【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于污水处理，尤其涉及一种环境感知复合缓释碳源及其制备方法与应用。
技术介绍
1、
2、水产养殖尾水中的主要污染物为氮、磷等。磷由于其沉积性循环的特性，可通过沉淀、过滤等式有效去除。氮则主要通过生物脱氮形式(反硝化、厌氧氨氧化等)去除，其中反硝化作用占主导地位。反硝化微生物多为异养菌，碳源能维持其生长，并为脱氮作用的顺利进行提供电子供体。养殖尾水中充足的碳源是保障脱氮作用顺利进行的关键。由于养殖生物的生长需求，作为养殖尾水富营养物主要来源的饲料c/n普遍较低，导致养殖尾水碳源普遍不足(生物絮团养殖模式除外)。碳源不足，这对生物脱氮提出了不小的挑战，也是养殖尾水治理中亟待解决的问题。
3、目前，对于低碳源污水脱氮问题多通过外加碳源的形式解决。但现有技术中，液体碳源存在持续时间短、添加量难以控制以及存在二次污染风险等问题，其应用受到限制，进而，以农业废弃物和可生物降解聚合物为主的固体碳源逐渐应用于污水处理中。玉米芯等农业废弃物来源广、成本低、释碳量高，但仍存在长期释碳和脱氮效果不稳定的问题，甚至造成出水污染。可生物降解聚合物类固体碳源(如聚羟基丁酸、聚乙烯醇、聚已内酯等)有着结构稳定组分单一，生物可降解无二次污染，释碳稳定长效等优点，但其不易获取，价格较高，此外其孔隙率低，不易挂膜。结合农业废弃物和可降解聚合物上述特点，将二者混合制成释碳稳定长效、价格成本较低、生物利用度良好的新型固体缓释碳源，已成为污水脱氮的研究热点，并已应用于城市生活污水、工业废水等处理中，但在水产养殖尾水治理中少见报道。>
4、鉴于水产养殖尾水污染物组成及浓度与城市生活污水、工业废水的差异，其净化微生物可能存在显著不同，已有的用于城市污水和工业废水净化的固体缓释碳源不一定适用于水产养殖尾水处理。因此有必要在农业废弃物和可降解聚合物基础上，开发适用于水产养殖尾水治理的固体缓释碳源。此外，受养殖动物生长特性影响，养殖尾水富营养物含量与水温等环境因子息息相关。一般而言，高温时鱼类生长较快，此时饲料投喂量较大，尾水中富营养物含量也较高。然而，目前已见报道的新型固体缓释碳源，均无法随水环境变化而调节碳释放。
5、因此，如何筛选适宜养殖尾水治理的农业废弃物和可生物降解聚合物，并结合感知材料，研发适于水产养殖尾水治理的环境感知缓释碳源，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种适用于水产养殖尾水治理的环境感知复合缓释碳源及其制备方法与应用。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
3、一种环境感知复合缓释碳源的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)将生物降解聚合物和农业废弃物加入至交联骨架溶液中，混合均匀后滴加至cacl2的饱和硼酸溶液中进行一次交联，然后将所得一次交联颗粒转移至硼酸溶液中进行二次交联，得到复合缓释碳源；
5、(2)将感知材料与所述复合缓释碳源混合均匀后，加入至壳聚糖-氯化钙溶液进行包覆，再经润洗和冷冻干燥，即得所述环境感知复合缓释碳源。
6、有益效果：反硝化是污染水体脱氮的主要途径，反硝化微生物多为异养菌，需碳源维持生长和反硝化功能。农业废弃物类碳源成本低、释碳速度快、释碳量高，但存在释碳和脱氮效果不稳定的问题；可生物降解聚合物类碳源释碳稳定长效，但价格较高，而本专利技术通过将二者混合，最终制得释碳稳定、价格成本较低、生物利用度良好的复合缓释碳源。
7、优选的，所述生物降解聚合物、农业废弃物与交联骨架溶液的质量比为(9.6-38.4)：(38.4-9.6)：327。
8、有益效果：本专利技术中的生物降解聚合物具有无二次污染，释碳稳定长效等优点，但其不易获取，价格较高，此外其孔隙率低，不易挂膜释碳稳定；农业废弃物类碳源成本低、释碳速度快、释碳量高，但存在释碳和脱氮效果不稳定的问题。
9、优选的，所述交联骨架溶液为聚乙烯醇(pva)和海藻酸钠(sa)的混合水溶液，其中，所述聚乙烯醇、海藻酸钠和水的添加量之比为24g：3g：300ml。
10、有益效果：在上述条件下，所形成的凝胶回弹能力较强，拉伸强度增加幅度最大，且强度最强，机械性能最佳。
11、优选的，所述生物降解聚合物为聚-β-羟基脂肪酸酯或聚己内酯。
12、有益效果：在现有的生物降解聚合物中，以聚-β-羟基脂肪酸酯或聚己内酯为碳源时，反硝化性能最佳，相比丁二醇琥珀酸酯和聚-β-羟基丁酸等碳源，分别提高6.87％～9.07％和5.40％～7.60％。
13、优选的，步骤(1)中所述一次交联的时间为12h；
14、所述cacl2的饱和硼酸溶液的质量分数为5％；
15、所述二次交联的时间为12h；
16、所述硼酸溶液浓度为3％。
17、有益效果：本专利技术采用上述二次交联工艺后，所形成的碳源强度和机械性能增强。
18、优选的，步骤(2)中所述感知材料与复合缓释碳源的质量比为1：(20-25)。
19、有益效果：在上述原料配比下，制得的环境感知缓释碳源反硝化性能最强。此时48h脱氮率达69.99％～73.68％，72h脱氮效率达91.15～95.89％。
20、优选的，所述农业废弃物包括玉米皮或水稻秸秆。
21、有益效果：在各种农业废弃物中，玉米皮和水稻秸秆释碳速度较快，氮磷等富营养物二次释放较少，反硝化速度快。
22、优选的，步骤(2)中所述感知材料为聚n-乙烯基己内酰胺。
23、所述壳聚糖-氯化钙溶液中，壳聚糖的质量浓度为0.5％，氯化钙的质量浓度为2.0％。
24、有益效果：本专利技术中的聚n-乙烯基己内酰胺可随温度升高而发生形变，使得包被的复合缓释碳源的释放可控、可调；同时，聚n-乙烯基己内酰胺在不同ph条件下在水中溶解度不同，也使得复合缓释碳源的释放可控、可调。
25、一种环境感知复合缓释碳源的制备方法制备得到的环境感知复合缓释碳源。
26、有益效果：该工艺制得的环境感知复合缓释碳源，强度和机械性能增强，使用寿命长，可在池塘、湖泊、河流等多种环境应用。由于外包感知材料，可随温度、ph等环境条件动态释放碳源，进而调节释碳量，调控反硝化速度。
27、一种环境感知复合缓释碳源在水产养殖尾水治理中的应用。
28、本专利技术公开了一种环境感知复合缓释碳源及其制备方法与应用。本专利技术通过将生物降解聚合物和农业废弃物混合，最终制得释碳稳定、价格成本较低、生物利用度良好的复合缓释碳源，再利用感知材料使得复合缓释碳源具有环境敏感性能，使得复合缓释碳源的释放可控、可调，在提高了池塘养殖废水的脱氮效率的同时，还延长了产品的使用寿命。此外，本专利技术提供的制备方法简单易操作，便于进行推广使用。
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1.一种环境感知复合缓释碳源的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种环境感知复合缓释碳源的制备方法，其特征在于，所述生物降解聚合物、交联骨架溶液与农业废弃物的质量比为(9.6-38.4)：(38.4-9.6)：327。
3.根据权利要求2所述的一种环境感知复合缓释碳源的制备方法，其特征在于，所述交联骨架溶液为聚乙烯醇和海藻酸钠的混合水溶液，其中，所述聚乙烯醇、海藻酸钠和水的添加量之比为24g：3g：300ml。
4.根据权利要求2所述的一种环境感知复合缓释碳源的制备方法，其特征在于，所述生物降解聚合物为聚-β-羟基脂肪酸酯或聚己内酯。
5.根据权利要求2所述的一种环境感知复合缓释碳源的制备方法，其特征在于，所述农业废弃物包括玉米皮或水稻秸秆。
6.根据权利要求1所述的一种环境感知复合缓释碳源的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述一次交联的时间为12h；
7.根据权利要求1所述的一种环境感知复合缓释碳源的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述感知材料与复合缓释碳源的质量比为1：(2
8.根据权利要求7所述的一种环境感知复合缓释碳源的制备方法，其特征在于，所述感知材料为聚N-乙烯基己内酰胺。
9.如权利要求1-8任一项所述的一种环境感知复合缓释碳源的制备方法制备得到的环境感知复合缓释碳源。
10.如权利要求9所述的一种环境感知复合缓释碳源在水产养殖尾水治理中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种环境感知复合缓释碳源的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种环境感知复合缓释碳源的制备方法，其特征在于，所述生物降解聚合物、交联骨架溶液与农业废弃物的质量比为(9.6-38.4)：(38.4-9.6)：327。
3.根据权利要求2所述的一种环境感知复合缓释碳源的制备方法，其特征在于，所述交联骨架溶液为聚乙烯醇和海藻酸钠的混合水溶液，其中，所述聚乙烯醇、海藻酸钠和水的添加量之比为24g：3g：300ml。
4.根据权利要求2所述的一种环境感知复合缓释碳源的制备方法，其特征在于，所述生物降解聚合物为聚-β-羟基脂肪酸酯或聚己内酯。
5.根据权利要求2所述的一种环境感知复合缓释碳源...
【专利技术属性】
技术研发人员：张凯，董皓珺，王广军，潘哲，谢骏，龚望宝，李志斐，夏耘，田晶晶，李红燕，谢文平，
申请(专利权)人：中国水产科学研究院珠江水产研究所，
类型：发明
国别省市：
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