基于还原糖产率的反硝化木质碳源释碳量调控方法、木质碳源及应用技术

本发明专利技术提供一种基于还原糖产率的反硝化木质碳源释碳量调控方法，通过模拟应用环境条件下的试验确定反硝化速率的最优值，得到相同应用环境条件下适宜木质碳源的还原糖产率目标值，再根据建立的还原糖产率与Ca(OH)2的量，以及还原糖产率与C2H4O3的量之间的关系，将目标还原糖产率带入对应的方程，从而确定合适的处理条件，达到对木质碳源释碳量调控的目的。本发明专利技术的调控方法可根据实际情况调控木质碳源的释碳能力，得到所需碳源，避免了碳源释碳量过少带来的反应效果差，以及释碳量过多带来的二次污染问题。的二次污染问题。的二次污染问题。

【技术实现步骤摘要】
基于还原糖产率的反硝化木质碳源释碳量调控方法、木质碳源及应用


[0001]本专利技术涉及反硝化木质碳源制备
，具体而言涉及一种基于还原糖产率的反硝化木质碳源释碳量调控方法、木质碳源及应用。

技术介绍

[0002]硝酸盐是地下水中四类主要污染物质之一，具有受人类胁迫、污染范围分布广、迁移能力强和污染途径复杂等特点。农村地区的污水和垃圾排放是地下水硝酸盐污染的重要来源，农村生活和畜禽养殖排放的污水和垃圾中具有大量的含氮物质，这些物质在自然作用下转化为迁移能力很强的硝酸盐，大量的硝酸盐超过了自然的净化能力，使得硝酸盐持续渗入地下，造成地下水硝酸盐呈现逐年升高的趋势。而高浓度的硝酸盐对地下水饮用水安全构成了重大威胁。有研究表明，人体摄入高浓度的硝酸盐会导致“蓝婴症”、高铁血红蛋白症和癌症等病症。为此，我国对地下饮用水源中的硝酸盐浓度进行了限定，规定硝态氮浓度低于20mg/L。
[0003]生物反硝化是去除硝酸盐的主要自然作用，但限于缺氧和有机物环境条件，只发生于局部区域或某些时段。为此，常通过添加有机物来强化生物反硝作用，添加的有机物碳源分为液体型和固体型。液体型碳源主要为甲醇、乙醇、乙酸钠和葡萄糖等，但这类碳源因成本高、控制条件复杂而无法适应农村污染的特点。固体碳源则避免了液体型碳源的缺点，固体碳源可分为人工合成和天然材料，天然材料因廉价易获取而受到重视。
[0004]天然材料中有采用秸秆、玉米芯、稻壳等材料作为反硝化碳源材料，这些材料初期均表现出了较高的反硝化速率，但是随反应时间的延长反硝化效果降低也较为明显，难以保证在数年内的持续稳定的反硝化效能。木质生物质因具有碳氮比高、廉价易获得、副反应小和使用寿命长等优势，是当前研究和应用最为广泛的天然材料，也契合了农村污染防治特点。但是，该材料限于天然组分和结构特征，可生物利用性差，导致在作为碳源时的生物反硝化速率很低。
[0005]木质生物质的可生物利用性较差，主要是因为该生物质中的木质素含量和结合方式。木质素作为一种难以被生物利用组分，与纤维素和半纤维素紧密缠结，也限制了微生物对其它组分的利用。现有处理技术中，针对生物质中木质素的去除方法包括碱处理、酸处理和物理处理等方法。其中，碱处理和过氧乙酸处理对于木质素去除的选择性较强，较大程度上保留了作为碳源时的有效固体组分。但是，目前的对木质生物质的处理基本都是考虑如何最大成程度地去除木质素，以便微生物可以利用更多的有效固体成分(纤维素和半纤维素)。然而，对于木质生物质作为碳源来说，并非去除的木质素越多反硝化效果就越好，相反，当待处理的污水环境不需要很多的碳源时，过多暴露作为碳源的有效固体成分，可能会带来有机物和氨氮的二次污染和使用寿命降低的问题。
[0006]因此，亟需要一种调控方法，可以根据实际应用环境条件下反硝化微生物的需碳量调控木质碳源的释碳量，得到合适的木质碳源。

技术实现思路

[0007]本专利技术目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于还原糖产率的反硝化木质碳源释碳量调控方法，该调控方法通过建立木质碳源还原糖产率与处理药剂之间的关系，以及还原糖产率与反硝化速率之间的关系，从而可以在处理木质碳源时，根据实际情况调控木质碳源的释碳能力，得到所需碳源，避免了作为碳源的释碳量过少带来的反应效果差，以及释碳量过多带来的二次污染和使用寿命降低的问题。
[0008]根据本专利技术目的的第一方面，提供一种基于还原糖产率的反硝化木质碳源释碳量调控方法，包括以下具体步骤：
[0009]建立模拟试验：
[0010]模拟待处理水体的环境条件，建立水环境模拟体系，并将水环境模拟体系的水体分成两等份；
[0011]一份采用第一木质碳源进行反硝化试验去除水环境模拟体系中的硝酸盐，根据试验结果绘制第一硝酸盐浓度
‑
时间动力学特征曲线，并测试第一木质碳源的还原糖产率A；其中，所述第一木质碳源为未处理的碎木；
[0012]另一份水体采用第二木质碳源去除模拟水环境中的硝酸盐，根据试验结果绘制第二硝酸盐浓度
‑
时间动力学特征曲线；其中，所述第二木质碳源为采用C2H4O3处理后，木质素去除率大于等于80％的碎木；
[0013]确定期望达到的还原糖产率B：
[0014]根据第一硝酸盐浓度
‑
时间动力学特征曲线，得出在第一木质碳源条件下的第一反硝化速率V1，根据第二硝酸盐浓度
‑
时间动力学特征曲线，得出在第二木质碳源条件下的第二反硝化速率V2；
[0015]期望达到的还原糖产率B满足公式(1)：
[0016][0017]木质碳源释碳量的调控：
[0018]若B值在第一还原糖产率区间，则将B值带入第一方程；
[0019]其中，所述第一还原糖产率区间和第一方程的获取方法如下：
[0020]S1、将等量的未处理碎木分别置于n个不同浓度的Ca(OH)2溶液中，在恒温摇床中反应，之后将反应后的碎木水洗至滤液为中性，烘干，得到不同浓度Ca(OH)2溶液处理后的碎木，并分别测试处理后碎木的还原糖产率C
i
，得到第一还原糖产率区间(A，C]，并建立Ca(OH)2投加量与对应还原糖产率的关系曲线，经线性拟合后得到第一方程；其中，i＝1,2
……
n，C为C
i
中的最大值；
[0021]将B值带入所述第一方程，得到对应的目标Ca(OH)2浓度，并在所述目标Ca(OH)2浓度的条件下，按照S1的方法对未处理的碎木进行处理，得到待处理水环境所需释碳量目标木质碳源；
[0022]若B值在第二还原糖产率区间，则将B值带入第二方程；
[0023]其中，所述第二还原糖产率区间和第二方程的获取方法如下：
[0024]S21、将等量的未处理碎木分别置于n个不同浓度的Ca(OH)2溶液中，在恒温摇床中反应，之后将反应后的碎木水洗至滤液为中性，烘干，得到不同浓度Ca(OH)2溶液处理后的
碎木，并分别测试处理后碎木的还原糖产率C
i
，得到第一还原糖产率区间(A，C]，并确定还原糖产率C对应的处理后碎木为第三木质碳源；其中，i＝1,2
……
n，C为C
i
中的最大值；
[0025]S22、将等量的第三木质碳源分别置于m个不同浓度的C2H4O3溶液中，之后在恒温摇床中反应，反应结束后，将反应后的第三木质碳源水洗至滤液为中性，烘干，得到不同浓度C2H4O3溶液处理后的碎木，并分别测试处理后第三木质碳源的还原糖产率D
j
，得到第二还原糖产率区间(C，D]，并建立C2H4O3投加量与对应还原糖产率的关系曲线，经线性拟合得到第二方程，其中，j＝1,2
……
m，D为D
j
中的最大值；
[0026]将B值带入所述第二方程，得到对应的目标C2H4O3浓度，并在所述目标C2H4O3浓度的条件下，按照S22的方法处理第三木质碳源，得到待处本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于还原糖产率的反硝化木质碳源释碳量调控方法，其特征在于，包括以下具体步骤：建立模拟试验：模拟待处理水体的环境条件，建立水环境模拟体系，并将水环境模拟体系的水体分成两等份；一份采用第一木质碳源进行反硝化试验去除水环境模拟体系中的硝酸盐，根据试验结果绘制第一硝酸盐浓度
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时间动力学特征曲线，并测试第一木质碳源的还原糖产率A；其中，所述第一木质碳源为未处理的碎木；另一份水体采用第二木质碳源去除模拟水环境中的硝酸盐，根据试验结果绘制第二硝酸盐浓度
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时间动力学特征曲线；其中，所述第二木质碳源为采用C2H4O3处理后，木质素去除率大于等于80％的碎木；确定期望达到的还原糖产率B：根据第一硝酸盐浓度
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时间动力学特征曲线，得出在第一木质碳源条件下的第一反硝化速率V1，根据第二硝酸盐浓度
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时间动力学特征曲线，得出在第二木质碳源条件下的第二反硝化速率V2；期望达到的还原糖产率B满足公式(1)：木质碳源释碳量的调控：若B值在第一还原糖产率区间，则将B值带入第一方程；其中，所述第一还原糖产率区间和第一方程的获取方法如下：S1、将等量的未处理碎木分别置于n个不同浓度的Ca(OH)2溶液中，在恒温摇床中反应，之后将反应后的碎木水洗至滤液为中性，烘干，得到不同浓度Ca(OH)2溶液处理后的碎木，并分别测试处理后碎木的还原糖产率C
i
，得到第一还原糖产率区间(A，C]，并建立Ca(OH)2投加量与对应还原糖产率的关系曲线，经线性拟合后得到第一方程；其中，i＝1,2
……
n，C为C
i
中的最大值；将B值带入所述第一方程，得到对应的目标Ca(OH)2浓度，并在所述目标Ca(OH)2浓度的条件下，按照S1的方法对未处理的碎木进行处理，得到待处理水环境所需释碳量目标木质碳源；若B值在第二还原糖产率区间，则将B值带入第二方程；其中，所述第二还原糖产率区间和第二方程的获取方法如下：S21、将等量的未处理碎木分别置于n个不同浓度的Ca(OH)2溶液中，在恒温摇床中反应，之后将反应后的碎木水洗至滤液为中性，烘干，得到不同浓度Ca(OH)2溶液处理后的碎木，并分别测试处理后碎木的还原糖产率C
i
，得到第一还原糖产率区间(A，C]，并确定还原糖产率C对应的处理后碎木为第三木质碳源；其中，i＝1,2
……
n，C为C
i
中的最大值；S22、将等量的第三木质碳源分别置于m个不同浓度的C2H4O3溶液中，之后在恒温摇床中反应，反应结束后，将反应后的第三木质碳源水洗至滤液为中性，烘干，得到不同...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡荣庭，李鑫，陈余道，陈广林，祖凌鑫，李学强，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：