CN114229991A - 餐厨废液生物发酵制备污水碳源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了餐厨废液生物发酵制备污水碳源,属于废弃物资源化利用技术领域,该餐厨废液生物发酵制备污水碳源,由以下重量分数的组分组成:聚乳酸50‑60份:餐厨生物发酵废液‑环糊精包合粉35‑55份:硅烷偶联剂2‑5份。本发明制备的餐厨废液生物发酵制备污水碳源与现有技术中的甲醇、乙酸或葡萄糖相比较,能够利用聚乳酸作为载体,以餐厨生物发酵废液‑环糊精包合粉为释碳组分制备缓释碳源,解决了现有技术中的碳源不能长期持续性释放碳源并将碳源含量稳定在特定浓度的不足。而且餐厨垃圾易于获得,且提高了餐厨垃圾的资源化利用率,降低了环境污染,而且餐厨垃圾含有丰富的碳源也无需购买,也降低了制备成本。
Description
技术领域
本发明涉及废弃物资源化利用技术领域,具体涉及餐厨废液生物发酵制备污水碳源。
背景技术
随着化工产业的发展和人们生活水平的提高,人类活动对水体的氮污染越来越严重,氮污染已逐渐成为全球化问题,不仅影响水生动植物,而且影响人类的健康以及导致水体长期富营养化,然而水体长期富营养化会影响水体的自循环功能,破坏生态系统,因此对总氮(TN)含量超标的污染水体需要进行脱氮处理后才能进行排放。
根据传统的脱氮反硝化理论,每去除1克硝态氮需要2.86克COD,由此可知水体中的碳源含量是污水脱氮效果好坏的关键,在生物脱氮过程中,反硝化菌以水中有机碳为电子供体,通过反硝化作用,将硝酸盐和亚硝酸盐转变为氮气,从而达到脱氮的目的,现有技术中处理污水时,常常以甲醇、乙酸或葡萄糖等小分子作为液态有机碳源,而甲醇、乙酸或葡萄糖虽然有较好的供碳效果,能够在一定程度上降低水体内的总氮含量,但是在经济性和安全性存在不足,尤其是甲醇毒性会产生二次污染,因此为了降低成本同时也考虑环保因素,也会使用玉米芯、花生壳或陈米作为碳源,虽然玉米芯、花生壳或陈米来源广泛且成本低,但是存在前期碳释放量大,后期碳释放量小,可持续性较差的问题。因此设计一种能够降低成本且长期可持续性释放碳源的餐厨废液生物发酵制备污水碳源。
发明内容
本发明涉及餐厨废液生物发酵制备污水碳源,其中该污水碳源将餐厨垃圾在厌氧微生物发酵作用下分解产生的乙醇、乳酸、挥发性脂肪酸与环糊精进行包合,通过范德华力键入环糊精的空腔内得到微囊包裹物,再将微囊包裹物粉体与硅烷偶联剂以及聚乳酸共混挤出得到餐厨废液生物发酵制备污水碳源,使得餐厨垃圾得到资源化利用,不仅降低了污水碳源成本,同时该污水碳源在具有一定的机械强度的同时能够可持续性释放碳源。
本发明提供了餐厨废液生物发酵制备污水碳源,由以下重量分数的组分组成:聚乳酸50-60份:餐厨生物发酵废液-环糊精包合粉35-55份:硅烷偶联剂2-5份。
较佳地,所述聚乳酸50份:餐厨生物发酵废液-环糊精包合粉40份:硅烷偶联剂5份。
较佳地,所述餐厨生物发酵废液-环糊精包合粉的制备方法包括如下步骤:
S1,将餐厨垃圾进行微生物发酵,发酵物过滤残渣,去掉浮油,得到餐厨废液生物发酵液;
S2,将环糊精在温度为65~70℃下搅拌溶解到纯净水中,制备得到微囊包裹剂,即环糊精溶液;
S3,将步骤1制得的餐厨废液生物发酵液滴加到环糊精溶液中完成微囊包裹,其中进行微囊包裹时的搅拌速度为1700~1800转/分钟,温度控制在50-55℃,搅拌时长3-4小时;
S4,将包裹后溶液进行冷冻干燥,得到餐厨生物发酵废液-环糊精包合粉。
较佳地,所述环糊精为α-环糊精、β-环糊精、羟基-β-环糊精中的一种或几种。
较佳地,所述硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570中的至少一种。
较佳地,餐厨废液生物发酵液的滴加速度为4~5mL/s。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、本发明制备的餐厨废液生物发酵制备污水碳源与现有技术中的甲醇、乙酸或葡萄糖相比较,能够利用聚乳酸作为载体,以餐厨生物发酵废液-环糊精包合粉为释碳组分制备缓释碳源,解决了现有技术中的碳源不能长期持续性释放碳源并将碳源含量稳定在特定浓度的不足。
2、本发明所使用的餐厨垃圾易于获得,且提高了餐厨垃圾的资源化利用率,降低了环境污染,而且餐厨垃圾含有丰富的碳源也无需购买,降低了制备成本。
具体实施方式
对本发明的具体实施方式进行详细描述,但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明提供的餐厨废液生物发酵制备污水碳源,其中基于该餐厨废液生物发酵制备污水碳源的制备方法均包括以下步骤:
步骤1,餐厨生物发酵废液-环糊精包合粉进行球磨,并将球磨后的餐厨生物发酵废液-环糊精包合粉过120目筛;
步骤2,将上述球磨过筛后的餐厨生物发酵废液-环糊精包合粉、聚乳酸以及硅烷偶联剂按照配比进行混匀;
步骤3,上述混匀后的材料在100-105℃的双螺杆挤塑机内挤出,挤出物过冷水后在造粒机上造粒,切粒进行干燥。
造粒得到的餐厨废液生物发酵制备污水碳源负载在格栅上,并将其送入污水池内进行脱氮反应。
本发明提供一种餐厨废液生物发酵制备污水碳源,由以下重量分数的组分组成:聚乳酸50-60份:餐厨生物发酵废液-环糊精包合粉35-55份:硅烷偶联剂2-5份。
进一步地,所述聚乳酸50份:餐厨生物发酵废液-环糊精包合粉40份:硅烷偶联剂5份。
进一步地,所述餐厨生物发酵废液-环糊精包合粉的制备方法包括如下步骤:
S1,将餐厨垃圾进行微生物发酵,发酵物过滤残渣,去掉浮油,得到餐厨废液生物发酵液;
S2,将环糊精在温度为65~70℃下搅拌溶解到纯净水中,制备得到微囊包裹剂,即环糊精溶液;
S3,将步骤1制得的餐厨废液生物发酵液滴加到环糊精溶液中完成微囊包裹,其中进行微囊包裹时的搅拌速度为1700~1800转/分钟,温度控制在50-55℃,搅拌时长3-4小时;
S4,将包裹后溶液进行冷冻干燥,得到餐厨生物发酵废液-环糊精包合粉。
进一步地,所述环糊精为α-环糊精、β-环糊精、羟基-β-环糊精中的一种或几种。
进一步地,所述硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570中的至少一种。
进一步地,餐厨废液生物发酵液的滴加速度为4~5mL/s。
实施例1:
按照如下步骤制备餐厨生物发酵废液-β-环糊精包合粉:
S1,将餐厨垃圾进行微生物发酵,发酵物过滤残渣,去掉浮油,得到餐厨废液生物发酵液;
S2,将β-环糊精在温度为65℃下搅拌溶解到纯净水中,制备得到微囊包裹剂,即β-环糊精溶液;
S3,将步骤1制得的餐厨废液生物发酵液滴加到β-环糊精溶液中完成微囊包裹,其中进行微囊包裹时的搅拌速度为1700转/分钟,温度控制在50℃,搅拌时长3小时,餐厨废液生物发酵液的滴加速度为4mL/s;
S4,将包裹后溶液进行冷冻干燥,得到餐厨生物发酵废液-β-环糊精包合粉。
将制备得到的餐厨生物发酵废液-β-环糊精包合粉进行球磨,并将球磨后的餐厨生物发酵废液-β-环糊精包合粉过120目筛。
将上述球磨后的餐厨生物发酵废液-β-环糊精包合粉35份、聚乳酸50份以及硅烷偶联剂2份加入到混合机内进行混合;
混合后的材料倒入设定密炼温度为100℃的双螺杆挤塑机内挤出,挤出物在冷水中冷却后在造粒机上造粒,切碎的切粒进行干燥,制备得到餐厨废液生物发酵制备污水碳源,在进行污水脱氮处理时,需要将造粒得到的餐厨废液生物发酵制备污水碳源负载在格栅上,并将其送入污水池内进行脱氮反应。
实施例2:
按照如下步骤制备餐厨生物发酵废液-羟基-β-环糊精包合粉:
S1,将餐厨垃圾进行微生物发酵,发酵物过滤残渣,去掉浮油,得到餐厨废液生物发酵液;
S2,将羟基-β-环糊精在温度为68℃下搅拌溶解到纯净水中,制备得到微囊包裹剂,即羟基-β-环糊精溶液;
S3,将步骤1制得的餐厨废液生物发酵液滴加到羟基-β-环糊精溶液中完成微囊包裹,其中进行微囊包裹时的搅拌速度为1750转/分钟,温度控制在50℃,搅拌时长3小时,餐厨废液生物发酵液的滴加速度为4mL/s;
S4,将包裹后溶液进行冷冻干燥,得到餐厨生物发酵废液-羟基-β-环糊精包合粉。
将制备得到的餐厨生物发酵废液-羟基-β-环糊精包合粉进行球磨,并将球磨后的餐厨生物发酵废液-羟基-β-环糊精包合粉过120目筛。
将上述球磨后的餐厨生物发酵废液-羟基-β-环糊精包合粉50份、聚乳酸55份以及硅烷偶联剂5份加入到混合机内进行混合;
混合后的材料倒入设定密炼温度为105℃的双螺杆挤塑机内挤出,挤出物在冷水中冷却后在造粒机上造粒,切碎的切粒进行干燥,制备得到餐厨废液生物发酵制备污水碳源,在进行污水脱氮处理时,需要将造粒得到的餐厨废液生物发酵制备污水碳源负载在格栅上,并将其送入污水池内进行脱氮反应。
实施例3:
按照如下步骤制备餐厨生物发酵废液-β-环糊精包合粉:
S1,将餐厨垃圾进行微生物发酵,发酵物过滤残渣,去掉浮油,得到餐厨废液生物发酵液;
S2,将β-环糊精在温度为70℃下搅拌溶解到纯净水中,制备得到微囊包裹剂,即β-环糊精溶液;
S3,将步骤1制得的餐厨废液生物发酵液滴加到β-环糊精溶液中完成微囊包裹,其中进行微囊包裹时的搅拌速度为1800转/分钟,温度控制在55℃,搅拌时长4小时,餐厨废液生物发酵液的滴加速度为5mL/s;
S4,将包裹后溶液进行冷冻干燥,得到餐厨生物发酵废液-β-环糊精包合粉。
将制备得到的餐厨生物发酵废液-β-环糊精包合粉进行球磨,并将球磨后的餐厨生物发酵废液-β-环糊精包合粉过120目筛。
将上述球磨后的餐厨生物发酵废液-β-环糊精包合粉40份、聚乳酸50份以及硅烷偶联剂5份加入到混合机内进行混合;
混合后的材料倒入设定密炼温度为105℃的双螺杆挤塑机内挤出,挤出物在冷水中冷却后在造粒机上造粒,切碎的切粒进行干燥,制备得到餐厨废液生物发酵制备污水碳源,在进行污水脱氮处理时,需要将造粒得到的餐厨废液生物发酵制备污水碳源负载在格栅上,并将其送入污水池内进行脱氮反应。
对比例1
碳源为餐厨生物发酵废液。
对比例2
按照如下步骤制备餐厨生物发酵废液-β-环糊精包合粉:
S1,将餐厨垃圾进行微生物发酵,发酵物过滤残渣,去掉浮油,得到餐厨废液生物发酵液;
S2,将β-环糊精在温度为70℃下搅拌溶解到纯净水中,制备得到微囊包裹剂,即β-环糊精溶液;
S3,将步骤1制得的餐厨废液生物发酵液滴加到β-环糊精溶液中完成微囊包裹,其中进行微囊包裹时的搅拌速度为1800转/分钟,温度控制在55℃,搅拌时长4小时,餐厨废液生物发酵液的滴加速度为5mL/s;
S4,将包裹后溶液进行冷冻干燥,得到餐厨生物发酵废液-β-环糊精包合粉。
将制备得到的餐厨生物发酵废液-β-环糊精包合粉进行球磨,并将球磨后的餐厨生物发酵废液-β-环糊精包合粉过120目筛。
碳源为餐厨生物发酵废液-β-环糊精包合粉。
其中上述实施例1-3和对比例2中的餐厨生物发酵废液的原料餐厨垃圾都是取自西安某高校食堂,收集后的餐厨垃圾需要将固体废弃物进行挑拣,然后加水去除油脂,打碎后加入发酵罐内进行发酵,然后将发酵后的发酵液进行过滤去掉残渣备用。
其中进行反硝化实验用到的污水取自西安某污水处理厂的同一个厌氧池,其中反硝化实验用到的污水由7个10L的容器存储,在7个10L的容器内分别利用上述实施例1-3和对比例1-2中的碳源对污水进行脱氮处理,并分别测定0小时,12小时,24小时,72小时的COD含量见表1,并将实施例3和处理前的废水的硝酸盐含量(NO3 --N)、亚硝酸盐含量(NO2 --N)、pH值以及硝酸盐含量(NO3 --N)去除率进行了检测。
表1废水在0小时,12小时,24小时,72小时的COD含量
表2废水处理前后水质对比
本发明采用微囊包裹剂环糊精包裹餐厨生物发酵废液,最终产品为粉末型,可以在干燥、密封的环境下长期保存和便于运输。
本发明制备的餐厨废液生物发酵制备污水碳源与现有技术中的甲醇、乙酸或葡萄糖相比较,能够利用聚乳酸作为载体,以餐厨生物发酵废液-环糊精包合粉为释碳组分制备缓释碳源,解决了现有技术中的碳源不能长期持续性释放并将碳源含量稳定在特定浓度的不足。而且餐厨垃圾易于获得,且提高了餐厨垃圾的资源化利用率,降低了环境污染,而且餐厨垃圾含有丰富的碳源也无需购买,降低了制备成本。
这是因为在水体缺氧的条件下,水中的反硝化菌能够将硝酸盐和亚硝酸盐还原为氮气,但是在这个过程中,反硝化菌以各有机物(碳源)作为电子供体,将NO3 --N转变为NO2 --N,由上表2中的数据可知,在相同的水温条件下,将相同体积的废水与处理过的废水进行检测,由此可知,由于处理前废水直接取自某厌氧池,该厌氧池亚硝酸盐未检出,这是因为在pH6.4的条件下,硝化反应的好氧细菌无法存活,这就导致铵态氮转化为硝酸盐和亚硝酸盐的过程无法进行,而且由于反硝化反应对pH值有要求,而且不存在源源不断保证释放量的稳定碳源,所以反硝化反应中的NO3 --N仅仅为8.0%,而实施例3给出的处理后的废水中存在餐厨生物发酵废液-环糊精包合粉为释碳组分制备缓释碳源,解决了现有技术中的碳源不能长期持续性释放碳源并将碳源含量稳定在特定浓度的不足的问题,调节pH为7.5,使得反硝化菌能够硝酸盐还原成氮气,达到去除率99.7%。
本发明中涉及的未说明部分与现有技术相同或采用现有技术加以实施。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例,但是,本发明实施例并非局限于此,任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (6)
1.餐厨废液生物发酵制备污水碳源,其特征在于,由以下重量分数的组分组成:聚乳酸50-60份:餐厨生物发酵废液-环糊精包合粉35-55份:硅烷偶联剂2-5份。
2.如权利要求1所述的餐厨废液生物发酵制备污水碳源,其特征在于,所述聚乳酸50份:餐厨生物发酵废液-环糊精包合粉40份:硅烷偶联剂5份。
3.如权利要求1所述的餐厨废液生物发酵制备污水碳源,其特征在于,所述餐厨生物发酵废液-环糊精包合粉的制备方法包括如下步骤:
S1,将餐厨垃圾进行微生物发酵,发酵物过滤残渣,去掉浮油,得到餐厨废液生物发酵液;
S2,将环糊精在温度为65~70℃下搅拌溶解到纯净水中,制备得到微囊包裹剂,即环糊精溶液;
S3,将步骤1制得的餐厨废液生物发酵液滴加到环糊精溶液中完成微囊包裹,其中进行微囊包裹时的搅拌速度为1700~1800转/分钟,温度控制在50-55℃,搅拌时长3-4小时;
S4,将包裹后溶液进行冷冻干燥,得到餐厨生物发酵废液-环糊精包合粉。
4.如权利要求1-3任意一项所述的餐厨废液生物发酵制备污水碳源,其特征在于,所述环糊精为α-环糊精、β-环糊精、羟基-β-环糊精中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的餐厨废液生物发酵制备污水碳源,其特征在于,所述硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570中的至少一种。
6.如权利要求3所述的餐厨废液生物发酵制备污水碳源,其特征在于,餐厨废液生物发酵液的滴加速度为4~5mL/s。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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