一种用于污水脱氮的碳源制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及用于污水脱氮的碳源制备方法及其应用，可有效解决污水低碳氮比、微生物可利用碳源不足、反硝化过程被抑制、脱氮效率低的问题，其解决的技术方案是，包括以下步骤：1）制备碱改性玉米芯；2）驯化发酵菌种；3）发酵法制备碳源；本发明专利技术首先对玉米芯进行碱改性，使玉米芯内部致密的纤维素、半纤维素结构变得松散，利于微生物与纤维素等发酵底物充分接触，提升生物发酵效率；其次，对牛粪中微生物进行驯化，提高菌种中纤维素降解菌的占比，提升生物发酵效率，提高VFAs等组分的含量，借助上述措施，可明显缩短碳源发酵时间，有效增加发酵液碳源中VFAs等组分的含量，提高脱氮效果，是脱氮碳源上的创新。脱氮碳源上的创新。脱氮碳源上的创新。

【技术实现步骤摘要】
一种用于污水脱氮的碳源制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及强化脱氮碳源
，特别是一种用于污水脱氮的碳源制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]目前，我国城镇生活污水处理厂排放标准大多执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918
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2002）一级A标准，其对出水要求总氮（TN）≤15.0 mg/L，总磷（TP）≤0.5 mg/L，相当于《地表水环境质量标准》（GB3838
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2002）的劣
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类水标准，排入地表水体会造成污染负荷冲击。因此，TN的进一步去除已成为亟需解决的技术问题。常规的做法是在污水处理设施中投加甲醇、乙醇、丙酸和乙酸钠等溶解性碳源，其中应用最为广泛的是乙酸钠和甲醇。乙酸钠易被反硝化菌利用，脱氮效果好，响应速度快，但其污泥产率较高且价格昂贵；甲醇虽然产泥量小、运行费用低，但其响应速度较慢，应急投加效果不佳，而且甲醇具有易燃性和毒性，运输仓储风险与费用较大。
[0003]玉米芯作为农业废弃物产量巨大，具有成分稳定、廉价易得、可再生、绿色环保等优点。玉米芯含碳量高，含氮量低，主要成分为纤维素（约占34.0%）、半纤维素（约占38.0%）、木质素（约占19.0%）、灰分（约占2.0%），碳氮比为50：1左右，玉米芯纤维素、半纤维素等多聚糖相对含量高，而其单体为五碳糖、六碳糖，可用于反硝化脱氮，因此可认为玉米芯具有反硝化应用潜力，但要将玉米芯进一步转化为污水处理厂强化脱氮可用的液态碳源，仍需一种高效的方法将玉米芯中碳源提取出来。
[0004]目前纤维素类物质提取碳源多采用生物发酵法，该方法所得碳源富含挥发性脂肪酸（VFAs），十分有利于脱氮微生物的吸收，应用于污水处理中可大幅提升微生物的脱氮效率。但生物发酵法存在发酵时间长、提取不完全的问题，主要原因是玉米芯中纤维素、半纤维素和木质素结构紧密，普通生物发酵法难以完全提取。因此，创新化学预处理
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生物发酵联合提取法，通过化学预处理对玉米芯进行改性处理、对发酵菌种进行驯化、对发酵条件进行优化，提高了发酵效率，提升了碳源浓度，同时也大幅提升了碳源中挥发性脂肪酸（VFAs）含量，提高了脱氮碳源的品质势在必行，但至今未见有公开报道。

技术实现思路

[0005]针对上述情况，为解决现有技术之缺陷，本专利技术之目的就是提供一种用于污水脱氮的碳源制备方法及其应用，可有效解决污水低碳氮比、微生物可利用碳源不足、反硝化过程被抑制、脱氮效率低的问题。
[0006]本专利技术解决的技术方案是，包括以下步骤：1）制备碱改性玉米芯将质量百分比计的玉米芯14
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16%、质量浓度为3%的NaOH溶液84
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86%放入反应器中，混合均匀，在温度35
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37℃下，持续机械搅拌，处理6
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8天，压滤，即得碱改性玉米芯；2）驯化发酵菌种
将质量百分比计的玉米芯8
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12%、牛粪4
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6%、水78
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82%、纤维素降解菌5%放入反应器中，混合均匀，用氮气排除反应器内空气，在温度35
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37℃下，持续机械搅拌，驯化20天，即得驯化发酵菌种；3）发酵法制备碳源将质量百分比计的步骤1）制备的碱改性玉米芯13
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15%、步骤2）制备的驯化发酵菌种5%、水80
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82%放入反应器中，混合均匀，用氮气排除反应器内空气，在温度35
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37℃、初始pH值7.0
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8.0下，持续机械搅拌，发酵5
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7天，压滤，即得本专利技术所述碳源。
[0007]所述的反应器为具有搅拌功能的不锈钢密闭容器。
[0008]所述的玉米芯为常见农业废弃物，取自周边农田，需干燥、粉碎至60
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80目。
[0009]所述的牛粪为新鲜牛粪，取自黄牛养殖场，多点选取，充分混合，保证牛粪中纤维素降解微生物种群充足，支撑后续玉米芯发酵效率。
[0010]所述的纤维素降解菌为枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis、地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformis和黑曲霉菌Aspergillus niger的一种或两种以上的混合物。
[0011]所述的两种以上的混合物的混合比例为：枯草芽孢杆菌：地衣芽孢杆菌=1：1，枯草芽孢杆菌：黑曲霉菌=1：1，地衣芽孢杆菌：黑曲霉菌=1：1，枯草芽孢杆菌：地衣芽孢杆菌：黑曲霉菌=1：1：1。
[0012]本专利技术制备方法制备的碳源在生活污水、微污染水体脱氮治理中的应用。
[0013]本专利技术首先对玉米芯进行碱改性，使玉米芯内部致密的纤维素、半纤维素结构变得松散，利于微生物与纤维素等发酵底物充分接触，提升生物发酵效率；其次，对牛粪中微生物进行驯化，提高菌种中纤维素降解菌的占比，提升生物发酵效率，提高VFAs等组分的含量，借助上述措施，可明显缩短碳源发酵时间，有效增加发酵液碳源中VFAs等组分的含量，提高脱氮效果，是脱氮碳源上的创新。
附图说明
[0014]图1为本专利技术碱改性玉米芯和玉米芯发酵浸出液中碳源浓度释放规律对比图。
[0015]图2为本专利技术开展脱氮实验的反硝化滤池示意图。
[0016]图3为本专利技术碳源应用于反硝化滤池对模拟废水NO3‑
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N去除效果图。
具体实施方式
[0017]以下结合附图和实施例对本专利技术的具体实施方式作进一步详细说明。
实施例
[0018]本专利技术在具体实施时，包括以下步骤：1）制备碱改性玉米芯在不锈钢反应容器中对玉米芯进行碱改性，将质量百分比计的玉米芯14%与质量浓度为3%的NaOH溶液86%置于反应器中，充分混匀，在35
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37℃下，持续机械搅拌，处理6
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8天，保证玉米芯与NaOH溶液充分接触，之后对其进行压滤，并将所得滤饼置于80℃条件下进行干燥处理，待滤饼保持恒重后进行粉碎过筛处理，保证碱改性玉米芯粒径为60
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80目，获得碱改性玉米芯；
2）驯化发酵菌种将质量百分比计的玉米芯8%、牛粪6%、水81%、纤维素降解菌5%置于反应器中，充分混匀，用氮气吹脱容器中残余空气，保证瓶中无氧环境保持温度稳定在35
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37℃，持续机械搅拌，驯化20天即获得发酵菌种；所述的牛粪取自附近黄牛养殖场，所取牛粪需经多点取样混合，保证牛粪中纤维素降解微生物种群充足，支撑后续玉米芯发酵效率；3）发酵法制备液体碳源将质量百分比计的碱改性玉米芯13%、发酵菌种5%、水82%置于反应器中，充分混匀，用HCl溶液/NaOH溶液将混合液pH值调节至7.0
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8.0，然后向反应器中通入氮气，排除反应器内参与空气，保证发酵在厌氧条件下进行，温度保持35
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37℃，持续机械搅拌，发酵5
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7天，发酵完成后采用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于污水脱氮的碳源制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）制备碱改性玉米芯将质量百分比计的玉米芯14
‑
16%、质量浓度为3%的NaOH溶液84
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86%放入反应器中，混合均匀，在温度35
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37℃下，持续机械搅拌，处理6
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8天，压滤，即得碱改性玉米芯；2）驯化发酵菌种将质量百分比计的玉米芯8
‑
12%、牛粪4
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6%、水78
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82%、纤维素降解菌5%放入反应器中，混合均匀，用氮气排除反应器内空气，在温度35
‑
37℃下，持续机械搅拌，驯化20天，即得驯化发酵菌种；3）发酵法制备碳源将质量百分比计的步骤1）制备的碱改性玉米芯13
‑
15%、步骤2）制备的驯化发酵菌种5%、水80
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82%放入反应器中，混合均匀，用氮气排除反应器内空气，在温度35
‑
37℃、初始pH值7.0
‑
8.0下，持续机械搅拌，发酵5
‑
7天，压滤，即得。2....

【专利技术属性】
技术研发人员：于鲁冀，安婉玉，范鹏宇，郭智更，谷立坤，李廷梅，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：