CN115259366A - 一种生物反硝化复合碳源及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物反硝化复合碳源及其制备方法，所述复合碳源以质量百分比计，包括以下成分：22～30％的醇类物质，35～45％的玉米淀粉水解液，3～8％的醋酸钠，0.01～0.05％的氯化钾，0.01～0.05％的磷酸钠，0.01～0.05％的氯化钙，0.01～0.05％的氯化铁，0.01～0.05％的硫酸镁，余量为水。本发明以天然产物和化工行业的副产物、废物为原料，生产复配反硝化复合碳源，对废物资源化利用、提高污水处理脱氮效果和维持反硝化菌落多样性具有积极作用。本发明制备的生物反硝化碳源具有成本低、响应速度快、COD浓度高等优点。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，涉及一种生物反硝化复合碳源及其制备方法。
背景技术
随着我国工业的蓬勃发展和人们的生活水平的提高，水体的污染正在不断加剧，表现之一就是水体中氨氮浓度急剧上升，从而引起一系列生态环境破坏等问题。针对此问题，污水处理厂常使用生物硝化反硝化工艺处理高氨氮废水，使氨氮浓度达到国家规定的排放标准。生物硝化反硝化工艺成熟，经济有效，绿色安全，不产生二次污染，环境友好。有机碳源是反硝化过程中的重要还原性物质，其种类及C/N比影响着反硝化的效果。但我国目前城市污水普遍面临着有机物浓度低(COD<200mg/L)、碳氮比低(COD/TN<8)等问题，这将限制反硝化功能菌群的代谢活性，影响反硝化的脱氮效果，因此需要通过外加碳源来提高有机物的浓度。常见的外加碳源有甲醇、乙酸、乙酸钠、葡萄糖等。甲醇作为碳源因其分子小容易被微生物利用，但高浓度的甲醇会有易燃易爆的风险且具有毒害作用；乙酸和乙酸钠的优点在于能快速响应反硝化过程，脱氮效果好，能用于应急处理，但二者价格都很贵，且乙酸钠中钠离子会导致产生大量污泥，故大规模应用于污水厂几乎不合适。葡萄糖虽然反硝化响应慢，但其有效COD含量高，其作为外加碳源整体处理成本较低。
由于反硝化菌群多样性的特点，长期使用单一碳源一方面会出现让某种微生物大量繁殖而抑制了其他微生物的营养吸收，促进反硝化的同时，造成菌群的弱化，使得生化系统抗冲击能力下降；另一方面，长期投加单一碳源常常会造成投加量、脱氮性能与运行成本三者不能兼顾的局面。
发明内容
针对上述技术难题，本发明提供了一种生物反硝化复合碳源及其制备方法，以应对低碳氮比的生活污水，使脱氮反应的进行更加迅速、顺利、彻底，降低运行成本，促使出水水质达标，同时维持菌群的多样性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种生物反硝化复合碳源，以质量百分比计，包括以下成分：22～30％的醇类物质，35～45％的玉米淀粉水解液，3～8％的醋酸钠，0.01～0.05％的氯化钾，0.01～0.05％的磷酸钠，0.01～0.05％的氯化钙，0.01～0.05％的氯化铁，0.01～0.05％的硫酸镁，余量为水。
一种上述生物反硝化复合碳源的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤(1)淀粉水解：称取工业级玉米淀粉置于三口烧瓶中，向烧瓶中加入水，并加热至70～90℃，磁力搅拌0.5～1小时使淀粉充分糊化后，加入酸进行水解反应1～3小时，反应液冷却至室温，用氢氧化钠溶液调节pH至7，控制玉米淀粉、酸与水的质量比为0.5～1.5:0.5～1.5:15～20；
步骤(2)除渣实行固液分离：过滤步骤(1)中的反应液，收集上清液，得到淀粉水解液；
步骤(3)复配：将醇类物质、玉米淀粉水解液、醋酸钠、氯化钾、磷酸钠、氯化钙、氯化铁、硫酸镁和水分散在锥形瓶中，搅拌溶解，充分混合后，制得复合碳源。
本发明中，醇类物质来自化工厂的副产物或者废产物，为甲醇、乙醇、甘油中的一种或几种的混合物。
本发明中，氯化钾、氯化钙、氯化铁、磷酸钠和硫酸镁可作为微生物生长的的矿物质来源。
本发明中，玉米淀粉水解液由玉米淀粉水溶液在加热的条件下用酸处理得到。淀粉是自然界丰富的糖类资源，属可再生和生物降解的天然资源。淀粉水溶液在酸如盐酸(或硫酸)的催化水解后，其得到的水解物中的有机物含量高、毒性小，是培养微生物的理想介质。这些物质均是理想的污水外加碳源选项，能有效提高污水脱氮效果，同时原料使用了天然原料，使得消化液中含有较多的微量元素以满足微生物生长需求。
本发明中，复合碳源具有如下特征：pH约为7.0，颜色为无色，COD≥60万mg/L。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
1、本发明以天然产物和化工行业的副产物、废物为原料，生产复配反硝化复合碳源，对废物资源化利用、提高污水处理脱氮效果和维持反硝化菌落多样性具有积极作用。
2、本发明制备的生物反硝化碳源具有成本低、响应速度快、COD浓度高等优点。
3、本发明使用的玉米淀粉水解液含有大量的糖类，容易被微生物利用。除此之外，玉米淀粉水解液还含有丰富的微量元素，再辅助补充一些矿物质元素，能够满足多种微生物的新陈代谢需求，极大增强其活性。
4、本发明复合碳源的制备工艺简单，同时有利于化工产业废物资源化。
附图说明
图1为生物反硝化复合碳源的制备流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
实施例1：
本实施例中，所述复合碳源以质量百分比计，包括以下成分：25％的甲醇，40％的玉米淀粉水解液，5％的醋酸钠，0.02％的氯化钾，0.02％的磷酸钠，0.02％的氯化钙，0.02％的氯化铁，0.02％的硫酸镁，余量为水。具体制备方法如下：
步骤(1)淀粉水解：用天平称取适量的工业级玉米淀粉置于三口烧瓶中，向烧瓶中加入适量纯净水，并加热至80℃，磁力搅拌约半小时使淀粉充分糊化后，用移液枪量取适量盐酸进行水解反应，水解进行2小时后，反应液冷却至室温，用氢氧化钠溶液调节pH至7，所述水解反应中，淀粉、盐酸与水的质量比为1:1:18。
步骤(2)除渣实行固液分离：将步骤(1)中的反应液进行过滤，除去不溶性的固态残渣，水解后的有机质分布在上清液中，收集上清液备用，进入下一步。
步骤(3)复配：用电子天平准确称量甲醇、玉米淀粉水解液、醋酸钠、氯化钾、磷酸钠、氯化钙、氯化铁、硫酸镁和水的质量，并按比例分散在锥形瓶中，搅拌溶解，充分混合后，制得复合碳源。
步骤(4)储存：将步骤(3)中制备得到的复合碳源置于阴凉干燥处或冰箱中4℃保存。
本实施例中，复合碳源具有如下特征：pH约为7.0，颜色为无色，COD≥60万mg/L。
实施例2：
本实施例中，所述复合碳源以质量百分比计，包括以下成分：28％的甲醇和乙醇的混合物(二者质量比为1:1))，40％的玉米淀粉水解液，5％的醋酸钠，0.02％的氯化钾，0.02％的磷酸钠，0.02％的氯化钙，0.02％的氯化铁，0.02％的硫酸镁，余量为水。具体制备方法如下：
步骤(1)淀粉水解：用天平称取适量的工业级玉米淀粉置于三口烧瓶中，向烧瓶中加入适量纯净水，并加热至80℃，磁力搅拌约半小时使淀粉充分糊化后，用移液枪量取适量盐酸进行水解反应，水解进行2小时后，反应液冷却至室温，用氢氧化钠溶液调节pH至7，所述水解反应中，淀粉、盐酸与水的质量比为1:1:18。
步骤(2)除渣实行固液分离：将步骤(1)中的反应液进行过滤，除去不溶性的固态残渣，水解后的有机质分布在上清液中，收集上清液备用，进入下一步。
步骤(3)复配：用电子天平准确称量甲醇、乙醇、玉米淀粉水解液、醋酸钠、氯化钾、磷酸钠、氯化钙、氯化铁、硫酸镁和水的质量，并按比例分散在锥形瓶中，搅拌溶解，充分混合后，制得复合碳源。
步骤(4)储存：将步骤(3)中制备得到的复合碳源置于阴凉干燥处或冰箱中4℃保存。
本实施例中，复合碳源具有如下特征：pH约为7.0，颜色为无色，COD≥60万mg/L。
实施例3：
本实施例中，所述复合碳源以质量百分比计，包括以下成分：30％的甲醇、乙醇和甘油的混合物(三者质量比为1:1:1)，40％的玉米淀粉水解液，5％的醋酸钠，0.02％的氯化钾，0.02％的磷酸钠，0.02％的氯化钙，0.02％的氯化铁，0.02％的硫酸镁，余量为水。具体制备方法如下：
步骤(1)淀粉水解：用天平称取适量的工业级玉米淀粉置于三口烧瓶中，向烧瓶中加入适量纯净水，并加热至80℃，磁力搅拌约半小时使淀粉充分糊化后，用移液枪量取适量盐酸进行水解反应，水解进行2小时后，反应液冷却至室温，用氢氧化钠溶液调节pH至7，所述水解反应中，淀粉、盐酸与水的质量比为1:1:18。
步骤(2)除渣实行固液分离：将步骤(1)中的反应液进行过滤，除去不溶性的固态残渣，水解后的有机质分布在上清液中，收集上清液备用，进入下一步。
步骤(3)复配：用电子天平准确称量甲醇、玉米淀粉水解液、醋酸钠、氯化钾、磷酸钠、氯化钙、氯化铁、硫酸镁和水的质量，并按比例分散在锥形瓶中，搅拌溶解，充分混合后，制得复合碳源。
步骤(4)储存：将步骤(3)中制备得到的复合碳源置于阴凉干燥处或冰箱中4℃保存。
本实施例中，复合碳源具有如下特征：pH约为7.0，颜色为无色，COD≥60万mg/L。
实施例4：
本实施例中，所述复合碳源以质量百分比计，包括以下成分：25％的乙醇，36％的玉米淀粉水解液，6％的醋酸钠，0.03％的氯化钾，0.03％的磷酸钠，0.03％的氯化钙，0.03％的氯化铁，0.03％的硫酸镁，余量为水。具体制备方法如下：
步骤(1)淀粉水解：用天平称取适量的工业级玉米淀粉置于三口烧瓶中，向烧瓶中加入适量纯净水，并加热至80℃，磁力搅拌约半小时使淀粉充分糊化后，用移液枪量取适量盐酸进行水解反应，水解进行2小时后，反应液冷却至室温，用氢氧化钠溶液调节pH至7，所述水解反应中，淀粉、盐酸与水的质量比为0.5:1.5:18。
步骤(2)除渣实行固液分离：将步骤(1)中的反应液进行过滤，除去不溶性的固态残渣，水解后的有机质分布在上清液中，收集上清液备用，进入下一步。
步骤(3)复配：用电子天平准确称量甲醇、玉米淀粉水解液、醋酸钠、氯化钾、磷酸钠、氯化钙、氯化铁、硫酸镁和水的质量，并按比例分散在锥形瓶中，搅拌溶解，充分混合后，制得复合碳源。
步骤(4)储存：将步骤(3)中制备得到的复合碳源置于阴凉干燥处或冰箱中4℃保存。
本实施例中，复合碳源具有如下特征：pH约为7.0，颜色为无色，COD≥60万mg/L。
实施例5：
本实施例中，所述复合碳源以质量百分比计，包括以下成分：22％的甘油，42％的玉米淀粉水解液，4％的醋酸钠，0.04％的氯化钾，0.04％的磷酸钠，0.04％的氯化钙，0.04％的氯化铁，0.04％的硫酸镁，余量为水。具体制备方法如下：
步骤(1)淀粉水解：用天平称取适量的工业级玉米淀粉置于三口烧瓶中，向烧瓶中加入适量纯净水，并加热至80℃，磁力搅拌约半小时使淀粉充分糊化后，用移液枪量取适量盐酸进行水解反应，水解进行2小时后，反应液冷却至室温，用氢氧化钠溶液调节pH至7，所述水解反应中，淀粉、盐酸与水的质量比为1.5:0.5:18。
步骤(2)除渣实行固液分离：将步骤(1)中的反应液进行过滤，除去不溶性的固态残渣，水解后的有机质分布在上清液中，收集上清液备用，进入下一步。
步骤(3)复配：用电子天平准确称量甲醇、玉米淀粉水解液、醋酸钠、氯化钾、磷酸钠、氯化钙、氯化铁、硫酸镁和水的质量，并按比例分散在锥形瓶中，搅拌溶解，充分混合后，制得复合碳源。
步骤(4)储存：将步骤(3)中制备得到的复合碳源置于阴凉干燥处或冰箱中4℃保存。
本实施例中，复合碳源具有如下特征：pH约为7.0，颜色为无色，COD≥60万mg/L。
Claims (6)
1.一种生物反硝化复合碳源，其特征在于所述复合碳源以质量百分比计，包括以下成分：22～30％的醇类物质，35～45％的玉米淀粉水解液，3～8％的醋酸钠，0.01～0.05％的氯化钾，0.01～0.05％的磷酸钠，0.01～0.05％的氯化钙，0.01～0.05％的氯化铁，0.01～0.05％的硫酸镁，余量为水。
2.根据权利要求1所述的生物反硝化复合碳源，其特征在于所述醇类物质来自化工厂的副产物或者废产物。
3.根据权利要求1或2所述的生物反硝化复合碳源，其特征在于所述醇类物质为甲醇、乙醇、甘油中的一种或几种的混合物。
4.一种权利要求1-3任一项所述生物反硝化复合碳源的制备方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
步骤(1)淀粉水解：称取工业级玉米淀粉置于三口烧瓶中，向烧瓶中加入水，并加热至70～90℃，磁力搅拌0.5～1小时使淀粉充分糊化后，加入酸进行水解反应1～3小时，反应液冷却至室温，用氢氧化钠溶液调节pH至7；
步骤(2)除渣实行固液分离：过滤步骤(1)中的反应液，收集上清液，得到淀粉水解液；
步骤(3)复配：将醇类物质、玉米淀粉水解液、醋酸钠、氯化钾、磷酸钠、氯化钙、氯化铁、硫酸镁和水分散在锥形瓶中，搅拌溶解，充分混合后，制得复合碳源。
5.根据权利要求4所述的生物反硝化复合碳源的制备方法，其特征在于所述步骤(1)中，玉米淀粉、酸与水的质量比为0.5～1.5:0.5～1.5:15～20。
6.根据权利要求4或5所述的生物反硝化复合碳源的制备方法，其特征在于所述酸为盐酸或硫酸。
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