一种高效缓释碳源改性玉米芯、制备方法及应用技术

本发明专利技术属于污水处理领域，公开了一种高效缓释碳源改性玉米芯、制备方法及应用，缓释碳源由重量份为8～10份的玉米芯经80～90份的碱性双氧水改性制成，制备方法简单快捷、成本低，处理效果好。所制备的高效缓释碳源改性玉米芯结构松散、表面积增大且具有多孔性，粒径为8～12毫米，密度为0.3～0.6g/cm

【技术实现步骤摘要】
一种高效缓释碳源改性玉米芯、制备方法及应用
本专利技术属于污水处理填料
，尤其涉一种经济高效、碳源释放速率稳定的缓释碳源-改性玉米芯、制备方法及应用。
技术介绍
城市污水厂出水要求低C/N比，采用的深度脱氮工艺往往需外加碳源，生物反硝化工艺中的外加碳源包括液体碳源和固体缓释碳源。液体碳源如成本高、二次污染的问题较为严重，固体缓释碳源可以同时作为生物反硝化的电子供体和生物膜生长的载体，常见的固体缓释碳源包括天然纤维素类物质和人工合成的可降解聚合物，其中可降解聚合物因价格较高限制了其广泛使用，而天然纤维素类物质，如稻壳和玉米芯等，直接作为固体缓释碳源使用具有良好的脱氮效果，价格低廉易获取，但在应用中存在释放速率不稳定，易产生二次污染的问题。因此对天然纤维素物质进行二次开发，研究高效稳定的改性缓释碳源具有重要意义。研究较多的固体纤维素主要有：秸秆、稻草、壳类物质、玉米芯等。其中玉米芯是一种安全、经济的碳源材料，可溶性有机物较多，且有较强的持续供碳能力，以玉米芯作为污水处理反硝化碳源和生物膜载体，能有效去除硝酸盐，是一种可行性碳源，但其碳释放速率不稳定却限制了其广泛使用。为了提高缓释效率稳定性，现有技术中多采用高分子材料为骨架包裹缓释碳源，提高缓释稳定性，如CN201610671863.0，该专利技术采用的粘胶纤维既作为缓释碳源填料骨架，又作为碳源缓释材料，克服了其他碳源缓释填料依赖骨架包裹碳源材料，存在部分碳源材料被骨架完全覆盖而无法被微生物利用的问题。但是粘胶纤维制作繁琐、制备成本高，且使用一段时间后容易引起微生物的二次损害，所以不适宜大面积使用。CN201110423562.3中的缓释碳源材料采用生物相容性好的淀粉类碳源原料、营养元素和多成分无机交结原料复合配方，采用了内核和外壳双层控释、均匀球型造粒技术，该多成分无机交结材料包括普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、粉煤灰、凹凸棒石、蒙脱石或高岭土中的一种或两种混合的塑性粘结原料，及硅藻土、粉煤灰、活性炭或50～125目细石英砂中的一种或两种以上混合而成的高渗透性原料。这些内外核结构虽然保证了缓释稳定性，但是缓释碳源消耗完成后，无机交结材料在长期使用过程中沉积在水底，增加了生物池的清理负担。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于针对天然固体缓释碳源释放速率不稳定的问题，通过改性处理以及对改性条件的优化，制备出一种经济高效稳定缓释碳源材料，提高污水处理中反硝化脱氮效率。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案一种高效缓释碳源改性玉米芯的制备方法，所述缓释碳源由重量份为8～10份的玉米芯经80～90份的碱性双氧水改性制成。作为优选，所述碱性双氧水为含有0.5％～2％双氧水的氢氧化钠溶液，所述氢氧化钠溶液的浓度不高于3％。作为优选，所述玉米芯和碱性双氧水的改性反应条件为在90～100℃的恒温水浴锅水浴2～4小时。作为优选，所述改性反应完成后，将玉米芯和碱性双氧水反应体系冷却至室温，洗净，中和后在1000～2000转/分钟低速离心机离心3～10分钟，低温干燥至恒重，即得缓释碳源。作为优选，所使用的玉米芯为10-15mm的自然风干颗粒，玉米芯为农业废弃物。本专利技术提供的高效缓释碳源改性玉米芯为结构松散的多孔性结构，表面积增大，由前述的制备方法制备而成。作为优选，所述高效缓释碳源改性玉米芯粒径为8～12mm，密度为0.3～0.6g/cm3。本专利技术高效缓释碳源改性玉米芯运行在反硝化生物滤池中净化污水，运行步骤为：1)将高效缓释碳源改性玉米芯装入反硝化生物滤池内，与其他滤料的填充比为1:1～2，其中其他滤料为常用天然滤料，沸石、活性炭等；2)启动方式为接种挂膜法，启动后将废水引入反硝化生物滤池；运行条件为温度18～35℃，pH值为6.8～8.0，溶解氧小于0.5mg/L，反硝化的容积负荷为0.3～6.5kg/(m2·d)，水力停留时间为20～60min。有益效果：本专利技术提供的高效缓释碳源改性玉米芯与现有缓释碳源相比，具有以下优点：(1)本专利技术所选用的玉米芯成本较低，原料来源于农场废弃物，有利于解决农业废弃物的问题，减少资源浪费。(2)本专利技术改性材料制作过程安全环保，不会对人体和环境造成的不良影响。碱性双氧水改性处理得到的改性玉米芯纤维骨架得以保留，但是纤维与纤维之间的结合变得松散，大部分木质素和部分纤维素被脱除，纤维素之间的晶格结构被破坏了，晶格结构破坏使得纤维素与酶更易接触，增强了对酶的亲和力，提高了结晶水的含量，促进纤维素的分解，且玉米芯质量损失低，形成多孔，有利于微生物附着生长，无需额外骨架，碳源就可以得以稳定长效释放。(3)改性缓释碳源在反应器中反应可以快速趋于平稳状态，并且可以较长时间保持，本专利技术应用于反硝化生物滤池，硝态氮的去除率高达90％以上，硝酸盐去除率远远高于直接使用玉米芯等天然缓释碳源，且长期使用不会造成生物滤池的清理负担。附图说明图1为未改性玉米芯组织结构扫描电镜图；图2为实施例1中经改性处理的玉米芯组织结构扫描电镜图；图3为实施例4中改性玉米芯高效缓释碳源对硝酸盐去除率时间变化曲线图；图4为实施例5中出水COD时间变化曲线图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进一步说明，具体实施例的描述本质上仅仅是范例，以下实施例基于本专利技术技术方案进行实施。应注意的是，本领域技术人员基于本专利技术技术构思进行修改和等同替换，均落在本专利技术保护范围之内。实施例1步骤一，将玉米芯在粉碎机中粉碎过筛筛选出所需粒径规格为12mm左右的样品，洗净放置于自然条件风干，待用；步骤二，取8份的玉米芯与90份含有1v/v％双氧水和3w/v％氢氧化钠的混合溶液，并在95～100℃的恒温水浴锅水浴4小时；步骤三，将步骤2中的反应溶液冷却至室温，洗净，中和后在1800转/分钟低速离心机离心3分钟，低温干燥至恒重，即得缓释碳源。由图1和图2对比可以看出，未处理前的玉米芯结构纤维素结构致密，纤维素、半纤维素和木质素交联在一起，这种高交联度使纤维素和纤维素酶的接触程度大大降低；经改性处理后的玉米芯高效缓释碳源的基本骨架结构还在，但是纤维之间交联程度降低，结构松散且多孔，孔隙率提高和孔径增大，大部分木质素和部分纤维素被脱除，纤维素之间的晶格结构被破坏，结晶水含量提高，缓释碳源的密度为0.45～0.56g/cm3。实施例2步骤一，将玉米芯在粉碎机中粉碎过筛筛选出所需粒径规格为9～10mm的样品，洗净放置于自然条件风干，待用；步骤二，取10份的玉米芯与80份含有1v/v％双氧水和2w/v％氢氧化钠的混合溶液，并在90℃的恒温水浴锅水浴2小时；步骤三，将步骤2中的反应溶液冷却至室温，洗净，中和后在1500转/分钟低速离心机离心5分钟，低温干燥至恒重，即得缓释碳源，所制备的高效缓释碳源改性玉米芯纤维之间交联程度降低，结构松散且多孔，孔隙率提高和孔径增大，大部分木质素和部分纤维素被脱除，纤维素之间的晶格结构被破坏，结晶水含量提高，缓释碳源的密度为0.5～0.55g/cm3。实施例3步骤一，将玉米芯在粉碎机中粉碎过筛筛选出所需粒径规格为12～15mm的样品，洗净放置于自然条件风干，待用；步骤二，取9份的玉米芯与85份含有2v/v％双氧水和1.5w/v％氢氧化钠的混合溶液，并在98～100℃的恒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效缓释碳源改性玉米芯的制备方法，其特征在于，所述缓释碳源由重量份为8～10份的玉米芯经80～90份的碱性双氧水改性制成。

【技术特征摘要】
1.一种高效缓释碳源改性玉米芯的制备方法，其特征在于，所述缓释碳源由重量份为8～10份的玉米芯经80～90份的碱性双氧水改性制成。2.根据权利要求1所述的高效缓释碳源改性玉米芯的制备方法，其特征在于，所述碱性双氧水为双氧水与氢氧化钠的混合溶液，其中双氧水的体积分数为0.5％～2％，氢氧化钠溶液的质量体积浓度不高于3％。3.根据权利要求1或2所述的高效缓释碳源改性玉米芯的制备方法，其特征在于，所述玉米芯和碱性双氧水的改性反应条件为在90～100℃的恒温水浴锅水浴2～4小时。4.根据权利要求3所述的高效缓释碳源改性玉米芯的制备方法，其特征在于，所述改性反应完成后，将玉米芯和碱性双氧水反应体系冷却至室温，中和，洗净后在1000～2000转/分钟低速离心机离心3～10分钟，低温干燥至恒重，即得缓释碳源。5.根据权利要求1所述的高效缓释碳源改性玉米芯的制备方法，其特征在于，所使用的玉米芯为...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘龙，张瑞斌，奚道国，赵欣欣，王乐阳，张强，黄金鑫，祖白玉，佘文娟，赵旭明，
申请(专利权)人：江苏龙腾工程设计股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32