具备碳源缓释且作为生物膜载体的复合材料、制备及应用制造技术

本发明专利技术属于水处理领域、水体修复技术领域，公开了一种具备碳源缓释且作为生物膜载体的复合材料、制备及应用，采用聚乙烯醇和海藻酸钠制作骨架材料水凝胶；再将玉米芯和聚丁二酸丁二醇酯混入水凝胶中，倒模成型；最后使用饱和硼酸溶液作为化学交联剂进行交联，制备出复合材料。本发明专利技术制备出的复合材料物理性能良好，在实际污水处理过程中能稳定、持续的释放反硝化所需要的碳源，增强反硝化脱氮效果。除此之外，该复合材料表面孔隙中可提供稳定的生存条件，易于微生物附着挂膜。本发明专利技术实践了“以废治废”的环保理念，且其易于获取、成本低廉；采用聚乙烯醇和海藻酸钠制作复合材料的凝胶骨架，大大改善了材料的物理性能。大大改善了材料的物理性能。大大改善了材料的物理性能。

【技术实现步骤摘要】
具备碳源缓释且作为生物膜载体的复合材料、制备及应用


[0001]本专利技术属于水处理领域、水体修复
，尤其涉及一种具备碳源缓释且作为生物膜载体的复合材料、制备及应用。

技术介绍

[0002]目前，随着我国城市化进程的加快，由于氮、磷过度排放导致的水体“富营养化”问题愈发严重，而污水处理厂大多采用生物脱氮法，这就需要充足的碳源作为反硝化菌的营养物质和电子供体。而我国排水体制多为合流制，其水质C/N总体偏低，导致污水脱氮困难。针对这一问题，污水处理厂常采用外加液体碳源的方式来解决，如甲醇、乙酸等。然而，传统的液态碳源投加不仅需要严密复杂的过程控制来避免投加过量或不足的风险，而且其输出不稳定。因此，固体碳源由于其缓释性能成为更好的选择。
[0003]处理低C/N污水投加的固体缓释碳源大致可为两类：天然或改性纤维素类固体碳源和可生物降解性聚合物。其中纤维素类纤维素碳源固体碳源价格低廉、来源广泛，但其释碳速率快、易造成出水污染，且释碳不持续，需要频繁定期更换才能满足反硝化耗碳需求；可生物降解性聚合物虽释碳缓慢、释碳效果大约能维持半年，可避免出水色度高、有机污染等风险，但由于价格昂贵，制备复杂，限制了其在实际中的大量应用。
[0004]近年来，虽然一些研究者将两种或多种性能互补的碳源进行组合，开发出多碳源复合材料，以优化单个固体碳源的性能、满足反硝化脱氮要求，但是研究仍处于实验室初步探索阶段，其研究成果对材料物理性能的关注较少，导致其制备出材料大多不具备实际工程运用的前提，如：在实际工程运用中可能会出现材料解体、大量沉积在反应池底部或漂浮于水面等问题。此外，对复合碳源材料充当生物膜载体的研究也很少。
[0005]为解决上述问题，现有技术一CN102491497A
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用于污染地下水生物修复的缓释碳源材料及其制备方法
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公开用于污染地下水生物修复的缓释碳源材料的制备方法，其步骤为：(1)除高渗透性原料之外的释碳原料、营养原料、塑性粘结原料全部粉碎至150～200目备用；(2)高渗透性原料除50～125目细石英砂之外全部粉碎至50～125目备用；(3)将粉碎后的各种内核原料按比例调配，充分混合均匀，分批量逐步添入造粒机中，同时边加水边滚动至球型，直至预期粒径；(4)在(3)中材料滚动至预期粒径后，自然风干1～3天或用烘箱烘干，然后重新置入造粒机中，添加按比例调配充分混合均匀后的外壳原料，同时边加水再次滚动造粒至预期粒径，成品的外壳厚度不低于1～3mm；(5)将(4)制备后的材料放置于密闭空间中养护1～7天，直至缓释碳源材料的颗粒强度达到30～60N/颗的测试水平，且其硬度能达到在水中长时间浸泡而不碎的程度。
[0006]但其制备的用于污染地下水生物修复的缓释碳源材料不具备充当生物膜载体的性能，而且其释放时间较短，不利于反硝化细菌利用碳源。
[0007]现有技术二，CN112110547A
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一种微生物碳源缓释蜡及其制备方法和应用
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公开制备微生物碳源缓释蜡的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将海藻酸钙纤维固定在模具中，形成具有三维网络结构的海藻酸钙纤维网；(2)将软蜡、石蜡、微晶蜡加热融化后，加入
机油和水，搅拌均匀后，冷却结块，获得蜡块；(3)将蜡块再次加热融化，在融化过程中充分搅拌，直至完全融化后，加入PHBV和鼠李糖脂，充分混合，获得蜡液；(4)将蜡液倒入装有海藻酸钙纤维网的模具中，在0～4℃下结块，获得微生物碳源缓释蜡。
[0008]该技术的技术缺陷在于不具备碳源缓释性能。
[0009]现有技术三CN113277620A
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一种基于碳源缓释型悬浮生物载体的双池同步硝化反硝化工艺
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公开一种基于碳源缓释型悬浮生物载体的双池同步硝化反硝化工艺，其特征在于，步骤如下：(1)利用一个在上下端各开一排小孔的竖向隔板将MBBR/IFFAS工艺所用到的反应器进行改进分为双池：A池和B池，二者的体积比为1:1；(2)向改进的MBBR/IFFAS双池反应器内投加碳源缓释型悬浮生物载体作为填料，其添加比例不超过反应器有效容积的50％；碳源缓释型悬浮生物载体由有机高分子基料和改性功能料熔融后，利用物理共混和螺杆挤出工艺制备而成；其中，有机高分子基料是高密度聚乙烯；改性功能料为10wt％的聚丁二酸丁二醇酯、10wt％的竹粉和2wt％天然斜发沸石；(3)接种污泥于改进的MBBR/IFFAS双池反应器内，进行挂膜启动；接种污泥取自污水处理厂活性污泥，接种后污泥浓度保持在2500mg/L以上；(4)挂膜启动期间和启动结束后运行期间，改进的MBBR/IFFAS双池反应器采用两池交替式连续流或两池交替式间歇流进水方式运行；两池交替式连续进水：
①
A池从反应器底部以一定流速连续进水，B池曝气，A池搅拌，同时从B池上部出水；
②
B池从反应器底部以一定流速连续进水，A池曝气，B池搅拌，同时从A池上部出水；两池交替式间歇进水：
①
A池进水、搅拌，B池曝气；
②
静置沉淀；
③
出水闲置；
④
B池进水、搅拌，A池曝气；
⑤
静置沉淀；
⑥
出水闲置；(5)若采用MBBR工艺，不设置污泥回流装置，若采用IFFAS工艺，则设置污泥回流装置，将污泥回流至硝化反应池，回流比不低于90％。
[0010]但上述工艺繁琐，制造成本高，实用性差。
[0011]因此，研制成本低、缓释性能与强化脱氮性能好、挂膜性能与物理性能优良、具备实际工程运用前提的复合材料，将为污水厂提标改造、河道修复等方面提供理论依据及技术支撑。
[0012]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0013](1)现有制备方法中，原材料不易于获取、成本高；而且现有技术应用的原料物理性能差，在实际工程运用中实用性差。
[0014](2)现有技术中制备的复合材料挂膜性能差，不具备碳源缓释性能，使释放的碳源反硝化细菌不能增加利用碳源时间，再者现有技术也不能避免碳源释放中容易造成二次污染的风险。
[0015]解决以上问题及缺陷的意义为：本专利技术制备出的复合材料物理性能良好，在实际污水处理过程中能稳定、持续的释放反硝化所需要的碳源，增强反硝化脱氮效果。除此之外，该复合材料表面孔隙中可提供稳定的生存条件，易于微生物附着挂膜。

技术实现思路

[0016]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种具备碳源缓释且作为生物膜载体的复合材料、制备及应用。特别是涉及一种具备碳源缓释且作为生物膜载体的复合材料的制备方法及应用。
[0017]本专利技术是这样实现的，一种具备碳源缓释且作为生物膜载体的复合材料的制备方
法，包括：采用聚乙烯醇和海藻酸钠制作骨架材料水凝胶；再将玉米芯和聚丁二酸丁二醇酯(PHB)混入所述水凝胶中，倒模成型；最后使用饱和硼酸溶液作为化学交联剂进行交联，制备出复合材料。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具备碳源缓释且作为生物膜载体的复合材料的制备方法，其特征在于，包括：采用聚乙烯醇和海藻酸钠制作骨架材料水凝胶；再将玉米芯和聚丁二酸丁二醇酯混入所述水凝胶中，倒模成型；将倒模成型获得的材料使用饱和硼酸溶液作为化学交联剂进行交联，制备出复合材料。2.如权利要求1所述的具备碳源缓释且作为生物膜载体的复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括：步骤一，在适量超纯水中加入聚乙烯醇和海藻酸钠，水浴加热溶解，多次、充分搅拌，制得均匀的水凝胶，静置至室温；步骤二，将碳源材料玉米芯和聚丁二酸丁二醇酯，同时加入到步骤一中制备完成的水凝胶中，充分搅拌至混合均匀后，倒入模具内，冷冻处理，待成型后取出模具中的材料；步骤三，将步骤二中脱模后的材料立即放入饱和硼酸溶液中进行交联固化，然后用超纯水冲洗，再次放入硫酸钠溶液中二次交联，所有交联完成后用超纯水冲洗材料，以除去残留在表面的交联剂；步骤四，冲洗后的材料烘干至恒重，然后自然冷却，得到复合材料。3.如权利要求2所述的具备碳源缓释且作为生物膜载体的复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一聚乙烯醇与海藻酸钠的质量比为8：1。4.如权利要求2所述的具备碳源缓释且作为生物膜载体的复合材料的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾海男，徐炜谟，周蜜，龙旦，曹力，罗忠武，覃川，刘杰，古励，刘丹阳，
申请(专利权)人：重庆城环建筑工程有限公司，
类型：发明
国别省市：