申请日2014.12.11
公开(公告)日2015.03.04
IPC分类号C02F103/20; C02F3/34
摘要
一种处理奶牛养殖废水专用的生态吸附柱的制备方法，它涉及一种生态吸附柱的制备方法。本发明的目的是要解决现有处理奶牛养殖废水的方法存在运行成本高，处理效果不佳，不合适用于深度处理奶牛养殖废水的问题。制备方法：切割玉米秸秆，使用硫酸溶液对玉米秸秆进行浸泡，在使用磷酸钾溶液进行浸泡，再进行活化，过筛，再使用纤维素分解酶酶液进行浸泡，再加入到海藻酸钠溶液中，再滴加氯化钙溶液，静置，洗涤，得到固定了混合酶的活性炭;使用粒径硝酸对沸石进行洗涤，再使用硝酸对沸石进行浸泡，再进行洗涤，干燥，得到处理后的沸石;向吸附柱中添加固定了混合酶的活性炭和处理后的沸石。本发明制备的生态吸附柱适用于处理奶牛养殖废水。
摘要附图
权利要求书
1.一种处理奶牛养殖废水专用的生态吸附柱的制备方法，其特征在于一种处理奶牛养 殖废水专用的生态吸附柱的制备方法具体是按以下步骤制备的：
一、切割：去除玉米秸秆的枝叶和玉米秸秆芯，再将玉米秸秆进行切割，得到长度为 2cm～4cm的玉米秸秆;使用蒸馏水对长度为2cm～4cm的玉米秸秆进行洗涤5次～8次，再 在温度为45℃～55℃下干燥8h～12h，得到干燥的长度为2cm～4cm的玉米秸秆;
二、浸泡：将干燥的长度为2cm～4cm的玉米秸秆浸泡在质量分数为8%～15%的硫酸溶 液中15min～20min，得到硫酸溶液浸泡后的玉米秸秆;将硫酸溶液浸泡后的玉米秸秆浸泡 在质量分数为30%～50%的磷酸钾溶液中40min～50min，得到磷酸钾溶液浸泡后的玉米秸秆; 将磷酸钾溶液浸泡后的玉米秸秆置于温度为105℃的烘箱中干燥3h～4h，再置于马弗炉中， 再将马弗炉从室温以升温速率为10℃/min，并在温度为400℃～450℃活化30min～60min; 再将温度为400℃～450℃马弗炉以升温速率为10℃/min升温至600℃，温度为600℃下活化 10min～30min，再自然冷却至室温，再以蒸馏水为清洗剂进行洗涤3次～5次，再在温度为 45℃～50℃下干燥8h～12h，再过5目～10目筛，得到粒径为2mm～4mm的颗粒活性炭;
三、制备吸附纤维素分解酶的活性炭：将粒径为2mm～4mm的颗粒活性炭加入到温度 为20℃～60℃的纤维素分解酶酶液中，再利用震荡器震荡5h～8h，再静置12h～13h，再在离 心速度为5000r/min～5500r/min下离心处理10min～15min，弃去上清液，得到吸附纤维素分 解酶的活性炭;
步骤三中所述的纤维素分解酶酶液的pH值为4.3～6.5;所述的纤维素分解酶酶液中纤 维素分解酶的酶活度为5unit/mL～10unit/mL;
步骤三中所述的粒径为2mm～4mm的颗粒活性炭的质量与纤维素分解酶酶液的体积比 为(1g～1.5g):5mL;
四、将吸附纤维素分解酶的活性炭加入到质量分数为2%的海藻酸钠溶液中，在搅拌速 度为120r/min～150r/min的条件下搅拌60min～80min，再在搅拌速度为10r/min和10滴 /min～15滴/min的滴加速度下滴加质量分数为1%的氯化钙溶液至得到直径为3mm～5mm凝 胶珠，停止搅拌和滴加质量分数为1%的氯化钙溶液;再将得到的直径为3mm～5mm的凝 胶珠在温度为4℃～5℃下静置12h～13h，再使用蒸馏水进行洗涤3次～4次，再进行滤干， 得到固定了混合酶的活性炭;
步骤四中所述的吸附纤维素分解酶的活性炭的质量与质量分数为2%的海藻酸钠溶液 的体积比为100g:500mL;
五、将天然沸石进行粉碎和筛分，得到粒径小于1.5cm的沸石;再使用质量分数为2% 的硝酸对粒径小于1.5cm的沸石洗涤3次～5次，再将清洗后的粒径小于1.5cm的沸石浸 泡在质量分数为2%的硝酸中20min～30min，得到硝酸浸泡后的沸石;再使用蒸馏水对硝酸 浸泡后的沸石进行清洗，至清洗液的pH值为6.5～7.5，再在温度为90℃～95℃下干燥3h～4h; 得到处理后的沸石;
六、装柱：首先将透水垫片放入到吸附柱中，再加入处理后的沸石，至吸附柱高度的 25%～40%处;再加入固定了混合酶的活性炭，至吸附柱高度的60%～70%;再加入处理后的 沸石至吸附柱高度的90%～100%，得到处理奶牛养殖废水专用的生态吸附柱。
2.根据权利要求1所述的一种处理奶牛养殖废水专用的生态吸附柱的制备方法，其特 征在于步骤六中所述的吸附柱的材料为有机玻璃。
3.根据权利要求1所述的一种处理奶牛养殖废水专用的生态吸附柱的制备方法，其特 征在于步骤一种去除玉米秸秆的枝叶和玉米秸秆芯，再将玉米秸秆进行切割，得到长度为 2cm的玉米秸秆;使用蒸馏水对长度为2cm的玉米秸秆进行洗涤5次～6次，再在温度为 45℃～50℃下干燥10h～12h，得到干燥的长度为2cm～4cm的玉米秸秆。
4.根据权利要求1所述的一种处理奶牛养殖废水专用的生态吸附柱的制备方法，其特 征在于步骤二中将干燥的长度为2cm的玉米秸秆浸泡在质量分数为8%～10%的硫酸溶液中 20min，得到硫酸溶液浸泡后的玉米秸秆;将硫酸溶液浸泡后的玉米秸秆浸泡在质量分数为 45%～50%的磷酸钾溶液中40min，得到磷酸钾溶液浸泡后的玉米秸秆。
5.根据权利要求1所述的一种处理奶牛养殖废水专用的生态吸附柱的制备方法，其特 征在于步骤二中将磷酸钾溶液浸泡后的玉米秸秆置于温度为105℃的烘箱中干燥3h～4h，再 置于马弗炉中，再将马弗炉从室温以升温速率为10℃/min，并在温度为400℃活化 30min～40min;再将温度为400℃马弗炉以升温速率为10℃/min升温至600℃，温度为600℃ 下活化20min～30min，再自然冷却至室温，再以蒸馏水为清洗剂进行洗涤3次～5次，再在 温度为45℃下干燥10h～12h，再过5目～10目筛，得到粒径为2mm的颗粒活性炭。
6.根据权利要求1所述的一种处理奶牛养殖废水专用的生态吸附柱的制备方法，其特 征在于步骤三中将粒径为2mm的颗粒活性炭加入到温度为20℃～30℃的纤维素分解酶酶液 中，再利用震荡器震荡6h，再静置12h，再在离心速度为5000r/min下离心处理10min，弃 去上清液，得到吸附纤维素分解酶的活性炭。
7.根据权利要求1所述的一种处理奶牛养殖废水专用的生态吸附柱的制备方法，其特 征在于步骤三中所述的纤维素分解酶酶液的pH值为5～6.5;所述的纤维素分解酶酶液中纤 维素分解酶的酶活度为5unit/mL～7unit/mL。
8.根据权利要求1所述的一种处理奶牛养殖废水专用的生态吸附柱的制备方法，其特 征在于步骤四中将吸附纤维素分解酶的活性炭加入到质量分数为2%的海藻酸钠溶液中，在 搅拌速度为150r/min的条件下搅拌60min～70min，再以10滴/min的滴加速度滴加质量分 数为1%的氯化钙溶液，得到直径为3mm～5mm的固定化凝胶珠;再将直径为3mm～4mm 的固定化凝胶珠在温度为4℃下静置12h～13h，再使用蒸馏水进行洗涤3次～4次，再进行 滤干，得到固定了混合酶的活性炭。
9.根据权利要求1所述的一种处理奶牛养殖废水专用的生态吸附柱的制备方法，其特 征在于步骤五中将天然沸石进行粉碎和筛分，得到粒径小于1.5cm的沸石;再使用质量分 数为2%的硝酸对粒径小于1.5cm的沸石洗涤3次～5次，再将清洗后的粒径小于1.5cm的 沸石浸泡在质量分数为2%的硝酸中20min，得到硝酸浸泡后的沸石;再使用蒸馏水对硝酸 浸泡后的沸石进行清洗，至清洗液的pH值为6.5～7.5，再在温度为90℃下干燥4h;得到处 理后的沸石。
10.根据权利要求1所述的一种处理奶牛养殖废水专用的生态吸附柱的制备方法，其 特征在于步骤六中首先将透水垫片放入到吸附柱中，再加入处理后的沸石，至吸附柱高度 的30%处;再加入固定了混合酶的活性炭，至吸附柱高度的70%;再加入处理后的沸石至 吸附柱高度的100%，得到处理奶牛养殖废水专用的生态吸附柱。
说明书
一种处理奶牛养殖废水专用的生态吸附柱的制备方法
技术领域
本发明涉及一种生态吸附柱的制备方法。
背景技术
随着养殖业由传统的小规模生产向集约化、规模化的生产模式转变，伴随而来的是富 含碳氮磷的粪便和冲栏废水的过度集中，也给环境造成极大的压力，在许多地区，畜禽养 殖带来的污染已经或正在成为当地主要污染源，因此针对这些问题，近年来国家出台了一 系列政策大力加强规模化畜禽养殖场大中型沼气工程的建设。大中型沼气工程在处理畜禽 废弃物、生产沼气的同时，也会大量的副产物一沼液。因为经过厌氧发酵，原水中易降解 和慢降解COD逐渐被利用，含量逐渐减少，而氮、磷与有机物去除不同步，导致沼液出 水中污染物之间的比例变化，造成了氮、磷的累积，且C/N失调，可生化性差，NH/-N/TN 高，不利于直接使生物处理。目前，废水的深度处理方法主要有物理法、化学法、生物法。 物理法主要包括膜分离、活性炭吸附等。膜分离法具有去除效果好、出水水质稳定等优点， 但其工程投资一般较大、运行费用亦较高，且膜易堵塞、老化，需定期更换，一般仅适用 于处理高浓度有机工业废水;活性炭吸附法处理效果亦较好，但活性炭价格较高(目前市 场售价4000-8000元/吨)，吸附容量有限，容易吸附饱和，对其进行再生的费用也较大。 化学法主要有臭氧氧化法、芬顿试剂法、电化学氧化法等，这样方法虽然有一定的去除效 果，但同样因试剂成本高或电耗高，难以应用于大水量养殖废水的深度处理。
目前国内外利用生物质材料如秸秆材料、稻壳、木屑等开发功能吸附质材料的研究报 道较多，利用生物质材料制备吸附剂可极大的降低吸附剂的成本，沸石具有吸附性、离子 交换性、催化和耐酸耐热等性能，且价格低廉，因此被广泛用作吸附剂，此外沸石施入土 壤后，能改善土壤的物理性况，有保肥保水性能。因此本发明的生态吸附柱的填充材料， 吸附沼液废水中的N、P等营养物质后，无需再生，可直接作为土壤改良剂出售或使用。
发明内容
本发明的目的是要解决现有处理奶牛养殖废水的方法存在运行成本高，处理效果不 佳，不合适用于深度处理奶牛养殖废水的问题，而提供一种处理奶牛养殖废水专用的生态 吸附柱的制备方法。
一种处理奶牛养殖废水专用的生态吸附柱的制备方法，具体是按以下步骤制备的：
一、切割：去除玉米秸秆的枝叶和玉米秸秆芯，再将玉米秸秆进行切割，得到长度为 2cm～4cm的玉米秸秆;使用蒸馏水对长度为2cm～4cm的玉米秸秆进行洗涤5次～8次， 再在温度为45℃～55℃下干燥8h～12h，得到干燥的长度为2cm～4cm的玉米秸秆;
二、浸泡：将干燥的长度为2cm～4cm的玉米秸秆浸泡在质量分数为8%～15%的硫酸 溶液中15min～20min，得到硫酸溶液浸泡后的玉米秸秆;将硫酸溶液浸泡后的玉米秸秆浸 泡在质量分数为30%～50%的磷酸钾溶液中40min～50min，得到磷酸钾溶液浸泡后的玉米 秸秆;将磷酸钾溶液浸泡后的玉米秸秆置于温度为105℃的烘箱中干燥3h～4h，再置于马 弗炉中，再将马弗炉从室温以升温速率为10℃/min，并在温度为400℃～450℃活化 30min～60min;再将温度为400℃～450℃马弗炉以升温速率为10℃/min升温至600℃，温 度为600℃下活化10min～30min，再自然冷却至室温，再以蒸馏水为清洗剂进行洗涤3次 ～5次，再在温度为45℃～50℃下干燥8h～12h，再过5目～10目筛，得到粒径为2mm～4mm 的颗粒活性炭;
三、制备吸附纤维素分解酶的活性炭：将粒径为2mm～4mm的颗粒活性炭加入到温 度为20℃～60℃的纤维素分解酶酶液中，再利用震荡器震荡5h～8h，再静置12h～13h，再 在离心速度为5000r/min～5500r/min下离心处理10min～15min，弃去上清液，得到吸附纤 维素分解酶的活性炭;
步骤三中所述的纤维素分解酶酶液的pH值为4.3～6.5;所述的纤维素分解酶酶液中 纤维素分解酶的酶活度为5unit/mL～10unit/mL;
步骤三中所述的粒径为2mm～4mm的颗粒活性炭的质量与纤维素分解酶酶液的体积 比为(1g～1.5g):5mL;
四、将吸附纤维素分解酶的活性炭加入到质量分数为2%的海藻酸钠溶液中，在搅拌 速度为120r/min～150r/min的条件下搅拌60min～80min，再在搅拌速度为10r/min和10滴 /min～15滴/min的滴加速度下滴加质量分数为1%的氯化钙溶液至得到直径为3mm～5mm 凝胶珠，停止搅拌和滴加质量分数为1%的氯化钙溶液;再将得到的直径为3mm～5mm的 凝胶珠在温度为4℃～5℃下静置12h～13h，再使用蒸馏水进行洗涤3次～4次，再进行滤干， 得到固定了混合酶的活性炭;
步骤四中所述的吸附纤维素分解酶的活性炭的质量与质量分数为2%的海藻酸钠溶液 的体积比为100g:500mL;
五、将天然沸石进行粉碎和筛分，得到粒径小于1.5cm的沸石;再使用质量分数为 2%的硝酸对粒径小于1.5cm的沸石洗涤3次～5次，再将清洗后的粒径小于1.5cm的沸 石浸泡在质量分数为2%的硝酸中20min～30min，得到硝酸浸泡后的沸石;再使用蒸馏水 对硝酸浸泡后的沸石进行清洗，至清洗液的pH值为6.5～7.5，再在温度为90℃～95℃下干 燥3h～4h;得到处理后的沸石;
六、装柱：首先将透水垫片放入到吸附柱中，再加入处理后的沸石，至吸附柱高度的 25%～40%处;再加入固定了混合酶的活性炭，至吸附柱高度的60%～70%;再加入处理后 的沸石至吸附柱高度的90%～100%，得到处理奶牛养殖废水专用的生态吸附柱。
本发明的优点：
一、本发明利用玉米秸秆制备活性炭作为复合酶体系固定的载体以及天然沸石作为填 料制备奶牛养殖废水专用的生态吸附柱;本发明利用活性炭及沸石的表面多孔性和表面官 能团的存在对养殖废水厌氧发酵后产生的沼液中溶解性有机物、氮、磷进行有效吸附，同 时利用固定化酶对废水中的纤维素及有机污染物进行降解;本发明制备的生态吸附柱达到 饱和吸附状态后，可用于退化土壤，如盐碱土的改良。