[发明专利]一种可生物降解的缓释碳材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及水处理领域，具体涉及一种可生物降解的缓释碳源材料及其制备方法。

背景技术

目前，在工业发达国家、发展中国家，硝酸盐污染已迅速发展为重要的环境问题。国外 大量资料表明，施肥问题已造成严重污染，硝酸盐的淋溶流失和氮素的地面径流，是地下水 和地表水污染的一个重要原因。由于硝酸盐可导致婴儿高铁血红蛋白症,也可形成高度致癌的 亚硝胺或亚硝酰胺(USEPA.Nitrateandpesticidesinshallowgroundwaterinagriculturalareas, EPA’sreportontheenvironment(ROE)[R].USEPA,1995),因此世界卫生组织(WHO)规定饮用 水中NO3-N的含量低于10mg/L(谢希,何圣兵,崔洪升,等.固体缓释碳源强化污水土地处理系 统的反硝化效能[J].中国给水排水,2014(3):84-86)。

为实现城镇污水的高质量排放和再生利用，我国各级排放标准要求日益严格。2012年7 月北京市开始实施的《城镇污水处理厂污染物排放标准》地方标准(DB11/890-2012)将TN的 A级排放限值规定为小于10mg/L。

异养反硝化是目前应用最为广泛的生物去除硝酸盐氮的方法(J.VanRijn,Y.Tal,H.J. Schreier,Denitrificationinrecirculatingsystems:Theoryandaplications,AquaculturalEngineering 34(3)(2006)364-376)。然而我国生活污水的C/N较低，碳源不足导致污水二级处理中的TN 去除率偏低(李桂荣,李雪,许文峰,等.解决城镇污水处理厂生物脱氮除磷所需碳源不足的方法 综述,广东化工,2011)，这成为制约反硝化处理效果的重要因素。要取得理想的反硝化脱氮效 果，需要外加碳源以补充反硝化脱氮电子供体。

现有的外加碳源通常可分为传统溶解性碳源和固体碳源两大类(邵留，徐祖信，尹海龙， 污染水体脱氮工艺中外加碳源的研究进展，工业水处理27(12)(2007)10-14)。固体碳源又 可分为天然有机质碳源和人工合成可生物降解聚合物碳源。

传统的溶解性碳源如乙醇、甲醇等,在进水水质波动情况下容易造成碳源投加不足或者 过量，影响出水水质，同时碳源的大量消耗会带来很高的运行成本，因此部分研究者转而采 用一些低廉的固体有机物作为碳源(李学尧,周宇权,赵信.地下水生物反硝化的纤维素碳源选 择研究[J].环境科学与管理,2013(2):56-59+66)。

固体碳源可被生物利用的程度要比液体碳源低，但因其降解过程受微生物控制，所以不 会造成反硝化过程中碳源的不足或过量(罗国芝，董明来，刘倩，等.以聚丁酸丁二醇酯为 碳源去除含盐水体硝酸盐的研究[J].环境污染与防治，2013,35(3):20-25)。固相反硝化比传统 以添加液体碳源为主的反硝化更具有安全性和稳定性，能够持续提供反硝化还原力，不易造 成二次污染，同时减少了对传统惰性载体的浪费与污染(裴廷权,杨小毛,刘欢,等.不同缓释碳 源对低碳氮比污水反硝化的影响[J].工业水处理,2013(5):40-43)。

天然固体有机碳源如棉花、报纸、麦秆和稻草等，消耗较快，不能长期持续提供有机碳 源和作为微生物附着的载体，并且反应受温度和水力停留时间影响较大，长期使用效果欠佳 (周海红,王建龙.利用可生物降解聚合物同时作为反硝化微生物的碳源和附着载体研究[J].中 国生物工程杂志,2006(2):95-98)。

利用可生物降解聚合物(biodegradablepolymers,BDPs)作为反硝化微生物的碳源,近年 来受到了人们的关注。该系统对进水水质的波动具有良好的适应能力；BDPs对人体无毒无害, 不会污染出水水质。随着各种新型BDPs材料的不断涌现以及BDPs材料生产成本的降低, BDPs材料在饮用水源水生物脱氮中会得到越来越广泛的应用。