一种固体缓释碳源及其制备方法与流程

1.本发明涉及污水处理技术领域，具体是一种固体缓释碳源及其制备方法。


背景技术：

2.有关碳源补充的研究报道可知，较为成熟、应用最多的主要为液态碳源，如甲醇、乙醇、葡萄糖等短链的有机碳，但其成本高、有毒性、投加量不确定以及运输困难等问题也让研究者开始对外加补充碳源进行新的探索和尝试。热点多集中在如何优化传统碳源，比如在脱氮工艺前加水解酸化工艺，提高原污水的可生化性和处理率；开发非传统碳源作为反硝化脱氮工艺中可选择的碳源，如工业废水、初沉污泥水解产物、垃圾渗滤液、植物秸秆等。但是这些碳源均存在补充量调节难把握或初期补充过量后期不足等问题，影响微生物代谢，进而影响处理效果。
3.专利cn111362416a描述了一种缓释碳源填料，包括微碳化纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯、铁矿粉、碳纳米管、硅藻土、相容剂、润滑剂，按计量比例称取加入到混合料机中混合均匀，然后加入到双螺旋挤压机中，经加热熔融后挤出；
4.专利cn112174335a描述了一种负载有微生物碳源的多孔缓释蜡，该多孔缓释蜡能缓慢释放碳源，不会造成水体cod升高，并能为有益微生物提供持续、按需、可控的碳源，保持碳氮磷平衡，有利于有益微生物的生长繁殖，并且能形成一种贯通的三维网络孔道，使水体中的有益微生物能在孔壁上生长繁殖。
5.但目前的固体缓释碳源多采用有机物复合，当其缓释后会对水体产生一定的二次污染，同时其成本价格高，制作工艺较复杂等都是其问题所在。目前天然材料固体缓释碳源多以自身既作为填料又作为载体，后期因缓释碳量不足易造成亚硝氮的积累，残存的木质素难降解物质易加大水头损失。
6.针对上述问题，我们提供了一种固体缓释碳源及其制备方法，以解决上述所提到的问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种固体缓释碳源及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
8.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
9.一种固体缓释碳源，包括玉米芯30％-40％、花生壳20％-30％、小麦秆10％-20％、稻壳20％-30％和交联剂1％-3％，所述玉米芯、花生壳、小麦秆、稻壳经粉碎、预热处理后，在交联剂的作用下再经冷冻成型，成型后的填料经切割后放入可变链条组成的载体中，获得所需碳源。
10.一种固体缓释碳源的制备方法，包括以下步骤：
11.步骤1、选取玉米芯30％-40％、花生壳20％-30％、小麦秆10％-20％和稻壳20％-30％；
12.步骤2、将玉米芯粉碎成1-2厘米的颗粒状，将花生壳、小麦秆和稻壳粉碎成直径为0.1-0.5厘米的粉末；
13.步骤3、将步骤2中获得的玉米芯、花生壳、小麦秆和稻壳放置到管式炉加热，低温100℃/h，升至200℃；
14.步骤4、将预加热完成后的玉米芯、花生壳、小麦秆和稻壳通过碱处理溶液进行预处理，持续2小时；
15.步骤5、然后将碱处理完成后的玉米芯、花生壳、小麦秆和稻壳放置到反应器中，同时加入交联剂1％-3％，均匀搅拌后倒入模具中；
16.步骤6、将模具放置冰箱中，并将温度调整到-10℃
‑‑
30℃，持续2小时-5小时；
17.步骤7、将步骤6冷冻完成后获得的材料从模具内取出，然后切割成1cm的球状填料，切割后放入可变链条组成的载体中，制的所需碳源。
18.作为本发明进一步的方案：所述交联剂选用dcp(过氧化二异丙苯)、bop(过氧化苯甲酰)和dbhp(过氧化氢二异丙苯)的其中一种。
19.作为本发明再进一步的方案：所述碱处理溶液选用20％氢氧化钠溶液、20％氢氧化钾溶液和40％氨水溶液的其中一种。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供了一种固体缓释碳源填料，其具有良好的释碳性能，价格低廉、来源广泛，解决了部分液体碳源投加量不稳定带来的出水水质不达标问题；该载体通过改变可变形链条的形状，实现增大或减小填料填充空间，可以根据水质对碳源的要求，有序的添加固体缓释碳源量，可实现循环利用，经济高效，减免了因直接投放植物固体碳源带来的晚期纤维素难降解问题。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.本发明实施例中，一种固体缓释碳源，包括玉米芯30％-40％、花生壳20％-30％、小麦秆10％-20％、稻壳20％-30％和交联剂1％-3％，所述玉米芯、花生壳、小麦秆、稻壳经粉碎、预热处理后，在交联剂的作用下再经冷冻成型，成型后的填料经切割后放入可变链条组成的载体中，获得所需碳源。
23.实施例1
24.一种固体缓释碳源的制备方法，包括以下步骤：
25.步骤1、选取玉米芯30％、花生壳30％、小麦秆17％和稻壳20％；
26.步骤2、将玉米芯粉碎成2厘米的颗粒状，将花生壳、小麦秆和稻壳粉碎成直径为0.5厘米的粉末；
27.步骤3、将步骤2中获得的玉米芯、花生壳、小麦秆和稻壳放置到管式炉加热，低温100℃/h，升至200℃；
28.步骤4、将预加热完成后的玉米芯、花生壳、小麦秆和稻壳通过20％氢氧化钠溶液进行预处理，持续2小时；
29.步骤5、然后将碱处理完成后的玉米芯、花生壳、小麦秆和稻壳放置到反应器中，同时加入dbhp(过氧化氢二异丙苯)3％交联剂混匀，均匀搅拌后倒入模具中；
30.步骤6、将模具放置冰箱中，并将温度调整到-20℃，持续3小时；
31.步骤7、将步骤6冷冻完成后获得的材料从模具内取出，然后切割成1cm的球状填料，切割后放入可变链条组成的载体中，制的所需碳源。
32.实施例2
33.一种固体缓释碳源的制备方法，包括以下步骤：
34.步骤1、选取玉米芯30％、花生壳30％、小麦秆18％和稻壳20％；
35.步骤2、将玉米芯粉碎成1厘米的颗粒状，将花生壳、小麦秆和稻壳粉碎成直径为0.5厘米的粉末；
36.步骤3、将步骤2中获得的玉米芯、花生壳、小麦秆和稻壳放置到管式炉加热，低温100℃/h，升至200℃；
37.步骤4、将预加热完成后的玉米芯、花生壳、小麦秆和稻壳通过20％氢氧化钠溶液进行预处理，持续2小时；
38.步骤5、然后将碱处理完成后的玉米芯、花生壳、小麦秆和稻壳放置到反应器中，同时加入dcp(过氧化二异丙苯)2％交联剂混匀，均匀搅拌后倒入模具中；
39.步骤6、将模具放置冰箱中，并将温度调整到-30℃，持续2小时；
40.步骤7、将步骤6冷冻完成后获得的材料从模具内取出，然后切割成1cm的球状填料，切割后放入可变链条组成的载体中，制的所需碳源。
41.实施例3
42.一种固体缓释碳源的制备方法，包括以下步骤：
43.步骤1、选取玉米芯40％、花生壳20％、小麦秆17％和稻壳20％；
44.步骤2、将玉米芯粉碎成2厘米的颗粒状，将花生壳、小麦秆和稻壳粉碎成直径为0.5厘米的粉末；
45.步骤3、将步骤2中获得的玉米芯、花生壳、小麦秆和稻壳放置到管式炉加热，低温100℃/h，升至200℃；
46.步骤4、将预加热完成后的玉米芯、花生壳、小麦秆和稻壳通过40％氨水溶液进行预处理，持续2小时；
47.步骤5、然后将碱处理完成后的玉米芯、花生壳、小麦秆和稻壳放置到反应器中，同时加入bop(过氧化苯甲酰)3％交联剂混匀，均匀搅拌后倒入模具中；
48.步骤6、将模具放置冰箱中，并将温度调整到-20℃，持续3小时；
49.步骤7、将步骤6冷冻完成后获得的材料从模具内取出，然后切割成1cm的球状填料，切割后放入可变链条组成的载体中，制的所需碳源。
50.实施例4
51.一种固体缓释碳源的制备方法，包括以下步骤：
52.步骤1、选取玉米芯37％、花生壳30％、小麦秆10％和稻壳20％；
53.步骤2、将玉米芯粉碎成1厘米的颗粒状，将花生壳、小麦秆和稻壳粉碎成直径为0.5厘米的粉末；
54.步骤3、将步骤2中获得的玉米芯、花生壳、小麦秆和稻壳放置到管式炉加热，低温
100℃/h，升至200℃；
55.步骤4、将预加热完成后的玉米芯、花生壳、小麦秆和稻壳通过20％氢氧化钠溶液进行预处理，持续2小时；
56.步骤5、然后将碱处理完成后的玉米芯、花生壳、小麦秆和稻壳放置到反应器中，同时加入dbhp(过氧化氢二异丙苯)3％交联剂混匀，均匀搅拌后倒入模具中；
57.步骤6、将模具放置冰箱中，并将温度调整到-10℃，持续43小时；
58.步骤7、将步骤6冷冻完成后获得的材料从模具内取出，然后切割成1cm的球状填料，切割后放入可变链条组成的载体中，制的所需碳源。
59.分别以单体玉米芯、花生壳、小麦秆、稻壳为固体碳源进行对照，与上述固体碳源在相同条件下进行实验，考察释碳能力，以出水cod及氨氮为评判参考。
60.表一各样品的释碳能力
[0061][0062]
表二出水cod去除率
[0063][0064]
表三出水氨氮去除率
[0065][0066]
通过以上数据可以看出制备的固体缓释填料的释碳能力、cod去除率及氨氮去除率均明显高于单一生物质固体碳源，释碳能力最高可达1.73mg/g，cod去除率可达95.43％，氨氮去除率可达91.23％。
[0067]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方法。