一种释碳速率可控型碳源及其制备方法

摘要

本发明公开了含硝酸盐地下水处理领域内的一种释碳速率可控型碳源的制备方法，包括如下步骤：准备木瓜蛋白酶溶液：每100ml水中加入3~5g木瓜蛋白酶，得到木瓜蛋白酶溶液；准备复合原料：将糯米粉、次氯酸钠和木瓜蛋白酶溶液按质量比（3~7）∶1∶（0.09~0.11）混合加入搅拌装置，搅拌均匀，得到复合原料；配制添加剂：每100ml水中加入3~8g氯化钠以及3~8g氯化钙或硫酸钠，使其充分溶解，得到添加剂溶液；每500g上述复合原料中加入90~100ml添加剂溶液，使其混合均匀，得到混合物；将混合物置于膨化机中，膨化加工后得到释碳速率可控型碳源。本碳源的释碳速率可以控制，增大除氮效率，实现高效除氮。

说明书

技术领域

本发明属于含硝酸盐地下水处理领域，特别涉及一种释碳速率可控型碳源及其制备方法。

背景技术

水资源是人类社会赖以生存和发展的基础资源，然而随着经济的发展，含氮肥料过度使用，加之工业含氮废水的违规排放使得地下水特别是浅层地下水中硝酸盐含量急剧升高，地下水污染日益严重。含硝酸盐的水源对人体危害巨大，可导致高铁蛋白症，进而引发癌症，其对孕妇和婴儿的危害尤为明显。

目前，关于地下水中硝酸盐的处理技术主要有物理修复技术、化学修复技术和生物修复技术，其中生物脱氮修复技术因具有较好的处理效果成为最为广泛使用的处理方法。生物脱氮过程中，反硝化菌以水中有机碳源为电子供体，通过反硝化作用将硝酸盐和亚硝酸盐转化为氮气，从而达到脱氮目的。然而，多数情况下地下水中溶解性有机碳源含量并不充足，需要人为进行投加。常用的液态有机碳源如甲醇、乙醇等虽然有良好的供碳效果，但是其在经济性和安全性方面均存在不足，并且甲醇的毒性会造成二次污染。因此，选择合适的释碳材料作为反硝化过程的碳源成为一项重要的课题。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种释碳速率可控型碳源的制备方法，该方法可以实现连续化、规模化生产，极大的提高生产效率，解决了当前绝大部分碳源产量低、成本高、生产难度大的问题；本方法制得的碳源，可以在生物除氮过程中为反硝化细菌提供碳源，碳源的释碳速率可以控制，增大除氮效率，实现高效除氮，避免出现有机物过量的二次污染问题。

本发明的目的是这样实现的：一种释碳速率可控型碳源的制备方法，包括如下步骤：

（1）准备木瓜蛋白酶溶液：每100ml水中加入3~5g木瓜蛋白酶，得到木瓜蛋白酶溶液；

（2）准备复合原料：将糯米粉、次氯酸钠和木瓜蛋白酶溶液按质量比（3~7）∶1∶（0.09~0.11）混合加入搅拌装置，搅拌均匀，得到复合原料；

配制添加剂：每100ml水中加入3~8g氯化钠以及3~8g氯化钙或硫酸钠，使其充分溶解，得到添加剂溶液；

（3）每500g上述复合原料中加入90~100ml添加剂溶液，使其混合均匀，得到混合物；

（4）将混合物置于膨化机中，膨化加工后得到释碳速率可控型碳源。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：糯米粉作为含碳量非常丰富的一种材料，本身就具有作为碳源的潜力，糯米粉与同样用作碳源的纤维素等天然高分子材料相比，其易分解的特点使得糯米粉碳源的释碳能力更强，更容易被微生物所吸收利用；添加剂中硫酸钠和氯化钠、氯化钙互相配合，使得糯米粉分子之间互相络合，络合后的次氯酸钠包裹住糯米粉分子，形成混合物，混合物膨化后，形成具有凸起球状结构的碳源；复合原料和添加剂混合后可以得到具有凸起球状结构的碳源，木瓜蛋白酶还会产生氨基酸副产物，可以调节释碳速度，提高抗菌性能。具有凸起的球状结构碳源可以调整碳水化合物的含量，进而达到对释碳速率的控制。

作为本发明的进一步改进，所述步骤（2）中，每500g复合原料中还添加有1~5g碳酸铵以及15~75g果糖。本技术方案可以调节释碳速度，并提高采料抗菌性能。

作为本发明的进一步改进，所述步骤（2）中，每500g复合原料中还添加有15~25g粒径为3~5mm的秸秆粉末。本技术方案可以降低复合原料的成本。

作为本发明的进一步改进，所述步骤（3）中将添加剂溶液加入复合原料的同时，对固液混合物进行搅拌。本方案使得添加剂溶液与复合原料充分混合均匀。

作为本发明的进一步改进，所述所述步骤（4）中，将混合物加入膨化机之前，将膨化机空载运行3~5min，然后先取50~95g的混合物匀速倒入膨化机中，进行初步膨化，再将剩余的混合物加入膨化机，全部膨化后得到释碳速率可控型碳源。膨化机得到预热，然后将剩余的混合物全部膨化，预热后的膨化机的膨化效果更好，确保所有的混合物更加充分地膨化，提高了膨化效率。

作为本发明的进一步改进，向膨化机添加剩余的混合物之前，将初步膨化后的混合物取出后，再次加入膨化机，重复膨化3~5次。将初步膨化的混合物反复膨化多次，进一步预热膨化机，确保膨化机被充分预热，提高后续膨化的效率和效果。

本发明的目的之二是提供一种释碳速率可控型碳源，本碳源可以在生物除氮过程中为反硝化细菌提供碳源和载体，碳源的释碳速率可以控制，增大除氮效率，实现高效除氮，避免出现有机物过量的二次污染问题。

本释碳速率可控型碳源采用权利要求1-6任意一项所述的方法制备得到。

作为本发明的进一步改进，所述制得的碳源为表面具有凸起的球状体，比表面积为350~700m

具体实施方式

实施例1

本实施例的释碳速率可控型碳源的制备方法，包括如下步骤：

（1）准备木瓜蛋白酶溶液：每100ml水中加入3g木瓜蛋白酶，得到木瓜蛋白酶溶液；

（2）准备复合原料：将糯米粉、次氯酸钠和木瓜蛋白酶溶液按质量比5∶1∶0.09~混合加入搅拌装置，搅拌均匀，，得到复合原料；每500g复合原料中还添加有3g碳酸铵以及15g果糖；每500g复合原料中还添加有20g粒径为3mm的秸秆粉末；

配制添加剂：每100ml水中加入8g氯化钠以及4g氯化钙，使其充分溶解，得到添加剂溶液；

（3）每500g上述复合原料中加入95ml添加剂溶液，对固液混合物进行搅拌，使其混合均匀，得到混合物；

（4）将混合物加入膨化机之前，将膨化机空载运行4min，然后先取50g的混合物匀速倒入膨化机中，进行初步膨化，将初步膨化后的混合物取出后，再次加入膨化机，重复膨化5次；再将剩余的混合物加入膨化机，全部膨化后得到释碳速率可控型碳源。

本实施例的释碳速率可控型碳源，采用上述的方法制备得到。

所述制得的碳源为表面具有凸起的球状体，比表面积为350m

实施例2

本实施例的释碳速率可控型碳源的制备方法，包括如下步骤：

（1）准备木瓜蛋白酶溶液：每100ml水中加入5g木瓜蛋白酶，得到木瓜蛋白酶溶液；

（2）准备复合原料：将糯米粉、次氯酸钠和木瓜蛋白酶溶液按质量比3∶1∶0.11）混合加入搅拌装置，搅拌均匀，得到复合原料；每500g复合原料中还添加有5g碳酸铵以及75g果糖；每500g复合原料中还添加有15g粒径为5mm的秸秆粉末；

配制添加剂：每100ml水中加入3g氯化钠以及3g硫酸钠，使其充分溶解，得到添加剂溶液；

（3）每500g上述复合原料中加入100ml添加剂溶液，对固液混合物进行搅拌，使其混合均匀，得到混合物；

（4）将混合物加入膨化机之前，将膨化机空载运行3min，然后先取95g的混合物匀速倒入膨化机中，进行初步膨化，将初步膨化后的混合物取出后，再次加入膨化机，重复膨化3次；再将剩余的混合物加入膨化机，全部膨化后得到释碳速率可控型碳源。

本实施例的释碳速率可控型碳源，采用上述的方法制备得到。

所述制得的碳源为表面具有凸起的球状体，比表面积为370m

实施例3

本实施例的释碳速率可控型碳源的制备方法，包括如下步骤：

（1）准备木瓜蛋白酶溶液：每100ml水中加入4g木瓜蛋白酶，得到木瓜蛋白酶溶液；

（2）准备复合原料：将糯米粉、次氯酸钠和木瓜蛋白酶溶液按质量比7∶1∶0.10混合加入搅拌装置，搅拌均匀，得到复合原料；每500g复合原料中还添加有1g碳酸铵以及45g果糖；每500g复合原料中还添加有25g粒径为4mm的秸秆粉末；

配制添加剂：每100ml水中加入6g氯化钠以及6g氯化钙，使其充分溶解，得到添加剂溶液；

（3）每500g上述复合原料中加入90ml添加剂溶液，对固液混合物进行搅拌，使其混合均匀，得到混合物；

（4）将混合物加入膨化机之前，将膨化机空载运行3min，然后先取50g的混合物匀速倒入膨化机中，进行初步膨化，将初步膨化后的混合物取出后，再次加入膨化机，重复膨化3次；再将剩余的混合物加入膨化机，全部膨化后得到释碳速率可控型碳源。

本实施例的释碳速率可控型碳源，采用上述的方法制备得到。

所述制得的碳源为表面具有凸起的球状体，比表面积为385m

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。