
IPC分类号C02F3/12
摘要
本发明公开了一种磁性纳米硅基好氧颗粒污泥及其培养方法和应用，所述磁性纳米硅基好氧颗粒污泥中含有磁性纳米球Fe3O4/SiO2。所述磁性纳米硅基好氧颗粒污泥的培养方法包括以下步骤：把磁性纳米球Fe3O4/SiO2投加到活性污泥系统中;形成磁性纳米硅基好氧颗粒污泥，并将其用于废水处理。本发明提供的磁性纳米硅基好氧颗粒污泥具有形成快、对废水脱氮除磷的去除能力高、便于剩余污泥中磁性纳米材料回收以及增强好氧颗粒污泥长期稳定运行等优点。
摘要附图
权利要求书
1.一种磁性纳米硅基好氧颗粒污泥，其特征在于，所述磁性纳米硅基好氧颗粒污泥中含有磁性纳米球Fe3O4/SiO2。
2.一种如权利要求1所述磁性纳米硅基好氧颗粒污泥的培养方法，其特征在于，所述磁性纳米硅基好氧颗粒污泥的培养方法包括以下步骤：
步骤一，在序批式活性污泥反应器中把磁性纳米球Fe3O4/SiO2投加到活性污泥系统中;所述活性污泥反应器内接种的普通活性污泥的体积为所述活性污泥反应器的体积的40%～60%;纳米球投加量为0.3g/L～1.0g/L;
步骤二，形成磁性纳米硅基好氧颗粒污泥，并处理废水。
3.如权利要求2所述的磁性纳米硅基好氧颗粒污泥的培养方法，其特征在于，所述磁性纳米球Fe3O4/SiO2的制备方法包括以下步骤：
步骤一，将1.0gFe3O4纳米球稀释于20mL蒸馏水、60mL无水乙醇和1.5mL浓氨水的混合液中;
步骤二，然后在恒温水槽中经超声振动3h，滴加0.45mL正硅酸乙酯并继续磁力搅拌12h，磁铁分离;
步骤三，用无水乙醇洗涤3次，干燥并烘干，得出磁性纳米球Fe3O4/SiO2。
4.一种利用权利要求1所述磁性纳米硅基好氧颗粒污泥的废水处理系统。
说明书
一种磁性纳米硅基好氧颗粒污泥及其培养方法和应用
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，尤其涉及一种磁性纳米硅基好氧颗粒污泥及其培养方法和应用。
背景技术
好氧颗粒污泥是在好氧条件下自发形成的细胞自身固定化颗粒，由于其与絮状污泥相比，具有沉降性能好、污泥浓度高，易于固液分离，便于提高污水处理效率，降低污水处理成本等优点，近年来成为污水处理界学者们研究的热点。好氧颗粒污泥工艺因此也被认为是当前世界上最具有发展前景的污水生物处理技术之一。但是好氧颗粒污泥快速颗粒化及其稳定运行一直是限制其实际应用的最大瓶颈。近年来一些研究表明，一些惰性载体可以很好的作为好氧颗粒污泥形成的“成核”物质;这些成核载体具有良好的表面性能，并有效增加其抗冲击负荷能力，从而能增加好氧颗粒污泥的长期稳定运行性能。其中，纳米磁铁粉(Fe3O4)就是一种很好的成核载体。活性污泥系统中加载纳米磁铁粉(Fe3O4)，不仅能提高污泥生物活性，还能诱导胞外聚合物(EPS)的分泌，促进污泥凝聚，利于污泥颗粒化。同时，适宜的磁学效应能平衡污泥中微生物的生长和死亡，并有效抑制污泥膨胀，提高其稳定性。尤其是，磁性纳米材料的优良磁特性使其在剩余污泥中通过外加磁场便可达到回收、重复使用，这既不改变污泥的组分，又便于资源化利用。但是，未修饰的磁性纳米颗粒Fe3O4在水中易发生化学变化和团聚效应，使其在污水处理领域的应用受到限制，而将磁性材料Fe3O4包覆于纳米硅球中形成磁性硅基纳米球(Fe3O4/SiO2)是一种有效改变Fe3O4分散性差的有效途径。因此，本发明基于好氧颗粒污泥“成核假说”以及“微磁场生物效应”的基本原理，并从外加磁场对磁性材料能加以分离重复利用角度考虑，在活性污泥系统中投加磁性纳米球Fe3O4/SiO2以加速污泥颗粒化及其稳定运行特性为主要目的。
发明内容
本发明提供了一种磁性纳米硅基好氧颗粒污泥,旨在解决，未修饰的磁性纳米颗粒Fe3O4在水中易发生化学变化和团聚效应，使其在污水处理领域的应用受到限制的问题。
本发明是这样实现的，一种磁性纳米硅基好氧颗粒污泥，所述磁性纳米硅基好氧颗粒污泥中含有磁性纳米球Fe3O4/SiO2。
本发明的另一目的在于提供一种所述磁性纳米硅基好氧颗粒污泥的培养方法，所述磁性纳米硅基好氧颗粒污泥的培养方法包括以下步骤：
步骤一，在序批式活性污泥反应器(SBR)中把磁性纳米球Fe3O4/SiO2投加到活性污泥系统中;所述活性污泥反应器内接种的普通活性污泥的体积为所述活性污泥反应器的体积的40%～60%;纳米球投加量为0.3g/L～1.0g/L。
步骤二，形成磁性纳米硅基好氧颗粒污泥，并处理废水。
进一步，所述磁性纳米球Fe3O4/SiO2的制备方法包括以下步骤：
步骤一，将1.0gFe3O4纳米球稀释于20mL蒸馏水、60mL无水乙醇和1.5mL浓氨水的混合液中;
步骤二，然后在恒温水槽中经超声振动3h，滴加0.45mL正硅酸乙酯并继续磁力搅拌12h，磁铁分离;
步骤三，用无水乙醇洗涤3次，干燥并烘干，得出磁性纳米球Fe3O4/SiO2。
本发明的另一目的在于提供一种利用所述磁性纳米硅基好氧颗粒污泥的废水处理系统。
本发明将磁性材料Fe3O4包覆于纳米硅球中形成磁性硅基纳米球(Fe3O4/SiO2)，具有如下优良特性：(1)良好的物理化学性能：Fe3O4/SiO2原生粒子尺寸小、比表面积大、表面原子数多、表面能和表面张力大、且具有量子尺寸效应、体积效应、表面效应和宏观量子隧道效应等。(2)分散性：SiO2由制备过程中前驱体发生缩合反应所得，形成网络结构，体系交联，具有一定的疏水性，并由此被研究学者在采用微乳液法制备高分散性磁性纳米颗粒时作为改性剂使用。(3)适宜的磁学性能。
本发明将Fe3O4/SiO2作为好氧颗粒污泥形成的“成核”载体，有以下优势：(1)可通过磁力健、磁力、洛伦兹力和磁致胶体效应等作用，极大促进污泥经磁聚、吸附作用富集到其表面，利于生物速率慢的生物截留和附着，避免因传质阻力引起内核瓦解;(2)良好的微磁场生物效应，能诱导促进胞外聚合物(EPS)分泌的产絮菌群的丰富度，加速其污泥颗粒化;(3)适宜的磁学效应还能平衡污泥中微生物的生长和死亡，并有效抑制污泥膨胀，提高其稳定性;(4)这类磁性纳米材料可在外加磁场条件下进行回收，可重复利用。
本发明实施例提供了一种磁性纳米硅基好氧颗粒污泥的培养及其应用，主要目的是加速好氧颗粒污泥的快速形成、提高其废水脱氮除磷的去除能力、便于剩余污泥中磁性纳米材料回收以及增强好氧颗粒污泥长期稳定运行。