CN109160620A - 一种适用于农村污水处理用缓释碳源及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种适用于农村污水处理用缓释碳源及其制备方法，该缓释碳源包含碳源成分、碱度成分、骨架材料和成型助剂，其中，所述碳源成分中含有5‑20wt％的葡萄糖。本发明的缓释碳源能够稳定释放碳源，释放周期长的同时不会影响水体的出水COD，并且能够显著降低水体的总氮量，使用简单，挂膜效果与使用条件关系不大，可直接投放在污水处理设备中使用。

Description

一种适用于农村污水处理用缓释碳源及其制备方法
技术领域
本发明属于污水处理领域，尤其涉及适用于农村污水处理的缓释碳源及其制备方法。
背景技术
根据传统异养反硝化理论，在反硝化脱氮过程中，每去除1g硝态氮，需要2.86gCOD，考虑微生物同化脱氮作用该值为2.77，实际生物脱氮工艺运行中，为满足脱氮需求C/N一般至少需要满足5-6。
我国南方地区污水普遍面临碳源不足问题，为应对较高的总氮排放标准，一般采用碳源投加方式降低出水总氮，所用碳源多为甲醇、乙酸、葡萄糖等小分子液态碳源。而在农村污水处理领域，特别是分散处理模式中，多采用一体化设备进行污水的就地处理、就地排放，某些地区总氮排放要求较高，往往需要碳源投加。
由于农村污水分散治理模式下设备规模往往较小，且农村地区实际运营维护管理水平普遍不高，设备分布情况呈现“点多面广”特点，对小型一体化设备进行大范围液态碳源投加，在运维周期、运维成本、设备故障率、碳源存储等方面均面临诸多实际问题，可行性较差。
在此背景下，缓释碳源是将碳源混合于骨架材料中，在污水中可对碳源缓慢释放，在农村生活污水处理过程中，缓释碳源的投加可省去液体碳源存储、投加装置，更易于操作，具有较高的实用性，同时，缓释碳源还可起到微生物挂膜载体的作用，提高一体化设备内生物量，从而强化脱氮效果，降低出水总氮。
目前，已有用于反硝化脱氮的缓释碳源制备，包括材料与污水处理装置。
如，申请公布号为CN104003520A的中国专利公开了一种固体碳源及其制备方法和应用，所述固体碳源由三种富含纤维素(如玉米芯、稻壳、秸秆等)的物质混合均匀后经制粒和烧制制得，主要碳源成分为纤维素，通过烧制极大降低了天然纤维素碳源的释碳速率，使得碳源释放长期、稳定。但其天然纤维素作为碳源，碳源品质一般，反硝化速率有待提高，且其为颗粒状，挂膜效果与使用条件关系较大。
如，申请公布号为CN106957109A的中国专利公开了一种兼具缓释碱度和碳源功能的水平流生物膜反应装置，缓释碳源主要构成为淀粉、聚乙烯醇及乳胶粉，缓释碱度主要为碳酸钙矿物质，二者联用能交替缓释碱度和碳源，克服硝化过程碱度缺乏、反硝化过程碳源缺乏及投加量不易控制等缺拭点。但其缓释碳源与碱度采用涂覆方式分别涂覆于不同载体之上，载体与缓释碳源为两种材料，因此载体整体碳源比例较低。
发明内容
本发明目的即为克服上述缺点，提供一种适用于农村污水处理用缓释碳源及其制备方法，同时该缓释碳源具备供微生物生长载体作用。本发明的缓释碳源能够稳定释放碳源，释放周期长达80天，但是不会影响水体本身的出水COD，而且本发明的缓释碳源能够显著降低水体的总氮量。本发明的缓释碳源使用简单，挂膜效果与使用条件关系不大，可直接投放在污水处理设备中使用。
本发明是通过如下所述的技术方案实现的：
在本发明的第一方面，本发明提供了一种缓释碳源，其包含碳源成分、碱度成分、骨架材料和成型助剂，其中，所述碳源成分中含有5-20wt％的葡萄糖。
葡萄糖的加入能够强化微生物的快速挂膜效果，碳源成分中葡萄糖的含量为5-20wt％，该范围包括范围内的任意值，也可以包含5-10wt％或10-20wt％或5-15wt％或15-20wt％或5-8wt％或12-15wt％或8-10wt％或8-15wt％等等，优选为8wt％或20wt％。
优选地，所述碳源成分为选自玉米淀粉、马铃薯淀粉、醋酸酯淀粉、改性淀粉中的一种或多种与葡萄糖的组合。
优选地，所述碱度成分为碳酸氢钠和/或碳酸钙。
优选地，所述骨架材料为聚丙烯掺杂聚羟基脂肪酸酯(PHA)；这可以保障缓释碳源用作生物载体的悬挂强度及促进挂膜微生物生长代谢，所述聚羟基脂肪酸酯的占骨架材料的掺杂量为10-20wt％。10-20wt％的掺杂量范围涵盖范围内的任意值，也包括10-16wt％或16-20wt％或12-16wt％或16-19.5wt％等等，优选为16wt％。
优选地，所述成型助剂选自pe蜡(聚乙烯蜡)、甘油和偶联剂中的一种或多种；优选为pe蜡、甘油和偶联剂，三者的质量比为3：1：1。
优选地，按重量份数计，所述缓释碳源包含或由20-50份碳源成分、3-5份碱度成分、30-60份骨架材料和0.5-5份成型助剂组成。
优选地，所述缓释碳源包含或由20-45份碳源成分、3-5份碱度成分、30-60份骨架材料和0.5-5份成型助剂组成。
优选地，所述缓释碳源包含或由35-50份碳源成分、3-5份碱度成分、30-60份骨架材料和0.5-5份成型助剂组成。
优选地，所述缓释碳源包含或由20-50份碳源成分、3-5份碱度成分、30-45份骨架材料和0.5-5份成型助剂组成。
优选地，所述缓释碳源包含或由20-50份碳源成分、3-5份碱度成分、45-60份骨架材料和0.5-5份成型助剂组成。
优选地，所述缓释碳源包含或由20-50份碳源成分、3-3.5份碱度成分、30-60份骨架材料和0.5-5份成型助剂组成。
优选地，所述缓释碳源包含或由20-50份碳源成分、3.5-5份碱度成分、30-60份骨架材料和0.5-5份成型助剂组成。
优选地，所述缓释碳源包含或由20-50份碳源成分、3-5份碱度成分、30-60份骨架材料和0.5-4份成型助剂组成。
优选地，所述缓释碳源包含或由20-50份碳源成分、3-5份碱度成分、30-60份骨架材料和4-5份成型助剂组成。
优选地，所述缓释碳源包含或由20-50份碳源成分、3-5份碱度成分、30-60份骨架材料和2-4份成型助剂组成。
优选地，所述缓释碳源包含或由20-50份碳源成分、3-5份碱度成分、30-60份骨架材料和0.5-2份成型助剂组成。
优选地，所述缓释碳源包含或由43.5份碳源成分、3.5份碱度成分、50份骨架材料和4份成型助剂组成。
在本发明的第二方面，本发明还提供了一种制备上述缓释碳源的方法，所述方法包括：按比例称取碳源成分、碱度成分、骨架材料及成型助剂进行真空干燥；然后在高速混料机中混合均匀后注入双螺杆挤出机，熔融共混造粒，然后挤出成型得到缓释碳源片材；
优选地，所述缓释碳源片材的厚度为2mm。
优选地，所述真空干燥时间为2-8h，优选为6h；
优选地，所述双螺杆挤出机的温度区间为180℃-220℃。
本发明的缓释碳源片材的拉伸强度大于15MPa。
在本发明的第三方面，本发明还提供了上述缓释碳源在污水处理中的应用。
在本发明的第四方面，本发明还提供了一种污水处理方法，所述方法使用上述缓释碳源。
优选地，所述缓释碳源投放在污水处理设备的缺氧段内。
优选地，所述缓释碳源的使用周期为80天。
优选地，所述缓释碳源的投放量为5-10kg/吨水，比如可以为5kg/吨水、6kg/吨水、7kg/吨水、8kg/吨水、9kg/吨水等等。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1为将本发明的缓释碳源投加到污水一体化污水处理设备中的运行效果(COD和TN)图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
本发明制备例及实施例中相关测定方法：
COD测定采用HACH快速测定法；TN测定采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(HJ636—2012)。
制备例缓释碳源的制备
缓释碳源的组成如表1所示。
表1缓释碳源成分组成(重量份)
制备方法：
按表1所示称量各组成成分，在真空干燥机中进行真空干燥6h；然后加入高速混料机混合均匀；将上述混合物注入双螺杆挤出机内熔融共混造粒(双螺杆挤出机的温度区间为180℃-220℃)；挤出成型得到厚度为2mm的缓释碳源片材。经测试，制备得到的缓释碳源片材具备一定的力学性能，经测试，其拉伸强度大于15MPa。
对制备例1-4中得到的缓释碳源片材进行测试：在清水、150rpm搅拌条件下，其COD(化学需氧量)平均释放速率为6mg/g·d，前5天释放速率较高，之后趋于平稳，依据释放速率实验，按碳源含量比例折算，缓释碳源理论使用周期为80天左右。
实施例
将制备例1-4中制备得到的缓释碳源片材应用于实际的农村污水处理中。
处理过程中使用一体化污水处理设备，将制备例1-4中制备得到的缓释碳源片材投加到设备的缺氧段内，投加量7kg/吨水。实验采用同一水源，测试分为两组，一组为不加缓释碳源片材，另一组为添加缓释碳源片材。分别测试整套设备的出水COD和TN。
经计算，40天内未投加缓释碳源片材组时装置出水TN平均值为30mg/L；投加缓释碳源片材组后平均出水TN为13mg/L左右。
其中，以制备例1为例，制备例1的缓释碳源片材投加后40天时间内特定时间整套设备的出水COD及TN(总氮量)指标如表2和图1所示。
表2出水COD及TN指标
实验结果表明，农村污水一体化处理设备在投加缓释碳源后，出水总氮明显降低，由投加之前平均30mg/L浓度降低至投加之后平均13mg/L，且运行效果稳定；出水COD在投加5天时出现高峰，随后一直稳定降低，均值在30mg/L，对出水COD没有明显影响。

Claims (10)

1.一种缓释碳源，其包含碳源成分、碱度成分、骨架材料和成型助剂，其中，所述碳源成分中含有5-20wt％的葡萄糖。
2.根据权利要求1所述的缓释碳源，其特征在于，所述碳源成分为选自玉米淀粉、马铃薯淀粉、醋酸酯淀粉、改性淀粉中的一种或多种与葡萄糖的组合。
3.根据权利要求1或2所述的缓释碳源，其特征在于，所述碱度成分为碳酸氢钠和/或碳酸钙。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的缓释碳源，其特征在于，所述骨架材料为聚丙烯掺杂聚羟基脂肪酸酯(PHA)；
优选地，所述聚羟基脂肪酸酯的掺杂量为10-20wt％。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的缓释碳源，其特征在于，所述成型助剂选自pe蜡、甘油和偶联剂中的一种或多种；
优选地，所述成型助剂为pe蜡、甘油和偶联剂，三者的质量比为3：1：1。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的缓释碳源，其特征在于，按重量份数计，所述缓释碳源包含或由20-50份碳源成分、3-5份碱度成分、30-60份骨架材料和0.5-5份成型助剂组成。
7.一种制备权利要求1至6中任一项所述的缓释碳源的方法，所述方法包括：按比例称取碳源成分、碱度成分、骨架材料及成型助剂进行真空干燥；然后在高速混料机中混合均匀后注入双螺杆挤出机，熔融共混造粒，然后挤出成型得到缓释碳源片材；
优选地，所述缓释碳源片材的厚度为2mm。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述真空干燥时间为2-8h，优选为6h；
优选地，所述双螺杆挤出机的温度区间为180℃-220℃。
9.权利要求1至6中任一项所述的缓释碳源在污水处理中的应用。
10.一种污水处理方法，所述方法使用权利要求1至6中任一项所述的缓释碳源；
优选地，所述缓释碳源投放在污水处理设备的缺氧段内；
优选地，所述缓释碳源的使用周期为80天；
优选地，所述缓释碳源的投放量为5-10kg/吨水。
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