餐厨垃圾碳源的有效回收与强化脱氮原理的研究

发布时间：2020-06-01 11:53

【摘要】：为解决城市污水处理中碳源不足导致脱氮效率低、以及餐厨垃圾处置困难的两大问题,本课题基于“以废治废”的理念,开展了碳源有效回收利用的技术研究。在全面考察某校园餐厨垃圾理化性质的基础上,以提高碳源回收效率为目的,研究了餐厨垃圾短程自由发酵工艺,完成了操作条件的优化,并分析了餐厨垃圾发酵液的有机组分构成;通过批次反硝化实验对发酵液的反硝化性能进行了评价,判明其具有与常用化学碳源相当的脱氮功效;针对低碳氮比生活污水,开展了SBR处理实验,比较了餐厨垃圾发酵液与乙酸钠作为补充碳源强化的脱氮作用,同时研究了不同碳源对生化系统中微生物代谢特性的影响,证明了发酵液是强化低碳氮比污水脱氮处理的优质复合碳源。本论文的主要成果如下:(1)通过连续监测与采样分析,评价了校园餐厨垃圾理化性质的稳定性以及作为厌氧发酵基质的可行性。校园餐厨垃圾有稳定的组成特性以及丰富的有机物含量(TCOD=229.7 g/L),其中碳水化合物、蛋白质和脂肪是餐厨垃圾中为最主要的有机组分,含量分别为61.4%,9.8%和9.2%;预测该校园餐厨垃圾的基质降解潜能为173.1 mlH2/gVS和520 ml CH4/gVS。(2)短程自由发酵技术是在自由环境条件下对餐厨垃圾中的碳源进行有效回收的一种工艺,该工艺同时完成了最大的溶解性碳源回收率和最小的生物气损耗量。通过考察温度和初始固体浓度对短程自由发酵过程中基质降解和溶解性碳源产物的影响,结果表明在室温和初始固体浓度为13%的操作条件下完成了最大的溶解性碳源产量67.7 g SCOD/L以及有机物转化率34.5%:水解率(37.5%)、酸化率(9.2%)和生物气产率(15.6%)。短程自由发酵工艺对溶解性碳源产物的有效回收率为0.0376 gSCOD/gTCOD和0.096 gSCOD/g固体基质,并且该溶解性碳源是由碳水化合物和乳酸为主、乙酸为辅的有机酸和其它复杂有机物共同构成的复合有机体系。(3)通过批次反硝化实验评价了短程自由发酵液的反硝化性能,结果表明发酵液的反硝化速率和反硝化能力分别为12.89 mgN/gVSS.h和0.174 gN/gCOD;发酵液包含的有机物中不仅乳酸和乙酸等小分子有机物可以被反硝化菌快速利用,而且以碳水化合物为主的大分子有机物也可以成为反硝化菌慢速利用的有效碳源;与葡萄糖和乙酸钠这两种常用化学碳源相比,发酵液表现出了与乙酸钠相当,但比葡萄糖更高效的反硝化性能。(4)通过SBR实验评价了发酵液作为低碳氮比生活污水的补充碳源对脱氮效率的强化效果,结果表明发酵液的补充使得系统的脱氮效率提高了25%,同样的条件下乙酸钠碳源的处理系统提高了20%。通过Biolog-ECO检测分析方法评价碳源对系统中微生物多样性和代谢能力的影响,结果表明,发酵液活性污泥比乙酸钠活性污泥表现出更丰富的微生物群落多样性和代谢能力。(5)通过本研究可知,短程自由发酵技术是从餐厨垃圾中有效回收碳源的理想工艺,发酵液良好的脱氮性能进一步验证了将其应用于污水生物脱氮过程中的可行性,这也为实际工程中餐厨垃圾的处置及再利用于奠定了一定的理论基础。
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X799

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