可挂膜厌氧生物菌群的多孔矿物颗粒及其制备方法和应用与流程

本发明涉及水体修复剂领域，更具体地，涉及一种可挂膜厌氧生物菌群的多孔矿物颗粒及其制备方法和应用。

背景技术：

河、湖、沟渠、鱼塘等流动水系的污染(多以微污染呈现)治理难度大，主要原因在于其流域面积广、无动力电源支持，导致一些传统的污水治理方法很难实施。如好氧生化法的曝气、物理或化学法中的搅拌与水体输送、浓缩过滤等需要动力支持的工艺方法；即便是常规的化学药剂法，由于该类水体涉及生态环保问题，也受到很大限制(有些化学药剂被禁止使用)。此类水体污染治理符合现实需要，但目前又缺乏常规有效的方法。

采用模拟自然界水的自然净化过程，如水经过土壤中矿物过滤、吸附、离子交换、生物转化、植物根系吸收等，是一个很好的方向。因其不需要动力消耗和不产生环境污染，非常适合该类水体污染治理，近年来倍受环保行业及研究者的关注，尤其是厌氧生物菌的生物强化法再配合吸附过滤法，已有小规模应用，并有较好效果。但也存在一些问题，其一是流动水体非常容易导致厌氧生物菌的流失、无法保障厌氧生物菌浓度或数量，从而严重影响治理效果；其二是厌氧生物菌在消纳水体中污染物后，会同时产生污泥，无法及时清除处理，同样会造成二次污染。采用天然多孔粘土类矿物颗粒模块化组装可浮动于水体中的载体巢穴来培育厌氧生物菌菌群，可实现无能源消耗的生物强化处理体系，同时在粘土类矿物表面培植水生植物，用于吸收生物菌消纳的后继污染物(该类污染物同时也是植物的营养物)，并利用多孔矿物的吸附特性来净化水体中悬浮污染物(ss)，可有效解决上述问题。但技术关键在于天然多孔粘土类矿物颗粒制备，因多孔粘土矿物(如硅藻土、膨润土、沸石等)，多为超细的粉体(细度为1～30微米，μm)，形成的聚堆积体，渗水性差；同时也不利于生物菌的附着。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于提供一种可挂膜厌氧生物菌群的多孔矿物颗粒，该多孔矿物颗粒由包括如下重量份的原料制得：天然多孔矿物30～70份、海泡石1～15份、膨润土5～25份和氢氧化钙5～20份。

本发明通过将天然多孔矿物与海泡石、膨润土与氢氧化钙有机结合造粒，在充分利用天然多孔矿物吸附特征的同时，可以营造一个有利于厌氧生物菌和植物生长的平台，从而形成一个仿效大自然水体净化的生态系统。其中，石膏、水泥等其它气硬性胶凝材料不能用在本发明中，不适用本发明的要求。

在本发明一个优选实施方式中，该多孔矿物颗粒由包括如下重量份的原料制得：天然多孔矿物30～65份、海泡石5～15份、膨润土10～25份和氢氧化钙8～15份。

在本发明一个优选实施方式中，天然多孔矿物为硅藻土和/或沸石。即在本发明中，天然多孔矿物可以为硅藻土、沸石或硅藻土和沸石两者混合。硅藻土可以与膨润土和氢氧化钙反应形成具有一定的强度来支撑颗粒在水体中的持久稳定性。

在本发明一个优选实施方式中，所述原料中还包括可促进植物生长的复合化肥。为了更好地利于厌氧生物菌和植物的生长，更优选地是，该可促进植物生长的复合化肥为钙镁钾矿物肥料1～5重量份，优选为1～3重量份。

在本发明一个优选实施方式中，所述原料中还包括水玻璃3～20重量份，优选为5～15重量份。其中，更优选地是，当天然多孔矿物含有沸石时，在原料中优选加入上述质量份的水玻璃，可以提供强度更优的强度支撑。

在本发明一个优选实施方式中，为了提高吸附过滤功能以及抗水性能，多孔矿物颗粒的直径为5～20mm，优选为10～15mm。

在本发明一个优选实施方式中，为了使多孔矿物颗粒更好地适应压氧生物菌的生长，该多孔矿物颗粒由包括如下重量份的原料制得：硅藻土50～65份、海泡石5～15份、膨润土10～20份、氢氧化钙8～20份和钙镁钾矿物肥料1～5份。进一步优选地是，该多孔矿物颗粒由包括如下重量份的原料制得：硅藻土55～65份、海泡石5～10份、膨润土15～20份、氢氧化钙10～15份和钙镁钾矿物肥料1～3份。更进一步优选地是，该多孔矿物颗粒由包括如下重量份的原料制得：硅藻土60～65份、海泡石5～8份、膨润土15～18份、氢氧化钙12～15份和钙镁钾矿物肥料1～3份。

在本发明一个优选实施方式中，该多孔矿物颗粒由包括如下重量份的原料制得：沸石40～50份、海泡石5～10份、膨润土15～20份、氢氧化钙10～15份、钙镁钾矿物肥料1～3份和水玻璃10～15份。

在本发明一个优选实施方式中，该多孔矿物颗粒由包括如下重量份的原料制得：硅藻土40～50份、沸石10～20份、海泡石5～10份、膨润土10～20份、氢氧化钙8～15份、钙镁钾矿物肥料1～3份和水玻璃8～15份。

在本发明中一个优选方式中，多孔矿物颗粒由上述重量份的原料制得。

在本发明中，重量份可以是μg、mg、g、kg等本领域公知的重量单位，也可以是其倍数，如1/10、1/100、10倍、100倍等。

本发明的另一目的在于提供上述多孔矿物颗粒的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

将原料按配比混合搅拌均匀，加水制成浆体，造粒，干燥，即得。

其中，当原料中含有水玻璃时，干燥温度以水玻璃能硬化为止。

本发明的再一目的在于提供上述多孔矿物颗粒或上述制备方法在水体净化中的应用。

本发明创新地将天然多孔矿物与海泡石、膨润土与氢氧化钙有机结合造粒，得到的多孔矿石颗粒表面有吸附过滤功能，抗水性好，可在水体中保持4～6个月不散；干燥后在大气环境中具有一定的容气量；在水体中表面能带有正电荷，即表面显正电性；具有能促进植物根系发育营养成分。本发明提供的多孔矿石颗粒，在充分利用天然多孔矿物吸附特征的同时，可以营造一个有利于厌氧生物菌和植物生长的平台，从而形成一个仿效大自然水体净化的生态系统。

附图说明

图1为使用本发明实施例1的多孔矿物颗粒在厌氧生物菌生长适应性测试的实物图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例，用于说明本发明，但不止用来限制本发明的范围。

本发明中使用的原料组分均可市购获得，本发明实施例所用试剂均为化学纯。

实施例1

本实施例提供一种多孔矿物颗粒，其制备方法包括如下步骤：

按硅藻土65％、海泡石5％、钙镁钾矿物肥料3％、膨润土15％、氢氧化钙12％的重量百分比，配制500g粉体物料，并进行混合搅拌致均匀，加220g水搅拌制成粘稠状浆体，采用螺杆挤出机进行造粒，并切成长度小30mm颗粒，将造粒产物在120℃条件下进行干燥，干燥后样品进行即为本发明的培养生长厌氧生物菌群多孔矿物颗粒，如图1所示。

材料性能测试和厌氧生物菌生长适应性测试。

其具体测试方法如下：

容气性：通过氮气吸脱附测试仪进行，以每克物料容气量(微ml)计；抗水性：在水体中加速搅拌48小时，测量物料的破碎程度和对清水的造成的混浊度；表面电性：通过ζ电位仪(电动电位仪)测试其水中电位正负值。

厌氧生物菌生长适应性测试，将颗粒样品放入装有厌氧生物菌的葡萄糖水溶液中，放置14天，每天搅拌两次，测试其表面生物膜生长情况(多少或好坏程度)。

测试结果如下：

容气性：8微ml/g；抗水性：颗粒无破损、搅拌48小时水质清澈；表面电性为+0.08mv；厌氧生物菌生长良好，如图1所示。

实施例2

本实施例提供一种多孔矿物颗粒，其制备方法包括如下步骤：

按硅藻土55％、海泡石9％、钙镁钾矿物肥料1％、膨润土20％、氢氧化钙15％的重量百分比，配制500g粉体物料，并进行混合搅拌致均匀，加180g水搅拌制成粘稠状浆体，采用螺杆挤出机进行造粒，并切成长度小30mm颗粒，将造粒产物在120℃条件下进行干燥，干燥后样品进行即为本发明的培养生长厌氧生物菌群多孔矿物颗粒。

材料性能测试和厌氧生物菌生长适应性测试。

测试结果如下：

容气性：10微ml/g；抗水性：颗粒无破损、搅拌48小时水质清澈；表面电性为+0.12mv；厌氧生物菌生长良好。

实施例3

本实施例提供一种多孔矿物颗粒，其制备方法包括如下步骤：

按沸石50％、海泡石5％、钙镁钾矿物肥料3％、膨润土15％、水玻璃为12％、氢氧化钙15％的重量百分比，配制500g粉体物料，并进行混合搅拌致均匀，加150g水搅拌制成粘稠状浆体，采用螺杆挤出机进行造粒，并切成长度小30mm颗粒，将造粒产物在150℃条件下进行干燥，干燥后样品进行即为本发明的培养生长厌氧生物菌群多孔矿物颗粒。

材料性能测试和厌氧生物菌生长适应性测试。

测试结果如下：

容气性：5微ml/g；抗水性：颗粒有少量破损、但搅拌48小时水质清澈；表面电性为+0.01mv；厌氧生物菌生长较差。

实施例4

本实施例提供一种多孔矿物颗粒，其制备方法包括如下步骤：

按沸石40％、海泡石8％、钙镁钾矿物肥料2％、膨润土20％、水玻璃为15％、氢氧化钙15％的重量百分比，配制500g粉体物料，并进行混合搅拌致均匀，加150g水搅拌制成粘稠状浆体，采用螺杆挤出机进行造粒，并切成长度小30mm颗粒，将造粒产物在150℃条件下进行干燥，干燥后样品进行即为本发明的培养生长厌氧生物菌群多孔矿物颗粒。

材料性能测试和厌氧生物菌生长适应性测试。

测试结果如下：

容气性：5微ml/g；抗水性：颗粒无破损、搅拌48小时水质清澈；表面电性为+0.01mv；厌氧生物菌生长较差。

实施例5

本实施例提供一种多孔矿物颗粒，其制备方法包括如下步骤：

按硅藻土40％、沸石20％、海泡石8％、钙镁钾矿物肥料2％、膨润土10％、水玻璃为5％、氢氧化钙15％的重量百分比，配制500g粉体物料，并进行混合搅拌致均匀，加180g水搅拌制成粘稠状浆体，采用螺杆挤出机进行造粒，并切成长度小30mm颗粒，将造粒产物在150℃条件下进行干燥，干燥后样品进行即为本发明的培养生长厌氧生物菌群多孔矿物颗粒。

材料性能测试和厌氧生物菌生长适应性测试。

测试结果如下：

容气性：8微ml/g；抗水性：颗粒无破损、搅拌48小时水质清澈；表面电性为+0.02mv；厌氧生物菌生长一般。

实施例6

本实施例提供一种多孔矿物颗粒，其制备方法包括如下步骤：

按硅藻土50％、沸石10％、海泡石5％、钙镁钾矿物肥料1％、膨润土14％、水玻璃为8％、氢氧化钙12％的重量百分比，配制500g粉体物料，并进行混合搅拌致均匀，加200g水搅拌制成粘稠状浆体，采用螺杆挤出机进行造粒，并切成长度小30mm颗粒，将造粒产物在150℃条件下进行干燥，干燥后样品进行即为本发明的培养生长厌氧生物菌群多孔矿物颗粒。

材料性能测试和厌氧生物菌生长适应性测试。

测试结果如下：

容气性：8微ml/g；抗水性：颗粒无破损、搅拌48小时水质清澈；表面电性为+0.02mv；厌氧生物菌生长较好。

最后，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。