专利名称：一种缓释碳源材料的释碳性能快速评价方法
技术领域：
本发明属于水处理中缓释碳源材料技术领域，更具体地说，涉及一种缓释碳源材料的释碳性能快速评价方法。
背景技术：
由于大部分反硝化菌是异养菌，需要利用外界碳源才能生长代谢。而我国南方城市的污水处理厂以及受硝酸盐污染的水体普遍存在碳源不足的问题，这往往成为制约生物脱氮效率的重要因素。取若要得理想的反硝化脱氮效果，需要外加碳源以补充反硝化脱氮电子供体。现有的外加碳源一般可以分为两大类一是以葡萄糖、甲醇、乙醇、乙酸等液态有机物为主的传统碳源；二是以一些低廉的固体有机物为主，包括含纤维素类物质的天然植物及一些可生物降解聚合物等在内的新型碳源。传统碳源以低分子有机物类(如甲醇、 乙醇、乙酸)和糖类物质(如葡萄糖、蔗糖)这些液体碳源为主，但这些碳源物质运行成本高，而且由于进水水质的波动，容易造成投加量的不足或过量，影响了出水水质。针对这些问题，研究者又对优化传统碳源做了研究，如在脱氮工艺前增加水解酸化工艺，提高原水的可生化性和利用率。近年来许多研究者通过多种途径寻找无毒、廉价的碳源来代替传统碳源，新型碳源主要以一些低廉的天然固体有机物为主，以及一些可生物降解多聚物，工业废水和初沉污泥的水解产物等。而碳源的释放不能得到有效控制、需要较长的水力停留时间、出水水质受外界温度影响大等，也是新型碳源存在的问题。缓释碳源是固体碳源的一种，主要的思路是利用有机聚合物作为基材骨架载体，将碳源包裹其中使其缓慢释放，达到稳定供给的目的，同时骨架载体也能为微生物提供生长的场所，提高污染物的去除效果。在制备出缓释碳源材料后，需要对其释碳性能进行评价，在评价时，只需要考察水中COD变化，从而确定缓释碳源材料的最佳配方。《用于地下水原位生物脱氮的缓释碳源材料性能研究》(《环境科学》，第29卷第8期，2008年8月，作者王允、张旭、张大奕、李广贺和周贵忠)，王允、张旭等以生物可降解高分子玉米淀粉为供碳原料、聚乙烯醇为载体制备了一种缓释有机碳源材料，模拟地下水中缺氧环境，向密闭装置中通入氮气，建立了 COD与释放时间的关系曲线，但取样周期较长，超过300h，当待评价的材料种类较多时，不能实现快速评价释碳性能，且操作较复杂。《新型反硝化固体碳源释碳性能研究》(《环境科学》，第32卷第8期，2011年8月，作者邵留、徐祖信、王晟、金伟、尹海龙)，邵留、徐祖信等研究了玉米芯、稻壳、稻草、木屑4种天然物质的释碳规律，取样时间为第0、1、2、4、8、12、24、36、48、60、72、96、120和168 h，周期较长而且取样点过多，同样不能实现快速评价释碳性能，且操作较繁琐。对于释碳材料，目前并没有一种统一的方法来评价其释碳性能，评价实验的条件不同、取样时间也不尽相同，这也导致无法对不同材料进行统一的评价。现有技术中的缓释性能评价方法中，其取样周期较长，不能实现快速评价释碳性能，且操作较复杂
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中释碳性能评价方法不统一且所需时间较长，导致不能实现快速评价释碳性能，且操作较复杂的不足，提供了一种缓释碳源材料的释碳性能快速评价方法，本发明基于释碳材料释碳过程满足的二级动力学过程，通过考察溶液中COD随时间的变化，得到二级动力学方程中的参数&与#值，进而能够快速对缓释碳源材料的释碳性能进行评价，精确度较高，从而能优化缓释碳源材料的制备配方，可快速确定最优配方。技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为
本发明的一种缓释碳源材料的释碳性能快速评价方法，其步骤为
(1)制备缓释碳源材料，备用；
(2)量取纯水并将纯水加入到试验容器中；
(3)称取步骤(I)中制备的缓释碳源材料，投入到步骤(2)中装有纯水的试验容器中，并将试验容器密闭，摇动试验容器，使缓释碳源材料均匀分散在纯水中；
(4)在步骤(3)完成后的Ih和24h时，从试验各器中移取水样；
(5)采用快速密闭催化消解法测定步骤(4)中移取水样的C0D;
(6)根据缓释碳源材料的释碳过程二级动力学过程
I .e : I c,十 I —《AT/.1· K — c,v I，
其中:C为单位缓释碳源材料在溶液中释放的COD浓度，mg/(g · L)； cm为单位缓释碳源材料在溶液中释放的饱和COD浓度，mg/(g · L)；
K为传质系数，mg/ (h · L · g)；
t1/2是COD达饱和浓度一半时所用时间，h ；
t为时间，h ；
将步骤(5)中测定的Ih和24h时水样的COD作为两组c与 的值，建立Ι/c与l/ 的关系曲线，求解出&与I通过&与#值评价缓释碳源材料的释碳性能。优选地，所述步骤(2)中，所加的纯水体积为1L，试验容器为容量为IL的锥形瓶。优选地，所述步骤(3)中，所加的缓释碳源材料的质量为10g。优选地,所述步骤(6)中，绘制Ι/c与l/ 关系曲线的软件为Origin。本发明的原理为
缓释碳源材料的释碳过程满足二级动力学过程I r:l Ci - I其中C
为单位质量材料在溶液中释放的COD浓度，mg/ (g · L) -,Cm为单位质量材料在溶液中释放的饱和COD浓度，mg/ (g · L) 'K为传质系数,反映释放阻力，mg/ (h · L · g) -,t 1/2是COD达饱和浓度一半时所用时间，h ; 为时间，h。通过测定C0D，建立Ι/c与l/ 的关系经拟合后可得到&与#值，比较Cm与#值可评价缓释碳源材料的释碳性能，^越大，材料最终释放COD浓度越高，表明材料释碳能力越大X越大，释放越迅速，相反，#越小，释放越缓慢。释碳性能较好的释碳材料应当有以下特点..Cm值较大，#值较小。有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果(1)本发明的一种缓释碳源材料的释碳性能快速评价方法，测定混有缓释碳源材料的水样在Ih和24h时的COD，并通过Ih和24h的COD与时间关系的拟合，能快速得到待测定缓释碳源材料的Cm与K，从而能快速对缓释碳源材料的释碳性能进行评价，本发明的创新点在于能够在24h后对释碳性能进行快速评价，周期短，测定缓释碳源材料的释碳性能所需时间和工作量都较少；
(2)本发明的一种缓释碳源材料的释碳性能快速评价方法，其测定精确度高，操作简单，进而方便对缓释碳源材料的配方进行优化。
图I为实施例I中4%、6%、8%、10%PVA的四种缓释碳源材料的释放COD与时间拟合
关系图。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但本发明要求保护的范围不局限于实施例所阐述的范围。实施例I
本实施例的一种缓释碳源材料的释碳性能快速评价方法，其具体步骤如下
(1)制备缓释碳源材料，本实施例中缓释碳源材料共四组。先配制四种混合溶液，其原料质量浓度百分比分别为4%的聚乙烯醇(PVA)、5%的淀粉、O. 5%的海藻酸钠，其余组分为水；6%的聚乙烯醇(PVA)、5%的淀粉、O. 5%的海藻酸钠，其余组分为水；8%的聚乙烯醇(PVA)、5%的淀粉、O. 5%的海藻酸钠，其余组分为水；10%的聚乙烯醇(PVA)、5%的淀粉、O. 5%的海藻酸钠，其余组分为水。上述四种混合溶液分别滴加到含4%氯化钙的饱和硼酸溶液中，制得四组缓释碳源材料；
(2)量取IL纯水并将纯水加入到容量为IL的试验容器中，共四组；
(3)分别称取步骤(I)中制备的缓释碳源材料IOg四份，投入到步骤(2)中装有纯水的四个试验容器中，并将试验容器密闭，摇动试验容器，使缓释碳源材料均匀分散在纯水中；
(4)在步骤(3)完成后的Ih和24h时，从四个试验容器中移取水样；
(5)采用快速密闭催化消解法测定步骤(4)中移取水样的COD，Ih和24h时四种缓释碳源材料的溶液中 COD浓度分别为 17. 33mg/L、66. 67 mg/L、42. 67 mg/L、32 mg/L和 373. 33mg/L、776 mg/L、772 mg/L、648 mg/L ；
(6)根据缓释碳源材料的释碳过程二级动力学过程，其公式如下
He =If cm+If(Mi%￡ = Cm /，
其中为单位缓释碳源材料在溶液中释放的COD浓度，mg/(g · L)； cm为单位缓释碳源材料在溶液中释放的饱和COD浓度，mg/(g · L)；
K为传质系数，mg/ (h · L · g)；
t1/2是COD达饱和浓度一半时所用时间，h ；
t为时间，h ；
将步骤(5)中测定的Ih和24h时水样的COD作为两组c与t的值，采用Origin软件建立Ι/c与l/ 的关系曲线，如图I所示，所得线的斜率倒数即为#值。具体操作时，可运用Origin软件中的分析(Analysis)菜单中的线性拟合(Linear Fit)功能,对数据进行拟合，求解出G与A求得四种缓释碳源材料的Cw值分别为349. 65 mg/(g · L)、144. 30 mg/(g · L) >300. 30 mg/ (g · L) >396. 83 mg/ (g · Y) , K 值分别为 I. 74 mg/ (h · L · g)、6· 99 mg/(h · L · g)、4. 33 mg/ (h · L · g)、3. 23 mg/ (h · L · g),由 Cw 与#值可评价缓释碳源材料的释碳性能，通过比较可知4%的聚乙烯醇(PVA)的缓释碳源材料的K值最小，释放最缓慢，同时Cw值较大,可认为其有较好的释碳性能。本发明通过考察溶液中COD随时间的变化，从而能够快速对缓释碳源材料的释碳 性能进行评价，精确度较高，从而能优化缓释碳源材料的制备配方，确定最优配方。
权利要求
1.ー种缓释碳源材料的释碳性能快速评价方法，其步骤为 (1)制备缓释碳源材料，备用； (2)量取纯水并将纯水加入到试验容器中； (3)称取步骤(I)中制备的缓释碳源材料，投入到步骤(2)中装有纯水的试验容器中，并将试验容器密闭，摇动试验容器，使缓释碳源材料均匀分散在纯水中； (4)在步骤(3)完成后的Ih和24h时，从试验各器中移取水样； (5)采用快速密闭催化消解法測定步骤(4)中移取水样的COD； (6)根据缓释碳源材料的释碳过程ニ级动力学过程
2.根据权利要求I所述的ー种缓释碳源材料的释碳性能快速评价方法，其特征在于所述步骤(2)中，所加的纯水体积为1L，试验容器为容量为IL的锥形瓶。
3.根据权利要求2所述的ー种缓释碳源材料的释碳性能快速评价方法，其特征在于所述步骤(3)中，所加的缓释碳源材料的质量为10g。
4.根据权利要求3所述的ー种缓释碳源材料的释碳性能快速评价方法，其特征在于所述步骤(6)中，绘制Ι/c与l/ 关系曲线的软件为Origin。
全文摘要
本发明公开了一种缓释碳源材料的释碳性能快速评价方法，属于水处理中缓释碳源材料技术领域。本发明的步骤为制备缓释碳源材料；量取纯水并将纯水加入到试验容器中；称取缓释碳源材料投入到装有纯水的试验容器中，并将试验容器密闭，摇动试验容器，使缓释碳源材料均匀分散在纯水中；1h和24h时，从试验容器中移取水样；采用快速密闭催化消解法测定移取水样的COD；根据缓释碳源材料的释碳过程二级动力学过程，建立1/c与1/t的关系曲线，求解出cm与K，通过cm与K值评价缓释碳源材料的释碳性能。本发明通过考察溶液中COD随时间的变化，从而能够快速对缓释碳源材料的释碳性能进行评价，精确度较高，从而能优化缓释碳源材料的制备配方，确定最优配方。
文档编号G01N33/00GK102830204SQ20121036800
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者任洪强, 闫续, 耿金菊, 许柯, 申战辉 申请人:南京大学