厨余废水综合处理的实验研究

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简介： 采用复合菌种对厨余废水进行预处理 ,考察了发酵时间、接种量、温度对处理效果的影响。前处理阶段废水 COD去除率可达 90% ,并可得到 25g/L的 SCP;第二阶段研究了采用 UASB+SBR工艺对废水进行处理 ,考察了对 COD、BOD、TSS、NH3-N等指标的处理效果 ,其去除率均可达到 80%以上。研究结果表明 ,厨余废水经复合菌发酵并 UASB+SBR联合处理 ,可以有效的降低排放废水的 COD值 ,同时也有相当产量的菌体蛋白产生 ,为此类废水的资源化处理有着重要的指导意义。
关键字：复合菌种 厨余废水 预处理 UASB SBR 菌体蛋白 资源化处理

近些年来随着餐饮业的迅速发展,食品工业以及餐饮业所排放的食物废料及其废水已成为当前急待解决的一个重要课题。此类废水的COD可高达数万mg/L且具有含油量高、排放量大等特点,此前一直未被人们重视而往往未经处理就直接排放,从而成为水体污染的又一重要来源。而另一方面,此类废水中又含有多种微生物生长需要的营养要素,如果能将其提取利用,转化为具有相当经济价值的菌体蛋白,势必能取得一定的经济效益。为了减少此类废水对水环境的污染,满足日益增长的对餐饮废弃物处理的需要。本文采用微生物发酵以及UASB+SBR联合工艺对此类废水进行微生物处理,做到了环境效益和经济效益的协调统一。

　　1、工艺流程

　　2、实验条件及方法

　　2.1发酵用菌种(1)黑曲霉(Aspergillusniger)3.4627(2)白地霉(Geotrichumcandidum)2.498以上菌种由中国科学院北京微生物研究所提供。

　　2.2　废水性质废水取自本校学生食堂剩饭桶,先经过高温预处理以杀灭有害病菌:将食物废料置于高压釜内,然后将高压釜密封起来,接通电源,升温至150°C,保温20min,然后关闭电源使其自然降温。后通过2层纱布过滤,人工挤压,将滤渣和滤液分离,滤液即为我们的实验用废水样[1]。废水水质指标(平均值)为pH:6.8、COD:38000mg/L;可溶性固型物3.94%、总糖30000mg/L、还原糖2220mg/L;粗蛋白:2030mg/L、粗脂肪1730mg/L、NaCl:4550mg/L。

　　2.3　分析方法COD、BOD、TSS、动植物油、粗蛋白以及NH3-N等测试方法参照有关资料[2]。

　　3　结果与讨论3.1　发酵阶段(1)培养时间的影响微生物群体有其自身生长规律,其生长速率不是始终如一的,而是随着时间的延长而呈规律性变化。在对数生长期,微生物生长繁殖最旺盛,对营养物质的消耗最多,菌体产量最高;在停滞期和衰老期,微生物的生长繁殖逐渐减缓直至衰竭。　

　　　本实验过程中,将在恒温振荡器中连续培养20h的种子液按10%的接种量接入装有30mL废水水样的培养基中,分别接入不同的菌种,在旋转式摇床220r/min转速、恒温27°C[3]。培养试验结果如图2、图3。　

　　从图2可以看出,复合菌种对泔水样的COD有极好的去除效果,单一的酵母菌对泔水样的COD几乎没有去除效果,单一的霉菌可以将COD从初始的38000mg/L降到15000mg/L,而复合菌种则可以将COD更进一步地降到了3000mg/L左右。利用复合菌种,可以得到较高收率的菌体干重,从图3可以看出,3.4627+2.498的菌体干重达到25g/L左右,是单一的霉菌的近两倍。(2)接种量的影响接种量的大小对微生物生长周期有一定的影响。不同的微生物因其生理特性不同以及不同的生长时期,接种量各不相同。本试验采用40mL样液,置于150mL三角瓶中,接入二级种子培养液[1],培养温度27°C,培养时间20h,试验结果如图4。　　

　　较小接种量的不利影响可被过长的培养时间弥补;当培养时间缩短为50h时,接种量为10%即可达到较大的菌体蛋白,加大接种量对菌体蛋白没有太大的益处。因此,实验中,采用10%的接种量对本实验选取的复合菌种而言,即可达到满意的效果。

　　(3)温度的影响温度对微生物生长及代谢活动有重要的影响[4],它不但影响酶反应的速度,还影响其产物合成的方向。由于微生物生长是其体内一系列酶促反应的具体体现,酶促反应速度的大小直接表现为生长速率的快慢。一方面,随温度的升高,细胞中的生物化学反应速率和生长速率加快,另一方面,微生物体内的酶促反应有一定的温度范围,超过该范围,微生物的机体代谢与生长繁殖将不同程度地受到影响。本试验以2.498为例,采用40mL样液,置于150mL三角瓶中,接入二级种子培养液,接种量4mL,培养时间20h,试验结果如表1。

　　随着温度的升高,COD去除率逐步升高,菌体蛋白的含量振荡上升,但35°C以上时COD和菌体蛋白的变化不是很明显,而25°C以下则效果较低。本实验培养温度为27°C。

　　3.2　UASB+SBR阶段废水经发酵后COD、BOD、NH3-N等指标大大降低,但仍含有多种物质成分,如:未被完全利用的物质(淀粉、蛋白质、油脂等);各种发酵代谢产物(有机酸、有机氮等);离心过程中混杂的少量菌体细胞等。在后处理阶段采用UASB+SBR工艺对废水进行后续处理,实验装置如图5所示。　　

　　(1)UASB工艺取发酵72h后的废水,经真空抽滤,加入适量的NaHCO3,调节pH值为6.5。使废水经过UASB装置,有效容积1000mL,加入事先驯化好的厌氧污泥[5]60%左右。水浴恒温,反应温度控制在35±1°C。停留时间25h。缓慢搅拌[6]。 

　　(2)SBR工艺　　活性污泥取自一个运作情况良好的废水处理反应器。将0.5L活性污泥置于反应器内,加入少量稀释后的废水,进行曝气,以后每隔8h,停爆2h,从反应器中放出0.5L上清液,再补入0.5L废水,再进行曝气。以后如出水水质清澈,污泥沉降性能良好,可逐步提高废水浓度至初始浓度[7]。污泥回流比取0.3～0.5,控制反应器内污泥浓度在一定范围之内。反应器有效容积1000mL,加入700mL废水。反应温度室温,20～30°C。运行周期t=12h,一天运行2周期,每个周期为:进水:0.5h;曝气:8h;沉淀:1.0h;出水:0.5h;闲置:2.0h每个周期从反应器中分别取进、出水样进行分析测定。(污泥驯化与水样处理同步进行[8]。)

　　(3)UASB+SBR工艺的处理效果在上述工艺条件下对废水的COD、BOD、TSS、动植物油以及TKN等各种指标的处理效果,结果如表2所示。

　　从表2可以看出,该工艺在现有工艺条件下,对废水的COD、BOD、TSS、动植物油以及TKN等各项指标均有较高的去除率。4　结论采用复合菌种发酵对厨余废水进行前处理,COD的去除率可达90%左右,同时有相当经济价值的单细胞蛋白产生,从而达到了在对厨余废水减量化处理的同时还能有一定的经济效益,大大降低了处理的成本。　　采用UASB+SBR法对废水进行了后处理,对废水的COD、BOD、TSS、动植物油以及NH3-N的去除率分别为87.0%、90.8%、83.3%、89.0%、72.2%。后处理阶段工艺条件的优化仍在实验研究当中。