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复合缓释碳源的制备及其强化反硝化脱氮性能研究

摘要

农业面源污染汇流水体中氮污染主要存在形式为硝酸盐氮，水质特征表现为碳

氮比（C/N）低。在现阶段面源污染成为河流水体主要污染的形势下，科学补充农

业面源污染汇流水体中碳源实现反硝化脱氮是遏制水环境富营养化发生、全面提升

水环境质量的重要途径。复合缓释碳源作为一种固体碳源，一方面碳源释放缓慢，

利用率高；另一方面可为反硝化微生物提供附着表面，提高反硝化效率。本文在四

川省科技计划项目“乡村水环境治理技术研究与示范”的资助下，以淀粉为主要碳

源制备了不同形貌的复合缓释碳源，优化了复合缓释碳源的制备条件，最后考虑实

际农业面源污染汇流水体水质情况配制低C/N模拟废水，添加复合缓释碳源对反

硝化效果进行了测试。本研究的主要内容和结论如下：

1）以淀粉为主要碳源分别制备了球状、管状和网状三种不同形貌的复合缓释

碳源，考察了复合缓释碳源的释碳性能，并结合傅里叶红外图谱对其表面化学键进

行了比较。结果表明：三种形貌复合缓释碳源释碳过程中，管状复合缓释碳源PT-

1.0的释碳率最大，达99%；网状复合缓释碳源释碳率为YP-1:1在快速释放阶段释

碳率最小，为47%，能够避免爆释问题。三种复合缓释碳源本身也通过载体结构控

制释碳速率，释碳速率最慢的为球状，因为它形成了壳核包裹结构；其次为网状复

合缓释碳源。球状、管状复合缓释碳源中均生成了C-O-Si键来调控释碳性能；网

状复合缓释碳源的释碳性能则主要受制于分子间氢键作用。

2）在优选出网状复合缓释碳源的基础上，通过改变交联剂添加种类、投加比

例，以及冷冻-解冻循环次数对网状复合缓释碳源的释碳性能影响进行了考察。结

果表明：在聚乙烯醇（PVA）、淀粉和海藻酸钠（SA）质量比为4:20:5，氯化钙浓

度为3%，冷冻-解冻次数为3次时，复合缓释碳源快速释碳速率较低，缓慢释放阶

段释碳率最大。优化交联剂添加量和制备方法能明显改善复合缓释碳源的释碳性能。

3）以模拟面源污染汇流水体为研究对象，对最优条件下制备的复合缓释碳源

强化低C/N比面源污染汇流水体反硝化作用的性能进行了考察。结果表明：与对照

组相比，添加优选的复合缓释碳源可有效强化反硝化效果，其中复合缓释碳源CX-

3强化反硝化过程的脱氮效果和碳源利用比较理想。在稳定去除阶段，硝态氮平均

去除率为87%；出水COD浓度基本在20mg/L左右；碳源释放量达到93%，反硝

化过程中微生物碳源的消耗量占碳源释放量的73%。

本文通过对载体材料、组分添加量、制备方法的优化制备出了释碳速率可控的

复合缓释碳源，为今后实际面源污染汇流水体反硝化脱氮的碳源补充奠定了基础，

为低C/N比污染水体强化反硝化过程提供了一种新途径。

关键词:农业面源污染，反硝化脱氮，缓释碳源，释碳性能

PreparationofSlow-releaseCarbonSourceCompositesandits

EnhancedDenitrificationPerformance

ABSTRACT

Themainformofnitrogenpollutionintheconfluenceofagriculturalnon-point

sourcepollutionisnitratenitrogen,andthewaterqualityischaracterizedbylowcarbon

nitrogenratio(C/N).Underthecurrentsituationthatagriculturalnon-pointsource

pollutionhasbecomethemainpollutionofriverwater,scientificsupplementationof

carbonsourcesinagriculturalnon-pointsourcepollutionconfluencewatertoachieve

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