食品加工废水制备工业园区污水厂补充碳源研究

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我国现阶段城市污水处理厂以及工业园区污水处理厂普遍存在碳源不足的情况,常需补充外加碳源才能达到合理的生物脱氮除磷效果。而外加碳源又有传统型碳源和新型碳源,传统型碳源通常指乙酸、乙酸钠等,但此类碳源作为资源型物质,运输成本大,消耗量大,且会对环境造成一定程度的负面影响。为解决这一问题,国内外学者研究大量新型碳源,其中包括食品有机废水。而食品有机废水中含有大量有机物,可生化性好,利用食品有机废水产酸发酵生产短链挥发性脂肪酸(volatile fatty acids,VFAs)作外加碳源,可以达到“以废治废”的目的。本文首先对工业园区内污水厂水质进行调研,明确污水厂内溶解性有机物的变化特征,再通过序批实验将酒糟和米粉水混配产酸发酵,通过控制底物配比、接种泥比、pH值、产甲烷抑制剂投加量等不断优化产酸条件,最终得出最佳碳源制备技术,然后采用Gompertz模型将发酵产酸过程进行动力学研究。最后将不同产甲烷抑制剂投加量下所得的发酵液作碳源进行反硝化实验,评价该碳源的脱氮性能,得到以下结论:1、调研的工业园区污水厂进水COD/TOC范围为3.74~8.05;全部水样的荧光物质中类蛋白质>类腐殖质,DOM的腐殖化程度较低,类蛋白质荧光组分占比最多,类腐殖质荧光组分占比最少;对类色氨酸蛋白和类腐殖质有机物的削减效果相对较好(21%~43%),对类SMP有机物的削减效果较弱(0%~3%)。2、酒糟和米粉水的配比调控对于产酸发酵影响显著,酒糟和米粉水混配后厌氧发酵能实现提高发酵系统中VFAs产量的目的。酒糟和米粉水混配产酸发酵以乙酸和丁酸为主要产物,为丁酸型发酵。当酒糟占比越大则越限制水解速度,导致产酸量下降。而过高比例得米粉水会降低乙酸浓度。故当酒糟和米粉水配比为5:3时,产酸效果相对较好;3、接种泥比例、pH值、2-溴乙基磺酸钠(2-bromoethanesulfonic acid,sodium salt,BES)投加量对酒糟和米粉水产酸发酵的影响较大。随着接种泥比例的增加产酸量下降,可能是由于反应器中,接种泥比例越大,导致发酵底物越少,从而使得产酸量下降;在控制pH值为5.5~9.5时,VFAs浓度随着pH值的升高而降低,说明相对于酸性条件,碱性条件不利于酒糟和米粉水的发酵产酸;投加产甲烷抑制剂可以促进酒糟和米粉水发酵产酸,低投加量(15mmol/L)效果不明显,随着投加量的增大,VFAs产量也随之增大,但是过高的投加量(45mmol/L)会不利于产酸;4、通过Gompertz模型进行动力学模拟发现,Gompertz模型可以很好的拟合酒糟和米粉水产酸过程,且对比于酒糟和米粉水不同配比实验,后面几批次厌氧发酵实验的线性回归系数R~2都接近于或大于0.90,说明控制接种泥比例、pH值以及产甲烷抑制剂投加量可以提高产酸发酵效果;5、通过将不同产甲烷抑制剂投加量下所得的发酵液作碳源进行反硝化实验,得出过高浓度的产甲烷剂的投加会抑制脱氮效果,降低反硝化速率。故当产甲烷抑制剂为35mmol/L时,反硝化速率相对较高,脱氮效果相对较好。综上所述,当酒糟和米粉水配比为5:3、接种比为20%、pH值为6.5、产甲烷抑制剂投加量为35mmol/L时,产酸效果相对较好,脱氮速率相对较高,形成最佳的液体碳源制备技术。
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