專利名稱：一種緩釋碳源材料的釋碳性能快速評價方法
技術領域：
本發明屬于水處理中緩釋碳源材料技術領域，更具體地說，涉及一種緩釋碳源材料的釋碳性能快速評價方法。
背景技術：
由于大部分反硝化菌是異養菌，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，需要外加碳源以補充反硝化脫氮電子供體。現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、乙酸等液態有機物為主的傳統碳源；二是以一些低廉的固體有機物為主，包括含纖維素類物質的天然植物及一些可生物降解聚合物等在內的新型碳源。傳統碳源以低分子有機物類(如甲醇、 乙醇、乙酸)和糖類物質(如葡萄糖、蔗糖)這些液體碳源為主，但這些碳源物質運行成本高，而且由于進水水質的波動，容易造成投加量的不足或過量，影響了出水水質。針對這些問題，研究者又對優化傳統碳源做了研究，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、廉價的碳源來代替傳統碳源，新型碳源主要以一些低廉的天然固體有機物為主，以及一些可生物降解多聚物，工業廢水和初沉污泥的水解產物等。而碳源的釋放不能得到有效控制、需要較長的水力停留時間、出水水質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，達到穩定供給的目的，同時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行評價，在評價時，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。《用于地下水原位生物脫氮的緩釋碳源材料性能研究》(《環境科學》，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碳源材料，模擬地下水中缺氧環境，向密閉裝置中通入氮氣，建立了 COD與釋放時間的關系曲線，但取樣周期較長，超過300h，當待評價的材料種類較多時，不能實現快速評價釋碳性能，且操作較復雜。《新型反硝化固體碳源釋碳性能研究》(《環境科學》，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種天然物質的釋碳規律，取樣時間為第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過多，同樣不能實現快速評價釋碳性能，且操作較繁瑣。對于釋碳材料，目前并沒有一種統一的方法來評價其釋碳性能，評價實驗的條件不同、取樣時間也不盡相同，這也導致無法對不同材料進行統一的評價。現有技術中的緩釋性能評價方法中，其取樣周期較長，不能實現快速評價釋碳性能，且操作較復雜
發明內容
發明要解決的技術問題
本發明的目的在于克服現有技術中釋碳性能評價方法不統一且所需時間較長，導致不能實現快速評價釋碳性能，且操作較復雜的不足，提供了一種緩釋碳源材料的釋碳性能快速評價方法，本發明基于釋碳材料釋碳過程滿足的二級動力學過程，通過考察溶液中COD隨時間的變化，得到二級動力學方程中的參數&與#值，進而能夠快速對緩釋碳源材料的釋碳性能進行評價，精確度較高，從而能優化緩釋碳源材料的制備配方，可快速確定最優配方。技術方案
為達到上述目的，本發明提供的技術方案為
本發明的一種緩釋碳源材料的釋碳性能快速評價方法，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)中裝有純水的試驗容器中，并將試驗容器密閉，搖動試驗容器，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，從試驗各器中移取水樣；
(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)根據緩釋碳源材料的釋碳過程二級動力學過程
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為傳質系數，mg/ (h · L · g)；
t1/2是COD達飽和濃度一半時所用時間，h ；
t為時間，h ；
將步驟(5)中測定的Ih和24h時水樣的COD作為兩組c與 的值，建立Ι/c與l/ 的關系曲線，求解出&與I通過&與#值評價緩釋碳源材料的釋碳性能。優選地，所述步驟(2)中，所加的純水體積為1L，試驗容器為容量為IL的錐形瓶。優選地，所述步驟(3)中，所加的緩釋碳源材料的質量為10g。優選地,所述步驟(6)中，繪制Ι/c與l/ 關系曲線的軟件為Origin。本發明的原理為
緩釋碳源材料的釋碳過程滿足二級動力學過程I r:l Ci - I其中C
為單位質量材料在溶液中釋放的COD濃度，mg/ (g · L) -,Cm為單位質量材料在溶液中釋放的飽和COD濃度，mg/ (g · L) 'K為傳質系數,反映釋放阻力，mg/ (h · L · g) -,t 1/2是COD達飽和濃度一半時所用時間，h ; 為時間，h。通過測定C0D，建立Ι/c與l/ 的關系經擬合后可得到&與#值，比較Cm與#值可評價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當有以下特點..Cm值較大，#值較小。有益效果
采用本發明提供的技術方案，與已有的公知技術相比，具有如下顯著效果(1)本發明的一種緩釋碳源材料的釋碳性能快速評價方法，測定混有緩釋碳源材料的水樣在Ih和24h時的COD，并通過Ih和24h的COD與時間關系的擬合，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行評價，本發明的創新點在于能夠在24h后對釋碳性能進行快速評價，周期短，測定緩釋碳源材料的釋碳性能所需時間和工作量都較少；
(2)本發明的一種緩釋碳源材料的釋碳性能快速評價方法，其測定精確度高，操作簡單，進而方便對緩釋碳源材料的配方進行優化。


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

為更好地理解本發明，下面結合實施例對本發明作進一步的說明，但本發明要求保護的范圍不局限于實施例所闡述的范圍。實施例I
本實施例的一種緩釋碳源材料的釋碳性能快速評價方法，其具體步驟如下
(1)制備緩釋碳源材料，本實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)中裝有純水的四個試驗容器中，并將試驗容器密閉，搖動試驗容器，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，從四個試驗容器中移取水樣；
(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)根據緩釋碳源材料的釋碳過程二級動力學過程，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為傳質系數，mg/ (h · L · g)；
t1/2是COD達飽和濃度一半時所用時間，h ；
t為時間，h ；
將步驟(5)中測定的Ih和24h時水樣的COD作為兩組c與t的值，采用Origin軟件建立Ι/c與l/ 的關系曲線，如圖I所示，所得線的斜率倒數即為#值。具體操作時，可運用Origin軟件中的分析(Analysis)菜單中的線性擬合(Linear Fit)功能,對數據進行擬合，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Cw值較大,可認為其有較好的釋碳性能。本發明通過考察溶液中COD隨時間的變化，從而能夠快速對緩釋碳源材料的釋碳 性能進行評價，精確度較高，從而能優化緩釋碳源材料的制備配方，確定最優配方。
權利要求
1.ー種緩釋碳源材料的釋碳性能快速評價方法，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)中裝有純水的試驗容器中，并將試驗容器密閉，搖動試驗容器，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，從試驗各器中移取水樣； (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)根據緩釋碳源材料的釋碳過程ニ級動力學過程
2.根據權利要求I所述的ー種緩釋碳源材料的釋碳性能快速評價方法，其特征在于所述步驟(2)中，所加的純水體積為1L，試驗容器為容量為IL的錐形瓶。
3.根據權利要求2所述的ー種緩釋碳源材料的釋碳性能快速評價方法，其特征在于所述步驟(3)中，所加的緩釋碳源材料的質量為10g。
4.根據權利要求3所述的ー種緩釋碳源材料的釋碳性能快速評價方法，其特征在于所述步驟(6)中，繪制Ι/c與l/ 關系曲線的軟件為Origin。
全文摘要
本發明公開了一種緩釋碳源材料的釋碳性能快速評價方法，屬于水處理中緩釋碳源材料技術領域。本發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容器中；稱取緩釋碳源材料投入到裝有純水的試驗容器中，并將試驗容器密閉，搖動試驗容器，使緩釋碳源材料均勻分散在純水中；1h和24h時，從試驗容器中移取水樣；采用快速密閉催化消解法測定移取水樣的COD；根據緩釋碳源材料的釋碳過程二級動力學過程，建立1/c與1/t的關系曲線，求解出cm與K，通過cm與K值評價緩釋碳源材料的釋碳性能。本發明通過考察溶液中COD隨時間的變化，從而能夠快速對緩釋碳源材料的釋碳性能進行評價，精確度較高，從而能優化緩釋碳源材料的制備配方，確定最優配方。
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 優先權日2012年9月28日
發明者任洪強, 閆續, 耿金菊, 許柯, 申戰輝 申請人:南京大學