一种添加碱加热处理玉米秸秆碳源的潜流人工湿地强化脱氮方法技术

一种添加碱加热处理玉米秸秆碳源的潜流人工湿地强化脱氮方法，属于人工湿地污水处理技术领域。本方法的步骤：(1)以玉米秸秆为原料，将其切成等长度小段，水洗除尘，烘干，用1％NaOH溶液按固液比1∶30进行配比，水浴90℃恒温加热1h，取出烘干至恒重。(2)对碱加热玉米秸秆碳源做静态释放实验，通过拟合曲线确定其碳源释放量，氮源释放量，并根据潜流人工湿地进水COD浓度、TN浓度、进水流量和污水C/N等于7∶1为最佳碳氮比计算湿地内碳源添加量。(3)根据潜流人工湿地构型和运行方式，将碱加热玉米秸秆碳源添加在湿地土壤层底部，砾石层上部。本发明专利技术使得潜流人工湿地TN去除率提高了31.07％。

【技术实现步骤摘要】

一种添加碱加热处理玉米秸秆碳源的潜流人工湿地强化脱氮方法，属于人工湿地污水处理
，涉及通过添加外加碳源，强化人工湿地脱氮处理效果的一种方法。技术背景利用潜流人工湿地深度净化污水处理厂出水在我国已经开始广泛使用。但是由于污水处理厂出水碳氮比较低，抑制了湿地中的反硝化细菌活性，大大降低了潜流人工湿地的脱氮效率。所以近年来，通过添加碳源来强化潜流人工湿地的脱氮效率已逐渐成为热点研究方向之一。迄今为止应用较多的为甲醇，乙酸，葡萄糖等液体碳源，但是价格昂贵，运行成本高，且易造成二次污染，存在一定的缺陷。因此，对于新型碳源的探索也越来越多，现阶段出现的新型碳源主要以一些天然的固体有机物为主，例如包含纤维素类物质的天然植物，一些可生物降解的聚合物等。这些新型碳源普遍价格低廉且不会对环境造成污染，已逐渐被认可和应用。但就如何进一步改良新型碳源，强化新型碳源的释放效果，以及如何确定潜流人工湿地中的碳源添加量、添加位置等问题，现在的相关研究还较少，有待进一步探索。因此，本领域一直期望研发出一种改良新型碳源，并能够科学有效的应用到潜流人工湿地当中，来强化潜流人工湿地脱氮效率。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题首先是克服污水厂出水碳氮比较低，抑制反硝化细菌活性，致使潜流人工湿地脱氮效率较低的问题。本专利技术人发现用碱处理玉米秸秆，可通过氢氧根离子作用于纤维素，使其水解成为可被微生物利用的葡萄糖等单糖，增加玉米秸秆的碳源释放量，提高释放碳氮比，从而可以用来作为良好的外加碳源，增强潜流人工湿地中反硝化细菌活性，提高潜流人工湿地的脱氮效率。本专利技术提出的技术方案为一种处理成本低、脱氮效果好的添加新型碳源潜流人工湿地污水处理方法。本专利技术通过以下技术措施实现：碳源制备：以玉米秸秆为原料，将玉米秸秆剪切成长度相等的小段；水洗除尘，烘干。用NaOH溶液恒温加热，烘干至恒重。核算碳源添加量：对制备的碱加热处理玉米秸秆碳源做静态释放实验，通过拟合曲线计算说明碱处理玉米秸秆的碳源释放量，氮源释放量，碳氮比，并根据潜流人工湿地的进水COD浓度、TN浓度、碳氮比、进水流量以及相关研究中微生物最宜碳氮比确定碱加热处理玉米秸秆碳源的最佳添加量。确定碳源添加位置：根据潜流人工湿地的构型和运行方式，本着最大限度利用碳源和最大限度减少潜流人工湿地出水COD负荷的原则，确定碱加热处理玉米秸秆碳源最佳添加位置。上述的一种添加碱加热处理玉米秸秆碳源的潜流人工湿地强化脱氮方法，其特征在于采用玉米秸秆为原料，将玉米秸秆剪成1cm左右小段，用去离子水水洗除尘，108℃烘干2个小时，将烘干后的玉米秸秆采用1％的NaOH溶液按照固液比为1∶30进行配比，放入烧杯中，水浴90℃恒温加热1h，取出秸秆碳源，烘干至恒重。上述的一种添加碱加热处理玉米秸秆碳源的潜流人工湿地强化脱氮方法，其特征在于称取1g碱加热处理玉米秸秆碳源置入250mL锥形瓶内，加入200mL蒸馏水浸泡，为防止进入杂物，用保鲜膜封住瓶口，于20℃恒温培养箱中培养，以保证环境的一致性。每次从锥形瓶取水样10ml，离心取上清液，采用国标法测定COD、TN水质指标。取样频次前24小时较密集，之后每天取一次。每次取样后，倒出剩余溶液，重新加入200ml蒸馏水，做静态释放曲线。上述的一种添加碱加热处理玉米秸秆碳源的潜流人工湿地强化脱氮方法，其特征在于通过拟合曲线计算说明碱处理玉米秸秆的碳源累计释放量，氮源累计释放量，碳氮比，并结合模拟潜流人工湿地装置进水COD和TN浓度，进水流量，以及根据C/N为7∶1为最佳碳氮比计算碱加热处理秸秆碳源的添加量。上述的一种添加碱加热处理玉米秸秆碳源的潜流人工湿地强化脱氮方法，其特征在于将碳源添加位置确定在潜流人工湿地土壤底部，砾石层上部。本专利技术的有益效果：一种添加碱加热处理玉米秸秆碳源的潜流人工湿地强化脱氮方法，第一大优点是以碱处理玉米秸秆作为外加碳源，实现了农业废弃物的资源化目标；第二大优点是与普通的玉米秸秆碳源相比，碱处理玉米秸秆大大提高了玉米秸秆的释放碳源量，提高了碳氮比，且方法简单，成本低廉，可操作性强；第三大优点是作为固体碳源，持续时间长，易于维护管理，且可作为微生物载体，为微生物创造良好的生长环境。第四大优点是科学的计算出了潜流人工湿地中碱处理玉米秸秆碳源的添加量，避免了实际运行中碳源添加过多增加有机负荷和碳源添加过少脱氮效果提升不明显的问题，。第五大优点是根据潜流人工湿地的构型和进水条件，把碱加热处理玉米秸秆碳源添加在土壤以下，砾石层以上的位置，既可以使污水处理过程充分利用碳源，又可为植物生长提供充足的养分。附图说明图1碱加热处理玉米秸秆的碳源累计释放量；图2碱加热处理玉米秸秆的氮源累计释放量；图3添加碱加热处理玉米秸秆的模拟潜流人工湿地污水处理系统示意图；图4添加438.6g碱加热处理玉米秸秆的模拟潜流人工湿地TN和COD处理效果；具体实施方式以下结合附图和实施例进一步描述本专利技术，但不受附图和实施例的限制。本专利技术的方法具体步骤详述如下：(1)碳源制备：本实验选用普通玉米秸秆2kg，剪成1cm左右的小段，用去离子水水洗除尘，108℃烘干两个小时，将烘干后的玉米秸秆采用1％的NaOH溶液按照固液比为1∶30进行配比，放入烧杯中，水浴90℃恒温加热1h，取出秸秆碳源，烘干至恒重。(2)静态释放实验：将经过碱加热处理的秸秆烘干至恒重，称取1g置于250mL锥形瓶内，加入200mL蒸馏水浸泡，为防止进入杂物，用保鲜膜封住瓶口，于20℃恒温培养箱中培养，以保证环境的一致性。每次从锥形瓶取水样10ml，离心取上清液，采用国标法测定COD、TN水质指标。取样频次前24小时取10次，之后每天取一次，共取7天。每次取样后，倒出剩余溶液，重新加入200ml蒸馏水。通过拟合曲线(图1，图2)说明，碱加热处理玉米秸秆碳氮源释放前期较快，10小时后趋于稳定，在释放稳定期，碳源释放速率为9.0mg/(g·d)，氮源累计释放速率为0.19mg/(g·d)，释放碳氮比为47.37。表明其作为外加碳源，能够提供相对多量的碳元素，相对少量的氮元素，添加碳源的同时，能够避免水体的N元素含量过高，效果良好。碳、氮源释放量经线性拟合后所得方程及参数特征见表1、表2，方程对碱加热处理玉米秸秆碳、氮源累积释放变化的拟合度均在0.99以上。(3)核算碱加热玉米秸秆碳源添加量：根据碱加热处理玉米秸秆在释放稳定期碳源释放速率为9.0mg/(g·d)，氮源累计释放量为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种添加碱加热处理玉米秸秆碳源的潜流人工湿地强化脱氮方法，包括碳源制备，核算碳源添加量，确定碳源添加位置方法，包括以下步骤：(1)以玉米秸秆为原料，用NaOH溶液恒温加热，烘干至恒重，制成碱加热处理玉米秸秆碳源，当潜流人工湿地内添加制备碳源后，可以提高潜流湿地系统内污水碳氮比，加强反硝化细菌活性，从而增强潜流人工湿地系统的脱氮效率。(2)通过拟合曲线计算说明碱处理玉米秸秆的碳源累计释放量，氮源累计释放量，碳氮比，并结合模拟潜流人工湿地装置进水COD和TN浓度，进水流量，以及根据相关研究中微生物最宜碳氮比计算碱加热处理秸秆碳源的添加量。(3)根据潜流人工湿地的构型和运行方式，本着最大限度利用碳源和最大限度减少潜流人工湿地出水COD负荷的原则，确定碱加热处理玉米秸秆碳源最佳添加位置。

【技术特征摘要】
1.一种添加碱加热处理玉米秸秆碳源的潜流人工湿地强化脱氮方法，包括碳源制备，
核算碳源添加量，确定碳源添加位置方法，包括以下步骤：
(1)以玉米秸秆为原料，用NaOH溶液恒温加热，烘干至恒重，制成碱加热处理玉米秸秆
碳源，当潜流人工湿地内添加制备碳源后，可以提高潜流湿地系统内污水碳氮比，加强反硝
化细菌活性，从而增强潜流人工湿地系统的脱氮效率。
(2)通过拟合曲线计算说明碱处理玉米秸秆的碳源累计释放量，氮源累计释放量，碳氮
比，并结合模拟潜流人工湿地装置进水COD和TN浓度，进水流量，以及根据相关研究中微生
物最宜碳氮比计算碱加热处理秸秆碳源的添加量。
(3)根据潜流人工湿地的构型和运行方式，本着最大限度利用碳源和最大限度减少潜
流人工湿地出水COD负荷的原则，确定...

【专利技术属性】
技术研发人员：高红杰，吕纯剑，姚川颖，于会彬，宋永会，彭剑峰，张羽，韩璐，刘瑞霞，
申请(专利权)人：中国环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11