一种反硝化固体缓释碳源的制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及水体改良技术领域，具体为一种反硝化固体缓释碳源的制备方法及其应用；本发明专利技术对反硝化固体缓释碳源机构进行了改良，通过仿生结构改善了外观，增加了表面积的同时便于水流通过；本发明专利技术还对凹凸棒土进行了改性处理，使其负载铁离子，增强其对水体中磷元素的吸附控制作用，并且还在其表面制备了己内酯包覆层，增强了其与聚己内酯的相容性，并且利用长链结构增强了与聚己内酯的交联强度；在此基础上，本发明专利技术还设计了使用反硝化固体缓释碳源的仿生反硝化单元，对其结构进行限定，便于投放布置，运行管理方便简单，可广泛应用，避免了大型设备的使用以及反硝化单元的单独构建，节约了处理场地及运行管理成本的投入。约了处理场地及运行管理成本的投入。约了处理场地及运行管理成本的投入。

【技术实现步骤摘要】
一种反硝化固体缓释碳源的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及水体改良
，具体为一种反硝化固体缓释碳源的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]受居民散排生活废水、污水处理厂尾水汇入、农业生产中化肥农药的大量使用等活动影响，我国湖泊、河流等天然水体和部分人工湿地普遍处于微污染状态，其水体硝酸盐氮含量可在1.5～3.0mg/L范围内，略高于地表水环境质量Ⅲ类水标准。投加反硝化碳源加强水体反硝化脱氮是常见的处理手段，市面上所售反硝化碳源材料多为空心球状、环阶梯状、多孔圆柱状、块状等，生产制作复杂且精度较低，多作为填料在反硝化设备内部、反硝化滤池、人工湿地基质内部等环境中使用。但在天然水体内进行强化反硝化脱氮时，利用现有的反硝化碳源材料时处理存在空间利用率低、难以组合为整体结构定点投加、需要反冲洗更新附着菌群、材料更换繁琐等问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种反硝化固体缓释碳源的制备方法及其应用，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种反硝化固体缓释碳源，具有以下技术特征：按重量百分比计，所述反硝化固体缓释碳源包括以下组分：生物基碳源10～12％、凹凸棒粘土1.0～3.0％、硅烷偶联剂0.2～0.5％，余量为聚己内酯。
[0005]进一步的，按质量百分比计，所述反硝化固体缓释碳源还包括1.5～2.5％的石灰石粉。
[0006]进一步的，所述生物基碳源为蓝藻粉末、菹草粉末、轮叶黑藻粉末中的任意一种或多种。
[0007]进一步的，所述硅烷偶联剂为3
‑
缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷、3
‑
缩水甘油氧丙基三乙氧基硅烷、3
‑
缩水甘油氧丙基甲基氧基硅烷、2
‑
(3、4
‑
环氧环己烷)乙基三甲基硅烷、2
‑
(3、4
‑
环氧环己烷)乙基三乙基硅烷、3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷中的任意一种或多种。
[0008]进一步的，
[0009]所述反硝化固体缓释碳源(22)包括以下组分：生物基碳源10～12％、凹凸棒粘土8～15％、硅烷偶联剂0.2～0.5％，余量为聚己内酯；所述凹凸棒粘土为改性凹凸棒土。
[0010]进一步的，所述改性凹凸棒土的制备方法，包括以下步骤：
[0011]a.按质量份数计，氮气氛围下，将5份凹凸棒土置于浓度为35
‑
40wt％的硝酸溶液中，升温至45
‑
60℃，超声分散处理1.5
‑
3h后，离心分离，使用去离子水洗涤凹凸棒土沉淀至中性后，再次将其分散至溶有1
‑
2份的氯化铁的水溶液中，升温至75
‑
85℃，超声震荡反应8
‑
12h后，旋蒸去除多余液体，并收集固体产物，氮气氛围下，以10
‑
15℃/min的速率升温至450
‑
480℃，保温1.5
‑
2h后，冷却至室温，将其再次分散至盐酸溶液中，震荡处理0.5
‑
1h后，
分离，真空干燥至恒重，得到铁负载的凹凸棒土；
[0012]b.氮气氛围保护，将5份铁负载的凹凸棒土分散至50
‑
100份己内酯中，加入0.1
‑
0.5份辛酸亚锡，升温至45
‑
60℃，超声反应2
‑
4h后，离心分离后，将沉淀与50
‑
80份乳酸混合，升温至75
‑
80℃，反应4
‑
8h后，过滤，使用氯仿洗涤沉淀3
‑
5次后，得到羟基酸改性的凹凸棒土；
[0013]c.将5份羟基酸改性的凹凸棒土再次分散至50
‑
80份己内酯中，加入1
‑
2份辛酸亚锡，升温至55
‑
65℃，反应2
‑
4h后，离心分离，使用去离子水洗涤3
‑
5次后，得到改性凹凸棒土。
[0014]进一步的，一种反硝化固体缓释碳源的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0015]S1.将生物基碳源、石灰石粉与硅烷偶联剂混合，共混搅拌0.5
‑
1h后，得到生物基碳源混合料；
[0016]S2.将凹凸棒粘土与聚己内酯混合，升温至60
‑
65℃，混炼3
‑
5min后，加入生物基碳源混合料，继续混炼4
‑
6min，模具注塑，冷却脱模后，得到所述反硝化固体缓释碳源。
[0017]进一步的，处理硝化水体时，所述反硝化固体缓释碳源(22)与反硝化细菌环(23)嵌套在伞形条幅架上，以形成反硝化单元，再将尼龙绳一端空泡浮体(1)，另一端穿过反硝化单元与锚桩(4)连接，共同组成仿生反硝化单元。
[0018]进一步的，所述反硝化细菌环的制备方法，包括以下步骤：
[0019]将反硝化菌粉按照所需与无机矿物粉末、包埋剂混合均匀，利用压片机将混合粉末压制成环状；
[0020]其中按重量份数计，所述反硝化菌粉按照所需与无机矿物粉末、包埋剂的质量比为(1
‑
10)：(88
‑
98)：(1
‑
2)；
[0021]所述反硝化菌粉为芽孢杆菌属、反硝化细菌属、硝化细菌属、亚硝化菌属、放线菌属、植物乳杆菌属、酵母菌属中的任意一种或多种；所述无机矿物粉末为铝酸钙；所述包埋剂为海藻酸盐、卡拉胶、栲胶、黄原胶中的任意一种或多种；
[0022]制备反硝化细菌环时，菌粉中混有葡萄糖作为营养剂。
[0023]进一步的，所述仿生反硝化单元的制备方法，包括以下步骤：
[0024](1).将3
‑
5个反硝化固体缓释碳源与1个反硝化细菌环堆叠，形成反硝化细菌增殖单元，并将其组合串联在伞形条幅架上，并在伞形条幅架末端嵌套圆球胶套，形成反硝化单元；
[0025](2).将反硝化单元使用尼龙绳固定，在尼龙绳两端分别系上锚桩以及空泡浮体，得到仿生反硝化单元。
[0026]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：
[0027]1.本专利技术对反硝化固体缓释碳源仿照轮叶黑藻、狐尾藻类沉水植物的叶片外形结构，将仿生的叶片制成轮状结构，多个轮状结构可串联成整体进行运用，整洁美观，投加精准度高；
[0028]2.本专利技术中将反硝化细菌与包埋材料混合单独制成环片，与繁殖附着的反硝化碳源分离，可在实际应用过程中，随时调整菌群浓度，菌群种类以及菌群与反硝化固体缓释碳源之间的比例，实现优质反硝化细菌的定点定量释放，方便补充和替换；同时，菌环中的包埋材料遇水会形成包裹细菌的粘性凝胶，防止细菌大量流失，保证一定时间内反硝化固体
缓释碳源中具有较高的细菌浓度；从而实现可改本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反硝化固体缓释碳源，其特征在于：按重量百分比计，所述反硝化固体缓释碳源(22)包括以下组分：生物基碳源10～12％、凹凸棒粘土1.0～3.0％、硅烷偶联剂0.2～0.5％，余量为聚己内酯。2.根据权利要求1所述的一种反硝化固体缓释碳源，其特征在于：按质量百分比计，所述反硝化固体缓释碳源(22)还包括1.5～2.5％的石灰石粉。3.根据权利要求1所述的一种反硝化固体缓释碳源，其特征在于：所述生物基碳源为蓝藻粉末、菹草粉末、轮叶黑藻粉末中的任意一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种反硝化固体缓释碳源，其特征在于：所述硅烷偶联剂为3
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缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷、3
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缩水甘油氧丙基三乙氧基硅烷、3
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缩水甘油氧丙基甲基氧基硅烷、2
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(3、4
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环氧环己烷)乙基三甲基硅烷、2
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(3、4
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环氧环己烷)乙基三乙基硅烷、3
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氨基丙基三乙氧基硅烷中的任意一种或多种。5.根据权利要求1所述的一种反硝化固体缓释碳源，其特征在于：按重量百分比计，所述反硝化固体缓释碳源(22)包括以下组分：生物基碳源10～12％、凹凸棒粘土8～15％、硅烷偶联剂0.2～0.5％，余量为聚己内酯；所述凹凸棒粘土为改性凹凸棒土。6.根据权利要求5所述的一种反硝化固体缓释碳源，其特征在于：所述改性凹凸棒土的制备方法，包括以下步骤：a.氮气氛围下，将5份凹凸棒土置于硝酸溶液中，升温至45
‑
60℃，超声分散处理1.5
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3h后，离心分离，使用去离子水洗涤凹凸棒土沉淀至中性后，再次将其分散至氯化铁的水溶液中，升温至75
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85℃，超声震荡反应8
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12h后，旋蒸去除多余液体，并收集固体产物，氮气氛围下，以10
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15℃/min的速率升温至450
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480℃，保温1.5
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2h后，冷却至室温，将其再次分散至盐酸溶液中，震荡处理0.5
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1h后，分离，真空干燥至恒重，得到铁负载的凹凸棒土；b.氮气氛围保护，将铁负载的凹凸棒土分散至己内酯中，加入辛酸亚锡，升温至45
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60℃，超声反应2
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4h后，离心分离后，将沉淀与50
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80份乳酸混合，升温至75
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80℃，反应4
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8h后，过...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯凡，王莲，周书丞，刘健，李文朝，
申请(专利权)人：中国科学院南京地理与湖泊研究所，
类型：发明
国别省市：