CN112429854A - 一种以丝瓜络为载体的缓释材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种以丝瓜络为载体的缓释材料及其制备方法。该制备方法包括：将所述丝瓜络浸泡于氢氧化钠溶液中得到改性丝瓜络；将海藻酸钠溶于水中制得海藻酸钠粘液；向所述海藻酸钠粘液中加入所述改性丝瓜络，之后喷洒CaCl2溶液得到所述缓释材料。本发明还包括上述制备方法制备得到的缓释材料。通过上述方法制备得到的缓释材料处理污水可达到脱氮除磷的目的，对氮的去除率可高达85.50％，对磷的去除率可高达90.50％。

Description

一种以丝瓜络为载体的缓释材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种以丝瓜络为载体的缓释材料及其制备方法。
背景技术
氮磷营养元素超标排放是造成水体富营养化的主要原因，随着人们生活水平的提高，污水中总氮含量有逐年上升的趋势。为了防止水体富营养化危害，国家环保标准越来越严格，污水处理不仅要去除有机物，还需要进行脱氮。对于生活污水，一般采用生物法脱氮，即污水中的有机氮和氨氮先通过硝化细菌转化为亚硝酸盐或者硝酸盐，然后再通过反硝化细菌将亚硝酸盐或硝酸盐还原为氮气，而且反硝化脱氮过程需要提供充足的碳源作为硝酸盐的电子供体。为了达到良好的脱氮效率，通常要求所提供的碳源与总氮比值即BOD5/TKN大于4，但是生活污水有时达不到上述要求，污水存在碳源不足的问题，因此，常常需要额外补加碳源。
目前常用的碳源有甲醇、乙酸钠、葡萄糖等，这些碳源有一个共同特点，即均为快速水溶性碳源，而且需要连续不间断地投加，如果控制不当投加过量，则出水有机物有超标风险，而且使用过程中也存在一定的问题。比如甲醇为易挥发的易燃易爆的危化品，储存、运输和使用均有一定安全风险；乙酸钠有效碳含量低，成本较高，而且会增加水中盐含量；葡萄糖则会引起活性污泥菌胶团细菌过度生长，与反硝化细菌竞争碳源，使得碳源利用率低。
据文献报道，国内有采用天然高分子多糖类物质壳聚糖缓释碳源，但壳聚糖本身含有机氮，会增加污水中总氮含量，其提供的碳源一部分需用于去除自身所含总氮，对污水处理脱氮不利，而且其价格比海藻酸钠昂贵，限制了其应用。另外污水除了要脱氮还需要除磷，如何实现脱氮的同时除磷是现有技术中的难点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：如何高效脱氮的同时实现除磷。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种以丝瓜络为载体的缓释材料及其制备方法。
一种以丝瓜络为载体的缓释材料的制备方法，包括以下步骤：
将所述丝瓜络浸泡于氢氧化钠溶液中得到改性丝瓜络；
将海藻酸钠溶于水中制得海藻酸钠粘液；
向所述海藻酸钠粘液中加入所述改性丝瓜络，之后喷洒CaCl2溶液得到所述缓释材料。
进一步地，所述氢氧化钠溶液的质量浓度为1％-2％。
进一步地，将海藻酸钠溶于水中制得海藻酸钠粘液之前还包括向水中加入丙三醇，所述丙三醇在水中的质量浓度为1.5％-2％。
进一步地，所述海藻酸钠粘液中海藻酸钠的质量浓度为2％-3％
进一步地，按照每立方所述海藻酸钠粘液加入50-60kg所述改性丝瓜络的比例向所述海藻酸钠粘液中加入所述改性丝瓜络。
进一步地，所述CaCl2溶液的质量浓度为5％-7％。
进一步地，喷洒所述CaCl2溶液的同时翻转所述改性丝瓜络得到所述缓释材料。
进一步地，喷洒所述CaCl2溶液的同时翻转所述改性丝瓜络10-20min得到所述缓释材料。
进一步地，喷洒所述CaCl2溶液得到所述缓释材料之后还包括将所述缓释材料脱水干燥。
本发明还包括一种上述制备方法制备得到的缓释材料。
本发明与现有技术对比的有益效果包括：将丝瓜络浸泡于氢氧化钠溶液中得到改性丝瓜络，浸泡后的丝瓜络发生部分溶胀改变了其表面特性，改性丝瓜络更容易与海藻酸钠进行结合；将海藻酸钠溶于水中制得海藻酸钠粘液，向所述海藻酸钠粘液中加入所述改性丝瓜络，海藻酸钠负载于改性丝瓜络上，之后喷洒CaCl2溶液，CaCl2与海藻酸钠反应生成海藻酸钙，不溶于水的海藻酸钙在丝瓜络上有良好的成膜性，很好的负载于丝瓜络上得到所述缓释材料；因生活污水中含有NaCl和PO4 3-，当缓释材料与生活污水接触时，海藻酸钙中的Ca2+和污水中的Na+发生交换，变成溶于水的海藻酸钠，从缓释材料中释放出来，成为能够被反硝化细菌利用的碳源进行脱氮，同时交换下来的Ca2+则和污水中的PO4 3-结合生成磷酸盐沉淀而去除，另外丝瓜络本身也能释放出碳，从而达到脱氮除磷的目的，对氮的去除率可高达85.50％，对磷的去除率可高达90.50％。
具体实施方式
本具体实施方式提出一种以丝瓜络为载体的缓释材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将成熟的丝瓜摘下，置于太阳下曝晒10-15天，直到外皮干枯开裂，然后进行振打3-5min，将瓜瓤内种子全部倒出，并将所有外皮除净，剩下的丝瓜络即为成品；
S2、将所述丝瓜络浸泡于质量浓度为1％-2％的氢氧化钠溶液中得到改性丝瓜络；
S3、将除盐软化水注入反应釜内，向水中加入丙三醇，所述丙三醇在水中的质量浓度为1.5％-2％，之后将海藻酸钠溶于水中再将海藻酸钠加入反应釜，边加边搅拌，搅拌速度为200-300rpm，搅拌10-15min使海藻酸钠充分溶解，制得质量浓度为2％-3％的海藻酸钠粘液；
S4、按照每立方所述海藻酸钠粘液加入50-60kg所述改性丝瓜络的比例向所述海藻酸钠粘液中加入所述改性丝瓜络，之后喷洒质量浓度为5％-7％的CaCl2溶液的同时翻转所述改性丝瓜络10-20min得到所述表面成膜的丝瓜络缓释材料；
S5、利用自来水对缓释材料进行清洗，洗除表面残留的CaCl2溶液；
S6、将冲洗后的丝瓜络放入离心机进行脱水，脱水10min-15min；
S7、将脱水后的丝瓜络进行鼓风干燥进一步脱水，干燥60min-90min。
本发明提出的丝瓜络本身既是缓释碳源，同时也是缓释碳源海藻酸钠载体，为了提高有效碳含量，还将一部分水溶性的碳源丙三醇包埋于海藻酸钙胶凝体内，缓慢释放，脱氮的同时还可以除磷。
本具体实施方式还包括上述制备方法制备得到的缓释材料。
下面具体描述本发明的优选实施例阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
需要说明的是，下述实施例中的丝瓜络都是通过下述步骤得到：将成熟的丝瓜摘下，置于太阳下曝晒15天，直到外皮干枯开裂，然后进行振打3min，将瓜瓤内种子全部倒出，并将所有外皮除净，剩下的丝瓜络即为成品。
实施例1
本实施例提出一种以丝瓜络为载体的缓释材料，由以下步骤制得：
S1、将所述丝瓜络浸泡于质量浓度为1％的氢氧化钠溶液中得到改性丝瓜络；
S2、将除盐软化水注入反应釜内，向水中加入丙三醇，所述丙三醇在水中的质量浓度为1.5％，之后将海藻酸钠溶于水中再将海藻酸钠加入反应釜，边加边搅拌，搅拌速度为200rpm，搅拌15min使海藻酸钠充分溶解，制得质量浓度为2％的海藻酸钠粘液；
S3、按照每立方所述海藻酸钠粘液加入50kg所述改性丝瓜络的比例向所述海藻酸钠粘液中加入所述改性丝瓜络，之后喷洒质量浓度为5％的CaCl2溶液的同时翻转所述改性丝瓜络20min得到所述表面成膜的丝瓜络缓释材料；
S4、利用自来水对缓释材料进行清洗，洗除表面残留的CaCl2溶液；
S5、将冲洗后的丝瓜络放入离心机进行脱水，脱水10min；
S6、将脱水后的丝瓜络进行鼓风干燥进一步脱水，干燥60min。
实施例2
本实施例提出一种以丝瓜络为载体的缓释材料，由以下步骤制得：
S1、将所述丝瓜络浸泡于质量浓度为1.5％的氢氧化钠溶液中得到改性丝瓜络；
S2、将除盐软化水注入反应釜内，向水中加入丙三醇，所述丙三醇在水中的质量浓度为1.5％，之后将海藻酸钠溶于水中再将海藻酸钠加入反应釜，边加边搅拌，搅拌速度为250rpm，搅拌10min使海藻酸钠充分溶解，制得质量浓度为3％的海藻酸钠粘液；
S3、按照每立方所述海藻酸钠粘液加入55kg所述改性丝瓜络的比例向所述海藻酸钠粘液中加入所述改性丝瓜络，之后喷洒质量浓度为6％的CaCl2溶液的同时翻转所述改性丝瓜络15min得到所述表面成膜的丝瓜络缓释材料；
S4、利用自来水对缓释材料进行清洗，洗除表面残留的CaCl2溶液；
S5、将冲洗后的丝瓜络放入离心机进行脱水，脱水10min；
S6、将脱水后的丝瓜络进行鼓风干燥进一步脱水，干燥80min。
实施例3
本实施例提出一种以丝瓜络为载体的缓释材料，由以下步骤制得：
S1、将所述丝瓜络浸泡于质量浓度为2％的氢氧化钠溶液中得到改性丝瓜络；
S2、将除盐软化水注入反应釜内，向水中加入丙三醇，所述丙三醇在水中的质量浓度为2％，之后将海藻酸钠溶于水中15min制得质量浓度为3％的海藻酸钠粘液；
S3、按照每立方所述海藻酸钠粘液加入60kg所述改性丝瓜络的比例向所述海藻酸钠粘液中加入所述改性丝瓜络，之后喷洒质量浓度为7％的CaCl2溶液的同时翻转所述改性丝瓜络20min得到所述表面成膜的丝瓜络缓释材料；
S4、利用自来水对缓释材料进行清洗，洗除表面残留的CaCl2溶液；
S5、将冲洗后的丝瓜络放入离心机进行脱水，脱水15min；
S6、将脱水后的丝瓜络进行鼓风干燥进一步脱水，干燥90min。
实施例4
本实施例提出一种以丝瓜络为载体的缓释材料，由以下步骤制得：
S1、将所述丝瓜络浸泡于质量浓度为1.5％的氢氧化钠溶液中得到改性丝瓜络；
S2、将除盐软化水注入反应釜内，向水中加入丙三醇，所述丙三醇在水中的质量浓度为2％，之后将海藻酸钠溶于水中10min制得质量浓度为2.5％的海藻酸钠粘液；
S3、按照每立方所述海藻酸钠粘液加入60kg所述改性丝瓜络的比例向所述海藻酸钠粘液中加入所述改性丝瓜络，之后喷洒质量浓度为6％的CaCl2溶液的同时翻转所述改性丝瓜络15min得到所述表面成膜的丝瓜络缓释材料；
S4、利用自来水对缓释材料进行清洗，洗除表面残留的CaCl2溶液；
S5、将冲洗后的丝瓜络放入离心机进行脱水，脱水12min；
S6、将脱水后的丝瓜络进行鼓风干燥进一步脱水，干燥70min。
对比例1
本对比例提出一种缓释材料，由以下步骤制得：
S1、将除盐软化水注入反应釜内，向水中加入丙三醇，所述丙三醇在水中的质量浓度为1.5％，之后将海藻酸钠溶于水中再将海藻酸钠加入反应釜，边加边搅拌，搅拌速度为200rpm，搅拌15min使海藻酸钠充分溶解，制得质量浓度为2％的海藻酸钠粘液；
S2、之后向喷洒质量浓度为5％的CaCl2溶液20min得到海藻酸钙胶体状产物，之后干燥60min。
应用例1
将实施例1-4制得的缓释材料和对比例1制得的海藻酸钙胶体状产物分别处理富含氮磷无机营养的生活污水，40L富含氮磷无机营养的生活污水使用50g缓释材料或者海藻酸钙胶体状产物，处理2天，结果如表1所示。
表1实施例1-4以及对比例1的产物对氮磷的去除结果
氮去除率(％) 磷去除率(％)
实施例1 85.50 90.50
实施例2 84.46 89.46
实施例3 83.94 88.91
实施例4 84.89 88.43
对比例1 62.9 78.60
从表1得知，实施例1-4对生活污水中的氮磷去除率较高，对氮的去除率可高达85.50％，对磷的去除率可高达90.50％。
应用例2
使用实施例1制得的50g缓释材料处理40L富含氮磷无机营养的生活污水2天，之后取出该缓释材料重复处理40L富含氮磷无机营养的生活污水2次，每次的时间均为2天，结果如表2所示。
表2实施例1的缓释材料重复处理生活污水对氮磷的去除结果
氮去除率(％) 磷去除率(％)
第一次 85.50 90.50
第二次 80.11 86.78
第三次 72.38 83.90
从表2得知，实施例1制得的缓释材料可重复处理氮磷废水，且对氮磷废水中的氮磷去除率较高，这是因为丝瓜络能够缓慢释放海藻酸钙和丙三醇，海藻酸钙与水中的氮磷充分接触并反应；而单独的海藻酸钙只能一次加入，不能重复使用，而且对氮磷的去除效果较差。
其他有益效果：
1)所发明的缓释材料采用天然原料制备，安全环保，生物兼容，无毒无害。
2)丝瓜络中的碳源海藻酸钙缓慢释放，利用率高，不会造成出水有机物超标风险。
3)碳源负载于丝瓜络上不需要连续投加，只需要定期更换。
4)丝瓜络既是缓释碳源，又是微生物生长繁殖的载体。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种以丝瓜络为载体的缓释材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述丝瓜络浸泡于氢氧化钠溶液中得到改性丝瓜络；
将海藻酸钠溶于水中制得海藻酸钠粘液；
向所述海藻酸钠粘液中加入所述改性丝瓜络，之后喷洒CaCl2溶液得到所述缓释材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钠溶液的质量浓度为1％-2％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将海藻酸钠溶于水中制得海藻酸钠粘液之前还包括向水中加入丙三醇，所述丙三醇在水中的质量浓度为1.5％-2％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述海藻酸钠粘液中海藻酸钠的质量浓度为2％-3％。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，按照每立方所述海藻酸钠粘液加入50-60kg所述改性丝瓜络的比例向所述海藻酸钠粘液中加入所述改性丝瓜络。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述CaCl2溶液的质量浓度为5％-7％。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，喷洒所述CaCl2溶液的同时翻转所述改性丝瓜络得到所述缓释材料。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，喷洒所述CaCl2溶液的同时翻转所述改性丝瓜络10-20min得到所述缓释材料。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，喷洒所述CaCl2溶液得到所述缓释材料之后还包括将所述缓释材料脱水干燥。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到的缓释材料。
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