CN115846374B

CN115846374B - 一种利用餐厨废弃物制备废水处理用碳源的方法

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Publication number: CN115846374B
Application number: CN202310149347.1A
Authority: CN
Inventors: 徐坚麟; 顾斌; 付源; 邱正庚
Original assignee: Hangzhou Nanda Environmental Protection Technology Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Nanda Environmental Protection Technology Co Ltd
Priority date: 2022-12-28
Filing date: 2023-02-22
Publication date: 2023-05-30
Anticipated expiration: 2043-02-22
Also published as: CN115846374A

Abstract

本发明公开了一种利用餐厨废弃物制备废水处理用碳源的方法，涉及垃圾处理技术领域，包括：餐厨垃圾经微生物复合菌剂好氧发酵作用发生相变降解为相变液，即得废水处理用碳源；上述微生物复合菌剂包括微生物菌剂，上述微生物菌剂包括好氧菌；和辅料，上述辅料包括铁基MOF纳米复合材料。本发明提供的利用餐厨废弃物制备废水处理用碳源的方法，通过好氧发酵对餐厨废弃物进行处理制备得到碳源，碳氮比大于40，将其作为补充污水厂污水处理工艺的碳源，明显提高了污水厂污水处理的脱氮除磷效果，为实现餐厨垃圾资源化利用提供理论基础和依据。

Description

一种利用餐厨废弃物制备废水处理用碳源的方法

技术领域

本发明属于垃圾处理技术领域，具体涉及一种利用餐厨废弃物制备废水处理用碳源的方法。

背景技术

餐厨垃圾是指居民日常生活及食品加工、饮食服务、单位供餐等活动中产生的垃圾，包括丢弃不用的菜叶、剩饭、剩菜、果皮、蛋壳、汤饭、骨头等，其主要来源为家庭厨房、餐厅、饭店、食堂、市场及其他与食品加工相关的行业。餐厨垃圾含有极高的水分与有机物，很容易腐坏，产生恶臭。

调查研究发现餐厨垃圾有机质含量高，易为微生物所降解。其有机质主要成分为淀粉、蛋白质、脂肪及纤维素，经好氧微生物水解和酸解后，生成氨基酸、糖类、脂肪酸等优质碳水化合物，淀粉是一种高分子的葡萄糖聚合物，包括直链淀粉和支链淀粉两种形态，可经水解酶水解为葡萄糖。蛋白质经过蛋白质降解酶的作用可降解为多肽和氨基酸，脂肪通过脂肪酶可降解为甘油和脂肪酸，纤维素降解主要通过多种酶的协同作用实现，最终将纤维素转化为可利用的葡萄糖。同时，糖类、氨基酸等具有较好的水溶性，易迁移至液相体系，形成高COD有机废水，该类小分子有机物经过糖酵解、三羧酸循环和氧化磷酸化等生物代谢过程最终转化成H₂O和CO₂，并为生命活动提供能量。因而，富含糖类、氨基酸、小分子脂肪酸的相变液可生化性好，可以作为污水处理中微生物的优质碳源，实现“变废为宝”。

近年来，由于我国大力推行生活垃圾分类制度，餐厨垃圾处理量增大，处理厂逐年增多，厌氧消化技术主要被应用于大型餐厨垃圾处理厂，而好氧发酵技术目前仅应用于中小型餐厨垃圾处理厂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用餐厨废弃物制备废水处理用碳源的方法，该方法通过好氧发酵对餐厨废弃物进行处理制备得到碳源，碳氮比大于40，将其作为补充污水厂污水处理工艺的碳源，明显提高了污水厂污水处理的脱氮除磷效果，为实现餐厨垃圾资源化利用提供理论基础和依据。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：

一种利用餐厨废弃物制备废水处理用碳源的方法，包括：餐厨垃圾经微生物复合菌剂好氧发酵作用发生相变降解为相变液，即得废水处理用碳源；

上述微生物复合菌剂包括微生物菌剂，上述微生物菌剂包括好氧菌；和

辅料，上述辅料包括铁基MOF纳米复合材料。本发明利用微生物复合菌剂在有氧条件下，通过异化作用将餐厨废弃物的有机质降解为小分子有机物、H₂O、CO₂、NH₄ ⁺-N、SO₄ ^2-等无机盐，制备得到的废水处理用碳源主要特征表现为水质成分复杂、有机物富含量大以及含有氨氮等无机盐，降解过程基本不包括产生沼气的路径，氨氧化反应及反硝化过程氮消耗的更彻底，使得碳源的含碳量更高，碳氮比大于40:1，具有更佳的可生化性。餐厨废弃物氧化过程中产生的复合小分子可溶性有机物种类较多，尤其适合为碳氮比低的废水，如生活污水、垃圾渗滤液及工业废水补充碳源，提高这类废水的处理效率。同时，采用铁基MOF纳米复合材料作为辅料，与微生物菌剂复合制备得到微生物复合菌剂，能够有效增强复合菌剂对餐厨废弃物的降解作用，加快生物降解过程，有效促进餐厨废弃物中有机质的降解率，且制备的碳源组成含量得到一定的调整改善，作为废水处理过程中的补充碳源，能够有效增强废水处理效果，提高污水处理的脱氮除磷作用；并且能够有效促进活性污泥中微生物的增长，增强污泥的活性，使得活性污泥维持优异的凝聚沉降性能。其原因可能在于，本发明采用正丁基硫代磷酸三胺改性制备铁基MOF纳米复合材料，作为辅料应用于微生物复合菌剂中，有效提高了微生物降解有机物的降解率，猜测该纳米复合材料具有更强的吸附能力，制备过程其内部结构得到一定调整，进而能够通过吸附氨氮降低氨毒性，改善微生物生存环境，提高其生物活性；同时，纳米复合材料也能够促进微生物之间的相互作用，提高酶活性，进而有效将复杂的有机物转化为小分子有机物，促进其生物降解，从而提高餐厨废弃物的生物降解速率。

具体的，上述利用餐厨废弃物制备废水处理用碳源的方法，包括：

取餐厨垃圾，分拣去除金属、塑料等杂物，按照固液比1g:1~1.2mL的比例加入水混合，然后放入粉碎机进行破碎磨浆，过滤网，之后将过滤后的餐厨垃圾浆料在75~90℃下加热30~60min，经三相分离器提取回收70~80%废弃油脂；接着加入微生物复合菌剂，调节初始pH值6.5~7.2，进行发酵，发酵温度为35~45℃，开放式发酵4~6d；发酵后的物料4000~4200rpm条件下离心10~15min进行固液分离，取上清液即得废水处理用碳源。

于具体实施方式中，微生物菌剂与辅料的质量比为1:3~10。

于具体实施方式中，微生物菌剂包括：按重量份计，10~16份地衣芽孢杆菌，15~20份枯草芽孢杆菌，8~14份酵母菌，10~15份乳酸片球菌。

本发明又公开了上述微生物复合菌剂的制备方法，具体为：

将地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、酵母菌分别于LB固体培养基上，乳酸片球菌于MRS固体培养基上，30~42℃培养24h，之后单独接种于发酵液体摇瓶中，130~150r/min、30~42℃震荡培养24~32h得到各菌种种子液；

接着分别将各菌种种子液按照体积比为1:380~420的比例接种到发酵罐中的培养料中进行发酵，温度30~42℃，搅拌速度130~150r/min，pH为6~7，溶解氧25~35%，罐压0.03~0.05MPa；之后再在6000~6400r/min条件下离心10~15min，取沉淀物加无菌水稀释得到活菌浓度为10⁹~10¹⁰CFU/mL的各菌种菌剂；

按照一定重量份取各菌种菌剂混合得到微生物菌剂，再与载体复合，45℃以下干燥至包含水分10~14%，得到微生物复合菌剂。

于具体实施方式中，微生物复合菌剂，加入量为餐厨垃圾浆料的8~12wt%。

于具体实施方式中，铁基MOF纳米复合材料先由铁基金属有机框架与氧化石墨烯经一步溶剂热合成法获得Fe-MOF@GO，再与正丁基硫代磷酸三胺混合经高温处理制备得到。

进一步的，上述铁基MOF纳米复合材料的制备方法，具体为：

Fe-MOF@GO由现有技术常规制备方法制备获得；

分别取Fe-MOF@GO和正丁基硫代磷酸三胺放入两个敞开的瓷舟中；在石英管上风口放置装有正丁基硫代磷酸三胺的瓷舟，下风口放置另外一个瓷舟，间距为2.8~3.2cm；之后抽真空，通入氩气，气流为95~105mL/min，按照2~3℃/min的升温速率升温至680~720℃，保温1.5~3.5h；冷却后取出获得铁基MOF纳米复合材料。

于具体实施方式中，Fe-MOF@GO和正丁基硫代磷酸三胺的质量比为1:4~6。

于具体实施方式中，废水处理用碳源的碳氮比大于40:1。

于具体实施方式中，废水处理用碳源中，COD含量20000~40000mg/L，NH₄ ⁺-N含量200~600mg/L，TN含量300~500mg/L，TP含量30~50mg/L。

更优选地，利用餐厨废弃物制备废水处理用碳源的方法中，采用新型离子液体与水的混合溶液替代水。本发明采用N-甲基牛磺酸钠改性制备新型离子液体，与水复配使用，对餐厨废弃物进行预处理，然后进行微生物复合菌剂降解处理，有效促进餐厨废弃物降解进程，进一步提升有机质的降解率，制备得到的碳源的理化性能得到改善，C/N比进一步增加，将其应用于污水处理工艺中，进一步增强了污水污水处理的脱氮除磷效果，且促进活性污泥中微生物的增长，提高污泥活性，使其维持优异的凝聚沉降性能。其原因可能在于，本发明制备的新型离子液体对纤维素等生物大分子具有更佳的溶解性能，为微生物复合菌剂的降解过程提供更加便利的条件，更好地促进降解行为的发生，提升降解效率，进而对制备的碳源产生有益的影响。

于具体实施方式中，新型离子液体与水的质量比为1:2~3。

需要说明的是，新型离子液体的制备方法，包括：

取咪唑、NaH加入THF，0℃条件下搅拌40~60min，升温至室温，加入1-溴代正己烷，继续搅拌20~24h，之后水洗、THF萃取产物，硅胶柱纯化得到1-正己基咪唑；

取1,6-二溴己烷加入乙腈，加热回流，然后滴加1-正己基咪唑的乙腈溶液，85~95℃反应24~26h，减压蒸除溶剂，无水乙醚洗涤得到中间产物S；

取中间产物S、N-甲基牛磺酸钠以及碳酸钾混合，加入乙腈，85~95℃反应68~76h；过滤除去固体，减压蒸馏，无水乙醚洗涤，之后溶解于超纯水中，加入过量LiNTf₂进行阴离子交换，5~8h之后加入二氯甲烷萃取、无水硫酸钠干燥，再次进行该操作1~2次，蒸干溶剂得到新型离子液体。

于具体实施方式中，咪唑、NaH的摩尔比为1:1~1.1；咪唑与THF的固液比为0.3~0.4g:1mL；1-溴代正己烷与咪唑的摩尔比为1:0.9~1.1。

于具体实施方式中，1,6-二溴己烷与乙腈的固液比为0.8~1.2g:1mL；1-正己基咪唑的乙腈溶液浓度为0.1~0.2g/mL；1-正己基咪唑与1,6-二溴己烷的摩尔比为1:13~15。

于具体实施方式中，中间产物S、N-甲基牛磺酸钠以及碳酸钾的摩尔比为1:1.2~1.3:6~7；中间产物S与乙腈的固液比为0.010~0.025g:1mL。

本发明又公开了上述利用餐厨废弃物制备废水处理用碳源的方法制备获得的碳源在提高污水厂污水处理效率中的用途。

于具体实施方式中，污水处理过程中碳源使用量为污水的0.25~3wt%。

本发明的又一目的在于，提供了上述铁基MOF纳米复合材料在制备餐厨废弃物降解用微生物复合菌剂中的应用。

本发明的又一目的在于，提供了上述铁基MOF纳米复合材料在制备废水处理用碳源中的应用。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明利用微生物复合菌剂在有氧条件下，通过异化作用将餐厨废弃物的有机质降解为小分子有机物、H₂O、CO₂、NH₄ ⁺-N、SO₄ ^2-等无机盐，制备得到的废水处理用碳源，碳氮比大于40:1，具有更佳的可生化性。微生物复合菌剂采用铁基MOF纳米复合材料作为辅料，与微生物菌剂复合，能够有效增强复合菌剂对餐厨废弃物的降解作用，加快生物降解过程，有效促进餐厨废弃物中有机质的降解率，且制备的碳源的碳氮比进一步增大，作为废水处理过程中的补充碳源，能够有效增强废水处理效果，提高污水处理的脱氮除磷作用；并且能够有效促进活性污泥中微生物的增长，增强污泥的活性。此外，本发明采用N-甲基牛磺酸钠改性制备新型离子液体，与水复配使用，对餐厨废弃物进行预处理，有效促进餐厨废弃物降解进程，进一步提升有机质的降解率，制备得到的碳源的理化性能得到改善，C/N比进一步增加，将其应用于污水处理工艺中，进一步增强了污水污水处理的脱氮除磷效果，且促进活性污泥中微生物的增长，提高污泥活性，使其维持优异的凝聚沉降性能。

因此，本发明提供了一种利用餐厨废弃物制备废水处理用碳源的方法，该方法通过好氧发酵对餐厨废弃物进行处理制备得到碳源，碳氮比大于40，将其作为补充污水厂污水处理工艺的碳源，明显提高了污水厂污水处理的脱氮除磷效果，为实现餐厨垃圾资源化利用提供理论基础和依据。

附图说明

图1是本发明实施例1中制备的铁基MOF纳米复合材料的XPS测试结果。

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，下面将结合实施例对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明实施例所用地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）的保藏号为CGMCC1.7461；枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）的保藏号为ATCC 11774；酵母菌为BY4741菌，购自北京兴华越洋生物科技有限公司；乳酸片球菌（Pediococcusacidilactici）购自上海嘉楚生物工程有限公司，菌种编号：SHBCC D12389。

本发明实施例所用的Fe-MOF@GO的制备方法为现有技术，具体如下：

取GO和FeCl₃·6H₂O（两者的质量比为0.0445:1）分别加入N,N-二甲基甲酰胺，超声混合均匀得到GO溶液（浓度为2mg/mL）和A溶液（浓度为0.045g/mL）；取2-氨基对苯二甲酸加入DMF（固液比为0.015g：1mL）中，2-氨基对苯二甲酸与FeCl₃·6H₂O的质量比为0.34:1，搅拌形成均匀溶液，立即加入GO溶液，0.5h后加入A溶液，搅拌0.5h，110℃条件下保温24h；完全冷却后抽滤、洗涤、冷冻干燥24h得到Fe-MOF@GO。

餐厨垃圾基本组成如表1所示：

表1 餐厨垃圾基本组成

原料

含水率（%）

TOC（mg/g）

TKN（mg/g）

油脂（%）

盐分（%）

pH

餐厨垃圾

74.5

503.4

28.3

8.13

0.73

4.8~5.2

实施例1：

一种利用餐厨废弃物制备废水处理用碳源的方法：

取餐厨垃圾，分拣去除金属、塑料等杂物，按照固液比1g:1mL的比例加入水混合，然后放入粉碎机进行破碎磨浆，过滤网（φ1mm），滤渣截留了餐厨垃圾中40%左右的蛋白质，之后将过滤后的餐厨垃圾浆料在80℃下加热35min，经三相分离器提取回收75%废弃油脂；接着加入微生物复合菌剂，加入量为餐厨垃圾浆料的10wt%，调节初始pH值6.8，进行发酵，发酵温度为40℃，开放式发酵5d；发酵后的物料4000rpm条件下离心15min进行固液分离，取上清液即得废水处理用碳源。

上述微生物复合菌剂，包括：微生物菌剂和辅料，两者质量比为1:6；微生物菌剂包括：按重量份计，13份地衣芽孢杆菌，18份枯草芽孢杆菌，12份酵母菌，13份乳酸片球菌。

上述微生物复合菌剂的制备：

将衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、酵母菌分别于LB固体培养基上，乳酸片球菌分别于MRS固体培养基上，30~42℃培养24h，之后单独接种于发酵液体摇瓶中，130~150r/min、30~42℃震荡培养24h得到各菌种种子液；

接着分别将各菌种种子液按照体积比为1:400的比例接种到发酵罐中的培养料中进行发酵，温度30~42℃，搅拌速度135r/min，pH为6~7，溶解氧30%，罐压0.04MPa；之后再6000r/min离心10min，取沉淀物加无菌水稀释得到活菌浓度为10¹⁰CFU/mL的各菌种菌剂；

按照一定重量份取各菌种菌剂混合得到微生物菌剂，再与载体复合，45℃以下干燥至包含水分12%，得到微生物复合菌剂。

LB固体培养基配方：胰蛋白胨10g，酵母粉5g，NaCl 10g，琼脂粉18.5g，定容至1L，用NaOH调pH至7.2。

MRS固体培养基配方：胰蛋白胨10g，牛肉膏10g，NaCl 10g，酵母粉5g，柠檬酸二胺2g，葡萄糖20g，吐温80 1mL，乙酸钠5g，K₂HPO₄2g，MgSO₄·7H₂O 0.58g，硫酸锰0.25g，琼脂18g，定容至1L，调pH 6.5。

液体发酵培养基配方：玉米粉10g，黄豆粉5g，葡萄糖5g，蛋白胨2g，NaCl 1g，K₂HPO₄1g，MgSO₄·7H₂O 0.2g，定容至1L。

上述辅料为铁基MOF纳米复合材料，其制备方法如下：

按照质量比为1:5.1的比例分别取Fe-MOF@GO和正丁基硫代磷酸三胺放入两个敞开的瓷舟中；在石英管上风口放置装有正丁基硫代磷酸三胺的瓷舟，下风口放置另外一个瓷舟，间距为3cm；之后抽真空，通入氩气，气流为100mL/min，按照2℃/min的升温速率升温至700℃，保温3h；冷却后取出获得纳米复合材料。

实施例2：

一种利用餐厨废弃物制备废水处理用碳源的方法与实施例1的区别：微生物复合菌剂为本实施例制备的，加入量为餐厨垃圾浆料的8.4wt%。

微生物复合菌剂，包括：微生物菌剂和辅料，两者质量比为1:8；微生物菌剂包括：按重量份计，11份地衣芽孢杆菌，15份枯草芽孢杆菌，8份酵母菌，15份乳酸片球菌。

上述微生物复合菌剂的制备方法与实施例1相同。

上述辅料为铁基MOF纳米复合材料，其制备方法与实施例1的区别为：

Fe-MOF@GO和正丁基硫代磷酸三胺的质量比为1:4.2。

实施例3：

一种利用餐厨废弃物制备废水处理用碳源的方法与实施例1的区别：微生物复合菌剂为本实施例制备的，加入量为餐厨垃圾浆料的12wt%。

微生物复合菌剂，包括：微生物菌剂和辅料，两者质量比为1:10；微生物菌剂包括：按重量份计，15份地衣芽孢杆菌，20份枯草芽孢杆菌，14份酵母菌，14份乳酸片球菌。

上述微生物复合菌剂的制备方法与实施例1相同。

Fe-MOF@GO和正丁基硫代磷酸三胺的质量比为1:5.8。

实施例4：

一种利用餐厨废弃物制备废水处理用碳源的方法与实施例1的区别：微生物复合菌剂为本实施例制备的，加入量为餐厨垃圾浆料的9wt%。

微生物复合菌剂，包括：微生物菌剂和辅料，两者质量比为1:3；微生物菌剂包括：按重量份计，10份地衣芽孢杆菌，15份枯草芽孢杆菌，8份酵母菌，10份乳酸片球菌。

上述微生物复合菌剂的制备方法与实施例1相同。

Fe-MOF@GO和正丁基硫代磷酸三胺的质量比为1:4。

实施例5：

一种利用餐厨废弃物制备废水处理用碳源的方法：

取餐厨垃圾，分拣去除金属、塑料等杂物，按照固液比1g:1mL的比例加入新型离子液体/水（质量比为1:2.5）混合溶液复混，然后放入粉碎机进行破碎磨浆，过滤网（φ1mm），滤渣截留了餐厨垃圾中40%左右的蛋白质，之后将过滤后的餐厨垃圾浆料在80℃下加热35min，经三相分离器提取回收75%废弃油脂；接着加入微生物复合菌剂，加入量为餐厨垃圾浆料的10wt%，调节初始pH值6.8，进行发酵，发酵温度为40℃，开放式发酵5d；发酵后的物料4000rpm条件下离心15min进行固液分离，取上清液即得废水处理用碳源。

微生物复合菌剂及其制备方法与实施例1相同。

铁基MOF纳米复合材料的制备方法与实施例1相同。

上述新型离子液体的制备：

取咪唑、NaH（两者摩尔比为1:1.05）加入THF，咪唑与THF的固液比为0.35g:1mL，0℃条件下搅拌50min，升温至室温，加入1-溴代正己烷（与咪唑的摩尔比为1:1），继续搅拌24h，之后水洗、THF萃取产物，硅胶柱纯化得到1-正己基咪唑，¹H NMR(400 MHz, CDCl₃) δ7.59、7.19、6.84(3H, IMI-H), 3.92 (t, 2H, -CH₂), 1.92 (m, 2H, -CH₂), 1.23~1.34(6H, -CH₂), 0.88 (s, 3H, -CH₃)；

按照固液比为1g:1mL的比例取1,6-二溴己烷加入乙腈，加热回流，然后滴加浓度为0.14g/mL的1-正己基咪唑（与1,6-二溴己烷的摩尔比为1:14）的乙腈溶液，90℃反应24h，减压蒸除溶剂，无水乙醚洗涤（3×5mL）得到中间产物S；¹H NMR(400 MHz, CDCl₃) δ 10.13、7.73、7.48(3H, IMI-H), 4.45 (t, 2H, -CH₂), 4.29 (t, 2H, -CH₂), 3.58 (t, 2H, -CH₂), 1.82~2.04 (m, 6H, -CH₂), 1.29~1.37 (10H, -CH₂), 0.88 (s, 3H, -CH₃)；

取中间产物S、N-甲基牛磺酸钠以及碳酸钾（三者摩尔比为1:1.26:6.4）混合，加入乙腈（中间产物S与乙腈的固液比为0.018g:1mL），90℃反应72h；过滤除去固体，减压蒸馏，无水乙醚洗涤（3×5mL），之后溶解于超纯水中，加入过量LiNTf₂进行阴离子交换，6h之后加入二氯甲烷萃取、无水硫酸钠干燥，再次进行该操作2次，蒸干溶剂得到新型离子液体；¹HNMR(400 MHz, CDCl₃) δ 10.43、8.01、7.69(3H, IMI-H), 4.49 (t, 2H, -CH₂), 4.21 (t,2H, -CH₂), 3.48 (t, 2H, -CH₂), 3.01 (t, 2H, -CH₂), 2.39 (t, 2H, -CH₂), 1.90~2.04 (m, 4H, -CH₂), 1.05~1.70 (12H, -CH₂), 2.19、0.89 (s, 6H, -CH₃)。

实施例6：

一种利用餐厨废弃物制备废水处理用碳源的方法与实施例5的区别为：微生物复合菌剂为本实施例制备的。

微生物复合菌剂与实施例5的区别为：辅料为本实施例中制备的。

微生物复合菌剂的制备与实施例5相同。

辅料为铁基MOF纳米复合材料，其制备方法与实施例5的区别为：采用硫代乙酰胺替代正丁基硫代磷酸三胺。

新型离子液体的制备与实施例5相同。

实施例7：

一种利用餐厨废弃物制备废水处理用碳源的方法与实施例1的区别为：微生物复合菌剂为本实施例制备的。

微生物复合菌剂与实施例1的区别为：辅料为本实施例中制备的。

微生物复合菌剂的制备与实施例1相同。

辅料为铁基MOF纳米复合材料，其制备方法与实施例1的区别为：采用硫代乙酰胺替代正丁基硫代磷酸三胺。

实施例8：

微生物复合菌剂与实施例1的区别为：辅料为木屑。

微生物复合菌剂的制备与实施例1相同。

实施例9：

废水处理用碳源的应用——作为污水厂补充碳源SBR中可行性研究

试验用的SBR反应器主体采用有机玻璃制作，有效容积为2L，通过人工定时控制空压机、搅拌机的启闭以及进出水的时间，使得装置运行完全模拟污水处理厂实际运行状态。SBR反应器每日运行2个周期，沉淀后由出水口出水0.5L、进污水0.5L（排水比1/4），控制SBR反应器在曝气阶段的DO浓度在2~6mg/L；搅拌阶段溶解氧控制在0.2~0.5mg/L。活性污泥自污水处理厂取回，空曝1d后接入SBR反应器，运行周期进水搅拌1.5h，反应（曝气）3h，沉淀1h，滗水1.5h，闲置0.5h，接入原污水运行两天，使得反应器出水稳定。碳源样品添加量为污水的1.2%。SBR反应器运行2d。

试验主要分析制备包括COD、DO、NH₄ ⁺-N、NO₃ ^--N、TN、TP等，水质分析依据国家环境环保局总局编写的《水和废水检测分析方法》（第四版）规定的方法进行，测试方法如表2所示：

表2 水质指标检测方法

检测指标	单位	方法
			COD	mg/L	快速消解法
NH₄ ⁺-N	mg/L	苯酚次氯酸钠比色法
			NO₃ ^--N	mg/L	紫外分光光度法
TN	mg/L	HACH总氮试剂
			TP	mg/L	钼酸铵分光光度法
DO	mg/L	雷磁DO-958
			盐度	%	盐度计HORIBA
SV30	%	体积法
			MLSS	mg/L	重量法
SVI	-	重量法

污水各指标如表3所示：

表3 污水理化性质

指标	TN（mg/L）	NH₄ ⁺-N（mg/L）	TP（mg/L）	COD（mg/L）	pH
						浓度	10.78	9.54	8.19	434.60	6.98

添加测试样品进行SBR运行后出水水质如表4所示：

表4 出水水质理化性质

指标	TN（mg/L）	NH₄ ⁺-N（mg/L）	TP（mg/L）	COD（mg/L）	pH
						实施例1	2.51	0.58	0.21	23.56	6.98
实施例5	1.93	0.29	0.19	19.23	6.81
						实施例6	2.79	0.64	0.25	23.74	6.95
实施例7	3.27	0.91	0.28	26.97	7.01
						实施例8	3.43	1.03	0.30	27.83	7.03
空白对照组	4.95	1.42	0.41	28.42	7.10

注释：空白对照组为不添加废水处理用碳源。

从表4中的数据分析可知，相比于空白对照组，添加实施例8制备的碳源对污水进行处理后，出水水质的TN、NH₄ ⁺-N、TP浓度均出现明显的减少，但COD浓度未出现明显变化，且实施例7的效果稍好于实施例8的，表明在污水处理中添加本发明制备的碳源，能够促进TN、NH₄ ⁺-N、TP的去除效果。实施例1的效果好于实施例7的，表明采用正丁基硫代磷酸三胺改性Fe基MOF纳米复合材料，作为辅料添加入微生物复合菌剂中，作用于餐厨废弃物降解，制备得到废水处理用碳源，对污水处理的效果具有明显的增强作用。实施例5的效果好于实施例1的，实施例6的效果好于实施例7的，表明采用本发明制备的新型离子液体与水复配，预先对餐厨废弃物进行浸渍处理，能够进一步增强餐厨废弃物降解过程，制备的碳源对污水处理作用表现出更佳的增强作用。

对活性污泥的影响探究

SV₃₀为曝气阶段混合液沉降30min后污泥所占的体积百分比，表征其沉降性能，SV₃₀值越小，污泥沉降性能越好。MLSS 进一步表征SBR反应器内活性污泥中微生物量变化。

SVI变化表明相变液的掺杂对活性污泥的凝聚沉降性能均能维持在正常水平，一般而言，良好的活性污泥SVI常在50~120之间，SVI值过低，说明污泥活性不够，可能是水体中营养元素缺失导致；SVI过高的污泥，说明可能发生污泥膨胀。

Claims

1.一种利用餐厨废弃物制备废水处理用碳源的方法，包括：餐厨垃圾经微生物复合菌剂好氧发酵作用发生相变降解为相变液，即得废水处理用碳源；

所述微生物复合菌剂包括微生物菌剂，所述微生物菌剂包括好氧菌；和

辅料，所述辅料包括铁基MOF纳米复合材料；

所述铁基MOF纳米复合材料先由铁基金属有机框架与氧化石墨烯经一步溶剂热合成法获得Fe-MOF@GO，再与正丁基硫代磷酸三胺混合经高温处理制备得到。

2.根据权利要求1所述的利用餐厨废弃物制备废水处理用碳源的方法，其特征在于，所述微生物菌剂与辅料的质量比为1:3~10。

3.根据权利要求1所述的利用餐厨废弃物制备废水处理用碳源的方法，其特征在于，所述微生物菌剂包括：按重量份计，10~16份地衣芽孢杆菌，15~20份枯草芽孢杆菌，8~14份酵母菌，10~15份乳酸片球菌。

4.根据权利要求1所述的利用餐厨废弃物制备废水处理用碳源的方法，其特征在于，所述方法具体包括：

取餐厨垃圾，分拣去除杂物，按照固液比1g:1~1.2mL的比例加入水混合，然后放入粉碎机进行破碎磨浆，过滤网，之后将过滤后的餐厨垃圾浆料在75~90℃下加热30~60min，经三相分离器提取回收70~80%废弃油脂；接着加入微生物复合菌剂，调节初始pH值6.5~7.2，进行发酵，发酵温度为35~45℃，开放式发酵4~6d；发酵后的物料4000~4200rpm条件下离心10~15min进行固液分离，取上清液即得废水处理用碳源。

5.根据权利要求1所述的利用餐厨废弃物制备废水处理用碳源的方法，其特征在于，所述废水处理用碳源的碳氮比大于40:1。

6.根据权利要求1所述的利用餐厨废弃物制备废水处理用碳源的方法，其特征在于，所述废水处理用碳源中，COD含量20000~40000mg/L，NH₄ ⁺-N含量200~600mg/L，TN含量300~500mg/L，TP含量30~50mg/L。

7.权利要求1所述的利用餐厨废弃物制备废水处理用碳源的方法制备获得的碳源在提高污水厂污水处理效率中的用途。

8.根据权利要求7所述的用途，其特征在于，所述污水处理过程中碳源使用量为污水的0.25~3wt%。

9.权利要求1中所述的铁基MOF纳米复合材料在制备餐厨废弃物降解用微生物复合菌剂中的应用。

10.权利要求1中所述的铁基MOF纳米复合材料在制备废水处理用碳源中的应用。