【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及污水防治领域，特别是涉及一种纳米零价铁协同沸石分子筛的复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着我国城市化进程的加快，工业设施的完善，我国城镇生活和工业废水的排放规模在急剧扩大。在统计调查的42个工业行业中，氨氮排放量排名前三的行业依次为化学原料和化学制品制造业21.5％，造纸和纸制品业10.5％，农副食品加工业10.0％。
2、我国是造纸进出口大国，制浆造纸行业用水量极大，而造纸废水氨氮污染物一般是来自于两个方面，一是制作工艺中的药物添加和原料本身的含氮物质转化而来，制浆时，用亚硫酸铵作为蒸煮剂，会导致造纸废水中氨氮高，而制浆造纸植物纤维原料本身含有的氮元素在制浆蒸煮过程中也会随黑液进入制浆造纸系统，在最终的出水中形成氨氮；二是造纸厂自备的发电设备一般为燃煤火力发电，在对其烟气进行脱硝时常使用选择性催化还原法(scr)，该技术需要使用nh3和尿素与水混合稀释作为还原剂，而反应不充分和残留的还原剂会导致造纸废水中氨氮污染物浓度升高。
3、废水中氨氮污染物的处理和去除对于环境是至关重要。氨的大量积累对水生生态系统会产生负面影响，例如导致藻类的过度生长会减少溶解氧，并释放藻类毒素，导致水生生物死亡，同时含氨的水质也会严重影响人类健康。除了氨，废水中的另一种含氮污染物就是硝酸与亚硝酸，其对大多数微生物生长都有抑制作用，也会对人类和动植物的健康造成不利影响。因此，去除废水中的含氮污染物至关重要，严格的排放限制和环境法规迫使越来越多地各行各业探索可持续和经济的方法，以消除废水中的氨和含氮污染物。
4、在污水处理厂里，一般采用生物处理法进行脱氮，传统的生物脱氮过程中，污水中的氮需要通过氨化、硝化及反硝化作用转化为氮气，以气体形式从水中脱除。传统脱氮工艺在减少水体氮污染方面表现出一定的效果，但它也存在一些劣势，主要包括：(1)通常需要通过曝气来促进氮气的转化和去除，这些过程需要消耗大量的电能；(2)硝化细菌需要有机碳源作为电子供体，因而需要额外补充有机物；(3)工艺流程长，管理不太方便；(4)占地面积大，基建投资大。随着水处理技术的日益发展，传统脱氮工艺也越来越不适应如今的污水处理过程。
5、随着脱氮技术研宄的深入，人们对于脱氮工艺有了更深入的了解，发现了许多新型的氮循环途径，这些发现促使了新型生物脱氮工艺的开发和应用。厌氧氨氧化(anammox)是一种既经济又环保的生物脱氮方法，厌氧氨氧化细菌(anaob)在特有的细胞器(厌氧氨氧化体)里发生厌氧氨氧化反应，分别以nh4+和no2-作为电子供体和电子受体，在各种酶作用下生成氮气从而除氮的过程。该方法作为一种有效且环保的技术，受到广泛关注，并且用于处理富含氨氮的废水。厌氧氨氧化工艺具有脱氮速率快、运行成本低、占地面积小、基建成本低和无需额外添加碳源等优势。但是其需要在进水中同时存在氨氮与亚硝氮才能进行反应，因此对于成分不足的污水还需额外进行补充，这加大了经济负担与环保压力。
6、目前有研究人员提出先将部分氨氮部分硝化为亚硝酸盐，再将亚硝酸盐作为稳定的电子受体参与厌氧氨氧化反应，即部分硝化-厌氧氨氧化(短程硝化-厌氧氨氧化)。部分硝化-厌氧氨氧化反应是传统硝化反应的半反应，aob在有氧条件下发生将50％的nh4+氧化no2-的生物反应，即反应。其整个过程是短程硝化中的aob将废水中一半氨氮氧化为亚硝酸盐，后续anaob再将剩余氨氮和亚硝酸盐(由aob提供)转化为氮气，从而实现废水脱氮。在该反应的氮转化途径中涉及多种酶、中间产物以及能量的传递、储存、释放等过程。在反应器内一般通过控制do、ph等参数的梯度变化实现短程硝化和厌氧氨氧化，其实现的一个特征是硝酸氮的差值与氨氮的差值的比值在0.11。短程硝化-厌氧氨氧化的基本原理是由aob和anaob组成混合细菌群落生物膜，其生物膜内部可分为以aob为主的外层好氧区、过渡的缺氧区和anaob为主的内层厌氧区，利用它们之间的协同关系实现废水脱氮，同时淘汰对反应会造成不良影响的菌种例如nob。短程硝化-厌氧氨氧化工艺对于处理氨氮废水具有良好的优势，其曝气能耗为传统生物除氮工艺得到55-60％，也几乎不需要碳源，如果为去除硝态氮而加入碳源，投入量也比传统工艺减少90％，其减少了90％运行费并节约了50％基建面积。其具有经济高效，节能环保的特点。短程硝化-厌氧氨氧化工艺虽然具有很多优势，但因在一个反应器中同时具备好氧和厌氧菌，内部代谢情况很复杂，该工艺存在启动时间过长的问题，在2002年，荷兰鹿特丹建成了世界第一台世界第一座生产性的短程硝化-厌氧氨氧化反应器，但其启动时间高达3.5年，而造成其启动时间较长主要有原因为：(1)污泥因水流冲刷导致流失；(2)nob对短程硝化-厌氧氨氧化工艺的破坏；(3)anaob的丰度不够。
7、中低浓度氨氮废水界定大约为50-500mg/l，但是在实际处理中，中低浓度氨氮废水一般只在60-160mg/l范围内，譬如上述提到的造纸行业的废水、市政生活污水等均属于中低浓度氨氮废水。该类含氮废水由于自身水质水量的局限性，处理过程中难度大且成本高。在目前的实际工程中，仍然是较多的采用传统生物脱氮工艺处理低氨氮污水，由于需要碳源，传统工艺的脱氮效率普遍较低。为了达到处理效果，许多污水处理厂采用了投加甲醇等传统碳源的方法，导致运行费用增加。
8、短程硝化-厌氧氨氧化工艺过程完全自养，即不需要碳源的参与，这个特点直击污水脱氮领域“碳源不足”的痛点。因此短程硝化-厌氧氨氧化技术首先被应用于碳源不足的高浓度氨氮废水，例如垃圾渗滤液、印染废水以及污泥厌氧消化上清液。在污水处理厂，污泥厌氧消化上清液俗称“测流污水”，与高浓度的测流污水相对应，低浓度的污水又俗称“主流污水”。然而，侧流中的氮负荷通常只占主流污水中氮负荷的20％。因此可以想象，将短程硝化-厌氧氨氧化应用在主流污水处理中有广阔的前景。
9、但由于anaob在低氨氮这种不利条件下活性太低，并且厌氧氨氧化细菌的倍增时间约为19天，生长代谢缓慢，因此很难保证在处理系统中的保留达到工艺功能所需的丰度，导致工艺启动时间长、脱氮性能下降。因此，厌氧氨氧化细菌的滞留不足是目前的工艺瓶颈。因此需要对anaob针对性选择可以提升其活性的物质，实现短程硝化-厌氧氨氧化工艺种，突破限制瓶颈是十分有必要的。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种纳米零价铁协同沸石分子筛的复合材料及其制备方法和应用，以解决上述现有技术存在的问题。利用本专利技术提供的制备方法制备得到的纳米零价铁协同沸石分子筛的复合材料能够快速启动短程硝化-厌氧氨氧化工艺。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、本专利技术提供了一种纳米零价铁协同沸石分子筛的复合材料的制备方法，包括以下步骤：
4、将纳米零价铁与沸石粉混合均匀，得到沸石-nzvi粉末；
5、将所述沸石-nzvi粉末、水性聚氨酯和pva-聚季铵盐-10溶液混合后，依次进行浸渍、挤压、第一干燥、清洗和第二干燥，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种纳米零价铁协同沸石分子筛的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米零价铁和所述沸石粉的质量比为1：8。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述沸石-nZVI粉末和所述水性聚氨酯的质量比为27：40。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述PVA-聚季铵盐-10溶液的制备方法包括将聚乙烯醇溶液和聚季铵盐-10溶液混合，得到所述PVA-聚季铵盐-10溶液的步骤；
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米零价铁的制备方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述FeCl3、所述水和所述分散剂的质量体积比为6g：50mL：2.5g；所述分散剂为聚乙二醇；
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中所述氮气的通入速率为0.5mL/min；
8.一种利用权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到的纳米零价铁协同沸石分子筛的复合材料。
10.权利要求8所述的纳米零价铁协同沸石分子筛的复合材料在快速启动短程硝化-厌氧氨氧化工艺中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种纳米零价铁协同沸石分子筛的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米零价铁和所述沸石粉的质量比为1：8。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述沸石-nzvi粉末和所述水性聚氨酯的质量比为27：40。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述pva-聚季铵盐-10溶液的制备方法包括将聚乙烯醇溶液和聚季铵盐-10溶液混合，得到所述pva-聚季铵盐-10溶液的步骤；
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米零价铁的制备方法包括以下步骤：
【专利技术属性】
技术研发人员：张健，罗杰德，刘泽湘，王双飞，罗青柳，徐志宏，赵辉，王志伟，刘亚青，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：
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