[发明专利]一种带正电荷的固体缓释碳源及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种带正电荷的固体缓释碳源及其制备方法与应用。该方法包括：将沸石颗粒浸泡在溴代十六烷基吡啶溶液中制得改性沸石；将聚乙烯醇水溶液和海藻酸钠(PVA‑SA)水溶液混合加热；将改性沸石和聚丁二酸丁二醇酯(PBS)加入至冷却后的混合液中搅拌均匀，倒入模具中冷冻定型，最后浸泡在硼酸‑氯化钙溶液中获得产品。该碳源制备过程简单、价格低廉、操作方便以及缓释性能良好，同时固体表面带有正电荷，能吸附带负电荷的反硝化细菌和硝态氮(NO₃^‑‑N)。在固体缓释碳源表面，反硝化细菌利用NO₃^‑‑N与固体表面释放出的有机物发生反硝化反应，强化反硝化作用，提高NO₃^‑‑N去除率。

技术领域

本发明属于水处理领域，具体涉及一种带正电荷的固体缓释碳源及其制备方法与应用。

背景技术

目前水体富营养化问题日趋严重，水体富营养化是水体中N、P等营养盐含量过多而引起的水质污染，其实质是营养盐的输入输出失去平衡，水生态系统中物种分布失衡、单一物种疯长，系统的物质与能量流动遭到破坏，导致整个系统逐渐灭亡。因此，氮元素的去除已成为污水处理的重中之重。传统的生物脱氮工艺包括两个途径，一是微生物的同化作用，利用水体中的N作为细胞质成分用于微生物细胞的合成；二是硝化和反硝化作用，硝化细菌在好氧条件下将氨氮(NH₄⁺-N)氧化为NO₃^--N，然后反硝化细菌在缺氧条件下将NO₃^--N转化为氮气(N₂)排出水体。

在传统生物脱氮工艺中，参与反硝化作用的微生物大多是需要有机碳源的异养反硝化细菌，但在实际应用中，反硝化池中有机碳源的实际拥有量往往低于碳源的需求量，低碳氮比(C/N)会成为异养反硝化细菌的限制性因素。因此，外加碳源可用于提高反硝化池中C/N，增加反硝化细菌丰度，强化反硝化作用，提高总氮去除率。通常污水处理厂会投加甲醇、乙醇和乙酸等液态碳源，这些碳源成本高、操作要求严格且持续释碳能力差，然而固体缓释碳源具有良好的经济性和可持续性并且操作简单，因此受到了广泛的关注。常见的固体缓释碳源有聚己内脂(PCL)、农业废料和PBS等。程璐璐开展了多碳源复合载体的材料选取、释碳性能探究和强化反硝化效果验证等试验研究，但该碳源在作为生物载体的功能上不理想，有望在后面的研究中加入生物亲和性材料，获得生物相容性好的碳源材料(程璐璐.多碳源复合载体的释碳及其强化微生物脱氮过程研究[D].郑州：郑州大学，2019.)。

固体缓释碳源的研究仍处于实验室初步探索阶段，在工程案例中应用较少。因此，研究成本低、缓释性能好的固体缓释碳源，并探究其在受NO₃^--N污染的低C/N废水中的作用机制，是解决N元素去除难问题的方法。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种带正电荷的固体缓释碳源及其制备方法与应用。

针对目前强化生物脱氮中有机碳源缓释效果差的问题，本发明首要目的是提供一种带正电荷的固体缓释碳源，其价格低廉，碳源控释效果好，并且强化脱氮过程中不会造成二次污染。

本发明的另一目的是提供上述碳源的制备方法。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明提供的制备方法，制备过程简单、价格低廉、操作方便以及缓释性能良好，同时制备的碳源固体表面带有正电荷，能吸附带负电荷的反硝化细菌和硝态氮(NO₃^--N)。在固体缓释碳源表面，反硝化细菌利用NO₃^--N与固体表面释放出的有机物发生反硝化反应，强化反硝化作用，提高NO₃^--N去除率。

本发明提供的带正电荷的固体缓释碳源的制备方法，包括如下步骤：