廚余廢水綜合處理的實驗研究

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簡介： 采用復合菌種對廚余廢水進行預處理 ,考察了發(fā)酵時間、接種量、溫度對處理效果的影響。前處理階段廢水 COD去除率可達 90% ,并可得到 25g/L的 SCP;第二階段研究了采用 UASB+SBR工藝對廢水進行處理 ,考察了對 COD、BOD、TSS、NH3-N等指標的處理效果 ,其去除率均可達到 80%以上。研究結(jié)果表明 ,廚余廢水經(jīng)復合菌發(fā)酵并 UASB+SBR聯(lián)合處理 ,可以有效的降低排放廢水的 COD值 ,同時也有相當產(chǎn)量的菌體蛋白產(chǎn)生 ,為此類廢水的資源化處理有著重要的指導意義。
關鍵字：復合菌種 廚余廢水 預處理 UASB SBR 菌體蛋白 資源化處理

近些年來隨著餐飲業(yè)的迅速發(fā)展,食品工業(yè)以及餐飲業(yè)所排放的食物廢料及其廢水已成為當前急待解決的一個重要課題。此類廢水的COD可高達數(shù)萬mg/L且具有含油量高、排放量大等特點,此前一直未被人們重視而往往未經(jīng)處理就直接排放,從而成為水體污染的又一重要來源。而另一方面,此類廢水中又含有多種微生物生長需要的營養(yǎng)要素,如果能將其提取利用,轉(zhuǎn)化為具有相當經(jīng)濟價值的菌體蛋白,勢必能取得一定的經(jīng)濟效益。為了減少此類廢水對水環(huán)境的污染,滿足日益增長的對餐飲廢棄物處理的需要。本文采用微生物發(fā)酵以及UASB+SBR聯(lián)合工藝對此類廢水進行微生物處理,做到了環(huán)境效益和經(jīng)濟效益的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

　　1、工藝流程

　　2、實驗條件及方法

　　2.1發(fā)酵用菌種(1)黑曲霉(Aspergillusniger)3.4627(2)白地霉(Geotrichumcandidum)2.498以上菌種由中國科學院北京微生物研究所提供。

　　2.2　廢水性質(zhì)廢水取自本校學生食堂剩飯桶,先經(jīng)過高溫預處理以殺滅有害病菌:將食物廢料置于高壓釜內(nèi),然后將高壓釜密封起來,接通電源,升溫至150°C,保溫20min,然后關閉電源使其自然降溫。后通過2層紗布過濾,人工擠壓,將濾渣和濾液分離,濾液即為我們的實驗用廢水樣[1]。廢水水質(zhì)指標(平均值)為pH:6.8、COD:38000mg/L;可溶性固型物3.94%、總糖30000mg/L、還原糖2220mg/L;粗蛋白:2030mg/L、粗脂肪1730mg/L、NaCl:4550mg/L。

　　2.3　分析方法COD、BOD、TSS、動植物油、粗蛋白以及NH3-N等測試方法參照有關資料[2]。

　　3　結(jié)果與討論3.1　發(fā)酵階段(1)培養(yǎng)時間的影響微生物群體有其自身生長規(guī)律,其生長速率不是始終如一的,而是隨著時間的延長而呈規(guī)律性變化。在對數(shù)生長期,微生物生長繁殖最旺盛,對營養(yǎng)物質(zhì)的消耗最多,菌體產(chǎn)量最高;在停滯期和衰老期,微生物的生長繁殖逐漸減緩直至衰竭?！?/p>

　　　本實驗過程中,將在恒溫振蕩器中連續(xù)培養(yǎng)20h的種子液按10%的接種量接入裝有30mL廢水水樣的培養(yǎng)基中,分別接入不同的菌種,在旋轉(zhuǎn)式搖床220r/min轉(zhuǎn)速、恒溫27°C[3]。培養(yǎng)試驗結(jié)果如圖2、圖3?！?/p>

　　從圖2可以看出,復合菌種對泔水樣的COD有極好的去除效果,單一的酵母菌對泔水樣的COD幾乎沒有去除效果,單一的霉菌可以將COD從初始的38000mg/L降到15000mg/L,而復合菌種則可以將COD更進一步地降到了3000mg/L左右。利用復合菌種,可以得到較高收率的菌體干重,從圖3可以看出,3.4627+2.498的菌體干重達到25g/L左右,是單一的霉菌的近兩倍。(2)接種量的影響接種量的大小對微生物生長周期有一定的影響。不同的微生物因其生理特性不同以及不同的生長時期,接種量各不相同。本試驗采用40mL樣液,置于150mL三角瓶中,接入二級種子培養(yǎng)液[1],培養(yǎng)溫度27°C,培養(yǎng)時間20h,試驗結(jié)果如圖4?！　?/p>

　　較小接種量的不利影響可被過長的培養(yǎng)時間彌補;當培養(yǎng)時間縮短為50h時,接種量為10%即可達到較大的菌體蛋白,加大接種量對菌體蛋白沒有太大的益處。因此,實驗中,采用10%的接種量對本實驗選取的復合菌種而言,即可達到滿意的效果。

　　(3)溫度的影響溫度對微生物生長及代謝活動有重要的影響[4],它不但影響酶反應的速度,還影響其產(chǎn)物合成的方向。由于微生物生長是其體內(nèi)一系列酶促反應的具體體現(xiàn),酶促反應速度的大小直接表現(xiàn)為生長速率的快慢。一方面,隨溫度的升高,細胞中的生物化學反應速率和生長速率加快,另一方面,微生物體內(nèi)的酶促反應有一定的溫度范圍,超過該范圍,微生物的機體代謝與生長繁殖將不同程度地受到影響。本試驗以2.498為例,采用40mL樣液,置于150mL三角瓶中,接入二級種子培養(yǎng)液,接種量4mL,培養(yǎng)時間20h,試驗結(jié)果如表1。

　　隨著溫度的升高,COD去除率逐步升高,菌體蛋白的含量振蕩上升,但35°C以上時COD和菌體蛋白的變化不是很明顯,而25°C以下則效果較低。本實驗培養(yǎng)溫度為27°C。

　　3.2　UASB+SBR階段廢水經(jīng)發(fā)酵后COD、BOD、NH3-N等指標大大降低,但仍含有多種物質(zhì)成分,如:未被完全利用的物質(zhì)(淀粉、蛋白質(zhì)、油脂等);各種發(fā)酵代謝產(chǎn)物(有機酸、有機氮等);離心過程中混雜的少量菌體細胞等。在后處理階段采用UASB+SBR工藝對廢水進行后續(xù)處理,實驗裝置如圖5所示?！　?/p>

　　(1)UASB工藝取發(fā)酵72h后的廢水,經(jīng)真空抽濾,加入適量的NaHCO3,調(diào)節(jié)pH值為6.5。使廢水經(jīng)過UASB裝置,有效容積1000mL,加入事先馴化好的厭氧污泥[5]60%左右。水浴恒溫,反應溫度控制在35±1°C。停留時間25h。緩慢攪拌[6]。 

　　(2)SBR工藝　　活性污泥取自一個運作情況良好的廢水處理反應器。將0.5L活性污泥置于反應器內(nèi),加入少量稀釋后的廢水,進行曝氣,以后每隔8h,停爆2h,從反應器中放出0.5L上清液,再補入0.5L廢水,再進行曝氣。以后如出水水質(zhì)清澈,污泥沉降性能良好,可逐步提高廢水濃度至初始濃度[7]。污泥回流比取0.3～0.5,控制反應器內(nèi)污泥濃度在一定范圍之內(nèi)。反應器有效容積1000mL,加入700mL廢水。反應溫度室溫,20～30°C。運行周期t=12h,一天運行2周期,每個周期為:進水:0.5h;曝氣:8h;沉淀:1.0h;出水:0.5h;閑置:2.0h每個周期從反應器中分別取進、出水樣進行分析測定。(污泥馴化與水樣處理同步進行[8]。)

　　(3)UASB+SBR工藝的處理效果在上述工藝條件下對廢水的COD、BOD、TSS、動植物油以及TKN等各種指標的處理效果,結(jié)果如表2所示。

　　從表2可以看出,該工藝在現(xiàn)有工藝條件下,對廢水的COD、BOD、TSS、動植物油以及TKN等各項指標均有較高的去除率。4　結(jié)論采用復合菌種發(fā)酵對廚余廢水進行前處理,COD的去除率可達90%左右,同時有相當經(jīng)濟價值的單細胞蛋白產(chǎn)生,從而達到了在對廚余廢水減量化處理的同時還能有一定的經(jīng)濟效益,大大降低了處理的成本?！　〔捎肬ASB+SBR法對廢水進行了后處理,對廢水的COD、BOD、TSS、動植物油以及NH3-N的去除率分別為87.0%、90.8%、83.3%、89.0%、72.2%。后處理階段工藝條件的優(yōu)化仍在實驗研究當中。