[发明专利]一种复合缓释碳源的制备方法

说明书

本发明涉及一种复合缓释碳源的制备方法，可有效解决水体C/N低、缓释时间短，且强化脱氮过程，易造成二次污染的问题；技术方案是，将固体碳源材料包覆在以高分子有机材料制备而成的凝胶内，借助立方形模具经冷冻‑交联法进行复合缓释碳源的制备；具体包括：复合缓释碳源的配料、冷冻成型、交联固定；本发明操作简单、过程易控制、制备的碳源结构更加稳定，使用寿命延长；采用水凝胶把碳源包覆在内部，能够长期缓慢稳定释放碳源，且释放的碳源易被微生物利用，有效强化脱氮过程；采用农业废弃物玉米芯和花生壳作为碳源，来源广泛，价格低廉，达到废物资源化的目的，避免了使用过程造成二次污染的问题，节能环保，经济和社会价值巨大。

技术领域

本发明涉及水质强化净化领域，特别是一种复合缓释碳源的制备方法。

背景技术

自从2015年“水十条”实施以来，我国城镇污水处理厂中关于COD、氨氮、总磷（TP）的排放标准普遍提升到一级A，但是对于总氮（TN）却因难度较大而未全面执行。自然水体通常接纳污水厂的尾水，导致水体中TN过高。硝态氮是污水厂尾水中TN的主要存在形式，自然水体中削减的主要途径是反硝化，此过程需要以有机物为电子供体还原硝态氮，但是自然水体中普遍存在低C/N的问题，限制了硝态氮的去除。

鉴于此，很多学者开展了缓释碳源的研究。目前采用的缓释碳源主要有天然材料和人工合成材料，其中天然材料包括玉米芯、花生壳、陈米等，其来源广泛、成本低廉，但存在前期释碳量大，后期释碳量小，且可持续性较差的问题，人工合成材料包括聚已内酯（PCL）、聚乙烯醇（PVA）、聚丁二酸丁二酯（PBS）等，其释碳时间长，但释碳速率缓慢。因此，急需一种缓释碳源，既能够解决单一碳源存在的问题，又能达到长期缓慢释放碳源同时不引起二次污染的目的。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种复合缓释碳源的制备方法，可有效解决水体C/N低、缓释时间短，且强化脱氮过程，易造成二次污染的问题。

本发明解决的技术方案是，一种复合缓释碳源的制备方法，将固体碳源材料包覆在以高分子有机材料制备而成的凝胶内，借助立方形模具经冷冻-交联法进行复合缓释碳源的制备；具体包括以下步骤：

（1）复合缓释碳源的配料

将质量百分比计的：天然高分子有机碳源5-10%，人工合成高分子有机碳源5-10%，聚乙烯醇-海藻酸钠水凝胶80-90%，混合均匀，得混合配料；

所述的天然高分子有机碳源为经破碎处理后的粒径为2-3mm的玉米芯颗粒或花生壳颗粒；

所述的人工合成高分子有机碳源为分子量在50000-80000、粒径在2-3mm的聚已内酯（PCL）固体颗粒或聚丁二酸丁二醇酯（PBS）固体颗粒；

所述的聚乙烯醇-海藻酸钠（PVA-SA）水凝胶：将聚乙烯醇（PVA）和海藻酸钠（SA）混合，加入去离子水，聚乙烯醇质量浓度为8%-10%，海藻酸钠质量浓度为1-2%，93-97℃下水浴加热溶解2-3h，放置至室温；

（2）冷冻成型

将混合配料倒入立方体模具内，放置在-20℃冰箱内冷冻18-22h，待成型后，脱模成复合缓释碳源胚体；

（3）交联固定

将步骤（2）冷冻脱模后的复合缓释碳源胚体，放入交联剂中，3-5℃下进行交联24-36h，所述交联剂为含有质量浓度4%CaCl₂的饱和硼酸溶液，交联后用去离子水冲洗表面交联剂，直至冲洗水呈中性，即得复合缓释碳源。