專利名稱：一種以海藻酸鈉為基材的緩釋碳源材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以海藻酸鈉為基材的緩釋碳源材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
由于大部分反硝化菌是異養(yǎng)菌，需要利用碳源才能生長代謝。而受硝酸鹽污染的水體和我國南方城市的污水處理廠普遍存在碳源不足的問題，成為制約生物脫氮效率的重要因素。要取得理想的反硝化脫氮效果，需要外加碳源，以補充反硝化脫氮電子供體。傳統(tǒng)碳源以低分子有機物類(如甲醇、乙醇、乙酸)和糖類物質(zhì)(如葡萄糖、蔗糖)這些液體碳源為主，但這些碳源物質(zhì)運行成本高，而且由于進水水質(zhì)的波動，容易造成投加量的不足或過量，影響了出水水質(zhì)。針對這些問題，研究者又對優(yōu)化傳統(tǒng)碳源做了研究，如在脫氮工藝前增加水解酸化工藝，提高原水的可生化性和利用率。近年來許多研究者通過多種途徑尋找無毒、廉價的碳源來代替?zhèn)鹘y(tǒng)碳源，新型碳源主要以一些低廉的天然固體有機物為主，以及一些可生物降解多聚物、工業(yè)廢水和初沉污泥的水解產(chǎn)物等。但是，其碳源的釋放不能得到有效控制、需要較長的水力停留時間、出水水質(zhì)受外界溫度影響大等，也是新型碳源存在的問題。緩釋碳源是固體碳源的一種，是固體碳源一個新的研究方向，主要的思路是利用有機聚合物或高分子物質(zhì)作為基材骨架載體，將碳源包裹其中使其緩慢釋放，達到穩(wěn)定供給的目的，同時骨架載體也能為微生物提供生長的場所，提高污染物的去除效果。海藻酸鈉具有制備容易、價格低廉、傳質(zhì)性能良好的優(yōu)點，被廣泛地應(yīng)用于固定微生物提高污水的處理效果，海藻酸鈉是固定化微生物技術(shù)中研究最多、應(yīng)用最廣的載體之一。如中國專利申請?zhí)?01110029658. 1，申請日2011年I月27日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為一種利用聚乙烯醇-海藻酸鈉-活性炭包埋強化厭氧氨氧化微生物活性的方法。該申請案公開了一種聚乙烯醇-海藻酸鈉包埋活性炭，同時采用氯化鈣交聯(lián)制備固定化小球的方法，以提高脫氮效率。該申請案的特點就是在固定化小球中包埋了活性炭，用于吸附聚集更多的微生物來強化處理效果，該申請案屬于固定化微生物技術(shù)的范疇。中國專利申請?zhí)?01010241482. 1，申請日2010年7月30日，發(fā)明創(chuàng)造的名稱為一種瓊脂凝膠顆粒及其在水源水生物脫氮工藝中的應(yīng)用。該申請案公開了一種包含瓊脂5 10份、海藻酸鈉I份、陶粒5份和水100份的瓊脂凝膠顆粒，并將其應(yīng)用于受硝酸鹽污染的水源水生物脫氮工藝。該專利公開的顆粒中瓊脂占主要成分(5 10份)，瓊脂凝膠作為緩釋固體碳源使用，而海藻酸鈉只占了 I份，加入海藻酸鈉是為了增加瓊脂凝膠顆粒的強度。該申請案在實際使用中，瓊脂凝膠顆粒的粘合性較差，導(dǎo)致碳源的緩慢釋放方面還有待進一步提聞。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的技術(shù)問題
3本發(fā)明的目的在于克服污水處理廠存在的碳源不足導(dǎo)致反硝化脫氮效果差的問題，提供一種以海藻酸鈉為基材的緩釋碳源材料及其制備方法。技術(shù)方案
為達到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為
本發(fā)明的一種以海藻酸鈉為基材的緩釋碳源材料，該緩釋碳源材料包含淀粉、海藻酸鈉和氯化鈣，其中淀粉、海藻酸鈉和氯化鈣的重量份數(shù)分別為5份、Γ8份、2飛份。更進一步地說，該緩釋碳源材料呈顆粒狀，粒徑為4飛mm。本發(fā)明的一種以海藻酸鈉為基材的緩釋碳源材料的制備方法，其步驟為
(1)按質(zhì)量份數(shù)，稱取淀粉5份和海藻酸鈉Γ8份，將海藻酸鈉和作為碳源的淀粉置于水中混合，混合溶液中海藻酸鈉的質(zhì)量體積濃度為4 8% (W/V)，淀粉的濃度為5% (W/V)；
(2)將步驟(I)中的混合溶液水浴加熱至35 45°C，并在該溫度下以20(T300r/min的速度攪拌至溶解，制成海藻酸鈉和淀粉的混合溶液；
(3)將步驟(2)中制得的海藻酸鈉和淀粉的混合溶液靜置，冷卻至室溫；
(4)按質(zhì)量份數(shù)，稱取氯化鈣2飛份，配制CaCl2溶液，使得CaCl2的質(zhì)量體積濃度為 2 6% (W/V)，得到CaCl2交聯(lián)劑溶液；
(5)將步驟(3)處理后的混合溶液用注射器或滴管以廣3滴/s的速度滴加到步驟(4) 制得的CaCl2交聯(lián)劑溶液中，造粒成粒徑為Γ6πιπι的球形顆粒，待混合溶液滴加結(jié)束后，在溫度為3飛。C的條件下，顆粒在交聯(lián)劑中交聯(lián)2(T30h ；
(6)用純水洗凈步驟(5)的制品后，即得緩釋碳源材料，備用。本發(fā)明的原理本發(fā)明以海藻酸鈉為骨架載體,將淀粉包埋固定,其中海藻酸鈉與淀粉的質(zhì)量比為O. Cl. 6:1，海藻酸鈉占主要成分，淀粉作為脫氮過程的碳源，淀粉是一種多聚糖，容易被微生物分解利用，且較易得到，淀粉也能夠起到增加海藻酸鈉粘合性的作用，同時本發(fā)明的固體顆粒載體也能為微生物提供生長的場所，用來處理碳源不足的污廢水，脫氮效果顯著。有益效果
采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果
(1)本發(fā)明的一種以海藻酸鈉為基材的緩釋碳源材料，利用海藻酸鈉作為包裹碳源的骨架載體，實現(xiàn)了碳源的緩慢釋放，可以克服由于碳源不足導(dǎo)致的微生物代謝功能下降、污染物去除效果下降的問題；
(2)本發(fā)明的一種以海藻酸鈉為基材的緩釋碳源材料的制備方法，制得的緩釋碳源材料能夠為微生物提供生長代謝的場所，提高污染物去除效果；
(3)本發(fā)明的一種以海藻酸鈉為基材的緩釋碳源材料的制備方法，工藝簡單，成本相對低廉，可操作性強。


圖I為實施例I中本發(fā)明的緩釋碳源材料對硝態(tài)氮的去除情況。
具體實施例方式為進一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的描述。
實施例I
本實施例中以海藻酸鈉為基材的緩釋碳源材料的制備方法如下稱取16g海藻酸鈉、 20g淀粉溶于400mL純水中，配制得到含質(zhì)量體積濃度4%海藻酸鈉、質(zhì)量體積濃度5%的淀粉的混合溶液，其海藻酸鈉、淀粉的質(zhì)量比為O. 8 :1，將上述溶液水浴加熱到40°C并在 200r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌，混合均勻得到混合溶液，上述混合溶液冷卻至室溫。在500mL去離子水中加入20g CaCl2，得到含質(zhì)量體積濃度5% CaCl2的交聯(lián)劑溶液，將上述冷卻后的混合溶液用注射器以I滴/s的速度滴入交聯(lián)劑溶液中，造粒成粒徑為Γ6πιπι球形顆粒，在4°C條件下交聯(lián)24h后，用純水洗凈后，即得本發(fā)明的以海藻酸鈉為基材的緩釋碳源材料。采用本實施例的海藻酸鈉緩釋碳源材料進行反硝化能力試驗將反硝化馴化后的污泥經(jīng)靜置沉淀后，各取250mL置于兩個3L錐形瓶中，I號錐形瓶作為空白對照，2號錐形瓶加入60g本實施例制得的海藻酸鈉緩釋碳源材料。以硝酸鉀、磷酸二氫鉀及其它微量元素配水(硝態(tài)氮濃度約為35mg/L)，運行方式為缺氧16h、好氧5h、沉淀+排水+進水3h。在溫度為20°C，pH為7. 2^8. O的條件下，控制好氧階段D0〈2mg/L，考察硝態(tài)氮的去除情況。硝態(tài)氮的去除情況如圖I所示(海藻酸鈉緩釋碳源材料，簡稱為SA釋碳材料)。實驗結(jié)果表明2號采用海藻酸鈉緩釋碳源材料的出水硝態(tài)氮濃度在4d后達到相對穩(wěn)定狀態(tài)，維持在 20mg/L左右，去除率達45飛3%。本實施例中制得海藻酸鈉緩釋碳源材料較為緊致，硬度、強度好。實施例2
本實施例中以海藻酸鈉為基材的緩釋碳源材料的制備方法如下稱取24g海藻酸鈉、 20g淀粉溶于400mL純水中，配制得到含質(zhì)量體積濃度6%海藻酸鈉、質(zhì)量體積濃度5%的淀粉的混合溶液，海藻酸鈉、淀粉的質(zhì)量比為I. 2 :1，將上述溶液水浴加熱到35 °C并在250 r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌，混合均勻得到混合溶液，上述混合溶液冷卻至室溫。在500mL去離子水中加入8g CaCl2，得到含質(zhì)量體積濃度2% CaCl2的交聯(lián)劑溶液，將上述冷卻后的混合溶液用滴管以2滴/s的速度滴入交聯(lián)劑溶液中，造粒成粒徑為remm球形顆粒，在3°C條件下交聯(lián)20 h后，用純水洗凈，即得本發(fā)明的以海藻酸鈉為基材的緩釋碳源材料。本實施例的海藻酸鈉緩釋碳源材料的反硝化能力試驗，基本步驟同實施例1，采用海藻酸鈉緩釋碳源材料的出水硝態(tài)氮濃度在4d后達到相對穩(wěn)定狀態(tài)，維持在18mg/L左右， 去除率達46飛5%。本實施例中制得海藻酸鈉緩釋碳源材料較為緊致，硬度、強度好。實施例3
本實施例中以海藻酸鈉為基材的緩釋碳源材料的制備方法如下稱取32g海藻酸鈉、 20g淀粉溶于400mL純水中，配制得到含質(zhì)量體積濃度8%海藻酸鈉、質(zhì)量體積濃度5%的淀粉的混合溶液，海藻酸鈉、淀粉的質(zhì)量比為I. 6 :1，將上述溶液水浴加熱到45°C并在300 r/ min的轉(zhuǎn)速下攪拌，混合均勻得到混合溶液，上述混合溶液冷卻至室溫。在500mL去離子水中加入24g CaCl2，得到含質(zhì)量體積濃度6% CaCl2的交聯(lián)劑溶液，將上述冷卻后的混合溶液用滴管以3滴/s的速度滴入交聯(lián)劑溶液中，造粒成粒徑為remm球形顆粒，在4°C條件下交聯(lián)30 h后，用純水洗凈，即得本發(fā)明的以海藻酸鈉為基材的緩釋碳源材料。本實施例的海藻酸鈉緩釋碳源材料的反硝化能力試驗，基本步驟同實施例1，海藻酸鈉緩釋碳源材料的出水硝態(tài)氮濃度在4d后達到相對穩(wěn)定狀態(tài)，維持在16mg/L左右，去除率達5(Γ57%。本實施例中制得海藻酸鈉緩釋碳源材料較為緊致，硬度、強度好。
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實施例4
本實施例中以海藻酸鈉為基材的緩釋碳源材料的制備方法如下稱取28g海藻酸鈉、 20g淀粉溶于400mL純水中，配制得到含質(zhì)量體積濃度7%海藻酸鈉、質(zhì)量體積濃度5%的淀粉的混合溶液，海藻酸鈉、淀粉的質(zhì)量比為I. 4 :1，將上述溶液水浴加熱到45°C并在280 r/ min的轉(zhuǎn)速下攪拌，混合均勻得到混合溶液，上述混合溶液冷卻至室溫。在500mL去離子水中加入16g CaCl2，得到含質(zhì)量體積濃度4% CaCl2的交聯(lián)劑溶液，將上述冷卻后的混合溶液用滴管以I滴/s的速度滴入交聯(lián)劑溶液中，造粒成粒徑為remm球形顆粒，在5°C條件下交聯(lián)28 h后，用純水洗凈，即得本發(fā)明的以海藻酸鈉為基材的緩釋碳源材料。本實施例的海藻酸鈉緩釋碳源材料的反硝化能力試驗，基本步驟同實施例1，海藻酸鈉緩釋碳源材料的出水硝態(tài)氮濃度在4d后達到相對穩(wěn)定狀態(tài)，維持在18mg/L左右，去除率達46飛5%。本實施例中制得海藻酸鈉緩釋碳源材料較為緊致，硬度、強度好。
權(quán)利要求
1.一種以海藻酸鈉為基材的緩釋碳源材料，其特征在于，該緩釋碳源材料包含淀粉、海藻酸鈉和氯化鈣，其中淀粉、海藻酸鈉和氯化鈣的重量份數(shù)分別為5份、Γ8份、2飛份。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種以海藻酸鈉為基材的緩釋碳源材料，其特征在于，該緩釋碳源材料呈顆粒狀，粒徑為4飛mm。
3.一種以海藻酸鈉為基材的緩釋碳源材料的制備方法，其步驟為(1)按質(zhì)量份數(shù)，稱取淀粉5份和海藻酸鈉Γ8份，將海藻酸鈉和作為碳源的淀粉置于水中混合，混合溶液中海藻酸鈉的質(zhì)量體積濃度為4 8% (W/V)，淀粉的濃度為5% (W/V)；(2)將步驟(I)中的混合溶液水浴加熱至35 45°C，并在該溫度下以20(T300r/min的速度攪拌至溶解，制成海藻酸鈉和淀粉的混合溶液；(3)將步驟(2)中制得的海藻酸鈉和淀粉的混合溶液靜置，冷卻至室溫；(4)按質(zhì)量份數(shù)，稱取氯化鈣2飛份，配制CaCl2溶液，使得CaCl2的質(zhì)量體積濃度為 2 6% (W/V)，得到CaCl2交聯(lián)劑溶液；(5)將步驟(3)處理后的混合溶液用注射器或滴管以廣3滴/s的速度滴加到步驟(4) 制得的CaCl2交聯(lián)劑溶液中，造粒成粒徑為Γ6πιπι的球形顆粒，待混合溶液滴加結(jié)束后，在溫度為3飛。C的條件下，顆粒在交聯(lián)劑中交聯(lián)2(T30h ；(6)用純水洗凈步驟(5)的制品后，即得緩釋碳源材料，備用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以海藻酸鈉為基材的緩釋碳源材料及其制備方法，屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的緩釋碳源材料包含淀粉、海藻酸鈉和氯化鈣，其中淀粉、海藻酸鈉和氯化鈣的重量份數(shù)分別為5份、4~8份、2~6份。本發(fā)明以海藻酸鈉作為固定碳源的載體，以淀粉作為碳源，將上述物質(zhì)共溶于水中得到混合溶液，以CaCl2溶液的作為交聯(lián)劑，將混合溶液經(jīng)注射器滴入到交聯(lián)劑中，并在其中交聯(lián)20~30h，經(jīng)純水洗凈即可使用。本發(fā)明的釋碳材料不僅能夠緩慢釋放碳源，為反硝化脫氮過程提供碳源，也能夠為微生物提供緩慢的場所，強化了脫氮效果。
文檔編號C02F3/30GK102583741SQ20121005152
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月1日
發(fā)明者任洪強, 耿金菊, 許柯, 郭瑞昕, 閆續(xù) 申請人:南京大學(xué)