CN114798694A - 一种利用餐厨垃圾制备的固相反硝化碳源及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用餐厨垃圾制备的固相反硝化碳源及其制备方法，利用餐厨垃圾作为基质材料，经分拣去除杂质，固液分离，液相部分经回收油脂后，将残渣和固相分离出的固形物一起合并处理，对固形物进行预冻，预冻结束后，进行真空冷冻干燥处理，冷冻干燥完毕后，将冻干后的固形物进行粉碎，得到固相反硝化碳源，可直接用作反硝化脱氮的碳源和载体材料，强化生物脱氮，实现餐饮垃圾的高效资源化利用。制备工艺简单，生产成本低，不仅为低碳氮比废水脱氮除磷提供低廉的反硝化碳源，强化生物脱氮功效，而且为餐厨垃圾的无害化处理与资源化利用提供有效途径。

Description

一种利用餐厨垃圾制备的固相反硝化碳源及其制备方法
技术领域
本发明属于固体废物的无害化处理与资源化利用技术领域，涉及一种利用餐厨垃圾制备的固相反硝化碳源及其制备方法。
背景技术
餐厨垃圾为餐饮垃圾与厨余垃圾的总称，其中，餐饮垃圾包括餐馆、饭店、单位食堂等的饮食剩余物以及后厨的加工过程废弃物，厨余垃圾则指家庭日常生活中丢弃的果蔬及食物下脚料、剩菜剩饭、瓜果皮等易腐有机垃圾。易腐烂的、含有机质的生活垃圾，包括家庭厨余垃圾、餐厨垃圾和其他厨余垃圾等均为厨余垃圾。餐厨垃圾主要由糖类、油脂、蛋白质、无机盐和纤维素等成分组成，其中碳水化合物约占30％～60％，蛋白质占6％～10％，油脂占7％～30％，而且含有铁、磷、钾、镁等微量元素，具有微生物生长所需要的丰富的营养物质，资源属性明显。
随着经济发展和人口增长，餐厨垃圾产生量与日俱增，其中多数餐厨垃圾并未实现有效的回收和利用，造成严重的资源浪费与环境卫生安全隐患。餐厨垃圾资源化和无害化处理问题成为制约经济社会可持续健康发展的瓶颈问题，急需探索和发展餐厨垃圾高效便捷的资源化和无害化处理途径。
目前，水体氮素污染严重，去除污水中的氮主要通过微生物来实现，先将氨氮氧化成硝酸盐氮，再将硝酸盐氮还原成氮气。在硝酸盐氮还原成氮气的过程中，微生物需要有机碳提供碳源和电子供体。而污水中化学需氧量(COD)含量不高，致使污水处理过程中有机碳源不足，需要从外部添加有机碳源，才能保证污水生物处理的正常运行，实现达标处理。常用的有机碳源包括液体和固体碳源。常用的液体碳源如甲醇、乙醇、乙酸等在运行中存在投加量控制难、成本高、运行复杂等问题。固体碳源能够通过固相反硝化作用促进微生物脱氮，可以克服液体碳源造成的风险并提供碳源和生物膜载体。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种利用餐厨垃圾制备的固相反硝化碳源及其制备方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种利用餐厨垃圾制备固相反硝化碳源的方法，包括：
步骤1，对餐厨垃圾进行分拣除杂；
步骤2，向除杂后的餐厨垃圾中加入热水，过滤，收集滤渣；
步骤3，对收集的滤渣进行离心后收集固体物质，收集滤液和离心分离液中的残渣后进行油水分离，回收油脂；
步骤4，将收集的滤液和离心分离液中的残渣与离心后的固体物质一起进行预冻，形成固形物；
步骤5，将预冻好的固形物进行真空冷冻干燥，干燥后进行破碎，得到固相碳源。
进一步的，步骤1中，分拣去除的杂质为玻璃、金属、塑料、陶瓷中的一种或几种。
进一步的，步骤2中，餐厨垃圾和热水的加入量之比w/v为1：2～1：5，热水温度为80～90℃。
进一步的，步骤2中，使用筛网进行过滤，筛孔为10～50目，重复过滤1～3次。
进一步的，步骤3中，使用离心机对滤渣进行离心，离心机的转速为3000～5000r/min，离心时间为10～30min。
进一步的，步骤4中，先将离心后的固体物质与残渣一起均匀平铺在冻干盘中，再放入冷冻箱内预冻，平铺厚度为1～10cm，冷冻温度为-4～-18℃，预冻时间为2～6h。
进一步的，步骤5中，使用真空冷冻干燥机进行干燥，真空冷冻干燥机的冷阱温度为-40～-80℃，升华干燥真空度为40～100Pa，冷冻干燥时间为5～12h。
进一步的，步骤5中，干燥后的固形物通过搅拌机破碎成颗粒，混合均匀。
采用所述制备方法制得的一种固相反硝化碳源。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种利用餐厨垃圾制备固相反硝化碳源的方法，利用餐厨垃圾作为基质材料，经分拣去除杂质，固液分离，液相部分经回收油脂后，将残渣和固相分离出的固形物一起合并处理，对固形物进行预冻，预冻结束后，进行真空冷冻干燥处理，冷冻干燥完毕后，将冻干后的固形物进行粉碎，得到固相反硝化碳源；经过真空冷冻干燥处理，可以最大程度地保存有机碳成分，同时形成多孔结构，有助于有机碳的缓释和微生物富集，能够显著促进生物反硝化作用。生产工艺流程简单，易于操作实现，成品容易控制，实现了餐厨垃圾资源化利用；生产的固相反硝化碳源，可以作为低碳氮比废水脱氮的外加碳源补充剂，起到既提供生物反硝化的碳源和电子供体，又能作为生物膜载体的多重作用，提高生物反硝化脱氮效果，具有良好的推广应用前景。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的工艺流程图。
图2为本发明的实施例1所制备的固相反硝化碳源所释放的有机碳浓度随时间的变化图。
图3为本发明的实施例2所制备的固相反硝化碳源所释放的有机碳浓度随时间的变化图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，本发明利用餐厨垃圾制备固相反硝化碳源的方法，包括以下步骤：
步骤1，对收集的餐厨垃圾进行分拣除杂；
步骤2，以加入量之比w/v为1：2～1：5向除杂后的餐厨垃圾中加入80～90℃的热水，使用筛孔为10～50目的筛网过滤1～3次，收集滤渣；
步骤3，将收集的滤渣置于离心机中进行离心后收集固体物质，离心机的转速为3000～5000r/min，离心时间为10～30min，收集滤液和离心分离液中的残渣后进行油水分离，回收油脂；
步骤4，将收集的滤液和离心分离液中的残渣与离心后的固体物质一起以1～10cm的厚度均匀平铺在冻干盘中，置于冷冻箱内在-4～-18℃进行预冻2～6h，形成固形物；
步骤5，将预冻好的固形物置于真空冷冻干燥机进行干燥，真空冷冻干燥机的冷阱温度为-40～-80℃，升华干燥真空度为40～100Pa，冷冻干燥时间为5～12h，干燥后的固形物通过搅拌机破碎成颗粒，混合均匀，得到固相碳源。
实施例1
(1)收集餐厨垃圾，经分拣去除不能被生物降解的杂质，如玻璃、金属、塑料、陶瓷等，称取5kg；
(2)按照质量：体积(w/v)1:2，向餐厨垃圾中加入80℃的热水，经30目的筛网过滤，并重复2次，收集滤渣；
(3)将过滤后的滤渣置于离心机上离心，在3000r/min的条件下，离心分离10min，收集离心后的固体，收集滤液和离心分离液中的残渣后进行油水分离，回收油脂；
(4)将离心分离后的固体物质，以及收集的粗过滤液和离心分离液中的残渣一起，以厚度2cm均匀平铺在冻干盘中，并放入冷冻箱内于-5℃，预冻3h，形成固形物；
(5)将预冻好的固形物放入真空冷冻干燥机中进行冻干，冷冻干燥机冷阱温度-40℃，升华干燥真空度60Pa，冷冻干燥时间5h；
(6)冷干后的固形物，通过搅拌机破碎成颗粒，混合均匀，得到性质稳定的固相碳源。
实施例2
(1)收集餐厨垃圾，经分拣去除不能被生物降解的杂质，如玻璃、金属、塑料、陶瓷等，称取10kg；
(2)按照质量：体积(w/v)1:2，向餐厨垃圾中加入90℃的热水，经20目的筛网过滤，并重复3次，收集滤渣；
(3)将过滤后的滤渣置于离心机上离心，在5000r/min的条件下，离心分离30min，收集离心后的固体，收集滤液和离心分离液中的残渣后进行油水分离，回收油脂，；
(4)将离心分离后的固体物质，以及收集的粗过滤液和离心分离液中的残渣一起，以厚度5cm均匀平铺在冻干盘中，并放入冷冻箱内于-10℃，预冻5h，形成固形物；
(5)将预冻好的固形物放入真空冷冻干燥机中进行冻干，冷冻干燥机冷阱温度-60℃，升华干燥真空度100Pa，冷冻干燥时间8h；
(6)冷干后的固形物，通过搅拌机破碎成颗粒，混合均匀，得到性质稳定的固相碳源。
实施例3
(1)收集餐厨垃圾，经分拣去除不能被生物降解的杂质，如玻璃、金属、塑料、陶瓷等，称取10kg；
(2)按照质量：体积(w/v)1:3，向餐厨垃圾中加入85℃的热水，经10目的筛网过滤，并重复3次，收集滤渣；
(3)将过滤后的餐厨垃圾置于离心机上离心，在4500r/min的条件下，离心分离25min，收集离心后的固体，收集滤液和离心分离液中的残渣后进行油水分离，回收油脂；
(4)将离心分离后的餐厨垃圾，以及收集的粗过滤液和离心分离液中的残渣一起，以一定厚度10cm均匀平铺在冻干盘中，并放入冷冻箱内于-15℃，预冻2h；
(5)将预冻好的餐厨垃圾放入真空冷冻干燥机中进行冻干，冷冻干燥机冷阱温度-70℃，升华干燥真空度80Pa，冷冻干燥时间10h；
(6)冷干后的餐厨垃圾，通过搅拌机破碎成颗粒，混合均匀，得到性质稳定的固相碳源材料。
实施例4
(1)收集餐厨垃圾，经分拣去除不能被生物降解的杂质，如玻璃、金属、塑料、陶瓷等，称取5kg；
(2)按照质量：体积(w/v)1:5，向餐厨垃圾中加入90℃的热水，经40目的筛网过滤，并重复1次，收集滤渣；
(3)将过滤后的餐厨垃圾置于离心机上离心，在4000r/min的条件下，离心分离20min，收集离心后的固体，收集滤液和离心分离液中的残渣后进行油水分离，回收油脂；
(4)将离心分离后的餐厨垃圾，以及收集的粗过滤液和离心分离液中的残渣一起，以一定厚度1cm均匀平铺在冻干盘中，并放入冷冻箱内于-18℃，预冻6h；
(5)将预冻好的餐厨垃圾放入真空冷冻干燥机中进行冻干，冷冻干燥机冷阱温度-80℃，升华干燥真空度40Pa，冷冻干燥时间12h；
(6)冷干后的餐厨垃圾，通过搅拌机破碎成颗粒，混合均匀，得到性质稳定的固相碳源材料。
实施例5
(1)收集餐厨垃圾，经分拣去除不能被生物降解的杂质，如玻璃、金属、塑料、陶瓷等，称取8kg；
(2)按照质量：体积(w/v)1:4，向餐厨垃圾中加入85℃的热水，经50目的筛网过滤，并重复1次，收集滤渣；
(3)将过滤后的餐厨垃圾置于离心机上离心，在5000r/min的条件下，离心分离30min，收集离心后的固体，收集滤液和离心分离液中的残渣后进行油水分离，回收油脂；
(4)将离心分离后的餐厨垃圾，以及收集的粗过滤液和离心分离液中的残渣一起，以一定厚度7cm均匀平铺在冻干盘中，并放入冷冻箱内于-4℃，预冻4h；
(5)将预冻好的餐厨垃圾放入真空冷冻干燥机中进行冻干，冷冻干燥机冷阱温度-50℃，升华干燥真空度70Pa，冷冻干燥时间7h；
(6)冷干后的餐厨垃圾，通过搅拌机破碎成颗粒，混合均匀，得到性质稳定的固相碳源材料。
固相反硝化碳源释放有机碳的效果：
测试实施例1制备的固相反硝化碳源释放有机碳的效果，具体操作步骤如下：在纯水条件下，加入实施例1制备的固相反硝化碳源的量为20g/L，结果如图2所示，固相反硝化碳源所释放的有机碳浓度(以TOC计)随时间的变化，在12d时，TOC浓度达到210.3mg/L。
测试实施例2制备的固相反硝化碳源释放有机碳的效果，具体操作步骤如下：在纯水条件下，加入实施例2制备的固相反硝化碳源的量为20g/L，结果如图3所示，固相反硝化碳源所释放的有机碳浓度(以TOC计)随时间的变化，在12d时，TOC浓度超过240.5mg/L，有机碳释放能力好。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用餐厨垃圾制备固相反硝化碳源的方法，其特征在于，包括：
步骤1，对餐厨垃圾进行分拣除杂；
步骤2，向除杂后的餐厨垃圾中加入热水，过滤，收集滤渣；
步骤3，对收集的滤渣进行离心后收集固体物质，收集滤液和离心分离液中的残渣后进行油水分离，回收油脂；
步骤4，将收集的滤液和离心分离液中的残渣与离心后的固体物质一起进行预冻，形成固形物；
步骤5，将预冻好的固形物进行真空冷冻干燥，干燥后进行破碎，得到固相碳源。
2.根据权利要求1所述的一种利用餐厨垃圾制备固相反硝化碳源的方法，其特征在于，步骤1中，分拣去除的杂质为玻璃、金属、塑料、陶瓷中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种利用餐厨垃圾制备固相反硝化碳源的方法，其特征在于，步骤2中，餐厨垃圾和热水的加入量之比w/v为(1：2)～(1：5)，热水温度为80～90℃。
4.根据权利要求1所述的一种利用餐厨垃圾制备固相反硝化碳源的方法，其特征在于，步骤2中，使用筛网进行过滤，筛孔为10～50目，重复过滤1～3次。
5.根据权利要求1所述的一种利用餐厨垃圾制备固相反硝化碳源的方法，其特征在于，步骤3中，使用离心机对滤渣进行离心，离心机的转速为3000～5000r/min，离心时间为10～30min。
6.根据权利要求1所述的一种利用餐厨垃圾制备固相反硝化碳源的方法，其特征在于，步骤4中，先将离心后的固体物质与残渣一起均匀平铺在冻干盘中，再放入冷冻箱内预冻，平铺厚度为1～10cm，冷冻温度为(-4)～(-18)℃，预冻时间为2～6h。
7.根据权利要求1所述的一种利用餐厨垃圾制备固相反硝化碳源的方法，其特征在于，步骤5中，使用真空冷冻干燥机进行干燥，真空冷冻干燥机的冷阱温度为(-40)～(-80)℃，升华干燥真空度为40～100Pa，冷冻干燥时间为5～12h。
8.根据权利要求1所述的一种利用餐厨垃圾制备固相反硝化碳源的方法，其特征在于，步骤5中，干燥后的固形物通过搅拌机破碎成颗粒，混合均匀。
9.采用权利要求1～8任一项所述制备方法制得的一种固相反硝化碳源。
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