CN104292781B - 一种用于生物反硝化脱氮的控释碳源复合颗粒的制备方法 - Google Patents
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Abstract
饮用高含量硝酸盐的地下水会给人类健康造成危害，目前已投入使用的碳源材料在应用中存在控释作用差、易造成二次污染、易坍塌等问题。针对上述问题，本发明提出了一种用于生物反硝化脱氮的控释碳源复合颗粒的制备方法，可在地下水硝酸盐污染原位或异位修复中，利用固相控释碳源复合颗粒作为填充介质，在作为反硝化细菌载体的同时，提供长效可控的有机碳源释放。本发明利用可降解聚合物及天然植物作为碳源释放组分，利用不可降解聚合物作为骨架材料，制备过程相对简单，具有良好的力学性能及反硝化脱氮效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于生物反硝化脱氮的控释碳源复合颗粒的制备方法，属于水处理技术领域。
背景技术
我国大多数地区的地下水在不同程度上遭受到硝态氮污染。由于土壤缺乏吸附硝酸根的能力，所以这些硝酸根就会通过渗透进入地下水中，近年来的调查表明国内外都存在着地下水被硝酸盐污染的情况，而在一些地区，污染已十分严重。
目前处理水体中硝态氮的方法有多种，主要分为物理化学法和生物反硝化法。生物反硝化法与物理化学法相比，具有低能、高效、无二次污染的特点，其不是将硝酸盐简单的浓缩，而是将它转化为对人体无害的氮气，是脱除水体中的硝态氮的主要方法之一。反硝化作为生物脱氮的一个重要的环节，将硝态氮和亚硝态氮通过反硝化细菌还原成无害的氮气逸入空气，从而使氮循环顺利进行。根据电子受体的不同可将生物反硝化分为自养反硝化和异养反硝化，由于自养菌生长繁殖较慢，脱氮速率低，所需的反应器容积要求较大，脱氮成本也较高，因此异养反硝化的应用倍受关注。
传统的异养反硝化通常需要投加甲醇、乙醇、乙酸、葡萄糖等可溶性碳源。虽然传统的异养反硝化工艺在投资和运行费用方面优于自养反硝化，但仍然存在外加液体碳源易过量，系统的稳定运行和维护均较困难等问题。近年来，有研究者采用天然固相有机物作为反硝化碳源，如秸秆、稻壳、芦苇等。实际应用发现天然有机碳源在短期内运行稳定，但不具备控释作用，易坍塌且出水色度差等问题。
发明内容
针对目前天然固相碳源存在的控释作用差、易坍塌等问题，本发明公开了一种用于生物反硝化脱氮的控释碳源复合颗粒的制备方法。该方法制备的碳源复合颗粒可在硝酸盐污染水域原位或异位反硝化脱氮过程中，在作为反硝化细菌载体的同时，提供长效可控的有机碳源释放。
一种用于生物反硝化脱氮的控释碳源复合颗粒的制备方法，其步骤为：
(1)将以下质量配比的各组分：生物降解聚合物10-70％，天然固相有机物10-70％，骨架材料20-50％，交联剂0-2％，pH值调节剂0-1％，除氧剂0-2％，微量元素1-5％在机械搅拌器中混合均匀。
(2)将步骤(1)中的混合物由加料口注入双螺杆挤出机进行熔融共混，挤出温度为150-230℃，并经过造粒机切割成粒。
(3)将步骤(2)制的的颗粒进行沸水蒸煮10分钟，备用。
相比较现有固相碳源颗粒，本发明的优点在于：
(1)本发明所提出的制备方法采用机械共混、熔融共混、挤出造粒的成熟工艺，步骤简单，适合大规模生产。
(2)本发明采用可降解聚合物和天然固相有机物共同作为碳源组分。基于可降解聚合物的有机碳释放速率有别于天然固相有机物，可对两种原料的质量配比进行调节以适应不同水质的要求。
(3)本发明采用高密度聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯的一种作为骨架材料，其力学性能优秀，长时间使用不会坍塌，而且可回收后再利用；长时间使用过程中，形成多孔结构，增加反硝化细菌附着面积。
附图说明
图1是实例3所述碳源材料的水处理数据
图2是实例3所述碳源材料的表面形貌(A使用前；B使用后)
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
按照以下方法制备用于生物反硝化脱氮的控释碳源复合颗粒：
(1)将以下质量配比的各组分：聚乳酸400g，核桃壳1000g，高密度聚乙烯592g，马来酸酐4g，碳酸钠1g，异抗坏血酸1g，微量元素混合物2g在机械搅拌器中混合均匀。
(2)将步骤(1)中的混合物由加料口注入双螺杆挤出机进行熔融共混，挤出温度为160℃，并经过造粒机切割成粒。
(3)将步骤(2)制的的颗粒进行沸水蒸煮10分钟，备用。
下面通过实验检验以上步骤制得的控释碳源复合颗粒的脱氮性能。
将控释碳源复合颗粒和活性污泥放入流动床反应器中，反应器为有机玻璃柱，内径60mm，柱高50mm，底部连接蠕动泵，顶部出水，蠕动泵提供恒定流速模拟污水，模拟污水为浓度50mg／L的硝酸钾溶液，水力停留时间为24小时，温度为室温(21-26℃)，进行驯化20天。驯化完成后，维持入水浓度、水力停留时间、温度等参数不变，检测出水硝酸盐、亚硝酸盐浓度及COD值、pH值。反应装置运行100天期间内，硝酸盐去除率稳定在85-90％，亚硝酸盐浓度低于0.2mg/L，COD值低于10mg／L，pH值稳定在7.45±0.1。表明本实例中的控释碳源复合颗粒能够长期稳定释放有机碳并为反硝化细菌提供反应场所，脱氮效果良好。
实施例2
按照以下方法制备用于生物反硝化脱氮的控释碳源复合颗粒：
(1)将以下质量配比的各组分：聚丁二酸丁二醇酯1400g，大麻纤维200g，聚苯乙烯391g，马来酸酐2g，碳酸钠1g，异抗坏血酸1g，微量元素混合物5g在机械搅拌器中混合均匀。
(2)将步骤(1)中的混合物由加料口注入双螺杆挤出机进行熔融共混，挤出温度为180℃，并经过造粒机切割成粒。
(3)将步骤(2)制的的颗粒进行沸水蒸煮10分钟，备用。
下面通过实验检验以上步骤制得的控释碳源复合颗粒的脱氮性能。
将控释碳源复合颗粒和活性污泥放入流动床反应器中，反应器为有机玻璃柱，内径60mm，柱高50mm，底部连接蠕动泵，顶部出水，蠕动泵提供恒定流速模拟污水，模拟污水为浓度50mg／L的硝酸钾溶液，水力停留时间为24小时，温度为室温(18-24℃)，进行驯化20天。驯化完成后，维持入水浓度、水力停留时间、温度等参数不变，检测出水硝酸盐、亚硝酸盐浓度及COD值、pH值。反应装置运行290天期间内，硝酸盐去除率稳定在86-93％，亚硝酸盐浓度低于0.2mg/L，COD值低于10mg／L，pH值稳定在7.48±0.1。表明本实例中的控释碳源复合颗粒在长期使用的过程中，能稳定释放有机碳，没有出现反硝化效率降低的情况，且复合颗粒在反应器中没有出现坍塌下沉等现象。
实施例3
按照以下方法制备用于生物反硝化脱氮的控释碳源复合颗粒：
(1)将以下质量配比的各组分：聚丁二酸丁二醇酯800g，核桃壳400g，聚苯乙烯790g，马来酸酐2g，碳酸氢钠2g，异抗坏血酸1g，微量元素混合物5g在机械搅拌器中混合均匀。
(2)将步骤(1)中的混合物由加料口注入双螺杆挤出机进行熔融共混，挤出温度为180℃，并经过造粒机切割成粒。
(3)将步骤(2)制的的颗粒进行沸水蒸煮10分钟，备用。
下面通过实验检验以上步骤制得的控释碳源复合颗粒的脱氮性能，参见图1、图2。
将控释碳源复合颗粒和活性污泥放入流动床反应器中，反应器为有机玻璃柱，内径60mm，柱高50mm，底部连接蠕动泵，顶部出水，蠕动泵提供恒定流速模拟污水，模拟污水为浓度50mg／L的硝酸钾溶液，水力停留时间为24小时，温度为室温(18-24℃)，进行驯化20天。驯化完成后，维持入水浓度、水力停留时间、温度等参数不变，检测出水硝酸盐、亚硝酸盐浓度及COD值、pH值。反应装置运行60天，其中30-45天进水硝酸盐浓度为55mg／L，其他时间进水硝酸盐浓度为50mg／L。当反硝化细菌驯化完成后，反应器出水基本稳定，即使提高进水浓度后出现波动，反应器也能很快适应并恢复至正常水平。稳定运行过程中，出水硝酸盐浓度低于10mg／L，反硝化效率高于80％，同时亚硝酸盐浓度低于0.2mg／L。表明本实例中的控释碳源复合材料具有良好的水处理效果，在使用过程中可以适应水质的变化，适应周期约为13-15天。显微镜照片显示，碳源材料具有多孔结构，随着反映的进行，骨架材料逐渐暴露在外部。
Claims (1)
1.一种用于生物反硝化脱氮的控释碳源复合颗粒的制备方法，其特征在于，该方法所用的原料组成质量百分数为聚乳酸20％、核桃壳50％、高密度聚乙烯29.6％、马来酸酐0.2％、微量元素混合物0.1％、碳酸钠0.05％、异抗坏血酸0.05％的混合物，经机械搅拌器混合均匀后，由加料口注入双螺杆挤出机进行熔融共混，挤出温度为160℃，并经过造粒机切割成粒，将上步制得的颗粒进行沸水蒸煮10分钟，得到控释碳源复合颗粒。
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