一种能直接投放的可完全生物降解的缓释固体碳源及其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种能直接投放的可完全生物降解的缓释固体碳源及其制备方法及应用，涉及污水处理技术领域，用于解决现有缓释碳源存在不易释放、利用速率低、缓释过程有污染且制作工艺复杂的问题。缓释固体碳源由可生物降解材料包覆可生物降解固体碳源而制成，可生物降解材料包括可生物降解棉网和覆盖在棉网上的可生物降解无纺布；可生物降解固体碳源占缓释固体碳源总重量的90%以上；包括碳源基质和粘结剂；碳源基质由短链碳源、纤维素材料、人造可降解纳米纤维纺丝、微生物益生因子硫酸盐和维生素复合而成。本发明专利技术的缓释固体碳源具有制作成本低、环保无污染等优点，且用作污水处理生物脱氮过程的缓释碳源时，能在较短的时间内稳定地释放碳源。

A fully biodegradable slow-release solid carbon source that can be directly put into operation and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种能直接投放的可完全生物降解的缓释固体碳源及其制备方法及应用
本专利技术涉及污水处理
，更具体地说，它涉及一种能直接投放的可完全生物降解的缓释固体碳源及其制备方法及应用。
技术介绍
随着我国经济的发展，含氮废料过渡使用，加之工业废水的违规排放使得地下水特别是浅层地下水汇总硝酸盐含量急剧升高，地下水污染日益严重。目前，关于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而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，地下水中溶解的有机碳含量并不充足，需要人为投加。常用的液态有机碳源如甲醇、乙醇等虽具有良好的供碳效果，但是其在经济性和安全性方面均存在不足，甲醇的毒性会造成二次污染。因此，有研究者主张以水不溶性固态有机碳物质如棉花、秸秆等作为反硝化过程的缓释碳源，代表性技术如下：中国技术专利“缓释型复合碳源速分脱氮球”(申请号201721890309.8，公开日2018年11月9日)公开的缓释型复合碳源速分脱氮球包括球壳、缓释碳源填料、生物脱氮填料、包裹结构、配重装置，球壳为网格状结构，采用聚丙烯材料制成；缓释碳源填料为经碱液浸泡的木块，生物脱氮填料为聚氨酯泡沫块，配重装置为石子，包裹结构采用铁丝网制成，铁丝网将木块和聚氨酯泡沫包裹后放入球壳内。该技术中，木块释放的碳链为长链，不利于碳源的利用，包裹结构为铁丝网，无法降解，且易锈蚀。中国专利技术专利申请“一种含缓释碳源的复合吸附填料的制备方法及其应用”(申请号201810942764.0，公开日2018年12月11日)公开的含缓释碳源的复合吸附填料的制备方法是：由重量百分比计的：水泥28％～35％、粉煤灰14％～20％、沸石粉10％～25％、硅藻土20％～25％、膨润土8％～12％和碳源3％作固体原料，加水搅拌成泥状，填充于模具中；在温度15-25℃、湿度50％～60％下，3～5天脱模，继续养护7天，晾干即得。从配方看，缓释碳源含量太少，脱氮效果非常有限。中国专利技术专利申请“一种适用于农村污水处理用缓释碳源及其制备方法”(申请号201811301778.0，公开日2019年1月8日)所公开的缓释碳源包含或由20-50份碳源成分、3-5份碱度成分、30-60份骨架材料和0.5-5份成型助剂组成，制备时，进行真空干燥；然后在高速混料机中混合均匀后注入双螺杆挤出机，熔融共混造粒，然后挤出成型得到缓释碳源片材。中国专利技术专利申请“一种生物炭粘胶纤维缓释碳源填料及制备方法”(申请号201610671863.0，公开日2016年12月7日)公开的所述缓释碳源填料以粘胶纤维为骨架及缓释碳源，所述缓释碳源填料的质量百分比含量为：粘胶纤维85～95％，生物炭5～15％，所述生物炭平均粒径为50～100μm，粒径小于60μm的生物炭占比不低于30％，粒径大于100μm的生物炭占比不超过20％，所述生物炭最大粒径不超过200μm。该技术中，采用的粘胶纤维既作为缓释碳源填料骨架，又作为碳源缓释材料。事实上，在使用过程在，该粘胶纤维缓释碳源挂膜之后，跟纤维紧密接触的是内层厌氧菌形成的生物膜，厌氧菌对黏胶纤维的降解作用非常缓慢，利用效果不明显，需要大幅提高接触面积和纤维的投加量，生物膜的脱落会造成生物滤池滤料的堵塞，并且纤维也会影响滤料的过滤效率，因此对反硝化生物滤池并不适用。另外湿纺不仅需要种类繁多、体积庞大的原液制备和纺前准备设备，而且还要有凝固浴、循环及回收设备，其工艺流程复杂、厂房建筑和设备投资费用大、纺丝速度低，因此成本较高。综述所述，现有缓释碳源存在以下缺陷：1)缓释速率不可控；2)缓释的碳链过长，不可直接利用，利用速率低，效果不好；3)缓释过程中，会同时释放氮和磷等污染物，造成二次污染；4)较大的纤维素结构，易堵塞滤料滤孔；5)制备工艺复杂，成本高，等等。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的第一个目的在于提供一种能直接投放的可完全生物降解的缓释固体碳源，其具有原料来源广、用途广、易于制作、制作成本低、环保无污染等优点，且能在较短的时间内稳定地释放碳源。本专利技术的第二个目的在于提供上述缓释固体碳源的制备方法，该方法具有简单，流程短，生产速率快，产量高，制作成本低，易于实现，成本低的优点。本专利技术的第三个目的在于提供上述缓释固体碳源在污水处理中的应用，其可大大降低污水中的出水COD(mg/L)和出水TN(mg/L)。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种能直接投放的可完全生物降解的缓释固体碳源，所述缓释固体碳源由可生物降解材料包覆可生物降解固体碳源而制成，其中，所述可生物降解材料包括用于直接包覆所述可生物降解固体碳源的棉网和进一步覆盖在所述棉网上的可生物降解无纺布；所述可生物降解固体碳源占所述缓释固体碳源总重量的90％以上；所述可生物降解固体碳源包括60-80重量份的碳源基质和10-20重量份的粘结剂；所述碳源基质由10～30wt％短链碳源、40～60wt％纤维素材料、10～30wt％人造可降解纳米纤维纺丝、0.001-0.5wt％微生物益生因子硫酸盐和0.001-0.01wt％维生素复合而成。进一步，所述短链碳源选自BioC-1M碳源、乙酸钠和葡萄糖中一种或多种；所述纤维素材料选自木屑、稻壳屑、纸张屑、麦秆屑和淀粉中的一种或多种；制作所述人造可降解纳米纤维纺丝的材料选自聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚丙烯、脂肪族共聚酯、芳香族共聚酯(PET)、聚乙烯醇(PVA)中的一种或多种，其中，脂肪族共聚酯选自聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚羟基烷酸酯(PHA)、聚-β-羟基丁酸酯(PHB)中的一种或多种；芳香族共聚酯可以为聚对苯二甲酸酯(PET)，例如聚对苯二甲酸丙二醇酯(PPT)或聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)；所述粘结剂选自工业明胶、天然橡胶、淀粉、糊精、羧甲基纤维素钠中的一种或多种；所述维生素为维生素B1/或维生素B12，所述硫酸盐为硫酸镁和/或硫酸钾。进一步，所述可生物降解无纺布为聚乳酸无纺布、聚丙烯树脂无纺布、聚酯无纺布等。进一步，所述缓释固体碳源外部还包覆镂空状填料外壳，所述填料外壳采用塑料、金属或陶瓷材料制成。进一步，所述缓释固体碳源由所述可生物降解材料和所述可生物降解固体碳源构造成整体为单层或多层的结构。制作完成的缓释固体碳源本体的直径在1-3厘米。本专利技术提供的一种能直接投放的可完全生物降解的缓释固体碳源的制备方法，包括以下步骤：制备碳源基质：按配比将短链碳源、纤维素材料、人造可降解纳米纤维纺丝混合，得到碳源基质；棉网包覆：使用棉网包覆碳源基质；覆盖无纺布：将无纺布覆盖在棉网背离碳源基质的一侧，得到单层结构的缓释固体碳源本体。或者，本专利技术提供的制备方法，包括以下步骤：(1)制备原料：按配比将短链碳源、天然纤维素材料、人造可降解纳米纤维纺丝混合，得到碳源基质；依据待制备的碳源的形状和构造，将棉网和无纺布裁成所需要的片材的个数和大小，并按棉网的个数将制备的碳源基质分成若干份；(2)使用一棉网完全包覆其中一份碳源基质；(3)在棉网的表面均匀覆盖另一份碳源基质，得到碳源半成品本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能直接投放的可完全生物降解的缓释固体碳源，其特征在于，所述缓释固体碳源由可生物降解材料包覆可生物降解固体碳源而制成，其中，所述可生物降解材料包括用于直接包覆所述可生物降解固体碳源的棉网和进一步覆盖在所述棉网上的可生物降解无纺布；所述可生物降解固体碳源占所述缓释固体碳源总重量的90％以上；所述可生物降解固体碳源包括60‑80重量份的碳源基质和10‑20重量份的粘结剂；所述碳源基质由10～30wt％短链碳源、40～60wt％纤维素材料、10～30wt％人造可降解纳米纤维纺丝、0.001‑0.5wt％微生物益生因子硫酸盐和0.001‑0.01wt％维生素复合而成。

【技术特征摘要】
1.一种能直接投放的可完全生物降解的缓释固体碳源，其特征在于，所述缓释固体碳源由可生物降解材料包覆可生物降解固体碳源而制成，其中，所述可生物降解材料包括用于直接包覆所述可生物降解固体碳源的棉网和进一步覆盖在所述棉网上的可生物降解无纺布；所述可生物降解固体碳源占所述缓释固体碳源总重量的90％以上；所述可生物降解固体碳源包括60-80重量份的碳源基质和10-20重量份的粘结剂；所述碳源基质由10～30wt％短链碳源、40～60wt％纤维素材料、10～30wt％人造可降解纳米纤维纺丝、0.001-0.5wt％微生物益生因子硫酸盐和0.001-0.01wt％维生素复合而成。2.根据权利要求1所述的缓释固体碳源，其特征在于，所述短链碳源选自BioC-1M碳源、乙酸钠和葡萄糖中一种或多种；所述纤维素材料选自木屑、稻壳屑、纸张屑、麦秆屑和淀粉中的一种或多种；制作所述人造可降解纳米纤维纺丝的材料选自聚乳酸、聚己内酯、聚丙烯、脂肪族共聚酯、芳香族共聚酯、聚乙烯醇中的一种或多种；所述维生素为维生素B1和/或维生素B12，所述硫酸盐为硫酸镁和/或硫酸钾；所述粘结剂选自工业明胶、天然橡胶、淀粉、糊精、羧甲基纤维素钠中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的缓释固体碳源，其特征在于，所述可生物降解无纺布为聚乳酸无纺布、聚丙烯树脂无纺布、聚酯无纺布等。4.根据权利要求1所述的缓释固体碳源，其特征在于，所述缓释固体碳源外部还包覆镂空状填料外壳，所述填料外壳采用塑料、金属或陶瓷材料制成。5.根据权利要求1所述的缓释固体碳源，其特征在于，所述缓释固体碳源由所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张阳阳，汪翠萍，郑淑文，潘建通，陈凯华，迟金宝，
申请(专利权)人：北京博泰至淳生物科技有限公司，北京博汇特环保科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11