一种生物质碳源及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提出一种生物质碳源及其制备和应用，属于污水生化处理技术领域。所述制备方法包括如下步骤：对生物质溶液进行再处理，破除生物质分子间氢键作用后，添加水溶性高分子聚合物，第一搅拌，得生物质碳源。本发明专利技术制备得到的生物质碳源主要用于废水处理中强化生物反硝化脱氮。所述制备方法操作简单，所需设备少，能耗低，无需特殊高温高压装置即可实现对分子结构的调控，方法普适性好。方法普适性好。方法普适性好。

【技术实现步骤摘要】
一种生物质碳源及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于污水生化处理
，具体涉及一种生物质碳源及其制备和应用。

技术介绍

[0002]人体过量硝酸盐摄入将极大地增加高铁血蛋白症及癌症等多种疾病的发生，为此我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》中对总氮的排放限值进行了规定。对硝酸盐含量高的废水及地下水进行有效处理是保障饮用水水质安全的重要前提，而通过生物反硝化将水中硝酸盐氮还原为氮气的过程，由于耗能成本低，效率高、操作简单等优势，成为实现污水处理厂反硝化脱氮的主要途径。
[0003]采用生物反硝化进行污水脱氮工艺，需要消耗大量有机物质作为碳源，通常使用葡萄糖、乙酸钠乙酸等固体或液体合成化合物作为碳源。合成这些化学物质人工成本较高，且甲醇作为合成碳源的主要原料，存在一定的毒性和运输问题，合成过程也面临额外能量消耗以及污染物质排放等问题。而利用城市废弃生物质中小分子有机酸、醇类、糖类作为污水厂外加碳源，不仅较单一的化学品更容易被微生物利用，更可以极大地节约碳源成本。
[0004]然而，生物质转化产物往往存在生物利用性差等不足，尽管通过化学纯化、多碳源复配等方式可以一定程度上改善其生物利用性，但以此为主要生物碳源的水处理除氮工艺仍面临运行不稳定，难以满足实际工程需要的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种基于生物质分子间氢键作用力调控原理对生物质碳源进行改性的方法，该改性方法简单易控，适用性强，所得碳源生物利用性好，为废弃生物质的高效资源化利用提供了有效途径。
[0006]本专利技术提出一种生物质碳源的制备方法，包括如下步骤：
[0007]对生物质溶液进行再处理，破除生物质分子间氢键作用后，添加水溶性高分子聚合物，第一搅拌，得生物质碳源。
[0008]进一步地，所述生物质溶液为生物质产物或生物质产物经过预处理而得；
[0009]其中，所述预处理包括向生物质产物中加入碱试剂，反应，分离除杂。
[0010]进一步地，所述生物质产物包括城市污水厂剩余污泥的厌氧发酵产物、油脂加工副产物、啤酒厂排出的废水、淀粉厂排出的废水中至少一种。
[0011]进一步地，所述再处理包括加热、加酸、加水、第二搅拌、微波、超声中至少一种。
[0012]进一步地，所述加热为50
‑
100℃搅拌2
‑
24小时；
[0013]所述加酸为向生物质溶液中添加酸试剂搅拌2
‑
24小时；其中，生物质溶液与酸试剂的体积比为1：0.005
‑
0.3；
[0014]所述第二搅拌的时间为1
‑
4小时；
[0015]所述微波的时间为1
‑
20分钟；优选的，所述微波的时间为1
‑
10分钟；
[0016]所述超声的时间为5
‑
30分钟。
[0017]进一步地，所述水溶性高分子聚合物包括葡萄糖、氨基酸、聚丙烯酸、聚乙二醇、聚谷氨酸、聚半胱氨酸、聚天冬氨酸、聚乙烯亚胺中至少一种；
[0018]优选的，生物质溶液与水溶性高分子聚合物的体积比为1：0.0001
‑
1：0.05。
[0019]进一步地，所述预处理时：
[0020]所述生物质产物与碱试剂的质量比为1:(1
‑
5)；加入碱试剂至体系pH值为7
‑
12；反应的时间为2
‑
12小时；
[0021]所述碱试剂包括氢氧化钾、氢氧化钠中至少一种；
[0022]所述分离除杂包括静置沉淀分离除杂或离心分离除杂中至少一种。
[0023]本专利技术还提出上述任一制备方法制备得到的生物质碳源。
[0024]本专利技术还提出上述生物质碳源在强化生物反硝化脱氮中的应用。
[0025]进一步地，包括如下步骤：
[0026]厌氧条件下，将生物质碳源添加到培养有反硝化微生物的活性污泥溶液中，搅拌，通入含有硝酸盐的废液进行反硝化处理，实现脱氮；
[0027]优选的，反硝化处理的时间为2
‑
6小时；
[0028]活性污泥溶液中污泥的浓度为1000
‑
10000mg/L；
[0029]生物质碳源提供的碳与硝酸盐中的氮的摩尔比为3:1
‑
10:1。
[0030]本专利技术具有以下优势：
[0031]本专利技术提出的生物质碳源的制备方法，选用废弃的生物质产物作为原料，通过加水稀释、酸性调节、加热、搅拌、微波、超声等方式对生物质分子间氢键作用进行调控，破除部分生物质分子间氢键作用，然后加入具有良好生物相容性、可溶于水的水溶性高分子聚合物，借助聚合物骨架结构，降低分子间氢键聚集作用，同时，聚合物所含有的羟基、氨基、羧基等官能团，能够为与生物分子间形成新的氢键作用提供必要条件，最终提高碳源被生物吸收利用程度。
[0032]本专利技术提出的生物质碳源的制备方法，操作简单，所需设备少，能耗低，无需特殊高温高压装置即可实现对分子结构的调控，方法普适性好。
附图说明
[0033]构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，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：
[0034]图1为实施例1中聚乙烯亚胺改性前后油脂加工副产物样品的红外光谱图。
[0035]图2是实施例2中聚天冬氨酸改性前后油脂加工副产物样品的红外光谱图。
[0036]图3为应用例1中改性前后油脂加工副产物及对照组对微生物反硝化去除硝酸盐的性能效果图。
[0037]图4是应用例2中改性前后淀粉废水及对照组对微生物反硝化去除硝酸盐过程中亚硝酸盐浓度的变化图。
[0038]图5是应用例3中改性前后淀粉废水及对照组对微生物反硝化去除硝酸盐过程中亚硝酸盐浓度及总磷浓度的变化图。
具体实施方式
[0039]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0040]本专利技术一实施例提出一种生物质碳源的制备方法，包括如下步骤：
[0041]对生物质溶液进行再处理，破除生物质分子间氢键作用后，添加水溶性高分子聚合物，第一搅拌，得生物质碳源。
[0042]本专利技术实施例提出的生物质碳源的制备方法，选用废弃的生物质产物作为原料，通过加水稀释、酸性调节、加热、搅拌、微波、超声等方式对生物质分子间氢键作用进行调控，然后加入具有良好生物相容性、可溶于水的水溶性高分子聚合物，借助聚合物骨架结构，降低分子间氢键聚集作用，同时，聚合物所含有的羟基、氨基、羧基等官能团，能够为与生物分子间形成新的氢键作用提供必要条件，最终有效提高碳源被生物吸收利用程度，且除氮工艺运行稳定。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物质碳源的制备方法，包括如下步骤：对生物质溶液进行再处理，破除生物质分子间氢键作用后，添加水溶性高分子聚合物，第一搅拌，得生物质碳源。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述生物质溶液为生物质产物或生物质产物经过预处理而得；其中，所述预处理包括向生物质产物中加入碱试剂，反应，分离除杂。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述生物质产物包括城市污水厂剩余污泥的厌氧发酵产物、油脂加工副产物、啤酒厂排出的废水、淀粉厂排出的废水中至少一种。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述再处理包括加热、加酸、加水、第二搅拌、微波、超声中至少一种。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述加热为50
‑
100℃搅拌2
‑
24小时；所述加酸为向生物质溶液中添加酸试剂搅拌2
‑
24小时；其中，生物质溶液与酸试剂的体积比为1：0.005
‑
0.3；所述第二搅拌的时间为1
‑
4小时；所述微波的时间为1
‑
20分钟；优选的，所述微波的时间为1
‑
10分钟；所述超声的时间为5
‑
30分钟。6.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：安晓强，兰华春，苗时雨，刘会娟，曲久辉，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：