[发明专利]一种生物质固体碳源及其制备方法和应用

说明书

本发明属于环境保护领域，公开了一种生物质固体碳源及其制备方法和应用。该生物质固体碳源包括聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、玉米芯、水和硅烷偶联剂；所述PBS、玉米芯、水和硅烷偶联剂的质量比为（25‑50）:（35‑55）:（0.5‑13）:（0.5‑8）。本发明以包含PBS聚合物和玉米芯的共混物作为新型生物质固体碳源，有效解决了液体碳源容易投加过量的问题，并且固相碳源在使用过程中能够作为微生物的附着载体，提高了污水处理单元内的微生物密度。该生物质固体碳源能够有效缩短反硝化脱氮处理单元的启动时间，提高处理单元的反硝化脱氮效率。

技术领域

本发明属于环境保护领域，具体涉及一种生物质固体碳源及其制备方法和应用。

背景技术

目前，我国城镇污水处理厂排放的尾水要求达到城镇污水处理厂污染物排放一级A标准（即总氮低于15mg/L，氨氮低于5mg/L），这是其作为回用水的基本要求（GB18918-2002），但其中的氮素含量仍远远高于地表水环境质量V类标准（总氮低于2mg/L，GB3838-2002）。而目前我国仍有很多城市污水处理厂尾水难以达标，以其现有处理工艺无法满足排放标准中对氮素的排放要求。因此，当湖泊水库长期作为城镇污水处理厂尾水的受纳水体时，氮素将对湖泊（水库）构成潜在的富营养化威胁，对城市污水处理厂的尾水进行强化脱氮就变得十分必要。

污水处理厂的尾水具有低C/N比的特点，这样就造成尾水在进行反硝化脱氮时因碳源不足而无法满足反硝化细菌的需求。目前，污水处理厂主要通过投加液体碳源（如甲醇、乙醇）的方式保证反硝化过程的顺利进行。但是，由于液体碳源的投放量难以控制，在使用过程中存在投加过量的风险，从而容易导致出水中溶解有机物含量超标的问题。同时，这种技术还需要复杂的过程控制和连续监测此外，一些液体碳源，如甲醇和乙醇，由于其具有毒性和易燃性，在储存、运输和操作过程中存在安全隐患。近年来，固相反硝化已被证明为从水体和废水中去除硝酸盐的很有前途的替代方案，它以天然植物类材料和可生物降解聚合物等固体碳源作为反硝化过程的碳源和生物膜载体。固体碳源首先被附着在其表面的生物膜中的微生物分泌的脂肪酶等胞外酶水解成可溶性的小分子底物，大部分底物被反硝化微生物用作电子供体，将硝酸盐还原为亚硝酸盐，一氧化氮，氧化亚氮，最后还原为氮气。通过这种方式既避免了使用液体碳源可能造成的问题，又能够将水体中的氮素完全去除。

天然纤维素类固体碳源取材容易、价格低廉、可较快的启动反应器并达到较高的反硝化脱氮效率，将天然纤维素类固体碳源与可生物降解聚合物共混能够达到降低固相碳源的成本和延长碳源作用周期的效果。

2017年我国玉米播种面积为35445.2千公顷，总产量21589.2万吨，玉米收获后剩余的秸秆作为富含纤维素、半纤维素的农业废弃物，除了少量用于生产木糖醇、糠醛等外，绝大部分在田间放火燃烧，既浪费资源又污染环境。因此，如何充分利用玉米芯来生产生物质碳源，以缓解能源和资源危机，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种生物质固体碳源，其包括聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、玉米芯、水和硅烷偶联剂；所述PBS、玉米芯、水和硅烷偶联剂的质量比为（25-50）:（35-55）:（0.5-13）:（0.5-8）。优选地，质量比为（30-45）:（40-50）:（1-10）:（1-5）。

其中，上述生物质固体碳源中，所述PBS的分子量为20000-100000。优选地，所述PBS为白色结晶型聚合物，其密度为1.27 g/cm³，熔点为115 ^oC，结晶化度为30~60%，结晶化温度为75 ^oC。

其中，上述生物质固体碳源中，所述玉米芯为粒径为150-200μm的玉米芯颗粒粉。优选地，所述玉米芯选用优质玉米芯加工而成。优选地，所述玉米芯为米色或黄褐色，含水分5.0%、粗蛋白5.7%、粗纤维3.7%。