CN115945508A - 一种利用玉米芯强化生物蒸发处理餐厨垃圾的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用玉米芯强化生物蒸发处理餐厨垃圾的方法。本发明所述方法筛选颗粒均匀的玉米芯(3‑4mm),在室温下将玉米芯浸入接种了活性污泥的实验室废水中负载生物膜(4‑6天),负载后的玉米芯离心脱水,此为生物蒸发的膨胀剂和微生物载体。将餐厨垃圾与生物膜负载的玉米芯混合均匀(有机负荷0.035~0.15 KgVSFW/Kg TSBC)添加进反应器,反应器安装温度探头,并以0.5~3 L min‑1的速率向反应器中连续曝气,利用保温棉以及防燃布将反应器密闭直到反应器内温度降至室温,以防止代谢热的流失。本发明利用玉米芯作为生物蒸发过程中的膨胀剂和微生物载体,可以显著提高反应器内的温度、反应器内高温的持续时间、VS的降解和水分的蒸发。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用玉米芯强化生物蒸发处理餐厨垃圾的方法,属于高浓度有机废水的处理领域。
背景技术
餐厨垃圾是人们在日常生活过程中产生的生活废物,极易腐烂变质,产生恶臭,传播细菌以及病毒等。因餐厨垃圾有机物含量丰富、水分含量高,所以餐厨垃圾通过合理的利用可以成为很好的再生资源。目前关于餐厨垃圾的处理方法主要包括生物技术和非生物技术,其中生物技术包括厌氧消化、好氧堆肥和蚯蚓堆肥法,而非生物技术包括卫生填埋、焚烧法、粉碎直排法和饲料化法,但各类方法仍有许多不足。
发明内容
结合现有的生物蒸发技术,本发明的目的在于提供一种利用玉米芯强化生物蒸发处理餐厨垃圾的方法,解决了卫生填埋污染地下水、占地面积大、气味难闻;焚烧法产生的大量有害气体和粉尘;机械粉碎直排法排水管堵塞、二次污染、脱水饲料化法饲料产品质量保障低、安全性不易控制、厌氧消化处理时间长、消化液需要进一步处理;好氧堆肥难闻气味、土壤的盐碱化等问题,又在生物干化的基础上进一步发展。
本发明所述方法利用接种了活性污泥的废水培养玉米芯,以玉米芯作为生物蒸发反应器中的膨胀剂和微生物载体,以废治废,同时通过调整和控制参数,显著提高生物蒸发反应器中的最高温、高温持续时间、水分的蒸发效果以及VS的降解。
本发明的技术内容如下:
(1)将玉米芯颗粒浸入到接种了活性污泥的废水中,同时,向废水中曝气,并用蠕动泵向反应器中连续注入废水,同时产生的多余废水从反应器上部排除,连续培养4-6天,直到玉米芯表面形成一层生物膜。
(2)将挂膜成功并脱水的玉米芯与餐厨垃圾混合均匀,并装入生物蒸发反应器;调节堆体有机负荷为0.035~0.15 KgVSFW/ Kg TSBC;注意不要压实以免影响气体传质;其中,餐厨垃圾需要挑出骨头等硬度较大的垃圾,并用破碎机搅拌至糊状。
(3)连接生物蒸发反应器的温度探头及曝气装置,密闭反应器后进行第一轮生物蒸发;对于第二轮生物蒸发,将相同量的餐厨垃圾添加进入反应器,并与上一轮剩余产物混合均匀。
优选的,筛选颗粒均匀的玉米芯,本发明所述步骤(1)所述玉米芯颗粒粒径为3-4mm。
优选的,本发明所述步骤(2)所述餐厨垃圾中可生物降解挥发性固体浓度≥120g/L,有机质含量一般为22.4%-70.2%。
优选的,本发明所述生物蒸发反应器底部配备4个曝气头,反应物顶部连接温度探头;生物蒸发反应器设置取样口。
本发明所述废水中可生物降解挥发性固体含量需要大于等于120g/L。
本发明的有效效果如下:
(1)本发明所述的废水为高浓度有机废水,即有机质含量大于120g/L的废水,包括了餐厨垃圾、咖啡废水、豆腐渣、垃圾渗滤液多种废水。
(2)挑选出来的玉米芯颗粒与餐厨垃圾混合后,玉米芯颗粒既可以作为堆体中的膨胀剂,调节堆体的孔隙,有利于氧气的传质,又可以作为微生物的载体,还可以给微生物提供部分营养物质(纤维素、半纤维素和木质素)。进一步的,选取小粒径的玉米芯,孔隙丰富、比表面积大,有利于氧气传质;另外,当玉米芯与餐厨垃圾混合后,可作为膨胀剂调节生物蒸发堆体的含水率以及自由孔隙率,显著提高生物蒸发效率。
(3)因玉米芯的强亲水性以及大量的纤维素和半纤维素,有利于微生物的生长和繁殖,为微生物提供了良好的生存环境,在以玉米芯作为生物蒸发堆体的膨胀剂和微生物载体的过程中,生物膜厚度可达350-450um;整体生物蒸发效果好,分别从最高温、高温持续时间、水分蒸发效果和VS的降解效果得以体现。
附图说明
图1为本发明实施例1中的生物蒸发装置图。
图2为本发明实施例1中以玉米芯为膨胀剂和微生物载体后生物蒸发效果。
图3为本发明实施例1玉米芯颗粒上死菌活菌的径向分布。
实施方式
下面结合具体实施例本发明作进一步的详细说明,但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例
一种利用生物膜负载的玉米芯为微生物载体和膨胀剂强化餐厨垃圾生物蒸发的处理工艺,具体包括如下步骤:
(1)玉米芯处理方法:将粒径为3 mm的玉米芯颗粒浸入接种了活性污泥的废水中,每L废水包括常量元素5mL,钙镁溶液100uL,微量元素溶液40uL,同时,向废水中曝气,并用蠕动泵向反应器中连续注入废水,同时产生的多余废水从反应器上部排除,连续培养6天,直到玉米芯表面形成一层生物膜。
(2)堆体制备:将挂膜成功并脱水的19.46 L玉米芯与1.342 Kg餐厨垃圾混合均匀,以调节初始有机负荷为0.04 KgVSFW/ Kg TSBC,并装入生物蒸发反应器;混合后半纤维素含量47.19%、纤维素含量38.17%、木质纤维素含量5.05%。
(3)生物蒸发:连接装置的温度探头及曝气装置,密闭反应器后进行第一轮生物蒸发。
生物蒸发装置配备有专门的取样口,整个实验分为五个阶段取样,包括开始阶段、升温45℃、最高温阶段、降温45℃以及结束阶段;每次取40g样品,检测生物蒸发阶段堆体温度变化情况,并在不用的取样点取样,测定使用玉米芯作为生物蒸发堆体的膨胀剂和微生物载体水分蒸发情况、有机物降解效果以及这些变化与微生物的关系。
通过反应器的温度探头监测生物蒸发过程的最高温为54.4℃,高温持续7天(图2a),并测定MC和VS的变化情况(图2b),MC的去除率为292.8%,VS的去除率为271.1%。
微生物活性测定:使用LIVE/DEAD® BacLightTM Bacterial Viability Kits进行玉米芯颗粒样品上活菌和死菌的荧光标记;样品避光染色并包埋,于冷冻切片机-20℃冷冻,冷冻完成后切片,切片厚度为20 um,将切片得到的样品用指甲油固定在载玻片上,使用20倍物镜在CLSM下观察死菌活菌的原位分布。
由图3可知,本发明所形成的生物膜厚度较大,可达350-450 um,说明前期生物膜的负载有利于微生物的定植,另外,玉米芯颗粒外围连续的生物膜主要由活菌组成。
实施例
在实施例1的产物中加入与实施例1相同含量的餐厨垃圾,进行第二轮生物蒸发实验;通过图2分析,第二轮生物蒸发实验MC去除率为198.8%,VS的降解率为171.1%,最高温为57.4,高温持续时间为2天;最高温温度增加,但是高温持续时间变短,最高温温度增加可能与微生物的驯化有关,而高温持续时间变短与有机负荷含量下降有关,因为玉米芯中部分易降解的纤维素、半纤维素和木质素在第一轮被降解,这也使得实施例1中产生的代谢热大于第二轮且MC和VS的去除率也显著高于第二轮。
通过实施案例1和实施案例2的结果可知,玉米芯中丰富的纤维素、半纤维素和木质素可以显著提高生物蒸发的最高温、高温持续时间以及MC和VS 的降解效率。
实施例
一种利用生物膜负载的玉米芯为微生物载体和膨胀剂强化餐厨垃圾生物蒸发的处理工艺,具体包括如下步骤:
一种利用生物膜负载的玉米芯为微生物载体和膨胀剂强化餐厨垃圾生物蒸发的处理工艺,具体包括如下步骤:
(1)玉米芯处理方法:将粒径为4 mm的玉米芯颗粒浸入接种了活性污泥的废水中,每L废水包括常量元素5mL,钙镁溶液100uL,微量元素溶液40uL,同时,向废水中曝气,并用蠕动泵向反应器中连续注入废水,同时产生的多余废水从反应器上部排除,连续培养4天,直到玉米芯表面形成一层生物膜。
(2)堆体制备:将挂膜成功并脱水的7.51 L玉米芯与1.342 Kg餐厨垃圾混合均匀,以调节初始有机负荷为0.15 KgVSFW/ Kg TSBC,并装入生物蒸发反应器;混合后半纤维素含量47.19%、纤维素含量38.17%、木质纤维素含量5.05%。
(3)生物蒸发:连接装置的温度探头及曝气装置,密闭反应器后进行第一轮生物蒸发。
通过反应器的温度探头监测生物蒸发过程的最高温为55.2℃,高温持续7天,并测定MC和VS的变化情况,MC的去除率为236.9%,VS的去除率为201.8%。与实施案例1相比,此结果的出现可能是因为,较高的有机质含量导致微生物有更多可利用的有机质,所以最高温和高温持续时间较好。然而高浓度的有机质又导致了堆体的压实,降低了孔隙率,从而降低了气体传质效果,使得MC和VS的去除下降。
Claims (6)
1.其特征在于:利用接种了活性污泥的废水培养玉米芯,以玉米芯作为生物一种利用玉米芯强化生物蒸发处理餐厨垃圾的方法蒸发反应器中的膨胀剂和微生物载体。
2.根据权利要求1所述利用玉米芯强化生物蒸发处理餐厨垃圾的方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
(1)将玉米芯颗粒浸入到接种了活性污泥的废水中,同时,向废水中曝气,并用蠕动泵向反应器中连续注入废水,同时产生的多余废水从反应器上部排除,连续培养4-6天,直到玉米芯表面形成一层生物膜;
(2)将挂膜成功并脱水的玉米芯与餐厨垃圾混合均匀,并装入生物蒸发反应器;调节堆体有机负荷为0.035~0.15 Kg VSFW/ Kg TSBC;
(3)连接生物蒸发反应器的温度探头及曝气装置,密闭反应器后进行第一轮生物蒸发;对于第二轮生物蒸发,将相同量的餐厨垃圾添加进入反应器,并与上一轮剩余产物混合均匀。
3.根据权利要求2所述利用玉米芯强化生物蒸发处理餐厨垃圾的方法,其特征在于:步骤(1)所述玉米芯颗粒粒径为3-4 mm。
4.根据权利要求2所述利用玉米芯强化生物蒸发处理餐厨垃圾的方法,其特征在于:步骤(2)所述餐厨垃圾中可生物降解挥发性固体浓度≥120 g/L。
5.根据权利要求2所述利用玉米芯强化生物蒸发处理餐厨垃圾的方法,其特征在于:所述生物蒸发反应器底部配备4个曝气头,反应物顶部连接温度探头;生物蒸发反应器设置取样口。
6.根据权利要求5所述利用玉米芯强化生物蒸发处理餐厨垃圾的方法,其特征在于:所述生物蒸发反应器配备流量计控制曝气速率,采用连续通风的方式,通风速率为0.5~3 minL-1。
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