[发明专利]一种以玉米芯-聚己内酯粉末混合体系制备强化脱氮缓释碳源填料的方法

说明书

本发明公开了一种以玉米芯‑聚己内酯粉末混合体系制备强化脱氮缓释碳源填料的方法，该方法是从农业植物废弃物碳源改性着手，解决初期释放快、木质素对纤维素的包裹等问题。技术方案是将玉米芯和聚己内酯粉末附在聚乙烯醇‑海藻酸钠支架材料上，成型后进行交联固定。其中选用释碳性能较好的玉米芯将其破碎为粉末，可以打破木质素和半纤维素连接的晶体结构，使纤维素、半纤维素裸露易被微生物利用；聚己内酯作为经济性好的人工材料，具有反硝化效率高、溶解性有机物释放少的优点；聚乙烯醇和海藻酸钠交联体系可提高填料的强度和稳定性。本发明可提高农业废弃物碳源利用率，增强材料对强化脱氮微生物亲和性，从而提高农业植物废弃物脱氮效率。

技术领域

本发明涉及一种强化脱氮缓释碳源填料的制备方法，特别是涉及一种以玉米芯-聚己内酯粉末混合体系制备强化脱氮缓释碳源填料的方法，主要用于农业植物废弃物的改性资源化利用和低碳比类污水的强化脱氮。

背景技术

随着社会经济的快速发展，氮污染已经成为水体的严重问题之一。由于过量的化肥施用以及生活和工业排放，大量氮化合物排放到水中，从而导致严重的环境问题，如河流和湖泊的富营养化和饮用水源水质的恶化等，严重影响人类健康。而硝酸盐是好氧氨氧化工艺的最终产物，常存在于含氨污废水生物处理系统的出水中。所有的脱氮方法和技术中，生物处理法在维护和运行费用方面通常比化学和物理处理法更经济。生物反硝化是自然界氮循环的重要组成部分，是脱氮技术的主要方法。异养反硝化以有机碳源为电子供体，其反硝化速率高于自养反硝化。然而，处理低碳氮比(C/N)污废水如污水处理厂出水、农田退水、污泥消化液上清液、老龄垃圾渗滤液等时碳源不足成为主要问题。

为了提高低碳条件下的脱氮效率，通常采用添加外部可溶性碳源(如乙酸、乙酸钠、葡萄糖乙醇和甲醇)来实现脱氮。但该碳源的投加量难以控制，并且往往需要复杂的控制装置和连续监测过程，从而增加了运行成本。相对于快速释放的液体碳源，缓释的固体碳源更适合于反硝化碳源，包括天然木质纤维原料(如植物叶片、藻类、大麦秸秆和玉米等)和可生物降解的人工合成聚合物(如聚己内酯(PCL)，3-羟基丁酸酯和3-羟基戊酸酯的共聚物(PHBV)等)，它们作为缓释碳源能够增强硝酸盐去除。但人工合成材料成本较高且缓释速率有待进一步提高，植物碳源为代表的天然木质纤维素类碳源，因其廉价易得、来源丰富、碳释放缓慢、比表面积大而受到众多学者的广泛研究，其中玉米芯的性能较为优越，而随着研究的不断深入，纤维素类植物碳源的一些弊端也逐渐显示出来。一方面，在植物生长过程中，木质素和纤维素会形成稳定而牢固的晶体结构，影响微生物的分解和利用；另一方面，农业植物废弃物碳源前期碳释放速率非常快，前期释放的大量小分子有机物容易影响出水水质，导致C/N偏高。

因此，在实际应用中，农业废弃物等固体碳源往往与载体材料混合，以改善缓释性能，但很多研究只是将材料简单混合，并未对农业植物废弃物进行预处理，而农业植物废弃物细胞壁主要由纤维素、半纤维素及木质素构成；由苯丙基相连形成的木质素高聚合、高分支、强分散，较难被生物降解；由β-(1，4)-糖苷键连接的杂多糖链构成的半纤维素聚合度小、高度分支化；由于木质素和半纤维素对纤维素的包裹作用，使得纤维素中的葡聚糖等高聚物难以水解，常用的改性方法有机械粉碎、微波等物理法，酸碱水解、有机溶剂法等化学方法，也有采用白腐菌等分解木质素的生物法，目前还尚未见将机械破碎后的玉米芯粉末与其他材料混合，即以玉米芯-聚己内酯粉末混合体系制备碳源填料的方法的报道，也未见有将其应用于反硝化稳态强化脱氮缓释碳源填料的制备。

发明内容

本发明的目的就是为了克服和解决现有农业植物废弃物作为反硝化强化脱氮填料时初期碳源释放快，后期碳源缓慢释放速率较低且释碳效能有待进一步提高的问题。