一种污水处理用的复合碳源、制备方法及应用与流程

1.本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种污水处理用的复合碳源、一种污水处理用的复合碳源的制备方法及污水用的复合碳源在污水处理中的应用。


背景技术：

2.近年来，随着水资源的减少，以及越来越多的行业需要大量用水，水体富营养化成为严重的环境问题。在众多市政污水处理工艺中，生物法硝化反硝化工艺因其廉价高效的特点被广泛应用于污水脱氮处理。传统的生物脱氮工艺主要分为硝化过程和反硝化过程，其中，反硝化过程指异养反硝化细菌以有机碳源为电子供体，在缺氧环境下将硝化过程中产生的亚硝酸氮和硝酸氮还原成气态氮的过程。有机碳源是反硝化过程中的重要物质，其种类及c/n比影响着反硝化的效果。只有保证水体中有充足的碳源才能让反硝化过程顺利进行,一般要求bod/tkn》4。在碳源不足导致污水处理厂的出水水质很难达到城镇污水处理厂污染物排放“一级a”标准，现多采用向低碳氮比污水中投入外加碳源以保证反硝化脱氮，而不同碳源对反硝化的影响不同，寻求高效、廉价且环境友好型的外加碳源成为现在急需解决的问题。
3.复合碳源是污水生化系统启动调试或缩短恢复时间的碳源产品，复合碳源可以作为市政、工业污水处理厂的碳源产品使用，提升污泥活性，同时可作为提高嗜氮细菌和嗜磷细菌效率的碳源产品，降低废水中的氮、磷含量，确保系统脱氮除磷效果达标。
4.但是，现有的碳源仍然存在问题：现有污水处理中，碳源选择主要使用葡萄糖，投加量大，不仅会增加系统的运行成本，还可能造成cod超标。因此，开发一种脱氮效果显著、污水处理效率高、使用简单且性价比高的复合碳源，是本领域亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种污水处理用的复合碳源。该复合碳源能够稳定、有效地释放碳源，改善嗜氮磷污泥的生长环境，能够提高污泥活性、降低废水中的氮、磷含量、提高污水处理效率、制备方法简单、使用便利。
6.本发明一方面提供了一种污水处理用的复合碳源，按重量份数计，所述复合碳源由3～20份的乙酸钠、5～15份的甲酸钾、2～10份的糊化淀粉、1～5份的糖类化合物、1～5份的无机盐、0.3～0.5份的天然纤维素提取物、0.01～0.5份的生物酶、以及20～45份的水组成。
7.本发明另一方面提供了一种污水处理用的复合碳源的制备方法，所述制备方法包括：
8.s1、将称量好的水加入反应釜；
9.s2、将称量好的乙酸钠、甲酸钾、糊化淀粉、糖类化合物加入步骤s1的水中，在恒温条件下搅拌均匀；
10.s3、将称量好的无机盐、天然纤维素提取物加入步骤s2的混合液中，恒温条件下搅
拌均匀；
11.s4、将生物酶加入到步骤s3中的混合液中，恒温条件下搅拌均匀，即得到复合碳源。
12.本发明又一方面提供了一种如上述的污水处理用的复合碳源，和/或如上述的污水处理用的复合碳源的制备方法制得的复合碳源在污水处理中的应用。
13.本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：
14.1、本技术中的天然纤维素提取物无生物毒性、具有较大的比表面积，反硝化过程中，一方面不仅可以作为外加碳源，在纤维素与水发生反应时氧桥断裂，同时水分子加入，纤维素由长链分子变成短链分子，直至氧桥全部断裂，变成葡萄糖，另一方面还可以作为生物膜的载体，使反硝化高效进行；
15.2、本技术提供的用于水处理的复合碳源通过几种组分的复配协同，能够稳定、长效地释放碳源，脱氮效率高，使用寿命长，能够显著降低水体的总氮量并提高污水处理效率，而且避免了大量的污泥产出，使用便捷，可直接投放在污水处理设备中使用；
16.3、本技术复合碳源的制备方法简单、环保，原料易于获取，具有广阔的大规模应用前景；
17.4、本技术的制备方法采用批量化原材料、工业化设备，通用化强，易于规模化生产，具有很好的工业化应用前景。
附图说明
18.图1示出了本发明一种污水处理用的复合碳源的制备流程图。
具体实施方式
19.为了更清楚的阐释本发明的整体构思，下面以示例的方式进行详细说明。
20.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
21.另外，在发明的描述中，需要理解的是，术语“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
22.在发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
23.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个
实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
24.在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的污水处理用的复合碳源及制备方法。图1示出了本发明一种污水处理用的复合碳源的制备流程图。
25.如图1所示，在本发明的一个示例性实施例中，污水处理用的复合碳源的制备方法可通过以下步骤来实现：
26.s1、将称量好的水加入反应釜。
27.具体的，按重量份数计，水的重量份数为20～45份。
28.s2、将称量好的乙酸钠、甲酸钾、糊化淀粉、糖类化合物加入步骤s1的水中，在恒温条件下搅拌均匀。
29.具体来讲，按重量份数计，乙酸钠的重量份数为3～20份、甲酸钾的重量份数为5～15份、糊化淀粉的重量份数为2～10份的、糖类化合物的重量份数为1～5份。
30.其中，糊化淀粉制备方法为：将淀粉与水按1:3～5质量比例均匀混合，然后再添加淀粉质量0.1％～0.3％的异丙醇，加热至90℃～100℃，以1000～1200r/min转速搅拌2～4h，然后进行旋转蒸发干燥，即得到糊化淀粉。淀粉为玉米淀粉、红薯淀粉、马铃薯淀粉和栗子淀粉中的任意一种，然而本发明不限于此。
31.糖类化合物为如葡萄糖、蔗糖、果糖、半乳糖和麦芽糖中的任意一种或多种，然而本发明不限于此。搅拌温度为30～60℃，反应釜中的体系ph为7.0～7.5。
32.s3、将称量好的无机盐、天然纤维素提取物加入步骤s2的混合液中，恒温条件下搅拌均匀。
33.具体来讲，按重量份数计，无机盐为1～5份、天然纤维素提取物为0.3～0.5份。无机盐为氯化钙、氯化钠、氯化钾、氯化镁、硫酸镁中的任意一种或几种，然而，本发明不限于此。
34.天然纤维素的制备方法为：玉米芯粉碎后在浓度为3％的氢氧化钠溶液中浸泡24h得到混合液，随后，混合液在100℃条件下煮沸80min后，待溶液冷却至70～80℃时，加入浓度为4％的双氧水溶液，继续加热1h，保持温度在70～80℃，之后过滤，用水充分洗涤滤渣至中性，干燥后即得到天然纤维素提取物。
35.搅拌温度为30～60℃，反应釜中的体系ph为7.0～7.5。
36.s4、将生物酶加入到步骤s3中的混合液中，恒温条件下搅拌均匀，即得到复合碳源。
37.具体来讲，按重量份数计，生物酶的重量份数为0.01～0.5份。生物酶为是果胶裂解酶、聚半乳糖醛酸酶、果胶酸盐裂解酶和果胶酯酶中的任意一种或多种，然而本发明不限于此。其中，搅拌温度为30～60℃，反应釜中的体系ph为7.0～7.5。
38.实施例1
39.本实施例制备了一种污水处理用的复合碳源，使用以下方法制备：
40.s1、将玉米淀粉与水按1:3质量比例均匀混合，然后再添加玉米淀粉质量0.3％的异丙醇，加热至90℃，以1000r/min转速搅拌2h，然后进行旋转蒸发干燥，即得到糊化淀粉。
41.s2、将20g水、3g乙酸钠、5g甲酸钾、2g糊化淀粉、1g葡萄糖加入步骤s1的水中，在温
度40℃、ph7.0的条件下搅拌均匀。
42.s3、将1g氯化钙、0.3g天然纤维素提取物加入步骤s2的混合液中，在温度30℃、ph7.0的条件下搅拌均匀。
43.s4、将0.02g果胶裂解酶加入到步骤s3中的混合液中，在温度30℃、ph7.0的条件下搅拌均匀，即得到复合碳源1#。
44.实施例2
45.本实施例制备了另一种污水处理用的复合碳源，使用以下方法制备：
46.s1、将红薯淀粉与水按1:4质量比例均匀混合，然后再添加红薯淀粉质量0.2％的异丙醇，加热至95℃，以1100r/min转速搅拌3h，然后进行旋转蒸发干燥，即得到糊化淀粉。
47.s2、将30g水、10g乙酸钠、8g甲酸钾、4g糊化淀粉、3g蔗糖加入步骤s1的水中，在温度50℃、ph7.3的条件下搅拌均匀。
48.s3、将3g氯化钠、0.35g天然纤维素提取物加入步骤s2的混合液中，在温度40℃、ph7.3的条件下搅拌均匀。
49.s4、将0.3g聚半乳糖醛酸酶加入到步骤s3中的混合液中，在温度40℃、ph7.3的条件下搅拌均匀，即得到复合碳源2#。
50.实施例3
51.本实施例制备了另一种污水处理用的复合碳源，使用以下方法制备：
52.s1、将马铃薯淀粉与水按1:5质量比例均匀混合，然后再添加马铃薯淀粉质量0.3％的异丙醇，加热至100℃，以1200r/min转速搅拌4h，然后进行旋转蒸发干燥，即得到糊化淀粉。
53.s2、将45g水、20g乙酸钠、15g甲酸钾、10g糊化淀粉、5g果糖加入步骤s1的水中，在温度40℃、ph7.0的条件下搅拌均匀。
54.s3、将3g氯化钾、2g硫酸镁、0.5g天然纤维素提取物加入步骤s2的混合液中，在温度60℃、ph7.5的条件下搅拌均匀。
55.s4、将0.1g果胶酸盐裂解酶、0.05g果胶裂解酶加入到步骤s3中的混合液中，在温度60℃、ph7.5的条件下搅拌均匀，即得到复合碳源3#。
56.实施例4
57.本实施例制备了又一种污水处理用的复合碳源，使用以下方法制备：
58.s1、将栗子淀粉与水按1:3.5质量比例均匀混合，然后再添加栗子淀粉质量0.25％的异丙醇，加热至93℃，以1050r/min转速搅拌2.5h，然后进行旋转蒸发干燥，即得到糊化淀粉。
59.s2、将35g水、12g乙酸钠、10g甲酸钾、6g糊化淀粉、3g麦芽糖加入步骤s1的水中，在温度45℃、ph7.2的条件下搅拌均匀。
60.s3、将3.5g氯化镁、0.4g天然纤维素提取物加入步骤s2的混合液中，在温度45℃、ph7.2的条件下搅拌均匀。
61.s4、将0.05g果胶酯酶加入到步骤s3中的混合液中，在温度45℃、ph7.2的条件下搅拌均匀，即得到复合碳源4#。
62.对比例1
63.本对比例制备了一种污水处理用的复合碳源，使用以下方法制备：
64.s1、将栗子淀粉与水按1:3.5质量比例均匀混合，然后再添加栗子淀粉质量0.25％的异丙醇，加热至93℃，以1050r/min转速搅拌2.5h，然后进行旋转蒸发干燥，即得到糊化淀粉。
65.s2、将35g水、12g乙酸钠、10g甲酸钾、6g糊化淀粉、3g麦芽糖加入步骤s1的水中，在温度45℃、ph7.2的条件下搅拌均匀。
66.s3、将3.5g氯化镁加入步骤s2的混合液中，在温度45℃、ph7.2的条件下搅拌均匀。
67.s4、将0.05g果胶酯酶加入到步骤s3中的混合液中，在温度45℃、ph7.2的条件下搅拌均匀，即得到对比复合碳源1#。
68.对比例2
69.本对比例制备了另一种污水处理用的复合碳源，使用以下方法制备：
70.s1、将35g水、12g乙酸钠、10g甲酸钾、6g栗子淀粉、3g麦芽糖加入步骤s1的水中，在温度45℃、ph7.2的条件下搅拌均匀。
71.s2、将3.5g氯化镁、0.4g天然纤维素提取物加入步骤s2的混合液中，在温度45℃、ph7.2的条件下搅拌均匀。
72.s3、将0.05g果胶酯酶加入到步骤s3中的混合液中，在温度45℃、ph7.2的条件下搅拌均匀，即得到对比复合碳源2#。
73.对比例3
74.本对比例制备了又一种污水处理用的复合碳源，使用以下方法制备：
75.s1、将栗子淀粉与水按1:3.5质量比例均匀混合，然后再添加栗子淀粉质量0.25％的异丙醇，加热至93℃，以1050r/min转速搅拌2.5h，然后进行旋转蒸发干燥，即得到糊化淀粉。
76.s2、将35g水、12g乙酸钠、10g甲酸钾、6g糊化淀粉、3g麦芽糖加入步骤s1的水中，在温度45℃、ph7.2的条件下搅拌均匀。
77.s3、将3.5g氯化镁、0.4g天然纤维素提取物加入步骤s2的混合液中，在温度45℃、ph7.2的条件下搅拌均匀，即得到对比复合碳源3#。
78.将本发明实施例1～4和对比例1～3提供的复合碳源用于城市污水、工业废水的处理。在废水处理时根据复合碳源的药剂性质和水体污染程度将原液稀释到相应浓度后投加，对于污染严重的废水可选择原药直接投加的方式。投加剂量主要由水体污染程度、投加点和小试情况决定，通常为每升废水投加100～500mg复合碳源，废水污染程度以总氮指标来衡量。
79.污水脱氮性能测试方法如下：
80.待处理的污水首先进入沉淀池，在混凝剂的作用下将其中的胶体和细微悬浮物凝聚形成絮凝体，分离去除絮凝体后进入曝气生物滤池进行碳化及硝化反应；曝气生物滤池出水后再进入反硝化滤池，在复合碳源的辅助下进行反硝化反应，去除水中的总氮；从反硝化滤池出水后再依次进入砂滤池、催化氧化池，最终得到净化后的水。以每升污水投加300mg复合碳源的比例将实施例1～4和对比例1～3提供的复合碳源分别加入反硝化滤池中，处理完成后取净化后的水测试总磷含量、化学需氧量cod、总氮含量和氨氮含量。
81.测定标准：化学需氧量cod：按照hj/t 828-2017标准规定的重铬酸盐法测定水质的化学需氧量cod；总氮含量：按照hj/t 199-2005标准规定的气相分子吸收光谱法测定水
质的总氮含量；氨氮含量：按照hj/t 665-2013标准规定的连续流动-水杨酸分光光度法测定水质的氨氮含量；总磷含量：按照钼酸铵分光光度法gb 11893-89测定水质的总磷含量。测试结果如表1所示。
82.表1测试结果
[0083][0084]
由表1可知，本发明实施例1～4制备得到的复合碳源用于污水处理，脱氮效率高，可将污水的总氮含量从38mg/l以上降低到10.10mg/l以下，甚至低至8.05mg/l，总氮脱除率达到79％。污水的氨氮总量从8.61mg/l降低至1.84～2.16mg/l，氨氮脱除率达到74.9％以上，脱氮效果好。污水的总磷含量从2.39mg/l降低至0.23～0.31mg/l，总磷脱除率达到87％以上。经本发明实施例1～4提供的复合碳源还处理后的水质cod为31.41～36.63mg/l，完全符合净化后的水质要求。
[0085]
对比例1～3提供的复合碳源中，缺少天然纤维素提取物、生物酶、糊化淀粉中的至少一种组分，导致其脱氮效率明显降低，总氮脱除率低于67％，而且处理后的水质cod均高于50mg/l，未达到理想的净化水质要求。
[0086]
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

技术特征：
1.一种污水处理用的复合碳源，其特征在于，按重量份数计，所述复合碳源由3～20份的乙酸钠、5～15份的甲酸钾、2～10份的糊化淀粉、1～5份的糖类化合物、1～5份的无机盐、0.3～0.5份的天然纤维素提取物、0.01～0.5份的生物酶、以及20～45份的水组成。2.根据权利要求1所述的复合碳源，其特征在于，所述糊化淀粉制备方法为：将淀粉与水按1:3～5质量比例均匀混合，然后再添加淀粉质量0.1％～0.3％的异丙醇，加热至90℃～100℃，以1000～1200r/min转速搅拌2～4h，然后进行旋转蒸发干燥，即得到糊化淀粉。3.根据权利要求2所述的复合碳源，其特征在于，所述淀粉为玉米淀粉、红薯淀粉、马铃薯淀粉和栗子淀粉中的任意一种。4.根据权利要求1所述的复合碳源，其特征在于，所述糖类化合物为葡萄糖、蔗糖、果糖、半乳糖和麦芽糖中的任意一种或多种。5.根据权利要求1所述的复合碳源，其特征在于，所述无机盐为氯化钙、氯化钠、氯化钾、氯化镁、硫酸镁中的任意一种或多种。6.根据权利要求1所述的复合碳源，其特征在于，所述天然纤维素的制备方法为：玉米芯粉碎后在浓度为3％的氢氧化钠溶液中浸泡24h得到混合液，随后，混合液在100℃条件下煮沸80min后，待溶液温度冷却至70～80℃时，加入浓度为4％的双氧水溶液，继续加热1h，保持温度在70～80℃，之后过滤，用水充分洗涤滤渣至中性，干燥后即得到天然纤维素提取物。7.根据权利要求1所述的复合碳源，其特征在于，所述生物酶为是果胶裂解酶、聚半乳糖醛酸酶、果胶酸盐裂解酶和果胶酯酶中的任意一种或多种。8.一种如权利要求1～7任意一项所述的污水处理用的复合碳源的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：s1、将称量好的水加入反应釜；s2、将称量好的乙酸钠、甲酸钾、糊化淀粉、糖类化合物加入步骤s1的水中，在恒温条件下搅拌均匀；s3、将称量好的无机盐、天然纤维素提取物加入步骤s2的混合液中，恒温条件下搅拌均匀；s4、将生物酶加入到步骤s3中的混合液中，恒温条件下搅拌均匀，即得到复合碳源。9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述恒温条件下的温度为30～60℃，所述反应釜中的体系ph为7.0～7.5。10.一种如权利要求1～7中任意一项所述的复合碳源，和/或如权利要求8～9中任意一项所述的污水处理用的复合碳源的制备方法制得的复合碳源在污水处理中的应用。

技术总结
本发明公开了一种污水处理用的复合碳源、制备方法及应用，属于污水处理技术领域。按重量份数计，所述复合碳源由3～20份的乙酸钠、5～15份的甲酸钾、2～10份的糊化淀粉、1～5份的糖类化合物、1～5份的无机盐、0.3～0.5份的天然纤维素提取物、0.01～0.5份的生物酶、以及20～45份的水组成。本申请的复合碳源能够稳定、有效地释放碳源，改善嗜氮磷污泥的生长环境，能够提高嗜氮磷污泥的活性、降低废水中的氮、磷含量、提高污水处理效率、制备方法简单、使用便利。便利。便利。


技术研发人员：彭吉成
受保护的技术使用者：济南润泰生物科技有限公司
技术研发日：2023.03.24
技术公布日：2023/9/11