專利名稱：一種緩釋碳源材料的釋碳性能快速評價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水處理中緩釋碳源材料技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種緩釋碳源材料的釋碳性能快速評價(jià)方法。
背景技術(shù)：
由于大部分反硝化菌是異養(yǎng)菌，需要利用外界碳源才能生長代謝。而我國南方城市的污水處理廠以及受硝酸鹽污染的水體普遍存在碳源不足的問題，這往往成為制約生物脫氮效率的重要因素。取若要得理想的反硝化脫氮效果，需要外加碳源以補(bǔ)充反硝化脫氮電子供體。現(xiàn)有的外加碳源一般可以分為兩大類一是以葡萄糖、甲醇、乙醇、乙酸等液態(tài)有機(jī)物為主的傳統(tǒng)碳源；二是以一些低廉的固體有機(jī)物為主，包括含纖維素類物質(zhì)的天然植物及一些可生物降解聚合物等在內(nèi)的新型碳源。傳統(tǒng)碳源以低分子有機(jī)物類(如甲醇、 乙醇、乙酸)和糖類物質(zhì)(如葡萄糖、蔗糖)這些液體碳源為主，但這些碳源物質(zhì)運(yùn)行成本高，而且由于進(jìn)水水質(zhì)的波動，容易造成投加量的不足或過量，影響了出水水質(zhì)。針對這些問題，研究者又對優(yōu)化傳統(tǒng)碳源做了研究，如在脫氮工藝前增加水解酸化工藝，提高原水的可生化性和利用率。近年來許多研究者通過多種途徑尋找無毒、廉價(jià)的碳源來代替?zhèn)鹘y(tǒng)碳源，新型碳源主要以一些低廉的天然固體有機(jī)物為主，以及一些可生物降解多聚物，工業(yè)廢水和初沉污泥的水解產(chǎn)物等。而碳源的釋放不能得到有效控制、需要較長的水力停留時(shí)間、出水水質(zhì)受外界溫度影響大等，也是新型碳源存在的問題。緩釋碳源是固體碳源的一種，主要的思路是利用有機(jī)聚合物作為基材骨架載體，將碳源包裹其中使其緩慢釋放，達(dá)到穩(wěn)定供給的目的，同時(shí)骨架載體也能為微生物提供生長的場所，提高污染物的去除效果。在制備出緩釋碳源材料后，需要對其釋碳性能進(jìn)行評價(jià)，在評價(jià)時(shí)，只需要考察水中COD變化，從而確定緩釋碳源材料的最佳配方?！队糜诘叵滤簧锩摰木忈屘荚床牧闲阅苎芯俊?《環(huán)境科學(xué)》，第29卷第8期，2008年8月，作者王允、張旭、張大奕、李廣賀和周貴忠)，王允、張旭等以生物可降解高分子玉米淀粉為供碳原料、聚乙烯醇為載體制備了一種緩釋有機(jī)碳源材料，模擬地下水中缺氧環(huán)境，向密閉裝置中通入氮?dú)?，建立?COD與釋放時(shí)間的關(guān)系曲線，但取樣周期較長，超過300h，當(dāng)待評價(jià)的材料種類較多時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)快速評價(jià)釋碳性能，且操作較復(fù)雜。《新型反硝化固體碳源釋碳性能研究》(《環(huán)境科學(xué)》，第32卷第8期，2011年8月，作者邵留、徐祖信、王晟、金偉、尹海龍)，邵留、徐祖信等研究了玉米芯、稻殼、稻草、木屑4種天然物質(zhì)的釋碳規(guī)律，取樣時(shí)間為第0、1、2、4、8、12、24、36、48、60、72、96、120和168 h，周期較長而且取樣點(diǎn)過多，同樣不能實(shí)現(xiàn)快速評價(jià)釋碳性能，且操作較繁瑣。對于釋碳材料，目前并沒有一種統(tǒng)一的方法來評價(jià)其釋碳性能，評價(jià)實(shí)驗(yàn)的條件不同、取樣時(shí)間也不盡相同，這也導(dǎo)致無法對不同材料進(jìn)行統(tǒng)一的評價(jià)?，F(xiàn)有技術(shù)中的緩釋性能評價(jià)方法中，其取樣周期較長，不能實(shí)現(xiàn)快速評價(jià)釋碳性能，且操作較復(fù)雜
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的技術(shù)問題
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中釋碳性能評價(jià)方法不統(tǒng)一且所需時(shí)間較長，導(dǎo)致不能實(shí)現(xiàn)快速評價(jià)釋碳性能，且操作較復(fù)雜的不足，提供了一種緩釋碳源材料的釋碳性能快速評價(jià)方法，本發(fā)明基于釋碳材料釋碳過程滿足的二級動力學(xué)過程，通過考察溶液中COD隨時(shí)間的變化，得到二級動力學(xué)方程中的參數(shù)&與#值，進(jìn)而能夠快速對緩釋碳源材料的釋碳性能進(jìn)行評價(jià)，精確度較高，從而能優(yōu)化緩釋碳源材料的制備配方，可快速確定最優(yōu)配方。技術(shù)方案
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為
本發(fā)明的一種緩釋碳源材料的釋碳性能快速評價(jià)方法，其步驟為
(1)制備緩釋碳源材料，備用；
(2)量取純水并將純水加入到試驗(yàn)容器中；
(3)稱取步驟(I)中制備的緩釋碳源材料，投入到步驟(2)中裝有純水的試驗(yàn)容器中，并將試驗(yàn)容器密閉，搖動試驗(yàn)容器，使緩釋碳源材料均勻分散在純水中；
(4)在步驟(3)完成后的Ih和24h時(shí)，從試驗(yàn)各器中移取水樣；
(5)采用快速密閉催化消解法測定步驟(4)中移取水樣的C0D;
(6)根據(jù)緩釋碳源材料的釋碳過程二級動力學(xué)過程
I .e : I c,十 I —《AT/.1· K — c,v I，
其中:C為單位緩釋碳源材料在溶液中釋放的COD濃度，mg/(g · L)； cm為單位緩釋碳源材料在溶液中釋放的飽和COD濃度，mg/(g · L)；
K為傳質(zhì)系數(shù)，mg/ (h · L · g)；
t1/2是COD達(dá)飽和濃度一半時(shí)所用時(shí)間，h ；
t為時(shí)間，h ；
將步驟(5)中測定的Ih和24h時(shí)水樣的COD作為兩組c與 的值，建立Ι/c與l/ 的關(guān)系曲線，求解出&與I通過&與#值評價(jià)緩釋碳源材料的釋碳性能。優(yōu)選地，所述步驟(2)中，所加的純水體積為1L，試驗(yàn)容器為容量為IL的錐形瓶。優(yōu)選地，所述步驟(3)中，所加的緩釋碳源材料的質(zhì)量為10g。優(yōu)選地,所述步驟(6)中，繪制Ι/c與l/ 關(guān)系曲線的軟件為Origin。本發(fā)明的原理為
緩釋碳源材料的釋碳過程滿足二級動力學(xué)過程I r:l Ci - I其中C
為單位質(zhì)量材料在溶液中釋放的COD濃度，mg/ (g · L) -,Cm為單位質(zhì)量材料在溶液中釋放的飽和COD濃度，mg/ (g · L) 'K為傳質(zhì)系數(shù),反映釋放阻力，mg/ (h · L · g) -,t 1/2是COD達(dá)飽和濃度一半時(shí)所用時(shí)間，h ; 為時(shí)間，h。通過測定C0D，建立Ι/c與l/ 的關(guān)系經(jīng)擬合后可得到&與#值，比較Cm與#值可評價(jià)緩釋碳源材料的釋碳性能，^越大，材料最終釋放COD濃度越高，表明材料釋碳能力越大X越大，釋放越迅速，相反，#越小，釋放越緩慢。釋碳性能較好的釋碳材料應(yīng)當(dāng)有以下特點(diǎn)..Cm值較大，#值較小。有益效果
采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果(1)本發(fā)明的一種緩釋碳源材料的釋碳性能快速評價(jià)方法，測定混有緩釋碳源材料的水樣在Ih和24h時(shí)的COD，并通過Ih和24h的COD與時(shí)間關(guān)系的擬合，能快速得到待測定緩釋碳源材料的Cm與K，從而能快速對緩釋碳源材料的釋碳性能進(jìn)行評價(jià)，本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于能夠在24h后對釋碳性能進(jìn)行快速評價(jià)，周期短，測定緩釋碳源材料的釋碳性能所需時(shí)間和工作量都較少；
(2)本發(fā)明的一種緩釋碳源材料的釋碳性能快速評價(jià)方法，其測定精確度高，操作簡單，進(jìn)而方便對緩釋碳源材料的配方進(jìn)行優(yōu)化。


圖I為實(shí)施例I中4%、6%、8%、10%PVA的四種緩釋碳源材料的釋放COD與時(shí)間擬合
關(guān)系圖。
具體實(shí)施方式

為更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍不局限于實(shí)施例所闡述的范圍。實(shí)施例I
本實(shí)施例的一種緩釋碳源材料的釋碳性能快速評價(jià)方法，其具體步驟如下
(1)制備緩釋碳源材料，本實(shí)施例中緩釋碳源材料共四組。先配制四種混合溶液，其原料質(zhì)量濃度百分比分別為4%的聚乙烯醇(PVA)、5%的淀粉、O. 5%的海藻酸鈉，其余組分為水；6%的聚乙烯醇(PVA)、5%的淀粉、O. 5%的海藻酸鈉，其余組分為水；8%的聚乙烯醇(PVA)、5%的淀粉、O. 5%的海藻酸鈉，其余組分為水；10%的聚乙烯醇(PVA)、5%的淀粉、O. 5%的海藻酸鈉，其余組分為水。上述四種混合溶液分別滴加到含4%氯化鈣的飽和硼酸溶液中，制得四組緩釋碳源材料；
(2)量取IL純水并將純水加入到容量為IL的試驗(yàn)容器中，共四組；
(3)分別稱取步驟(I)中制備的緩釋碳源材料IOg四份，投入到步驟(2)中裝有純水的四個(gè)試驗(yàn)容器中，并將試驗(yàn)容器密閉，搖動試驗(yàn)容器，使緩釋碳源材料均勻分散在純水中；
(4)在步驟(3)完成后的Ih和24h時(shí)，從四個(gè)試驗(yàn)容器中移取水樣；
(5)采用快速密閉催化消解法測定步驟(4)中移取水樣的COD，Ih和24h時(shí)四種緩釋碳源材料的溶液中 COD濃度分別為 17. 33mg/L、66. 67 mg/L、42. 67 mg/L、32 mg/L和 373. 33mg/L、776 mg/L、772 mg/L、648 mg/L ；
(6)根據(jù)緩釋碳源材料的釋碳過程二級動力學(xué)過程，其公式如下
He =If cm+If(Mi%￡ = Cm /，
其中為單位緩釋碳源材料在溶液中釋放的COD濃度，mg/(g · L)； cm為單位緩釋碳源材料在溶液中釋放的飽和COD濃度，mg/(g · L)；
K為傳質(zhì)系數(shù)，mg/ (h · L · g)；
t1/2是COD達(dá)飽和濃度一半時(shí)所用時(shí)間，h ；
t為時(shí)間，h ；
將步驟(5)中測定的Ih和24h時(shí)水樣的COD作為兩組c與t的值，采用Origin軟件建立Ι/c與l/ 的關(guān)系曲線，如圖I所示，所得線的斜率倒數(shù)即為#值。具體操作時(shí)，可運(yùn)用Origin軟件中的分析(Analysis)菜單中的線性擬合(Linear Fit)功能,對數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，求解出G與A求得四種緩釋碳源材料的Cw值分別為349. 65 mg/(g · L)、144. 30 mg/(g · L) >300. 30 mg/ (g · L) >396. 83 mg/ (g · Y) , K 值分別為 I. 74 mg/ (h · L · g)、6· 99 mg/(h · L · g)、4. 33 mg/ (h · L · g)、3. 23 mg/ (h · L · g),由 Cw 與#值可評價(jià)緩釋碳源材料的釋碳性能，通過比較可知4%的聚乙烯醇(PVA)的緩釋碳源材料的K值最小，釋放最緩慢，同時(shí)Cw值較大,可認(rèn)為其有較好的釋碳性能。本發(fā)明通過考察溶液中COD隨時(shí)間的變化，從而能夠快速對緩釋碳源材料的釋碳 性能進(jìn)行評價(jià)，精確度較高，從而能優(yōu)化緩釋碳源材料的制備配方，確定最優(yōu)配方。
權(quán)利要求
1.ー種緩釋碳源材料的釋碳性能快速評價(jià)方法，其步驟為 (1)制備緩釋碳源材料，備用； (2)量取純水并將純水加入到試驗(yàn)容器中； (3)稱取步驟(I)中制備的緩釋碳源材料，投入到步驟(2)中裝有純水的試驗(yàn)容器中，并將試驗(yàn)容器密閉，搖動試驗(yàn)容器，使緩釋碳源材料均勻分散在純水中； (4)在步驟(3)完成后的Ih和24h時(shí)，從試驗(yàn)各器中移取水樣； (5)采用快速密閉催化消解法測定步驟(4)中移取水樣的COD； (6)根據(jù)緩釋碳源材料的釋碳過程ニ級動力學(xué)過程
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種緩釋碳源材料的釋碳性能快速評價(jià)方法，其特征在于所述步驟(2)中，所加的純水體積為1L，試驗(yàn)容器為容量為IL的錐形瓶。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種緩釋碳源材料的釋碳性能快速評價(jià)方法，其特征在于所述步驟(3)中，所加的緩釋碳源材料的質(zhì)量為10g。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種緩釋碳源材料的釋碳性能快速評價(jià)方法，其特征在于所述步驟(6)中，繪制Ι/c與l/ 關(guān)系曲線的軟件為Origin。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種緩釋碳源材料的釋碳性能快速評價(jià)方法，屬于水處理中緩釋碳源材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的步驟為制備緩釋碳源材料；量取純水并將純水加入到試驗(yàn)容器中；稱取緩釋碳源材料投入到裝有純水的試驗(yàn)容器中，并將試驗(yàn)容器密閉，搖動試驗(yàn)容器，使緩釋碳源材料均勻分散在純水中；1h和24h時(shí)，從試驗(yàn)容器中移取水樣；采用快速密閉催化消解法測定移取水樣的COD；根據(jù)緩釋碳源材料的釋碳過程二級動力學(xué)過程，建立1/c與1/t的關(guān)系曲線，求解出cm與K，通過cm與K值評價(jià)緩釋碳源材料的釋碳性能。本發(fā)明通過考察溶液中COD隨時(shí)間的變化，從而能夠快速對緩釋碳源材料的釋碳性能進(jìn)行評價(jià)，精確度較高，從而能優(yōu)化緩釋碳源材料的制備配方，確定最優(yōu)配方。
文檔編號G01N33/00GK102830204SQ20121036800
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者任洪強(qiáng), 閆續(xù), 耿金菊, 許柯, 申戰(zhàn)輝 申請人:南京大學(xué)