CN117361748A - 一种废水反硝化处理用碳源、其制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种废水反硝化处理用碳源、其制备方法及应用。所述废水反硝化处理用碳源按重量份数计包括：组分a 50～70份；组分b 30～50份；黄原胶0.05～0.2份；所述组分a包括农业副产物的水解产物；所述组分b包括乙二醇、甘油、乙酸钠、乙酸、柠檬酸钠、柠檬酸和丁二酸钠中的至少一种。本发明提供的废水反硝化处理用碳源使用豆渣、豆皮等农业副产物作为主要原料，经水解后，辅以组分b和黄原胶复配制作而成，具有生化性良好、反硝化菌利用迅速等特点，将所述废水反硝化处理用碳源应用污水处理中，硝氮降解更快、亚硝积累更少、污泥产量更少，可避免出水COD超标。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种废水反硝化处理用碳源、其制备方法及应用。
背景技术
碳源是废水处理工艺中反硝化脱氮过程微生物所需的有机营养物质。在废水脱氮的过程中，微生物会利用水中的有机物作为碳源，但由于废水中往往碳源不足，对脱氮造成影响，因此需要额外补加碳源。碳源投加需适量，过多的碳源会导致出水COD超标。
现使用的碳源常用甲醇、乙酸钠、葡萄糖等，使用成本高、可能涉及危险化学品、污泥增长量高；部分现有技术使用秸秆、废纸纤维等作为碳源，分子量高、微生物反硝化利用率有限。
专利202211100014.1提供了一种碳源，使用玉米芯、秸秆、丝瓜络等农业废弃物经酶解处理制作为碳源，但该技术需要对原料进行复杂的预处理，且产品成分单一，仅包括水解产物，且产物未经过浓缩，浓度较低，不利于运输和长期储存。
专利201910541956.5提供了一种碳源，使用秸秆经热解工艺，利用电渗析和膜分离进行浓缩，制备得碳源产品，该技术工艺复杂、生产成本高。
专利202310125812.8提供了一种碳源，以食品行业有机废渣，经产乙酸糖发酵菌发酵后经离心取上清液作为碳源，控制条件较直接使用纤维素酶进行酶解更为复杂和苛刻、发酵时间更长。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种废水反硝化处理用碳源、其制备方法及应用，将所述废水反硝化处理用碳源应用污水处理中，硝氮降解更快、亚硝积累更少、污泥产量更少。
本发明提供了一种废水反硝化处理用碳源，按重量份数计，包括：
组分a 50～70份；
组分b 30～50份；
黄原胶 0.05～0.2份；
所述组分a包括农业副产物的水解产物；
所述组分b包括乙二醇、甘油、乙酸钠、乙酸、柠檬酸钠、柠檬酸和丁二酸钠中的至少一种。
优选的，所述农业副产物包括大豆加工副产物和/或其他富含纤维和多糖的农业副产物；
所述大豆加工副产物为豆渣和/或豆皮。
优选的，所述组分a的制备方法包括以下步骤：
a1)将大豆加工副产物与湿豆渣混合，得到含水率在80％以上的混合物料；所述大豆加工副产物包括豆皮粉、豆皮细颗粒或豆渣；
或将大豆加工副产物与水混合，得到含水率在80％以上的混合物料；所述大豆加工副产物包括豆皮粉、豆皮细颗粒或豆渣；
a2)将所述混合物料与纤维素酶混合，在35～39℃水解后，脱水，得到的水相经过浓缩，得到浓缩液，即为组分a。
优选的，所述豆皮粉由豆皮经过研磨得到；
所述豆皮细颗粒的粒径在0.5mm以下；
所述湿豆渣的含水率为83％～87％。
优选的，当大豆加工副产物与湿豆渣混合后的物料含水率小于80％时，通过加水使得物料的含水率在80％以上。
优选的，所述混合物料中，纤维素酶的添加量为5～25IU/g；
所述水解的时间为24～72h；
所述浓缩液的COD为50～100万mg/L。
优选的，所述组分b包括乙酸钠、乙二醇、柠檬酸钠和甘油；
或所述组分b包括乙酸钠、乙二醇和甘油。
本发明还提供了一种上文所述废水反硝化处理用碳源的制备方法，包括以下步骤：
A)采用部分组分b溶解黄原胶，得到第一混合液；
将组分a与剩余组分b混合，得到第二混合液；
B)将所述第一混合液与所述第二混合液混匀后，得到废水反硝化处理用碳源。
本发明还提供了一种上文所述废水反硝化处理用碳源，或上文所述的制备方法制得的废水反硝化处理用碳源在污水处理中的应用。
优选的，根据所述废水反硝化处理用碳源的COD值以及污水中的TN浓度，控制水体中的COD：TN＝5～10：1进行废水反硝化处理用碳源的投加。
本发明提供了一种废水反硝化处理用碳源，按重量份数计，包括：组分a50～70份；组分b 30～50份；黄原胶0.05～0.2份；所述组分a包括农业副产物的水解产物；所述组分b包括乙二醇、甘油、乙酸钠、乙酸、柠檬酸钠、柠檬酸和丁二酸钠中的至少一种。本发明提供的废水反硝化处理用碳源使用豆渣、豆皮等农业副产物作为主要原料，经水解后，辅以组分b和黄原胶复配制作而成，具有生化性良好、反硝化菌利用迅速等特点，将所述废水反硝化处理用碳源应用污水处理中，硝氮降解更快、亚硝积累更少、污泥产量更少，可避免出水COD超标。并且，生产原料不涉及危险化学品，原料易获取，制造工艺简单，应用前景广泛。所述废水反硝化处理用碳源的化学性质稳定，保质期长，可长期储存。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
本发明提供了一种废水反硝化处理用碳源，按重量份数计，包括：
组分a 50～70份；
组分b 30～50份；
黄原胶 0.05～0.2份；
所述组分a包括农业副产物的水解产物；
所述组分b包括乙二醇、甘油、乙酸钠、乙酸、柠檬酸钠、柠檬酸和丁二酸钠中的至少一种。
在本发明的某些实施例中，所述农业副产物包括大豆加工副产物和/或其他富含纤维和多糖的农业副产物；比如豆渣和/或豆皮。
在本发明的某些实施例中，所述所述组分a包括豆渣水解产物和/或豆皮水解产物。
在本发明的某些实施例中，所述组分a的制备方法包括以下步骤：
a1)将大豆加工副产物与湿豆渣混合，得到含水率在80％以上的混合物料；所述大豆加工副产物包括豆皮粉、豆皮细颗粒或豆渣；
或将大豆加工副产物与水混合，得到含水率在80％以上的混合物料；所述大豆加工副产物包括豆皮粉、豆皮细颗粒或豆渣；
a2)将所述混合物料与纤维素酶混合，在35～39℃水解后，脱水，得到的水相经过浓缩，得到浓缩液，即为组分a。
步骤a1)中：
在本发明的某些实施例中，所述豆皮粉由豆皮经过研磨得到。所述豆皮细颗粒的粒径在0.5mm以下。
在本发明的某些实施例中，所述湿豆渣的含水率为83％～87％，比如85％。
本发明对所述豆皮原料与湿豆渣的配比并无特殊的限制。
当大豆加工副产物与湿豆渣混合后的物料含水率小于80％时，通过加水使得物料的含水率在80％以上。
步骤a2)中：
在本发明的某些实施例中，所述混合物料中，纤维素酶的添加量为5～25IU/g，比如25IU/g。
在本发明的某些实施例中，所述水解的温度为37℃，时间为24～72h，比如72h。
在本发明的某些实施例中，所述脱水采用卧螺离心机、叠螺脱水机或板框压滤机。
脱水后的固相可以混入下一批原料继续使用或用于饲料、堆肥等其他用途。
脱水后的水相主要成分包括可溶性纤维素、多糖、糖醇等。
所述浓缩为蒸发浓缩或反渗透浓缩。
所述浓缩液的COD为50～100万mg/L，比如65万mg/L。
在本发明的某些实施例中，所述组分a的重量份数为70份、50份。
在本发明的某些实施例中，所述组分b包括乙酸钠、乙二醇、柠檬酸钠和甘油。为促进黄原胶溶解及发挥作用，所述甘油被加热至60～70℃，比如65℃。所述乙酸钠、乙二醇、柠檬酸钠和甘油的质量比为10～30：5～10：5～10：5～10；比如15：5：5：5。
在本发明的某些实施例中，所述组分b包括乙酸钠、乙二醇和甘油。所述甘油的温度为60～70℃，比如65℃。所述乙酸钠、乙二醇和甘油的质量比为10～30：10～20：5～10；比如25：20：5。
在本发明的某些实施例中，所述组分b的重量份数为30份、50份。
在本发明的某些实施例中，所述黄原胶的重量份数为0.1份。
本发明还提供了一种上文所述废水反硝化处理用碳源的制备方法，包括以下步骤：
A)采用部分组分b溶解黄原胶，得到第一混合液；
将组分a与剩余组分b混合，得到第二混合液；
B)将所述第一混合液与所述第二混合液混匀后，得到废水反硝化处理用碳源。
步骤A)中：
在本发明的某些实施例中，所述剩余组分b为甘油或乙二醇，将组分a与剩余组分b混合前，还包括：将剩余组分b加热至60～70℃。
本发明还提供了一种上文所述的废水反硝化处理用碳源，或上文所述的制备方法制得的废水反硝化处理用碳源在污水处理中的应用。
具体的，根据所述废水反硝化处理用碳源的COD值以及污水中的TN浓度，控制水体中的COD：TN＝5～10：1进行废水反硝化处理用碳源的投加。具体的，控制水体中的控制水体中的COD：TN＝6：1进行废水反硝化处理用碳源的投加。
本发明对上文采用的原料来源并无特殊的限制，可以为一般市售。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种废水反硝化处理用碳源、其制备方法及应用进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
组分a的制备：
将2重量份含水率为13％的豆渣与5重量份含水率为85％的湿豆渣混合，加入12重量份水使得物料含水率为85％，投加25IU/g的纤维素酶，在37℃水解72h，水解产物使用卧螺离心机脱水后，固相混入下一批原料继续使用或用于饲料、堆肥等其他用途，水相经过蒸发浓缩，得到浓缩液(即组分a)，所述浓缩液的COD为65万mg/L；
废水反硝化处理用碳源的制备：
取70重量份浓缩液(即组分a)，与15重量份乙酸钠、5重量份乙二醇、5重量份柠檬酸钠混合，得到第二混合液；另取5重量份加热到65℃的甘油，加入0.1重量份黄原胶搅拌溶解，得到第一混合液；然后将所述第一混合液与所述第二混合液混匀后，得到废水反硝化处理用碳源。
将所述废水反硝化处理用碳源依据标准HJ828方法检测化学需氧量(COD)浓度，同时依据标准HJ505方法检测五日生化需氧量(BOD5)浓度，两者比值BOD5/COD(简称B/C)，通常B/C高于0.7即认为具有良好的可生化性。实施例1试验批次的废水反硝化处理用碳源的BOD为63万mg/L，COD为82.57万mg/L，B/C达到0.76。
将所述废水反硝化处理用碳源按照以下方式进行应用试验：
在25L圆形容器内加入20L来自某粮油加工企业经过处理后达标排放的废水，按照COD：TN＝6：1的比例加入1800mg/L(以COD计)实施例1的废水反硝化处理用碳源和300mg/L硝酸盐氮作为试验用水，按照5g/L投加来自A/O好氧工艺的活性污泥，在容器内持续搅拌，并持续监测容器内指标情况，试验环境温度维持25℃，记为试验组。同时做对照组试验，将碳源替换为等当量的葡萄糖，其他条件相同。如表1和表2所示。
表1试验组和对照组的氨氮、亚硝氮和硝氮的测试结果(单位：mg/L)
表2试验组和对照组的COD和MLSS的测试结果(单位：mg/L)
从表1和表2可知，与对照组相比，本实施例使用后硝氮降解更快、亚硝积累更少、污泥产量更少。
实施例2
组分a的制备：
将1重量份含水率5％的豆皮研磨为粒径在0.5mm以下的细颗粒，与5重量份含水率85％的湿豆渣混合，比例不限，通过加7重量份水使得物料的含水率为85％，投加25IU/g的纤维素酶，在37℃水解72h，水解产物使用卧螺离心机脱水后，固相混入下一批原料继续使用或用于饲料、堆肥等其他用途，水相经过蒸发浓缩，得到浓缩液(即组分a)，所述浓缩液的COD为80万mg/L；
废水反硝化处理用碳源的制备：
取50重量份浓缩液(即组分a)，与25重量份乙酸钠、20重量份乙二醇混合，得到第二混合液；另取5重量份加热到65℃的甘油，加入0.1重量份黄原胶搅拌溶解，得到第一混合液；然后将所述第一混合液与所述第二混合液混匀后，得到废水反硝化处理用碳源。
将所述废水反硝化处理用碳源依据标准HJ828方法检测化学需氧量(COD)浓度，同时依据标准HJ505方法检测五日生化需氧量(BOD5)浓度，两者比值BOD5/COD(简称B/C)，通常B/C高于0.7即认为具有良好的可生化性。实施例2试验批次的废水反硝化处理用碳源的BOD为67万mg/L，COD为90万mg/L，B/C达到0.74。
将所述废水反硝化处理用碳源按照与实施例1相同的方式进行应用试验，试验结果与实施例1中的对照组结果进行比较。结果如表3和表4所示。
表3实施例2的氨氮、亚硝氮和硝氮的测试结果(单位：mg/L)
表4实施例2的COD和MLSS的测试结果(单位：mg/L)
从表3和表4可知，与对照组相比，本实施例使用后硝氮降解更快、亚硝积累更少、污泥产量更少。
对比例1(不含有组分b)
与实施例1的区别在于：
废水反硝化处理用碳源的制备中：
将实施例1中的15重量份乙酸钠、5重量份乙二醇、5重量份柠檬酸钠、5重量份加热到65℃的甘油均替换为所述浓缩液(即组分a)，0.1重量份黄原胶直接与所述组分a混合；其余的步骤均与实施例1相同；得到废水反硝化处理用碳源。对比例1试验批次的废水反硝化处理用碳源的BOD为46万mg/L，COD为65万mg/L，B/C达到0.71。
将所述废水反硝化处理用碳源按照与实施例1相同的方式进行应用试验，结果如表5和表6所示。
表5对比例1的氨氮、亚硝氮和硝氮的测试结果(单位：mg/L)
表6对比例1的COD和MLSS的测试结果(单位：mg/L)
从表5和表6可知，与实施例1相比，对比例1由于缺少组分b中的小分子碳源，在废水反硝化处理的初期效率较低，最终结果接近；污泥增长量低于对照组，但高于实施例1。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种废水反硝化处理用碳源，按重量份数计，包括：
组分a 50～70份；
组分b 30～50份；
黄原胶0.05～0.2份；
所述组分a包括农业副产物的水解产物；
所述组分b包括乙二醇、甘油、乙酸钠、乙酸、柠檬酸钠、柠檬酸和丁二酸钠中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的废水反硝化处理用碳源，其特征在于，所述农业副产物包括大豆加工副产物和/或其他富含纤维和多糖的农业副产物；
所述大豆加工副产物为豆渣和/或豆皮。
3.根据权利要求1所述的废水反硝化处理用碳源，其特征在于，所述组分a的制备方法包括以下步骤：
a1)将大豆加工副产物与湿豆渣混合，得到含水率在80％以上的混合物料；所述大豆加工副产物包括豆皮粉、豆皮细颗粒或豆渣；
或将大豆加工副产物与水混合，得到含水率在80％以上的混合物料；所述大豆加工副产物包括豆皮粉、豆皮细颗粒或豆渣；
a2)将所述混合物料与纤维素酶混合，在35～39℃水解后，脱水，得到的水相经过浓缩，得到浓缩液，即为组分a。
4.根据权利要求3所述的废水反硝化处理用碳源，其特征在于，所述豆皮粉由豆皮经过研磨得到；
所述豆皮细颗粒的粒径在0.5mm以下；
所述湿豆渣的含水率为83％～87％。
5.根据权利要求3所述的废水反硝化处理用碳源，其特征在于，当大豆加工副产物与湿豆渣混合后的物料含水率小于80％时，通过加水使得物料的含水率在80％以上。
6.根据权利要求3所述的废水反硝化处理用碳源，其特征在于，所述混合物料中，纤维素酶的添加量为5～25IU/g；
所述水解的时间为24～72h；
所述浓缩液的COD为50～100万mg/L。
7.根据权利要求1所述的废水反硝化处理用碳源，其特征在于，所述组分b包括乙酸钠、乙二醇、柠檬酸钠和甘油；
或所述组分b包括乙酸钠、乙二醇和甘油。
8.一种权利要求1～7任意一项所述废水反硝化处理用碳源的制备方法，包括以下步骤：
A)采用部分组分b溶解黄原胶，得到第一混合液；
将组分a与剩余组分b混合，得到第二混合液；
B)将所述第一混合液与所述第二混合液混匀后，得到废水反硝化处理用碳源。
9.一种权利要求1～7任意一项所述废水反硝化处理用碳源，或权利要求8所述的制备方法制得的废水反硝化处理用碳源在污水处理中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，根据所述废水反硝化处理用碳源的COD值以及污水中的TN浓度，控制水体中的COD：TN＝5～10：1进行废水反硝化处理用碳源的投加。
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