本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有生物降解和脫氮功能的粉末活性炭顆粒制備方法。

背景技術(shù)：

粉末活性炭具有廣譜吸附性，可以吸附各類難降解物質(zhì)。粉末活性炭吸附-過濾技術(shù)已逐漸應(yīng)用于污水/工業(yè)廢水深度處理工藝中。在粉末活性炭深度處理吸附-過濾過程中，過濾阻力會(huì)不斷增加、過濾速率逐漸下降，與此同時(shí)微生物不斷富集、增殖，形成了具有生物降解和脫氮功能的生物活性炭。在生物活性炭工藝中，活性炭起到載體作用，附著在活性炭上的微生物可以促進(jìn)吸附和生物降解，延長活性炭的使用壽命。顆粒生物活性炭的生物降解作用已得到證實(shí)和廣泛應(yīng)用，而粉末活性炭吸附-過濾系統(tǒng)中的微生物富集效應(yīng)以及生物降解作用的研究還少見報(bào)道。一般情況下，具有生物降解和脫氮作用的粉末活性炭在工業(yè)廢水深度處理系統(tǒng)中會(huì)定期排放，使得系統(tǒng)中的微生物量大大降低，另外，富含微生物的粉末活性炭也容易流失。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種具有生物降解和脫氮功能的粉末活性炭顆粒制備方法，將具有生物降解和脫氮功能的粉末活性炭固定在聚氨酯水凝膠中，充分發(fā)揮生物作用和粉末活性炭的剩余吸附作用。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種具有生物降解和脫氮功能的粉末活性炭顆粒制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：制備復(fù)合微生物菌劑；

首先將具有有機(jī)物降解和脫氮功能的粉末活性炭懸浮液脫水、濃縮和富集，得到富集復(fù)合微生物的炭渣；然后將富集的復(fù)合微生物炭渣在固體培養(yǎng)基平板上培養(yǎng)活化；最后將各個(gè)培養(yǎng)基上的單菌落分別進(jìn)行液體培養(yǎng)基擴(kuò)大化培養(yǎng)；

步驟2：制備粉末活性炭顆粒；

首先將聚氨酯單體充分溶解于水中，形成水溶性凝膠，然后依次加入復(fù)合微生物菌劑、引發(fā)劑和催化劑，控制反應(yīng)溫度為35~40℃，迅速攪拌，靜置凝固5~10min，機(jī)械切割成2~7mm的顆粒；

步驟3：將制得的粉末活性炭顆粒加入待處理水樣中活化。

作為優(yōu)選，按質(zhì)量百分比，加入5%~15%的聚氨酯單體、2%~5%的復(fù)合微生物菌劑、0.5~2.5%的引發(fā)劑和0.5%~1.0%催化劑。

作為優(yōu)選，所述聚氨酯單體屬于丙烯酸類結(jié)構(gòu)的大分子單體，其分子結(jié)構(gòu)中含有由聚醚多元醇組成的軟段以及在兩端引入的脂肪族異氰酸酯硬段組成的結(jié)構(gòu)；軟段的分子鏈長，鏈節(jié)分子量高并且結(jié)構(gòu)對(duì)稱性好，兩端具有相等的丙烯酸基團(tuán)，每一個(gè)聚氨酯丙烯酸基團(tuán)中均含有一組雙鍵；當(dāng)凝膠反應(yīng)開始時(shí)，分子兩端的丙烯酸基團(tuán)打開雙鍵，相互聚合交聯(lián)，通過自由基聚合反應(yīng)使聚氨酯大分子單體迅速轉(zhuǎn)變成交聯(lián)的水凝膠。

作為優(yōu)選，所述將各個(gè)培養(yǎng)基上的單菌落分別進(jìn)行液體培養(yǎng)基擴(kuò)大化培養(yǎng)，使菌體含量達(dá)到1.0*10⁸~1.0*10⁹個(gè)/mL。

作為優(yōu)選，所述引發(fā)劑為過硫酸銨或者過硫酸鉀。

作為優(yōu)選，所述催化劑為四甲基乙二胺、過硫酸銨或者過硫酸鉀與四甲基乙二胺混合而成的雙組分氧化還原體系。

作為優(yōu)選，所述將制得的粉末活性炭顆粒加入待處理水樣中活化，是將制得的粉末活性炭顆粒加入待處理水樣中，待處理水樣與顆粒的體積比為6~8:2~4，恒溫震蕩培養(yǎng)，當(dāng)有機(jī)物和氨氮、硝酸鹽氮濃度降低時(shí)更換水樣，重復(fù)操作3~4次，完成粉末活性炭顆粒的活化過程。

本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)及效果：

（1）傳統(tǒng)粉末活性炭在污水或給水中應(yīng)用時(shí)不考慮回收、不循環(huán)使用，與污泥一起處置。本發(fā)明可以降低粉末活性炭吸附-過濾深度處理工藝中粉末活性炭或其他藥劑的投加量，充分利用粉末活性炭的剩余吸附能力，降低運(yùn)行成本。

（2）該具有生物降解和脫氮功能的粉末活性炭顆粒的制作過程簡單，造價(jià)低廉，且顆粒中微生物活性高、機(jī)械強(qiáng)度高、溶脹性好和傳質(zhì)效果好，在工藝長期運(yùn)行中表現(xiàn)出良好的物化穩(wěn)定性和生物高效性。

具體實(shí)施方式

為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實(shí)施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施實(shí)例1：

某市政污水進(jìn)水中包含部分工業(yè)廢水，COD、氨氮、總氮波動(dòng)較大，出水排放指標(biāo)按照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)B標(biāo)執(zhí)行。采用粉末活性炭和浸沒式超濾膜組合模擬工藝進(jìn)行提標(biāo)改造，處理水量為300L/d，粉末活性炭間歇投加，每間隔一個(gè)月投加一次，每次投加量為21000mg/L。取浸沒式超濾膜膜池中、已連續(xù)運(yùn)行一個(gè)月的具有生物作用的粉末活性炭懸浮液，其質(zhì)量濃度為7500mg/L(MLVSS)，經(jīng)壓濾設(shè)備壓濾脫水，使含水率降至10%左右，然后進(jìn)一步離心脫水、濃縮和富集，形成炭渣。將富集的復(fù)合微生物炭渣在固體培養(yǎng)基平板上培養(yǎng)活化，然后將培養(yǎng)基上的單菌落分別進(jìn)行液體培養(yǎng)基擴(kuò)大化培養(yǎng)，菌體含量達(dá)到1.0*10⁸個(gè)/mL。將聚氨酯單體充分溶解于水中，形成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的預(yù)凝膠，再按質(zhì)量百分比依次加入2%復(fù)合微生物菌劑、0.5%過硫酸銨和0.5%四甲基乙二胺，控制反應(yīng)溫度為35℃，充分?jǐn)嚢韬箪o置10min，凝結(jié)成塊，形成酯狀水溶膠，機(jī)械切割成2~7mm的立方體顆粒。取一定量制得的顆粒加入二沉池出水中，控制二沉池出水與顆粒的體積比為6:4，32℃條件下振蕩培養(yǎng)、活化，更換二沉池水樣重復(fù)操作3次。

該粉末活性炭和浸沒式超濾膜組合模擬工藝的下一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)，停止投加21000mg/L粉末活性炭，改加上敘活化顆粒到膜池中，可以顯著提高深度處理工藝出水水質(zhì)。當(dāng)污水二沉池出水中COD為50mg/L，氨氮8.29mg/L，總氮18.21mg/L，總磷0.6mg/L，經(jīng)檢測出水中COD未檢出，氨氮、總氮和總磷分別為0.3mg/L、0.7mg/L和0.05mg/L。

實(shí)施實(shí)例2：

某工業(yè)園區(qū)接納印染廢水為主的污水處理廠，二沉池出水中污染物以難降解有機(jī)物和色度物質(zhì)為主。采用“進(jìn)水均質(zhì)+厭氧水解+缺氧+改良氧化溝+混凝沉淀”的處理工藝，二沉池出水執(zhí)行《城市污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）一級(jí)B標(biāo)。采用分級(jí)吸附過濾的方式進(jìn)行提標(biāo)改造。一級(jí)過濾為板框壓濾機(jī)過濾，二級(jí)過濾采用膜過濾罐中投加粉末活性炭的方式，粉末活性炭投加量為100mg/L。取膜過濾罐中、已連續(xù)運(yùn)行一個(gè)月的具有生物作用的粉末活性炭懸浮液，其質(zhì)量濃度為4500mg/L(MLVSS)，經(jīng)壓濾設(shè)備壓濾脫水，使含水率降至10%左右，然后進(jìn)一步離心脫水、濃縮和富集，形成炭渣。將富集的復(fù)合微生物炭渣在固體培養(yǎng)基平板上培養(yǎng)活化，然后將培養(yǎng)基上的單菌落分別進(jìn)行液體培養(yǎng)基擴(kuò)大化培養(yǎng)，菌體含量達(dá)到8.0*10⁸個(gè)/mL。將聚氨酯單體充分溶解于水中，形成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的預(yù)凝膠，10%，再按質(zhì)量百分比，依次加入4%復(fù)合微生物菌劑、1.0%過硫酸鉀和1.5%四甲基乙二胺，控制反應(yīng)溫度為35℃，充分?jǐn)嚢韬箪o置8min，凝結(jié)成塊，形成酯狀水溶膠，機(jī)械切割成塊為邊長2~7mm的立方體顆粒。取一定量制得的顆粒加入二沉池出水中，控制二沉池出水與顆粒的體積比為8:2，32℃條件下振蕩培養(yǎng)、活化，更換二沉池水樣重復(fù)操作3次。

該二級(jí)過濾工藝下一運(yùn)行階段，在第二級(jí)過濾過程中停止投加100mg/L粉末活性炭，改加上敘活化顆粒到膜過濾罐中，可以顯著提高深度處理工藝出水水質(zhì)。當(dāng)污水二沉池出水中COD為60mg/L，氨氮25.21mg/L，總磷0.38mg/L，將具有生物降解和脫氮功能的粉末活性炭顆粒加入到膜過濾罐中，經(jīng)檢測出水中COD未檢出，氨氮和總磷分別為6.23mg/L和0.29mg/L。

實(shí)施實(shí)例3：

某工業(yè)園區(qū)接納造紙廢水為主的污水處理廠，二沉池出水執(zhí)行《城市污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）一級(jí)B標(biāo)，采用粉末活性炭和浸沒式超濾膜組合模擬工藝提標(biāo)改造，在浸沒式超濾膜池內(nèi)維持高濃度的活性炭濃度，膜池內(nèi)粉末活性炭累積濃度高達(dá)70000mg/L，處理水量為200m³/d。取浸沒式超濾膜膜池中、已連續(xù)運(yùn)行一個(gè)月的具有生物作用的粉末活性炭懸浮液，其質(zhì)量濃度為7500mg/L(MLVSS)，經(jīng)壓濾設(shè)備壓濾脫水，使含水率降至10%左右，然后進(jìn)一步離心脫水、濃縮和富集，形成炭渣。將富集的復(fù)合微生物炭渣在固體培養(yǎng)基平板上培養(yǎng)活化，然后將培養(yǎng)基上的單菌落分別進(jìn)行液體培養(yǎng)基擴(kuò)大化培養(yǎng)，菌體含量達(dá)到1.0*10⁹個(gè)/mL。將聚氨酯單體充分溶解于水中，形成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的預(yù)凝膠，再按質(zhì)量百分比依次加入5%復(fù)合微生物菌劑、1%的過硫酸銨與四甲基乙二胺組合溶液，控制反應(yīng)溫度為40℃，充分?jǐn)嚢韬箪o置5min，凝結(jié)成塊，形成酯狀水溶膠，機(jī)械切割成2~7mm的立方體顆粒。取一定量制得的顆粒加入二沉池出水中，控制二沉池出水與顆粒的體積比為7:3，32℃條件下振蕩培養(yǎng)、活化，更換二沉池水樣重復(fù)操作4次。

該粉末活性炭和浸沒式超濾膜組合模擬工藝的下一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)，停止投加粉末活性炭，改加上敘活化顆粒到膜池中，可以顯著提高深度處理工藝出水水質(zhì)。當(dāng)污水二沉池出水中COD為150mg/L，氨氮0.93mg/L，總磷0.142mg/L，經(jīng)檢測出水中COD氨氮和總磷分別為40mg/L、0.23mg/L和0.05mg/L，出水SS穩(wěn)定維持在10mg/L以內(nèi)。

本發(fā)明將具有生物降解和脫氮功能的粉末活性炭固定在聚氨酯水凝膠中，充分發(fā)揮生物降解和脫氮作用以及粉末活性炭的剩余吸附作用，具有提高反應(yīng)器內(nèi)微生物濃度、容易固液分離、提高菌體耐受性等特點(diǎn)。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。

應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對(duì)較佳實(shí)施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請(qǐng)求保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。