一种可自絮凝双壳层挂膜载体及其制备方法和应用

1.本发明涉及固废资源化及污水处理技术领域，具体为一种可自絮凝双壳层挂膜载体及其制备方法和应用。


背景技术：

2.近年来由于生活垃圾分类的逐步推进使得厨余垃圾的处理备受关注。然而目前对于厨余垃圾的处理技术还较为落后，传统的有填埋、焚烧、堆肥和饲料化等。其中，填埋和焚烧等处理方式虽然简单，但是对周边环境造成的影响较大。而堆肥腐熟周期较长，饲料化利用则容易产生同源蛋白污染。因此，厨余垃圾处理利用技术的研发具有重要的现实意义。
3.另一方面，随着经济和社会的快速发展，我国日常生产生活中产生的污水量日益增加，如何有效提高污水处理效率事关生态环境建设的稳步推进。目前，污水处理中生物膜法应用非常广泛，但市场上常用的挂膜载体填料普遍存在亲水性差、挂膜效率低的缺点。而将厨余垃圾低温热解后形成的生物炭具有丰富的孔隙结构和较强的亲水能力，同时其含有丰富的有机物质和k、na、ca等矿物质元素，具有微生物有效附着并快速生长的潜能，可适用于污水处理微生物挂膜载体的骨架材料。然而，由于厨余垃圾组成复杂多样，在现有的热解碳化工艺下产生的生物质炭容易粉末化，在老化死亡菌膜的作用下，对污水处理的沉降分离会造成不利影响，甚至可能加剧末端废水处理的难度，从而导致废水处理水质的恶化。同时，厨余垃圾生物质炭虽然含有多种矿物质元素，但通常磷元素浓度较低，而k、na等元素释放致使局部浓度过高，影响微生物菌种的繁育生长，限制了菌体成膜速率，且膜体容易脱落。因此，厨余垃圾生物质炭虽然具有一些促进微生物挂膜的基础优势，但上述不足严重限制了其在污水处理方面的资源化开发与应用。
4.有鉴于此，开发一种以厨余垃圾生物质炭作为基材的新型高效生物炭悬浮挂膜载体，将能实现厨余垃圾资源化利用，且能优化生物膜法处理污水的效果，具有重要的应用价值。


技术实现要素：

5.本发明针对现有的厨余垃圾生物质炭应用中存在的上述缺点，提出以厨余垃圾生物质炭为骨架进行p、fe双壳层挂膜载体材料的开发，使其在好氧曝气的条件下，同时具备粉末颗粒和老化死亡菌种的自絮凝沉淀功能，并能缓释磷、钾、钠等营养元素，促进微生物菌种的生长和快速挂膜，生化降解效果显著。
6.为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：
7.一种可自絮凝双壳层挂膜载体，所述可自絮凝双壳层挂膜载体由双壳层挂膜载体粉体和亲水性有机溶剂进行造粒，形成悬浮颗粒，
8.所述双壳层挂膜载体粉体包括厨余垃圾生物炭基底，在所述厨余垃圾生物炭基底的表面和管道内负载有纳米零价铁层，在所述纳米零价铁层上负载有磷改性层。
9.上述的可自絮凝双壳层挂膜载体中，所述悬浮颗粒的直径为0.8～1.5cm。
10.上述的可自絮凝双壳层挂膜载体的制备方法，包括如下步骤：
11.步骤1)将风干的厨余垃圾生物炭样品进行研磨后过筛，形成生物炭粉末；
12.步骤2)将生物炭粉末与fe
2+
溶液进行混合形成混合溶液，持续搅拌1-2h，其中所述混合溶液中的生物炭粉末与fe
2+
溶液的含量为：每100ml的混合溶液中，包含有25-30g的生物炭粉末和0.08-0.12mol的fe
2+
；
13.步骤3)按照bh
4-:fe
2+
＝1:2～2:3的摩尔比，向步骤2)的所述混合溶液中加入nabh4，充分搅拌1～2h，调节ph为7～8，在35℃～45℃的条件下水浴1～2小时，使fe
2+
还原成纳米零价铁，然后清洗、干燥后生成铁改性厨余垃圾生物炭；
14.步骤4)在铁改性厨余垃圾生物炭中加入磷酸盐溶液，在90℃～110℃条件下水浴中3～5h，其中在每克铁改性厨余垃圾生物炭中加入0.06-0.09mol磷酸盐溶液，然后清洗、干燥后即为双壳层挂膜载体粉体；
15.步骤5)在所述双壳层挂膜载体粉体中添加亲水性有机溶剂进行造粒，干燥后即为可自絮凝双壳层挂膜载体。
16.上述的制备方法的步骤1)中所述的过筛使用的为0.15mm～0.2mm孔径的筛子。
17.上述的制备方法中，所述fe
2+
溶液为氯化铁溶液、硫酸铁溶液或硝酸铁溶液；
18.优选地，所述fe
2+
溶液为浓度为10％-15％的fecl2·
4h2o溶液。
19.上述的制备方法中，所述磷酸盐溶液为磷酸二氢盐、磷酸氢盐或正磷酸盐。
20.优选地，所述磷酸盐溶液为浓度为10％-15％的k2hpo4·
3h2o溶液。
21.上述的制备方法中，步骤3)和步骤4)中的干燥条件为：在110℃下烘箱干燥；
22.上述的制备方法中，步骤3)和步骤4)中的清洗为使用蒸馏水洗涤至中性ph；
23.优选地，在步骤3)和步骤4)中的清洗步骤前，将生物炭放置24小时后再进行清洗，以使零价铁和磷充分老化形成较为稳定的晶体结构。
24.上述的制备方法中，所述亲水性有机溶剂为酚醛树脂、羧甲基纤维素和硅酸钠按照设定配比形成的混合物。
25.上述的制备方法中，所述亲水性有机溶剂与所述双壳层挂膜载体粉体按照如下质量比进行混合：
26.酚醛树脂：羧甲基纤维素：硅酸钠：双壳层挂膜载体粉体＝10:2:1:(30～40)。
27.上述的可自絮凝双壳层挂膜载体在污水处理中的应用。
28.借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点：
29.1)该载体适用于废水处理好氧生化工段，在常规好氧曝气条件下，颗粒载体可悬浮于水体中，随着水力作用不断翻腾并相互摩擦，可促使表面老化的微生物膜伴随着部分松散的生物质炭脱落，确保生物膜活性及载体挂膜功能保持在最佳的稳定状态。其表面的fe、p层与微生物相互接触，p等营养元素可被微生物所吸收利用，从而促进其生长。随着p的缓释及微生物吸收，fe层在失去p层保护后，在好氧曝气的作用下，生物质炭材料表面的纳米零价铁被氧化并在水解作用下形成fe(oh)2胶体物质，席卷并裹夹水体中脱落的生物质炭粉末及老化的微生物膜，形成絮状沉淀，从而澄清水质。
30.2)生物质炭颗粒外包裹的p层可缓释菌种生长所需的微量营养元素(包含有机物质和k、na、ca等矿物质元素)，另外，p层的存在可解决k、na等元素快速释放致使局部浓度过高问题，促进微生物在载体表面的快速挂膜，提高菌种驯化培养的效率。
31.3)在好氧生化作用下，fe层可被氧化，形成絮凝效果，促进脱落的生物质炭粉末及老化的微生物膜被沉淀分离，从而澄清水质。而且该过程伴随着p层的缓释，组成载体的粉末颗粒的fe层被逐步氧化，因而可形成持续的自絮凝沉淀效果。
32.4)该载体填料可悬浮在废水中，并在曝气条件下水力摩擦，加速老化微生物膜及松散炭粉末的脱落，使微生物活性及载体功能保持最佳状态。
33.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
34.图1是本发明实施例的可自絮凝双壳层挂膜载体的结构示意图；
35.图2是本发明实施例的可自絮凝双壳层挂膜载体的另一结构示意图；
36.图3是本发明制备方法1、2、3所制备的可自絮凝双壳层挂膜载体的磷溶出缓释数据图；
37.图4是不同载体的钾溶出浓度的变化特征图；
38.图5是不同载体的钠溶出浓度的变化特征图；
39.图6是不同载体处理下水体中悬浮物浓度的变化特征图；
40.图7是不同载体的成膜重量变化曲线图；
41.图8是本发明的可自絮凝双壳层挂膜载体在挂膜初期的微生物群落镜检图；
42.图9是本发明的可自絮凝双壳层挂膜载体在挂膜中期的微生物群落镜检图。
具体实施方式
43.为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
44.如图1和图2所示，本发明公开了一种可自絮凝双壳层挂膜载体，所述可自絮凝双壳层挂膜载体由双壳层挂膜载体粉体和亲水性有机溶剂进行造粒，形成悬浮颗粒，所述悬浮颗粒的直径为0.8～1.5cm。所述双壳层挂膜载体粉体包括厨余垃圾生物炭基底1，在所述厨余垃圾生物炭基底1的表面和管道内设有纳米零价铁2，在所述纳米零价铁2上设有磷改性层3。
45.所述可自絮凝双壳层挂膜载体与微生物的协同作用过程，分成两个阶段：
46.1)挂膜阶段，在这个阶段中，由于厨余垃圾低温热解后形成的生物炭具有丰富的孔隙结构和较强的亲水能力，同时其含有丰富的有机物质和k、na、ca等矿物质元素，具有微生物有效附着并快速生长的潜能，所述可自絮凝双壳层挂膜载体不仅可以提供菌种生长所需的微量营养元素，还通过其外包裹的磷层以缓释方式解决k、na等元素快速释放致使局部浓度过高的问题，从而促进微生物在载体表面的挂膜，提高菌种驯化培养的效率。
47.2)污水处理阶段，在这个阶段中，所述可自絮凝双壳层挂膜载体可悬浮于水体中，在常规好氧曝气条件下，通过水力作用所述挂膜载体不断翻腾并相互摩擦，可促使表面老化的微生物膜伴随着部分松散的生物质炭脱落，确保生物膜活性及载体挂膜功能保持在最
佳的稳定状态。所述挂膜载体表面的纳米零价铁2、磷改性层3与微生物相互接触，磷、铁等营养元素可被微生物所吸收利用，从而促进其生长。随着磷的缓释及微生物吸收，纳米零价铁2在失去磷改性层3保护后，在好氧曝气的作用下，生物质炭材料表面的纳米零价铁2被氧化并在水解作用下形成fe(oh)2胶体物质，席卷并裹夹水体中脱落的生物质炭粉末及老化的微生物膜，形成絮状沉淀，从而澄清水质。而且该过程伴随着磷改性层3的缓释，组成载体的粉末颗粒的纳米零价铁2被逐步氧化，因而可形成持续的自絮凝沉淀效果。
48.3)本发明所提供的可自絮凝双壳层挂膜载体投入使用数月后，仍然为团状，未呈现松散状。
49.4)所述可自絮凝双壳层挂膜载体通过营养物质的供应、fe(oh)2胶体物质的脱离使微生物活性及载体功能保持最佳状态。所述可自絮凝双壳层挂膜载体适用于废水处理好氧生化工段。
50.所述可自絮凝双壳层挂膜载体可以通过以下实施方式来进行制备：制备方法实施例1
51.本实施例公开了一种所述可自絮凝双壳层挂膜载体的制备方法，具体包括如下步骤：
52.步骤1)将风干的厨余垃圾生物炭样品进行研磨后过筛(具体使用的为0.15mm～0.2mm孔径的筛子)，形成生物炭粉末；
53.步骤2)将生物炭粉末与fe
2+
溶液(具体为氯化铁溶液)进行混合形成混合溶液，持续搅拌1-2h，使fe
2+
充分进入生物炭孔道内部，并吸附于炭表面，其中，fe
2+
溶液为浓度(10％-15％)的fecl2·
4h2o溶液；所述混合溶液中的生物炭粉末与fe
2+
溶液的含量为：每100ml的混合溶液中，包含有25-30g的生物炭粉末和0.1mol的fe
2+
；
54.步骤3)按照bh
4-:fe
2+
＝1:2～2:3的摩尔比，向步骤2)的所述混合溶液中加入nabh4，充分搅拌1～2h，用1mol/l氢氧化钠将ph调节至7-8，调节ph为7～8，在35℃～45℃的条件下水浴1～2小时，使fe
2+
还原成纳米零价铁(反应方程式为：fe
2+
+2bh
4-+6h2o＝fe+2b(oh)3+7h2)，然后清洗(使用蒸馏水洗涤至中性ph)、干燥后生成铁改性厨余垃圾生物炭；
55.步骤4)将每克铁改性厨余垃圾生物炭中加入0.06mol磷酸盐溶液，并完全混合(本实施例中，所述的磷酸盐溶液为磷质量浓度为10％的k2hpo4·
3h2o)，k2hpo4对ph的缓冲性能比较强，可使反应条件更稳定，在90℃～110℃条件下水浴中3～5h，然后清洗(使用蒸馏水洗涤至中性ph)、干燥后即为双壳层挂膜载体粉体；
56.步骤5)为了使所述双壳层挂膜载体粉体形成悬浮颗粒状的挂膜材料，避免所述双壳层挂膜载体粉形成漂浮物而造成的水体污染，本实施例对改性生物炭进行造粒处理，具体为在所述双壳层挂膜载体粉体中添加亲水性有机溶剂进行造粒，干燥后即为可自絮凝双壳层挂膜载体。
57.本实施例通过所述亲水性有机溶剂的使用，能够增强所述挂膜载体与微生物的亲和性，使所述微生物更容易附着生长。
58.具体地，所述亲水性有机溶剂为酚醛树脂、羧甲基纤维素和硅酸钠。所述亲水性有机溶剂与所述双壳层挂膜载体粉体的重量比为，酚醛树脂：羧甲基纤维素：硅酸钠：双壳层挂膜载体粉体＝10:2:1:30。
59.作为可以变化的实施方式，所述亲水性有机溶剂与所述双壳层挂膜载体粉体的重
量比，还可以为，酚醛树脂：羧甲基纤维素：硅酸钠：双壳层挂膜载体粉体＝10:2:1:40。所述双壳层挂膜载体粉体比例在30～40之间均能够形成预设的颗粒形状，并且不会发生遇水分散的现象。
60.作为可以变化的实施方式，所述fe
2+
溶液还可以为氯化铁溶液、硫酸铁溶液或硝酸铁溶液中的任意一种。由于所述fe
2+
溶液的作用仅仅是为了提供二价铁离子，所以所述fe
2+
溶液为何种类型的盐并不会影响本发明技术方案的实施。
61.作为可以变化的实施方式，所述磷酸盐溶液还可以为磷酸二氢盐、磷酸氢盐或正磷酸盐中的任意一种。由于所述磷酸盐溶液的作用仅仅是为了提供磷源，所以所述磷酸盐溶液为何种类型的盐并不会影响本发明技术方案的实施。
62.优选地，在步骤3)和步骤4)中的清洗步骤前，将生物炭放置24小时后再进行清洗，以使零价铁和磷充分老化形成较为稳定的晶体结构。
63.本实施例中，所述厨余垃圾生物炭样品的制备途径为：将厨余垃圾预先烘干，并放入管式炉中。首先以200ml/min的氮气流速对炉子进行了10min的加热。接下来，反应器以20℃/min的升温速度被加热到800℃，并保持30min。反应器在氮气环境下冷却到室温，即成功制备厨余垃圾生物炭。
64.当然，这种制备厨余垃圾生物炭样品的方式，并不是对本发明的技术方案的限定。所述厨余垃圾生物炭样品的获取方式还可以通过购买或者其他方式进行制备。所述厨余垃圾生物炭样品只是提供一种具有丰富有机物质和k、na、ca等矿物质元素，并具有可负载铁和磷层的能力的碳管道。
65.通过生物质炭双壳层颗粒表面的电镜扫描图，能够看出生物质炭双壳层颗粒表面粗糙，有明显的颗粒沉积物附着在上面，说明fe粒子和磷酸盐成功加载到了生物质炭表面。
66.制备方法实施例2
67.本实施例所提供的制备方法，与制备方法实施例1的区别在于，所述磷浓度为0.075mol磷酸盐溶液，即所述的磷酸盐溶液为磷质量浓度为12.5％的k2hpo4·
3h2o)。
68.制备方法实施例3
69.本实施例所提供的制备方法，与制备方法实施例1的区别在于，所述磷浓度为0.09mol磷酸盐溶液，即所述的磷酸盐溶液为磷质量浓度为15％的k2hpo4·
3h2o)。
70.结果分析
71.制备方法1、2、3所制备的可自絮凝双壳层挂膜载体的磷溶出缓释数据见图3，通过图3我们可以看出在不同磷盐荷载比例下，载体中p的溶出浓度随时间变化的特征，p溶出浓度的测试方法采用钼酸铵分光光度法(gb 11893-89)。其中，在5d左右，p的溶出速率较快，在5天后p缓慢释放并能维持在一定浓度。不同荷载比例下，载体的释放特征有所差异，0.2％的添加比例下虽然能维持较高的p水平，但浓度波动较大，缓释性能较差。综合比较，0.06％的添加比例下，载体的p缓释性能较佳。
72.为了进一步分析本发明的可自絮凝双壳层挂膜载体与未负载铁层和磷层的区别，本发明设计了一个针对未负载铁和磷的生物炭和双壳层挂膜载体粉体的k、na释放速度、自絮凝沉淀量、挂膜效率和微生物活性设计了对比实验，以对k、na释放速度、自絮凝沉淀量、挂膜效率和微生物活性进行快速分析，其中：
73.未负载铁和磷的生物炭的制备方法为：将厨余垃圾预先烘干，并放入管式炉中。首
先以200ml/min的氮气流速对炉子进行了10min的加热。接下来，反应器以20℃/min的升温速度被加热到800℃，并保持30min。反应器在氮气环境下冷却到室温，即为处理前的厨余垃圾生物炭。
74.所述双壳层挂膜载体粉体为制备方法1所制备的双壳层挂膜载体粉体。
75.对比实验1)k、na释放速度实验的实验方法为：取两个玻璃烧杯，分别放入1l去离子水，在两个烧杯中再分别放入200g未负载铁和磷的生物炭和200g双壳层挂膜载体粉体，曝气搅拌，每隔24h取水样，通过火焰原子吸收分光光度法(gb 11904-89)测定k、na浓度，同时补充干净的去离子水至初始刻度。实验持续40天，分别绘制两种材料的k、na溶出速率变化曲线。
76.如图4和图5所示，对比实验1)结果分析：双壳层挂膜载体粉体的k、na溶出浓度始终保持一个相对稳定的水平，其中：k约为0.12-0.22mg/l；na约为0.18-0.31mg/l。特别是在5天后，k溶出浓度基本保持在0.15mg/l左右，而na溶出浓度可基本维持在0.18mg/l左右。而未负载铁和磷的生物炭的k溶出浓度约为0.07-0.40mg/l；na约为0.06-0.82mg/l，处理前样品在0～10天时，k、na溶出浓度很高，10～15天后大部分k、na溶出后，则k、na溶出浓度快速下降，k、na溶出浓度波动较大，即使在经历10天后，其溶出浓度仍在大幅变化。
77.而本发明制备方法1所制备的可自絮凝双壳层挂膜载体，k、na溶出浓度始终保持一个相对稳定的水平。也就是说，本发明制备方法1所制备的可自絮凝双壳层挂膜载体解决了k、na等元素快速释放致使局部浓度过高的问题。
78.对比实验2)自絮凝实验的实验方法：分别取两个塑料水桶，在桶中放入10l生活污水，然后，在塑料水桶中放入2kg的未负载铁和磷的生物炭和2kg双壳层挂膜载体粉体，然后在每个桶中加入1kg城镇污水处理厂的活性污泥菌种，曝气搅拌。每隔一定时间取15ml水样放入烧杯中，静置30min后取上清液测定悬浮物(ss)浓度。同时，补充15ml生活污水至水桶中。ss浓度采用重量法(gb11901—89)测定。
79.对比实验2)结果分析：如图6所示的不同载体处理下水体中悬浮物浓度的变化特征。由图可知，在未负载的生物质炭处理的水体中，由于生物质炭呈粉末漂浮状态，出水中的ss浓度会升高，经过一段时间后，生物质炭粉末导致的悬浮物浓度会处于一个稳定的水平，ss约为18-21mg/l。而本发明的双壳层载体，由于双壳层的自絮凝作用，出水中的悬浮物浓度始终处于较低水平，在40天处理期中，ss最高浓度始终≤2.5mg/l，水质净化效果极佳。
80.对比实验3)挂膜效率实验的实验方法：分别取三个塑料水桶，在每个桶中放入2l生活污水，然后，在桶中放入400g的载体(分别为未负载的生物炭、双壳层挂膜载体粉体和悬浮mbbr填料)，其中，悬浮mbbr填料的规格为φ25
×
10mm，再加入200g城镇污水处理厂的活性污泥菌种，曝气搅拌。每隔24小时取出载体，称重并记录(m1)。称重后将载体放入桶中，并补充新鲜生活污水至初始刻度。同时，另取三个装有2l生活污水的水桶，分别将400g(未负载的生物炭、双壳层挂膜载体粉体和悬浮mbbr填料)的载体放入上述水桶中，浸泡24小时后取出称重，作为未挂膜的载体湿重(m2)。成膜重量即为m1-m2。
81.对比实验3)的实验结果：如图7所示的不同挂膜时间下三种载体的成膜重量变化曲线。成膜重量上升越快，说明挂膜速率越高，相应载体的微生物挂膜性能越强。由图可知，本发明的新型载体在第一天的成膜重量(83kg/m3)就远超初始生物质炭(3.6kg/m3)及悬浮mbbr填料(35kg/m3)，后续亦始终保持较高的上升趋势。这表明在三种供试填料中，本发明
的新型载体挂膜速率优于悬浮mbbr填料及初始生物质炭。在挂膜启动1个月后测定三种供试载体的微生物成膜重量，如表1所示，可知三种载体的单位成膜重量分别是本发明新型载体》悬浮mbbr填料》初始生物质炭，即单位体积的本发明新型载体可附着更多的微生物，污染物的降解效率会更高。
82.表1不同类型载体的成膜重量
[0083][0084]
另外，本发明的可自絮凝双壳层挂膜载体的微生物活性实验，具体的实验方法为：将制备方法1所制备的可自絮凝双壳层挂膜载体投入生活污水中，并在生活污水中添加有活性污泥菌种(具体比例同对比实验3)挂膜效率实验的实验方法)。挂膜启动后，不定期的对填料的微生物群落进行了镜检观察。如图8和图9所示，具体实验数据如下：在挂膜中期，可看到新型材料附近的生物相仍然十分丰富，部分原生生物镜检下快速移动，活性很强。图8是挂膜初期(挂膜两周时)，图9是挂膜中期(挂膜三个月)。图中均可看到钟形虫、累枝虫为代表的固着性纤毛虫类原生生物，该些生物相是指示性微生物，可说明污泥菌种生物相丰富，活性处于较高水平。其次，其实在显微镜下是可以看到其在移动的，很活跃。
[0085]
可自絮凝双壳层挂膜载体应用实施例
[0086]
本实施例公开了一种所述可自絮凝双壳层挂膜载体，可以直接投放在污染水体中，对污染水体进行净化，具体可以用于污水的好氧生化处理方法中。在对污染水体进行进化时，首先要有微生物菌种投加，其次，要进行曝气。其中，曝气的目的有两个，一个是使水和载体进行搅动，促进老化的生物膜和载体表层粉末脱落，二是使载体上的铁进行氧化，产生絮凝作用。
[0087]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种可自絮凝双壳层挂膜载体，其特征在于，所述可自絮凝双壳层挂膜载体由双壳层挂膜载体粉体和亲水性有机溶剂进行造粒，形成悬浮颗粒，所述双壳层挂膜载体粉体包括厨余垃圾生物炭基底，在所述厨余垃圾生物炭基底的表面和管道内负载有纳米零价铁层，在所述纳米零价铁层上负载有磷改性层。2.根据权利要求1所述的可自絮凝双壳层挂膜载体，所述悬浮颗粒的直径为0.8～1.5cm。3.一种权利要求1或2所述的可自絮凝双壳层挂膜载体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)将风干的厨余垃圾生物炭样品进行研磨后过筛，形成生物炭粉末；步骤2)将生物炭粉末与fe
2+
溶液进行混合形成混合溶液，持续搅拌1-2h，其中所述混合溶液中的生物炭粉末与fe
2+
溶液的含量为：每100ml的混合溶液中，包含有25-30g的生物炭粉末和0.08-0.12mol的fe
2+
；步骤3)按照bh
4-:fe
2+
＝1:2～2:3的摩尔比，向步骤2)的所述混合溶液中加入nabh4，充分搅拌1～2h，调节ph为7～8，在35℃～45℃的条件下水浴1～2小时，使fe
2+
还原成纳米零价铁，然后清洗、干燥后生成铁改性厨余垃圾生物炭；步骤4)在铁改性厨余垃圾生物炭中加入磷酸盐溶液，在90℃～110℃条件下水浴中3～5h，其中在每克铁改性厨余垃圾生物炭中加入0.06-0.09mol磷酸盐溶液，然后清洗、干燥后即为双壳层挂膜载体粉体；步骤5)在所述双壳层挂膜载体粉体中添加亲水性有机溶剂进行造粒，干燥后即为可自絮凝双壳层挂膜载体。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的过筛使用的为0.15mm～0.2mm孔径的筛子。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述fe
2+
溶液为氯化铁溶液、硫酸铁溶液或硝酸铁溶液；优选地，所述fe
2+
溶液为浓度为10％-15％的fecl2·
4h2o溶液。6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述磷酸盐溶液为磷酸二氢盐、磷酸氢盐或正磷酸盐。优选地，所述磷酸盐溶液为浓度为10％-15％的k2hpo4·
3h2o溶液。7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤3)和步骤4)中的干燥条件为：在110℃下烘箱干燥；步骤3)和步骤4)中的清洗为使用蒸馏水洗涤至中性ph；优选地，在步骤3)和步骤4)中的清洗步骤前，将生物炭放置24小时后再进行清洗，以使零价铁和磷充分老化形成较为稳定的晶体结构。8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述亲水性有机溶剂为酚醛树脂、羧甲基纤维素和硅酸钠按照设定配比形成的混合物。9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述亲水性有机溶剂与所述双壳层挂膜载体粉体按照如下质量比进行混合：酚醛树脂：羧甲基纤维素：硅酸钠：双壳层挂膜载体粉体＝10:2:1:(30～40)。
10.一种权利要求1或2中的所述可自絮凝双壳层挂膜载体在污水处理中的应用。

技术总结
本发明涉及固废资源化及污水处理技术领域，具体为一种可自絮凝双壳层挂膜载体及其制备方法和应用。所述可自絮凝双壳层挂膜载体由双壳层挂膜载体粉体和亲水性有机溶剂进行造粒，形成悬浮颗粒，所述双壳层挂膜载体粉体包括厨余垃圾生物炭基底，在所述厨余垃圾生物炭基底的表面和管道内负载有纳米零价铁层，在所述纳米零价铁层上负载有磷改性层。通过所述制备方法可制备所述挂膜载体。所述挂膜载体可应用于污水处理中。所述挂膜载体适用于废水处理好氧生化工段，形成絮状沉淀，从而澄清水质。从而澄清水质。从而澄清水质。


技术研发人员：陈寒松 郑绍成 张少源 金明子 李小忠 裘建平 吕金超
受保护的技术使用者：浙江师范大学行知学院
技术研发日：2023.06.08
技术公布日：2023/9/6