CN103058387B

CN103058387B - 利用光合细菌处理食品加工废水并实现资源化的方法

Info

Publication number: CN103058387B
Application number: CN201210574326.6A
Authority: CN
Inventors: 卢海凤; 张光明; 张源辉; 李保明; 张盼月
Original assignee: China Agricultural University
Current assignee: China Agricultural University
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2032-12-26
Also published as: CN103058387A

Abstract

本发明公开了一种利用光合细菌处理食品加工废水并实现资源化的方法，属于污水处理技术领域。本发明首先向食品加工废水中投加小分子碳源物质到终浓度为160~2000 mg/L以及小分子氮源物质到终浓度为55~1000 mg/L；再调节废水的pH值为7.0~9.0；然后向废水中投加处于对数生长期的沼泽红假单胞菌到终浓度为240~2000 mg/L；在25~30℃下处理96~120小时；同时采用白炽灯控制外加光照强度为500~1500 lux和控制污水中的溶解氧浓度为0.5~1.0 mg/L。本发明操作简单易行，简化了工艺流程，提高了污水资源化程度，避免了传统污水处理工艺的二次污染问题并能降低能耗。

Description

利用光合细菌处理食品加工废水并实现资源化的方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，特别涉及一种利用光合细菌处理食品加工废水并实现资源化的方法。

背景技术

食品加工废水是目前排放量较大的一类废水。食品加工废水无毒无害，其成分主要为淀粉、蛋白质、胶体以及纤维素等大分子营养物质，是一类富含碳、氮元素的废水。已知的食品加工废水处理方法主要以生物法为主，包括活性污泥法，生物转盘法及UASB等。但是这些传统的方法工艺流程复杂，且会产生大量的剩余污泥。剩余污泥的处理处置费用较高，资源化程度较低；而且剩余污泥的堆放产生的臭气，以及污泥中重金属积累会引起环境的二次污染等问题。

光合细菌（Photosynthetic bacteria）是一大类具有两套能量代谢体系的原核微生物，其能够在光照厌氧和黑暗好氧条件下分别进行光合磷酸化和氧化磷酸化反应的同时迅速利用低分子有机物，具有处理污水的潜力。利用光合细菌（Photosynthetic bacteria）处理食品加工废水，不仅可以高效去除污染物，而且回收的菌体中富含蛋白质和维生素，可被综合利用，不造成二次污染。同时，该工艺还具有设备简单、能耗低等优点。光合细菌对大分子有机物的降解能力很弱，因此通常会在光合细菌处理段之前增加预处理工艺，将大分子物质降解为可被光合细菌利用的小分子物质。但是预处理段会消耗大量营养物质、产生感染光合细菌的致病菌及产生大量的剩余污泥，会削弱光合细菌的优势菌群地位，降低后续光合细菌处理污水的效率，降低污水资源化程度，而且不能避免传统的活性污泥法带来的高额处理处置费用以及二次污染等问题。

发明内容

为省略传统光合细菌污水处理工艺流程中的预处理步骤，提高光合细菌降解大分子物质的能力，解决食品加工废水中二次污染严重、资源化程度低等问题，本发明提出了一种能够有效地处理食品加工废水，并实现食品加工废水资源化的方法。

一种利用光合细菌处理食品加工废水并实现资源化的方法，包括如下步骤：

首先向食品加工废水中投加小分子碳源物质到终浓度为160~2000 mg/L以及小分子氮源物质到终浓度为55~1000 mg/L；

再调节废水的pH值为7.0~9.0；

然后向废水中投加处于对数生长期的沼泽红假单胞菌到终浓度为240~2000 mg/L；

处理条件如下：处理温度为25~30℃，处理时间为96~120小时；采用白炽灯作为外加光源，控制外加光照强度为500~1500 lux，通过曝气泵向污水中曝气，控制溶解氧浓度为0.5~1.0 mg/L。

其中，

所述的小分子碳源物质为苹果酸、琥珀酸、琥珀酸钠、酒石酸钾钠、葡萄糖和果糖中的一种或多种；

所述的小分子氮源物质为硫酸铵、氯化铵、谷氨酸、蛋白胨和尿素中的一种或多种；

所述的食品加工废水包括糖蜜废水、酒糟废水、果胶废水以及牛奶制品废水；这些废水以大分子多糖、蛋白质、淀粉、果胶以及纤维素等成分为主，富含碳源与氮源物质，无毒无害，是可以用于资源化基质的废水，这些废水的COD值为8000~30000 mg/L；

本发明使用的沼泽红假单胞菌属于Rhodopseudomonas Palustris属，购自中国普通微生物菌种保藏管理中心（地址：北京市朝阳区北辰西路1号院中科院微生物研究所），保藏编号为CGMCC No.1.2180。

本发明的有益效果为：

本发明提供的一种利用光合细菌处理食品加工废水并实现污水资源化的方法，省略了传统的光合细菌污水处理工艺中的预处理段，简化了光合细菌污水处理工艺流程。该方法不仅操作简便，易于实现，而且小分子碳源与氮源物质作为光合细菌生长的必需基本营养物质被添加到污水中，促进了大分子污染物的降解与菌体的生长，能够极大地提高污水处理效率与污水资源化的程度，进而能够解决剩余污泥所产生的高额处理处置费用及剩余污泥所引起的二次污染等问题，使用该方法可以使废水中的COD去除率可达90%以上，菌体转化率可达500~900%。

另外，本发明还为光合细菌提供了一个具有光照以及微氧的环境，有利于光合细菌同时开启两套能量代谢途径，更高效地利用污水中的物质以及提高自身的代谢循环，更有利于光合细菌降解污染物，实现自身增殖，在净化废水的同时实现资源化。

附图说明

图1是实施例1、对比例1和对比例2中的COD降解率以及菌体产量随时间的变化趋势图；

其中，图1 a为COD降解率变化趋势：横坐标为时间，单位是小时，纵坐标为去除率，单位是百分比；图1 b为菌体产量变化趋势：横坐标为时间，单位是小时，纵坐标为菌体产量，单位是mg/L。

图2是实施例2、对比例3和对比例4中COD降解率及菌体产量随时间的变化趋势图；

其中，图2 a为COD降解率变化趋势：横坐标为时间，单位是小时，纵坐标为去除率，单位是百分比；图2 b为菌体产量变化趋势：横坐标为时间，单位是小时，纵坐标为菌体产量，单位是mg/L。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细的说明：

实施例1：

本实施例以果胶加工废水作为食品加工废水中碳源物质含量丰富的代表性废水，进行了发明效果的检验。果胶加工废水初始COD浓度为8319 mg/L。

首先向果胶加工废水中投加小分子碳源物质酒石酸钾钠到终浓度为600 mg/L以及小分子氮源物质氯化铵到终浓度为200 mg/L；

再调节果胶加工废水的pH值到7.0~9.0；

然后向果胶加工废水中投加沼泽红假单胞菌到终浓度为360 mg/L；

处理条件如下：处理温度为25~30℃，处理时间为120小时；采用白炽灯作为外加光源，控制外加光照强度为500~1500 lux，通过曝气泵向污水中曝气，控制溶解氧浓度为0.5~1.0 mg/L。每隔24小时测定一次污水中COD浓度以及菌体产量。

实施例2：

本实施例以牛奶加工废水作为食品加工废水中氮源物质含量丰富的代表性废水，进行了发明效果的检验。牛奶加工废水初始COD浓度为8032 mg/L。

试验的操作方法和操作条件和实施例1相同。

对比例1：

本对比例以果胶加工废水作为食品加工废水中碳源物质含量丰富的代表性废水。果胶废水初始COD浓度为8319 mg/L。

除了不向果胶加工废水中投加任何小分子碳源物质以及小分子氮源物质外，本对比例和实施例1的操作方法和操作条件完全相同。

对比例2：

除了不提供外加光源，光照条件仅为自然光外，本对比例和实施例1的操作方法和操作条件完全相同。

对比例3

本对比例以牛奶加工废水作为食品加工废水中氮源物质含量丰富的代表性废水。牛奶加工废水初始COD浓度为8032 mg/L。

除了上述的初始选择的废水基质与对比例1不同外，本对比例和对比例1的操作方法和操作条件完全相同。

对比例4

除了上述的初始选择的废水基质与对比例2不同外，本对比例和对比例2的操作方法和操作条件完全相同。

图1显示，经过120小时的处理后，实施例1、对比例1和对比例2的COD去除率分别可达92.3%、61.0%以及65.7%，各组菌体产量分别为2280.3、956.2及1004.6mg/L，菌体增量分别为533.4%、165.6%及179.1%。实施例1中光合细菌对果胶废水的COD降解率比对比例1与对比例2分别提高了31.3%与26.6%，菌体产量分别提高了367.8%与354.3%。

图2显示，经过120小时的处理后，实施例2、对比例3及对比例4的COD去除率分别可达91.3%、52.0%及62.1%，菌体产量分别达到2504.6、823.1以及1155.9mg/L，菌体增量分别为595.7%、128.6%及221.1%。实施例2中光合细菌对牛奶加工废水的COD降解率比对比例3与对比例4分别提高了39.3%与29.2%，菌体产量分别提高了467.1%与374.6%。

说明向废水中加入小分子碳源与氮源物质增强了光合细菌的活性，提高了污水处理效率，扩大了光合细菌对污染物的利用范围，同时光照与微量的溶解氧条件也提高了细菌对营养物质的利用效率，有利于实现资源化。

Claims

1.一种利用光合细菌处理食品加工废水并实现资源化的方法，其特征在于，包括如下步骤：

首先向食品加工废水中投加小分子碳源物质到终浓度为160～2000mg/L以及小分子氮源物质到终浓度为55～1000mg/L；

再调节废水的pH值为7.0～9.0；

然后向废水中投加处于对数生长期的沼泽红假单胞菌到终浓度为240～2000mg/L；

处理条件如下：处理温度为25～30℃，处理时间为96～120小时；采用白炽灯作为外加光源，控制外加光照强度为500～1500lux，通过曝气泵向污水中曝气，控制溶解氧浓度为0.5～1.0mg/L；

所述的小分子碳源物质是苹果酸、琥珀酸、琥珀酸钠、酒石酸钾钠、葡萄糖和果糖中的一种或多种；所述的小分子氮源物质是硫酸铵、氯化铵、谷氨酸、蛋白胨和尿素中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的食品加工废水包括糖蜜废水、酒糟废水、果胶废水以及牛奶制品废水，COD值为8000～30000mg/L。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的沼泽红假单胞菌属于Rhodopseudomonas Palustris属，购自中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏编号为CGMCC No.1.2180。