适于高浓度硝氮污水反硝化的固体碳源及其制备方法技术

本发明专利技术揭示了一种适于高浓度硝氮污水反硝化的固体碳源及其制备方法，固体碳源的组成包括：58～80％淀粉、15～26％粘结剂、2～6％多孔物质、3～7％短绒棉纤维、1～5％硅烷偶联剂；采用双辊混炼机混炼均匀密实，经碾压成片材，裁切后得到碳源颗粒。本发明专利技术使得释碳速率与微生物菌量增高、且相互适应与互相促进，使高硝氮污水中NO

Solid carbon source suitable for denitrification of wastewater with high concentration of nitrate nitrogen and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
适于高浓度硝氮污水反硝化的固体碳源及其制备方法
本专利技术属于污水处理
，具体涉及一种适用于高浓度硝氮污水反硝化脱氮的可生物降解的固体碳源及其制备方法。
技术介绍
随着我国严格实施截污控源、强化污水处理厂的运行管理，如何将高氮含量污水处理至符合相关排放标准，成为行业关注的技术问题；其中硝氮的去除一直是水污染控制的瓶颈之一，如何简单高效控制高硝氮含量污水中的碳/氮比、充分发挥微生物催化反硝化反应的能力，去除水体中的硝氮是目前行业的难点。利用固体碳源作为碳源补充、兼作微生物载体进行反硝化脱氮是将高硝氮脱除的技术发展方向。它利用水不溶性固体有机物作为微生物的附着载体，同时又为反硝化微生物提供碳源。研究表明，直接采用人工合成可生物降解聚合物作为固体碳源的反硝化工艺速率快、效果高、稳定性好，但处理成本高，经济适用性不高。利用富含纤维素和淀粉的天然植物成分作为固相碳源、推动反硝化过程能有效去除水中的硝酸盐、并显著降低运行成本；但由于天然物中都含有一定的水溶性营养成分，前期释放较快，所以在运行初期的出水水质较差，还需后续处理。为此，开发出具备技术及经济可行的固体碳源已成为该技术推广应用的关键。由于植物成分具有极好的生物降解性能，且为廉价的天然资源，受到了广泛关注，并使以植物成分与人工合成可降解聚合物的共混物作为固体碳源得到了初步应用。文献表明，将反硝化微生物菌通过附着挂膜固定于固体碳源上，反硝化的脱氮效果更好。经检索，现有的用于污水反硝化脱氮的可生物降解固体碳源的文献资料的公开技术，都是针对低浓度硝氮污水的反硝化脱氮，其原水中硝态氮的浓度一般小于70mg/L，最高的为100mg/L，(王春喜等，固体碳源联合反硝化菌脱氮的影响因素研究，《水处理技术》2018年，第44卷第10期)；表明现有技术方案更适合河流水、湖泊水、地下水的治理，以及污水处理后尾水的低浓度硝氮的脱氮处理。而对于高浓度硝氮污水的脱氮处理，尤其是餐厨垃圾处理后的污水中，硝态氮的浓度经常达到300mg/L以上，采用现有技术的脱氮效果不稳定、达不到国家二级排放标准，且效率低、成本高。固体碳源的生物降解性能、比表面积及粗糙度，以及附着其上的微生物数量都是影响反硝化速率的因素。现有技术中，利用人工合成可降解聚合物的热塑性，将其与植物成分共混经热塑制成缓释的固体碳源，所成型的固体碳源颗粒结构密实、表面光滑；并且为缩短工艺周期，将微生物菌的驯化与挂膜在反应器内一次完成。经分析，密实使微生物菌体只能附着在颗粒表面、附着量少，加长了颗粒降解时间，使释碳速率降低；颗粒表面的光滑给微生物菌的附着挂膜造成困难，挂膜时间长，使反硝化脱氮工艺周期加长。单纯的可降解聚合物根据材料性质的不同，其驯化挂膜时间一般在10～40天，而与植物成分共混塑形的固体碳源的驯化挂膜时间在8～30天，这与加入植物成分的比例有关，植物成分比例高的挂膜时间短。当然，植物成分与可降解聚合物比例的不同也使其释碳速度不同，但植物成分的比例过高会使固体碳源颗粒相互间连结不牢固、支撑强度差，遇水容易崩散脱落，影响反硝化效果。《环境科学》(2014年35卷6期)公开的“聚乳酸/淀粉固体缓释碳源生物反硝化研究”，其淀粉与聚乳酸的最高比例5︰5，驯化挂膜16天；中国专利申请(申请号201811310258.6)公开了“一种生物质固体碳源及其制备方法和应用”，其植物成分采用玉米芯(未用淀粉)，玉米芯最高用量50％，PBS最低用量30％，驯化挂膜20天；中国专利(专利号201110113587.3)公开了一种“淀粉和聚己内酯共混物及其制备方法和应用”，其淀粉最高用量65％(实施例中最高用量55％)，聚己内酯最低用量25％；中国专利申请(申请号201711144280.3)公开了一种“包含淀粉、聚乳酸和稻壳的共混物及其制备方法和用途”，其淀粉最高用量40％(另加有稻壳15％)，聚乳酸最低用量30％。这些文献都是通过共混挤压造粒成型，且仅适用于低浓度硝氮污水的反硝化脱氮；虽然后二个文献未注明驯化挂膜时间，但由其内含物及其比例可以判断在十天多以上。从现有技术看，固体碳源中添加植物成分的主要目的是降低成本，但一些文献在其中添加了许多其它组分，并将制备工艺复杂化，效果提高不明显，反使成本大大提高。如，中国专利申请(申请号201310129509.1)公开了“一种高淀粉含量热塑性淀粉、聚酯共混物的制备方法及应用”，其虽称为“高淀粉含量”，但其淀粉用量最高为30％，还有大量的添加剂，并需淀粉糊化和两次的混炼造粒；中国专利申请(申请号201910437550.2)公开了“一种能直接投放的可完全生物降解的缓释固体碳源及其制备方法及应用”，其为单一碳源(不挂菌)，采用简单的物理混合呈球状，彭松密度小，遇水容易崩散脱落，故采用纤维网和无纺布多层包裹，为防止漂浮还再加一外壳，使得工艺复杂且使用成本高。综上所述，现有技术中可降解固体碳源存在有以下问题：1)不适于高浓度硝氮污水的脱氮处理；2)碳源表面光滑使微生物菌驯化挂膜时间长；3)比表面积及粗糙度小使碳源附着微生物菌量少；4)可降解聚合物含量高、制备工艺复杂，使碳源成本增高。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种适用于高浓度硝氮污水反硝化的固体碳源及其制备方法，以解决上述存在问题。为使固体碳源适用于高浓度硝氮污水的脱氮处理，不仅要增加微生物菌的附着量，还要对碳源的缓释速度作适应性的调整，使释碳速率与微生物菌量相适应，提升对高浓度硝氮污水的处理效果，同时缩短驯化挂膜时间。首先需要对固体碳源的组分进行改进。本专利技术所提出的一种适用于高浓度硝氮污水反硝化的固体碳源，包括：所述固体碳源的组成按重量比包括：58～80％淀粉、15～26％粘结剂、2～6％多孔物质、3～7％短绒棉纤维、1～5％硅烷偶联剂。优选为：62～75％淀粉、18～24％粘结剂、3～5％多孔物质、3～6％短绒棉纤维、2～4％硅烷偶联剂。进一步优化为：65～70％淀粉、20～22％粘结剂、3～5％多孔物质、3～5％短绒棉纤维、2～3％硅烷偶联剂。其中：所述的淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、土豆淀粉的任一种或几种混合；淀粉作为碳源主料，应尽量廉价(如玉米淀粉、木薯淀粉)，以降低成本。所述的粘结剂为聚己内酯(PCI)、聚乳酸(PLA)、聚羟基丁酸戊酸酯(PHBV)的任一种或几种混合；粘结剂不仅具有粘合和热塑作用，还具有缓释剂的缓释控制作用，同时作为辅助碳源，应具备良好的生物降解性、生物相容性和无毒性，以及廉价性；一般分子量选择在5万至10万范围。所述的多孔物质为凹凸棒土、或硅藻土的任一种；本专利技术利用其的多孔性和可塑性以及粘合性，使高密度的固体碳源具有孔隙，比表面积提高，使微生物菌的附着面积增大、附着量增多；其稳定的化学性能在固体碳源降解时自行沉降，回收后可再利用。所述的短绒棉纤维的纤维长度为2～5mm；由于本专利技术中淀粉比例高，需要其在固体碳源中发挥结构性增强作用，在固体碳源降解后可回收再利用。所述的硅烷偶联剂用于改善淀粉的相容性，可选K本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适于高浓度硝氮污水反硝化的固体碳源，其特征在于，所述固体碳源的组成按重量比包括：58～80％淀粉、15～26％粘结剂、2～6％多孔物质、2～7％短绒棉纤维、1～5％硅烷偶联剂；其中：/n所述的淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、土豆淀粉的任一种或几种混合；/n所述的粘结剂为聚己内酯、聚乳酸、聚羟基丁酸戊酸酯的任一种或几种混合；/n所述的多孔物质为凹凸棒土、或硅藻土的任一种；/n所述的硅烷偶联剂为KH-550、KH-560、或KH-570的任一种。/n

【技术特征摘要】
1.一种适于高浓度硝氮污水反硝化的固体碳源，其特征在于，所述固体碳源的组成按重量比包括：58～80％淀粉、15～26％粘结剂、2～6％多孔物质、2～7％短绒棉纤维、1～5％硅烷偶联剂；其中：
所述的淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、土豆淀粉的任一种或几种混合；
所述的粘结剂为聚己内酯、聚乳酸、聚羟基丁酸戊酸酯的任一种或几种混合；
所述的多孔物质为凹凸棒土、或硅藻土的任一种；
所述的硅烷偶联剂为KH-550、KH-560、或KH-570的任一种。


2.根据权利要求1所述的固体碳源，其特征在于，所述固体碳源的组成按重量比包括：62～75％淀粉、18～24％粘结剂、3～5％多孔物质、2～6％短绒棉纤维、2～4％硅烷偶联剂。


3.根据权利要求1所述的固体...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红菊，徐利员，王侃，毛荷达，李若沛，
申请(专利权)人：宁波首创厨余垃圾处理有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33