一种半天然材料人工碳源料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种半天然材料人工碳源料的制备方法，包括以下步骤：将米糠和锯末过筛，取筛下物；淀粉无须过筛；称量淀粉、米糠和锯末，送混匀器混合均匀；制备聚乙烯醇糊状水溶液：取聚乙烯醇粉末，加水混合，送压力锅，搅拌，完全溶解，制备得到聚乙烯醇糊状水溶液，备用；将均匀混合的锯末、米糠、淀粉放入造粒机中，从上方均匀喷洒聚乙烯醇糊状水溶液，造粒成型；颗粒物适当冷却后，包装成品，制备得到半天然材料人工碳源料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于农业面源污染控制
，具体地说，涉及一种半天然材料人工碳源料的制备方法。
技术介绍
设施农业区生产过程施肥量大，农田排水中硝酸盐的污染突出，且碳氮比低。根据云南大学对滇池流域设施农业区的调查研究，发现农田排水中硝氮含量可高达42mg/L，而相应的COD仅为61mg/L，碳氮比低，反硝化困难。通过添加碳源，提高反硝化效率，是解决该类问题常见的方法。目前常见的碳源包括天然材料和合成材料两类。天然材料包括植物秸秆、棉花、木块等，也有人采用纸张、淀粉等经过人工加工的天然材料。合成材料主要是甲醇、聚乙烯醇等工业合成产品。天然材料最大的好处是成本低，易获取，但不足之处是碳源释放时间短，碳源释放不均匀，还会释放氮、磷，产生副作用。合成材料最大的好处是可以控制释放速度，不存在副反应产物，但是通常成本较高，在自来水或再生水处理中容易推广，在面源污染控制等领域，因其成本问题推广有难度。中国环科院沈志强等人开展了淀粉/聚己内酯共混物挤压成型后，用于处理低碳氮比废水中硝氮的研究(沈志强等，利用淀粉/PCL共混物作为反硝化固体碳源和生物膜载体的研究。环境工程技术学报，2014年3月，第4卷第2期)，结果表明，该种碳源在投入1天后即开始产生作用，当硝氮浓度为15-50mg/L时，人工搅拌的条件下，去除速率可达到0.02-0.04mg/h·L。孙磊等人开展了以聚乙烯醇为骨架的固相缓释淀粉碳源处理低碳氮比地表水中硝氮的研究(孙磊等，用于地表水反硝化的固体碳源研究。安徽农业科学，2011，39(28)：17365-17368)，表明马铃薯淀粉具有良好的碳源释放和反硝化效果，7天以后脱氮能力达到95％以上。据冯延申等人的论述(冯延申等，反硝化脱氮新型外加碳源研究进展。现代化工，2013年10月第33卷第10期：52-57)，天然固相碳源包括棉花、麦秸、芦苇、纸、木屑等，其中麦秸、棉花的净化作用较突出，且无显著地亚硝酸盐积累。天然固相碳源无毒、易获取、廉价，但是效率相对较低且不稳定，还会有出水色度、浊度和悬浮物含量较高的缺点。人工合成固相碳源包括聚羟基脂肪酸酯(PHAs)，聚乳酸(PLA)，聚丁二酸丁二醇酯淀粉基可生物降解多聚物(PBS)，聚集内酸酯(PCL)，可塑生物降解材料(PSM)等。人工合成固相碳源反硝化效率较天然固相碳源高，其最大的不足就是成本高，对缺乏运转费用支持的农业面源污染控制领域的应用局限性较大。以天然原料为碳源，没有包裹的条件下进行碳源释放实验，结果表明，如果淀粉为40-50％，米糠、锯末为60％-40％时，无菌条件下碳源释放时间可持续20-25天。如果以淀粉为25-33％，米糠、锯末为75％-67％时，无菌条件下碳源释放时间可持续20-25天。采用本方案，添加聚乙烯醇包裹物，聚乙烯醇比例为45.6％，其余成份54.4％，碳源释放周期延长到60-80天。本方案获得的产品的有效期为天然碳源的3倍。配合适用于土壤渗滤系统，可以基本消除TN,NO3--N的问题污染。以人工材料为碳源，聚羟基脂肪酸酯，市场价格为28000元/吨。聚乳酸，市场价格为27000元/吨。采用本方案，原料单价为5600元-5700元。约为上述原料的20-21％。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术针对上述的问题，提供了一种半天然材料人工碳源料的制备方法，本专利技术以天然材料为主，适当添加合成材料，通过人工制备得到一种经济技术效益较高的固相碳源，可以保持较长时间的碳源释放，价格又比较低，基本没有副作用，便于农田排水脱氮中广泛应用的材料。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种半天然材料人工碳源料的制备方法，包括以下步骤：步骤1、原料预处理：将米糠和锯末过筛，取筛下物；淀粉无须过筛；步骤2、称量：称量淀粉、米糠和锯末，送混匀器混合均匀；步骤3、制备聚乙烯醇糊状水溶液：取聚乙烯醇粉末，加水混合，送压力锅，搅拌，完全溶解，制备得到聚乙烯醇糊状水溶液，备用；步骤4、将均匀混合的锯末、米糠、淀粉放入造粒机中，从上方均匀喷洒聚乙烯醇糊状水溶液，造粒成型；步骤5、颗粒物适当冷却后，包装成品，制备得到半天然材料人工碳源料。进一步地，米糠和锯末的粒径小于2mm。进一步地，淀粉、米糠和锯末的重量比为1-3:1-3:1-3。进一步地，聚乙烯醇糊状水溶液的质量百分浓度为5％-15％。进一步地，聚乙烯醇糊状水溶液的溶解条件为在0.165MP压力锅中，在121℃条件下搅拌0.5h。进一步地，造粒温度控制在60-65℃，粒径控制在3-4mm。与现有技术相比，本专利技术可以获得包括以下技术效果：1)较长的碳源释放周期，可以维持释放100-120天，净化效果可维持156天。南方地区夏季雨水较集中的时间基本为3个月。本产品用于面源污染控制，一年一更换即可。2)副反应小，产品用于净化水质，会维持4天左右的短期碳源过量释放，此后稳定。同时，氮磷释放很小。不同于全天然材料碳源，大量释放14-20天，此后释放量很小，净化效果迅速消失的不足之处。3)材料综合价格为5600元-5700元/吨。约为聚羟基脂肪酸酯(市场价格为28000元/吨)、聚乳酸(市场价格为27000元/吨)的20-21％。当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术产品效果验证实验装置的结构示意图；图2是本专利技术产品在土壤渗滤模拟试验装置中的总氮净化效果曲线图；图3是本专利技术产品在土壤渗滤模拟试验装置中的硝氮净化效果曲线图；图4是本专利技术产品在土壤渗滤模拟试验装置中的磷净化效果曲线图。具体实施方式以下将配合实施例来详细说明本专利技术的实施方式，藉此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。本专利技术提供一种半天然材料人工碳源料的制备方法，包括以下步骤：步骤1、原料预处理：如果米糠含杂物，需过筛；如果无较粗大的杂物，可以不过筛；锯末中会含粗颗粒或块状物，必须过筛，取小于2mm的筛下物；淀粉无须过筛；步骤2、淀粉、米糠和锯末分别过磅，按1-3:1-3:1-3的重量比，送混匀器混合均匀；步骤3、取聚乙烯醇粉末，按5％-15％的重量浓度加水混合，送0.165M P压力锅，在121℃条件下搅拌0.5h，即可完全溶解；步骤4、将均匀混合的锯末、米糠、淀粉放入造粒机中，从上方均匀喷洒聚乙烯醇糊状水溶液，造粒成型。造粒温度控制在60-65℃，粒径控制在3-4mm。步骤5、颗粒物适当冷却后，即可包装成品。实施例1如果米糠含杂物，需过筛；如果无较粗大的杂物，可以不过筛；锯末中会含粗颗粒或块状物，必须过筛，取小于2mm的筛下物；淀粉无须过筛；淀粉、米糠和锯末分别过磅，按1:1:1的重量比，送混匀器混合均匀；取聚乙烯醇粉末，按10％的重量浓度加水混合，送0.165MP压力锅，在121℃条件下搅拌0.5h，即可完全溶解；将均匀混合的锯末、米糠、淀粉放入造粒机中，从上方均匀喷洒聚乙烯醇糊状水溶液，造粒成型。造粒温度控制在62℃，粒径控制在3.5mm；颗粒物适当冷却后，即可包装成品，制备得到半天然材料人工碳源本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半天然材料人工碳源料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、原料预处理：将米糠和锯末过筛，取筛下物；淀粉无须过筛；步骤2、称量：称量淀粉、米糠和锯末，送混匀器混合均匀；步骤3、制备聚乙烯醇糊状水溶液：取聚乙烯醇粉末，加水混合，送压力锅，搅拌，完全溶解，制备得到聚乙烯醇糊状水溶液，备用；步骤4、将均匀混合的锯末、米糠、淀粉放入造粒机中，从上方均匀喷洒聚乙烯醇糊状水溶液，造粒成型；步骤5、颗粒物适当冷却后，包装成品，制备得到半天然材料人工碳源料。

【技术特征摘要】
1.一种半天然材料人工碳源料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、原料预处理：将米糠和锯末过筛，取筛下物；淀粉无须过筛；步骤2、称量：称量淀粉、米糠和锯末，送混匀器混合均匀；步骤3、制备聚乙烯醇糊状水溶液：取聚乙烯醇粉末，加水混合，送压力锅，搅拌，完全溶解，制备得到聚乙烯醇糊状水溶液，备用；步骤4、将均匀混合的锯末、米糠、淀粉放入造粒机中，从上方均匀喷洒聚乙烯醇糊状水溶液，造粒成型；步骤5、颗粒物适当冷却后，包装成品，制备得到半天然材料人工碳源料。2.根据权利要求1所述的半天然材料人工碳源料的制备方法，其特征在于，所述米糠和...

【专利技术属性】
技术研发人员：和树庄，胡斌，吴飞丽，李俊梅，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：云南;53