一种用于河湖水污染环境治理材料、制备方法及应用与流程

1.本发明属于污水治理技术领域，尤其涉及一种用于河湖水污染环境治理材料、制备方法及应用。


背景技术：

2.水环境出现问题的直接原因是污染物的汇入，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河湖、海湾等缓流水体，造成河湖水体呈现富营养化，多数河流湖泊由于水体自净能力不足，抗污染负荷能力弱，进一步加剧水污染问题，使得城市河流、农村坑塘沟渠出现黑臭，因此消除黑臭、提升水体表观、创造怡人的水环境是目前亟需解决的水环境问题。
3.对于n、p含量超出受纳水体容纳能力的污染进行脱氮除磷处理最经济适用的方法为生物法，通过水体中微生物新陈代谢活动将污水中有机物分解，达到脱氮除磷、净化污水的目的，有机氮通过氨化作用转变为氨氮，氨氮通过好氧硝化作用转变为硝态氮，硝态氮通过厌氧反硝化作用转化为氮气，最终氮气从水体中已出，达到降低水体氮含量的作用。在微生物脱氮过程中也需要大量的有机碳源为其提供能量和营养物质，在生物反硝化过程中，碳源对反硝化过程中的脱氮能力与效率起着决定性作用，因此需要对污水进行外加碳源来保证水中微生物的正常生长繁殖需要。
4.目前作为污染水体治理环节的填料大多都是塑料、玻璃钢、尼龙、纤维、涤纶、腈纶等材料制成，虽然比表面积大、体积小、组装容易、运输方便等优点，但是其强度低、不耐腐蚀，缺少物理和化学性能稳定。公开号为cn103068356b的专利公开的了一种改性碳纤维丝表面改性方法，使用丙酮、硝酸和活化气体进行改性，得到的改性碳纤维丝可以为水中微生物和藻类的生长繁殖提供载体，但是针对碳纤维丝的组合应用未见报道。现有技术公开号为cn112551702a的中国专利文献公开了一种用于水处理的微生物蜡及其制备方法，包括微生物蜡和聚乙烯醇纤维网，微生物蜡能释放碳源，利于微生物的生长繁殖，聚乙烯醇纤维网使在孔壁上生长繁殖的类芽孢杆菌能与水体接触，提高水处理效率，但是，现有技术中，微生物没有有效的载体，因为附着在载体上的微生物可以防止微生物的流失和衰减，并且在污水中以几何极数繁殖起来，抗冲击能力强，处理效率大大提高。使得现有技术水处理效率较低。
5.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术水环境污染处理中，由于缺少污染水体治理环节的载体和解决水体缺少碳源，使得污染水体环节治理的效率较低；现有技术污水治理材料制备工艺复杂，不便利，经济成本高，适用于污染水体的生态环境治理的实用性差。


技术实现要素：

6.为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了一种用于河湖水污染环境治理材料、制备方法及应用，具体涉及江河、湖泊、水库等水污染环境治理。
7.所述技术方案如下：一种用于河湖水污染环境治理材料，包括生物蜡、改性碳纤
维、微生物菌剂；按质量份生物蜡为99.0～99.6份，微生物菌剂为0.15～0.5份，改性碳纤维0.05～0.1份，其中改性碳纤维丝直径为5μm，一束包含24000单根碳纤维丝；微生物菌剂有效活菌数≧200亿/克。
8.在一个实施例中，所述生物蜡块按质量份由石蜡90-96份、液体石蜡1.25～1.65份，机油1.55～1.95份，活性炭粉0.5～1份构成。
9.在一个实施例中，所述石蜡包括熔点为80-85℃蜡以及熔点为54-56℃蜡；按质量比，80-85℃蜡与熔点为54-56℃蜡为1：1，
10.在一个实施例中，微生物菌剂，为芽孢杆菌(市购)，粉末状。
11.在一个实施例中，在丙酮中浸泡3-4h，浸泡后自然晾干，晾干后在硝酸中浸泡4-6h，制得改性碳纤维丝。
12.本发明的另一目的在于提供一种根据所述用于河湖水污染环境治理材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
13.s1，将石蜡按照比例在60℃恒温下加热融化后搅拌均匀形成混合液，将活性碳粉加入液体石蜡中搅拌均匀倒入混合液中，机油倒入混合液搅拌均匀；模具表面中用毛刷涂抹水溶性硅油，倒入混合液，自然冷却得到生物蜡块；
14.s2，待生物蜡块凝固后将改性后的碳纤维丝制成4～5cm一段插在表面；
15.s3，待生物蜡块冷却成型后将微生物菌剂均匀洒在生物蜡块表面，获得用于河湖水污染环境治理材料。
16.本发明的另一目的在于提供一种所述用于河湖水污染环境治理材料在湖泊脱氮除磷处理上的应用。
17.本发明的另一目的在于提供一种所述用于河湖水污染环境治理材料在河湖脱氮除磷处理上的应用。
18.本发明的另一目的在于提供一种所述用于河湖水污染环境治理材料在海湾脱氮除磷处理上的应用。
19.本发明的另一目的在于提供一种所述用于河湖水污染环境治理材料在农村坑塘沟渠脱氮除磷处理上的应用。
20.结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明针对目前水环境污染问题出现的污染水体治理环节的载体和解决水体缺少碳源，现提出一种用于河湖污染水体环节治理的高效材料，涉及水污染技术领域，本发明提供的用于河湖水污染环境治理的高效材料，其包括：生物蜡块、微生物菌剂、碳纤维丝。其中生物蜡块在污染水体缓慢释放，该设备在水污染治理的前期可以补充污染水体缺少的碳源，待水中碳氮比达到平衡后，为水体中微生物的生长繁殖提供一种催化剂，激活水中微生物的活性，加速水体中微生物生长繁殖、新陈代谢，从而达到改善水体的目的；碳纤维为微生物提供一种耐腐蚀、比表面积大、物理和化学稳定性好的填料，为水中的微生物生长繁殖提供载体，加速微生物的生长繁殖，从而加速微生物对水中污染物的分解代谢作用，从而达到降低水中氮磷含量、净化水质的目的。该制备工艺简单便利，经济成本低下，适用于污染水体的生态环境治理。
21.本发明生物蜡块为污染水体提供适量、持续性的碳源，改善污染水体碳氮磷比例；本发明改性碳纤维丝为微生物提供一种耐腐蚀、比表面积大、物理和化学稳定性、亲水性和亲生物性的生长繁殖载体，附着在载体上的微生物可以防止微生物的流失和衰减，并且在
污水中以几何极数繁殖起来，抗冲击能力强，处理效率大大提高。
22.作为本发明的优点，还体现在：通常污水厂利用甲醇、乙酸钠、面粉、葡萄糖等简单有机物作为碳源提高反消化速率达到脱氮的目的，且污水厂的碳源一般为持续添加，增加污水厂运行费用，本发明生物蜡块为污水处理厂供适量、持续性的碳源，减少污水厂运行的药剂费用。
附图说明
23.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理；
24.图1是本发明实施例提供的用于河湖水污染环境治理材料的制备方法流程图；
25.图2是本发明实施例提供的碳纤维丝改性制备方法流程图。
具体实施方式
26.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
27.实施例1，本发明实施例提供一种用于河湖水污染环境治理材料，包括生物蜡、碳纤维、微生物菌剂，按质量份生物蜡为99.0～99.6份，微生物菌剂为0.15～0.5份，改性碳纤维0.05～0.1份，其中改性碳纤维丝直径为5μm，一束包含24000单根碳纤维丝；微生物菌剂有效活菌数≧200亿/克。
28.生物蜡块由石蜡、液体石蜡、机油、活性炭碳粉、微生物菌剂、改性碳纤维丝构成，利用活性炭增加生物蜡的吸附性、整体固结性，通过吸附作用降低水中有机污染物的含量，同时由于活性炭碳粉的比表面积比较大，可以作为微生物的载体，促进微生物的生长繁殖。
29.分布于生物蜡载体表面的微生物菌剂，微生物菌剂的主要菌种为芽孢杆菌，主要是起到分解代谢污水中有机污染物的作用。
30.分布于生物蜡载体内的碳纤维丝，且所述的碳纤维丝延伸至生物蜡载体表面与外界相通，改性碳纤维丝一束约为20万根，经过改性后的碳纤维丝具有亲水性和亲生物性，为微生物提供载体，丰富水中微生物量，达到降低水中氮磷含量、净化水质的目的。
31.在本发明实施例中，所述生物蜡块按质量份由石蜡90-96份、液体石蜡1.25～1.65份，机油1.55～1.95份，活性炭粉0.5～1份构成。
32.所述石蜡包括熔点为80-85℃蜡以及熔点为54-56℃蜡；按质量比，80-85℃蜡与熔点为54-56℃蜡为1：1。
33.在本发明实施例中，微生物菌剂主要为芽孢杆菌(市购)，粉末状，待生物蜡块冷却成型后均匀洒在生物蜡块表面，利用生物蜡块的余热进行微生物菌剂的附着固定。
34.实施例2，一种用于河湖水污染环境治理材料，包括生物蜡、改性碳纤维、微生物菌剂；按质量份生物蜡为99.3份，微生物菌剂为0.35份，改性碳纤维0.075份，其中改性碳纤维丝直径为5μm，一束包含24000单根碳纤维丝；微生物菌剂有效活菌数≧200亿/克。
35.所述生物蜡块按质量份由石蜡93份、液体石蜡1.65份，机油1.95份，活性炭粉1份
构成。
36.实施例3，一种用于河湖水污染环境治理材料，包括生物蜡、改性碳纤维、微生物菌剂；按质量份生物蜡为99.0份，微生物菌剂为0.5份，改性碳纤维0.1份，其中改性碳纤维丝直径为5μm，一束包含24000单根碳纤维丝；微生物菌剂有效活菌数≧200亿/克。
37.所述生物蜡块按质量份由石蜡93份、液体石蜡1.45份，机油1.855份，活性炭粉0.75份构成。
38.实施例4，一种用于河湖水污染环境治理材料，包括生物蜡、改性碳纤维、微生物菌剂；按质量份生物蜡为99.4份，微生物菌剂为0.5份，改性碳纤维0.1份，其中改性碳纤维丝直径为5μm，一束包含24000单根碳纤维丝；微生物菌剂有效活菌数≧200亿/克。
39.所述生物蜡块按质量份由石蜡96份、液体石蜡1.45份，机油1.55份，活性炭粉1份构成。
40.实施例5，在本发明实施例中，如图1所示，用于河湖水污染环境治理材料制备方法包括以下步骤：
41.s1，将石蜡按照比例在60
°
恒温下加热融化后搅拌均匀形成混合液，将活性碳粉加入液体石蜡中搅拌均匀倒入混合液中，机油倒入混合液搅拌均匀；模具表面中用毛刷涂抹水溶性硅油，倒入混合液，自然冷却得到生物蜡块；
42.s2，待生物蜡块凝固后将改性后的碳纤维丝制成4～5cm一段插在表面；
43.s3，待生物蜡块冷却成型后将微生物菌剂均匀洒在生物蜡块表面，获得用于河湖水污染环境治理材料，后期可将用于河湖水污染环境治理材料直接投入污染水体进行应用。
44.在本发明实施例中，如图2所示，所述的碳纤维丝改性制备方法如下：
45.s201，将碳纤维的长度剪成1m，在丙酮中浸泡3-4h；
46.s202，浸泡后自然晾干，晾干后在硝酸中浸泡4-6h，制得改性碳纤维丝。
47.在本发明实施例中，将改性后的碳纤维丝制成4～5cm一段，待生物蜡凝固后插在表面。
48.实施例3，本发明实施例提供一种用于河湖水污染环境治理材料包括生物蜡、碳纤维、微生物菌剂，生物蜡块由石蜡、液体石蜡、机油、活性炭碳粉构成。
49.生物蜡包括以下质量份的原料：熔点为85℃石蜡45～50份。熔点为56℃石蜡45～50份，液体石蜡1.25～1.65份，机油1.55～1.95份，活性炭粉0.5～1份，总量为100份；微生物菌剂，主要菌种为芽孢杆菌，粉末状；在丙酮中浸泡3-4h，浸泡后自然晾干，晾干后在硝酸中浸泡4-6h，制得改性碳纤维丝。
50.在本发明实施例中，通过以下步骤制备用于河湖水污染环境治理材料：
51.将为熔点85℃石蜡和熔点为56℃石蜡按照比例加热融化后搅拌均匀，添加液体石蜡、机油、活性炭粉，搅拌均匀，模具表面中涂抹水溶性硅油，倒入混合液，自然冷却得到生物蜡块；待生物蜡凝固后将改性后的碳纤维丝制成4～5cm一段插在表面，待生物蜡块冷却成型后将微生物菌剂均匀洒在生物蜡块表面，获得用于河湖水污染环境治理材料，将用于河湖水污染环境治理材料直接投入污染水体。
52.实施例4，本发明实施例提供一种用于河湖水污染环境治理材料包括生物蜡、碳纤维、微生物菌剂，生物蜡块由石蜡、液体石蜡、机油、活性炭碳粉。
53.生物蜡包括以下质量份的原料：熔点为85℃石蜡48份。熔点为56℃石蜡48份，液体石蜡1.45份，机油1.75份，活性炭粉0.8份，总量为100份；微生物菌剂，主要菌种为芽孢杆菌，粉末状；在丙酮中浸泡3-4h，浸泡后自然晾干，晾干后在硝酸中浸泡4-6h，制得改性碳纤维丝。
54.在本发明实施例中，通过以下步骤制备用于河湖水污染环境治理材料：将为熔点85℃石蜡和熔点为56℃石蜡按照比例加热融化后搅拌均匀，添加液体石蜡、机油、活性炭粉，搅拌均匀，模具表面中涂抹水溶性硅油，倒入混合液，自然冷却得到生物蜡块；待生物蜡凝固后将改性后的碳纤维丝制成4～5cm一段插在表面，待生物蜡块冷却成型后将微生物菌剂均匀洒在生物蜡块表面，获得用于河湖水污染环境治理材料，将用于河湖水污染环境治理材料直接投入污染水体。
55.对比例，一种负载有微生物的生物蜡，包括生物蜡、微生物菌剂，生物蜡块由石蜡、液体石蜡、机油、活性炭粉构成。生物蜡包括以下质量份的原料：熔点为85℃石蜡48份。熔点为56℃石蜡48份，液体石蜡1.45份，机油1.75份，活性炭粉0.8份，总量为100份；微生物菌剂，主要菌种为芽孢杆菌，粉末状。
56.通过以下步骤制备负载有微生物的生物蜡：将为熔点85℃石蜡和熔点为56℃石蜡按照比例加热融化后搅拌均匀，添加液体石蜡、机油、活性炭粉，搅拌均匀，模具表面中涂抹水溶性硅油，倒入混合液，自然冷却得到生物蜡块；待生物蜡块冷却成型后将微生物菌剂均匀洒在生物蜡块表面，获得负载有微生物的生物蜡，将负载有微生物的生物蜡直接投入污染水体。
57.实施例4和对比例的生物蜡尺寸均为53*25*5cm，每个深为3m，100m2待处理的河道污染水体投加一块。将生物蜡投加到待处理水体的5d，10d，15d后，分别测量水中的氨氮、cod指标，结果见下表1。
58.表1氨氮和cod的去除效果
[0059][0060]
从上表1来看，实施例中的氨氮和cod的去除效果相较于传统的对比例的生物蜡而言有较大的提高，说明实施例中的碳纤维对微生物可以起到良好的富集作用，提高水处理的效率。
[0061]
实施例5，本发明的生物蜡块用于某省某市扶淇河下游即某水库至入某河口的水质治理，根据现场勘察，某河流动性差，水体交互不足，河道周边排污口较多，雨污分流工程未完成，生活污水和雨水混合流入河中，造成水质下降，部分河段污泥淤积，水体黑臭。
[0062]
表2水质检测结果
[0063][0064][0065]
根据表2所示的水质检测结果可以看出河道水质污染严重，已达到地表水劣
ⅴ
类水质，对比地表水环境质量标准ⅲ类水质严重cod、氨氮、高锰酸钾盐指标严重超标。
[0066]
治理目标：河道水体主要水质指标(cod、高锰酸盐指数、氨氮、总磷)达到行业iii类标准。
[0067]
应用实验表明：通过应用本发明用于河湖水污染环境治理材料可在某河上游河段利用生物蜡技术对某河的水质进行修复；同时在河道中设置纳米曝气装置，从而改善水质，控制水体富营养化，实现生态系统的良性循环。在河道内布置河湖治理专用生物块，配合高效复合菌剂投入使用。每500
㎡
布置1块河湖治理专用生物块，共计投入约1060个生物块，上游区域布置高效曝气增氧设备6台。经过20d的治理，某河上游河段的水质满足行业iii类标准。
[0068]
以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于河湖水污染环境治理材料，其特征在于，所述用于河湖水污染环境治理材料包括生物蜡、改性碳纤维、微生物菌剂，按质量份生物蜡为99.0～99.6份，微生物菌剂为0.15～0.5份，改性碳纤维0.05～0.1份。2.根据权利要求1所述的用于河湖水污染环境治理材料，其特征在于，所述改性碳纤维的直径为5μm，微生物菌剂有效活菌数≧200亿/克；所述生物蜡按质量份由石蜡90～96份、液体石蜡1.25～1.65份，机油1.55～1.95份，活性炭粉0.5～1份构成。3.根据权利要求2所述的用于河湖水污染环境治理材料，其特征在于，所述石蜡包括熔点为80-85℃蜡以及熔点为54-56℃蜡；按质量比，80-85℃蜡与熔点为54-56℃蜡为1：1。4.根据权利要求1所述的用于河湖水污染环境治理材料，其特征在于，所述微生物菌剂为粉末状芽孢杆菌。5.根据权利要求1所述的用于河湖水污染环境治理材料，其特征在于，所述改性碳纤维在丙酮中浸泡3-4h，浸泡后自然晾干，晾干后在硝酸中浸泡4-6h，制得改性碳纤维丝。6.一种根据权利要求1～5任意一项所述用于河湖水污染环境治理材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：s1，将石蜡在60℃恒温下加热融化后搅拌均匀形成混合液，将活性碳粉加入液体石蜡中搅拌均匀倒入混合液中，机油倒入混合液搅拌均匀；模具表面中用毛刷涂抹水溶性硅油，倒入混合液，自然冷却得到生物蜡块；s2，待生物蜡块凝固后将改性后的碳纤维丝制成4～5cm一段插在表面；s3，待生物蜡块冷却成型后将微生物菌剂均匀洒在生物蜡块表面。7.一种如权利要求1～5任意一项所述用于河湖水污染环境治理材料在湖泊脱氮除磷处理上的应用。8.一种如权利要求1～5任意一项所述用于河湖水污染环境治理材料在河湖脱氮除磷处理上的应用。9.一种如权利要求1～5任意一项所述用于河湖水污染环境治理材料在海湾脱氮除磷处理上的应用。10.一种如权利要求1～5任意一项所述用于河湖水污染环境治理材料在农村坑塘沟渠脱氮除磷处理上的应用。

技术总结
本发明属于污水治理技术领域，公开了一种用于河湖水污染环境治理材料、制备方法及应用。将石蜡按照比例加热融化后搅拌均匀，添加液体石蜡、机油、活性炭粉，搅拌均匀；模具表面中涂抹水溶性硅油，倒入混合液，自然冷却得到生物蜡块；待生物蜡块凝固后将改性后的碳纤维丝插在表面；待生物蜡块冷却成型后将微生物菌剂均匀洒在生物蜡块表面，获得用于河湖水污染环境治理材料。本发明生物蜡块为污染水体提供适量、持续性的碳源，改善污染水体碳氮磷比例；本发明改性碳纤维丝为微生物提供一种耐腐蚀、比表面积大、物理和化学稳定性、亲水性和亲生物性的生长繁殖载体，附着在载体上的微生物可以防止微生物的流失和衰减。以防止微生物的流失和衰减。以防止微生物的流失和衰减。


技术研发人员：张付爽 张泽 刘志强 汪洋 李福纲 赵成 张峰 魏瑞晨 李俊达 代乾
受保护的技术使用者：瑞泰境美（山东）环保科技有限公司 中科瑞美（天津）环境技术有限公司
技术研发日：2023.04.04
技术公布日：2023/8/14