廚余廢水綜合處理的實(shí)驗(yàn)研究

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簡(jiǎn)介： 采用復(fù)合菌種對(duì)廚余廢水進(jìn)行預(yù)處理 ,考察了發(fā)酵時(shí)間、接種量、溫度對(duì)處理效果的影響。前處理階段廢水 COD去除率可達(dá) 90% ,并可得到 25g/L的 SCP;第二階段研究了采用 UASB+SBR工藝對(duì)廢水進(jìn)行處理 ,考察了對(duì) COD、BOD、TSS、NH3-N等指標(biāo)的處理效果 ,其去除率均可達(dá)到 80%以上。研究結(jié)果表明 ,廚余廢水經(jīng)復(fù)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(shí)也有相當(dāng)產(chǎn)量的菌體蛋白產(chǎn)生 ,為此類(lèi)廢水的資源化處理有著重要的指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵字：復(fù)合菌種 廚余廢水 預(yù)處理 UASB SBR 菌體蛋白 資源化處理

近些年來(lái)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(dāng)前急待解決的一個(gè)重要課題。此類(lèi)廢水的COD可高達(dá)數(shù)萬(wàn)mg/L且具有含油量高、排放量大等特點(diǎn),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(lái)源。而另一方面,此類(lèi)廢水中又含有多種微生物生長(zhǎng)需要的營(yíng)養(yǎng)要素,如果能將其提取利用,轉(zhuǎn)化為具有相當(dāng)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的菌體蛋白,勢(shì)必能取得一定的經(jīng)濟(jì)效益。為了減少此類(lèi)廢水對(duì)水環(huán)境的污染,滿足日益增長(zhǎng)的對(duì)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(duì)此類(lèi)廢水進(jìn)行微生物處理,做到了環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

　　1、工藝流程

　　2、實(shí)驗(yàn)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(guó)科學(xué)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(xué)生食堂剩飯桶,先經(jīng)過(guò)高溫預(yù)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(lái),接通電源,升溫至150°C,保溫20min,然后關(guān)閉電源使其自然降溫。后通過(guò)2層紗布過(guò)濾,人工擠壓,將濾渣和濾液分離,濾液即為我們的實(shí)驗(yàn)用廢水樣[1]。廢水水質(zhì)指標(biāo)(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(dòng)植物油、粗蛋白以及NH3-N等測(cè)試方法參照有關(guān)資料[2]。

　　3　結(jié)果與討論3.1　發(fā)酵階段(1)培養(yǎng)時(shí)間的影響微生物群體有其自身生長(zhǎng)規(guī)律,其生長(zhǎng)速率不是始終如一的,而是隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而呈規(guī)律性變化。在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期,微生物生長(zhǎng)繁殖最旺盛,對(duì)營(yíng)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(zhǎng)繁殖逐漸減緩直至衰竭。　

　　　本實(shí)驗(yàn)過(guò)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(yàn)結(jié)果如圖2、圖3。　

　　從圖2可以看出,復(fù)合菌種對(duì)泔水樣的COD有極好的去除效果,單一的酵母菌對(duì)泔水樣的COD幾乎沒(méi)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(fù)合菌種則可以將COD更進(jìn)一步地降到了3000mg/L左右。利用復(fù)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(dá)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(duì)微生物生長(zhǎng)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(zhǎng)時(shí)期,接種量各不相同。本試驗(yàn)采用40mL樣液,置于150mL三角瓶中,接入二級(jí)種子培養(yǎng)液[1],培養(yǎng)溫度27°C,培養(yǎng)時(shí)間20h,試驗(yàn)結(jié)果如圖4。　　

　　較小接種量的不利影響可被過(guò)長(zhǎng)的培養(yǎng)時(shí)間彌補(bǔ);當(dāng)培養(yǎng)時(shí)間縮短為50h時(shí),接種量為10%即可達(dá)到較大的菌體蛋白,加大接種量對(duì)菌體蛋白沒(méi)有太大的益處。因此,實(shí)驗(yàn)中,采用10%的接種量對(duì)本實(shí)驗(yàn)選取的復(fù)合菌種而言,即可達(dá)到滿意的效果。

　　(3)溫度的影響溫度對(duì)微生物生長(zhǎng)及代謝活動(dòng)有重要的影響[4],它不但影響酶反應(yīng)的速度,還影響其產(chǎn)物合成的方向。由于微生物生長(zhǎng)是其體內(nèi)一系列酶促反應(yīng)的具體體現(xiàn),酶促反應(yīng)速度的大小直接表現(xiàn)為生長(zhǎng)速率的快慢。一方面,隨溫度的升高,細(xì)胞中的生物化學(xué)反應(yīng)速率和生長(zhǎng)速率加快,另一方面,微生物體內(nèi)的酶促反應(yīng)有一定的溫度范圍,超過(guò)該范圍,微生物的機(jī)體代謝與生長(zhǎng)繁殖將不同程度地受到影響。本試驗(yàn)以2.498為例,采用40mL樣液,置于150mL三角瓶中,接入二級(jí)種子培養(yǎng)液,接種量4mL,培養(yǎng)時(shí)間20h,試驗(yàn)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(shí)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(shí)驗(yàn)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(biāo)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(jī)酸、有機(jī)氮等);離心過(guò)程中混雜的少量菌體細(xì)胞等。在后處理階段采用UASB+SBR工藝對(duì)廢水進(jìn)行后續(xù)處理,實(shí)驗(yàn)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(guò)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(yīng)溫度控制在35±1°C。停留時(shí)間25h。緩慢攪拌[6]。 

　　(2)SBR工藝　　活性污泥取自一個(gè)運(yùn)作情況良好的廢水處理反應(yīng)器。將0.5L活性污泥置于反應(yīng)器內(nèi),加入少量稀釋后的廢水,進(jìn)行曝氣,以后每隔8h,停爆2h,從反應(yīng)器中放出0.5L上清液,再補(bǔ)入0.5L廢水,再進(jìn)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(yīng)器內(nèi)污泥濃度在一定范圍之內(nèi)。反應(yīng)器有效容積1000mL,加入700mL廢水。反應(yīng)溫度室溫,20～30°C。運(yùn)行周期t=12h,一天運(yùn)行2周期,每個(gè)周期為:進(jìn)水:0.5h;曝氣:8h;沉淀:1.0h;出水:0.5h;閑置:2.0h每個(gè)周期從反應(yīng)器中分別取進(jìn)、出水樣進(jìn)行分析測(cè)定。(污泥馴化與水樣處理同步進(jìn)行[8]。)

　　(3)UASB+SBR工藝的處理效果在上述工藝條件下對(duì)廢水的COD、BOD、TSS、動(dòng)植物油以及TKN等各種指標(biāo)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(duì)廢水的COD、BOD、TSS、動(dòng)植物油以及TKN等各項(xiàng)指標(biāo)均有較高的去除率。4　結(jié)論采用復(fù)合菌種發(fā)酵對(duì)廚余廢水進(jìn)行前處理,COD的去除率可達(dá)90%左右,同時(shí)有相當(dāng)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的單細(xì)胞蛋白產(chǎn)生,從而達(dá)到了在對(duì)廚余廢水減量化處理的同時(shí)還能有一定的經(jīng)濟(jì)效益,大大降低了處理的成本。　　采用UASB+SBR法對(duì)廢水進(jìn)行了后處理,對(duì)廢水的COD、BOD、TSS、動(dòng)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(shí)驗(yàn)研究當(dāng)中。