申請日2014.11.10

　　公開(公告)日2015.02.04

　　IPC分類號C02F3/28; B09B3/00

　　摘要

　　本發(fā)明公開了一種利用餐廚垃圾生產廢水反硝化溶解性碳源的方法，以餐廚垃圾作為底物，應用漩渦重力分離、篩分及發(fā)酵控制技術，生產廢水反硝化需要的可溶性碳源。利用該方法生產的溶解性碳源，揮發(fā)性脂肪酸的濃度達到20-30g/L，氨氮濃度小于150mg/L，溶解性磷的濃度小于50mg/L，可以以二百分之一到三百分之一的比例加入污水廠出水中作為碳源使用，污水出水深度處理后的總氮低于15mg/L，氨氮低于5mg/L，達到國家污水排放一級A標準。

　　權利要求書

　　1.一種利用餐廚垃圾生產廢水反硝化溶解性碳源的方法，其特征在于包括以下步驟：

　　1)漩渦重力分離

　　將從食堂和餐廳收集得到的固態(tài)餐廚垃圾和水按質量比1:5的比例混合，過篩除去塑料 制品、紙巾、骨頭、大塊肉類、一次性筷子等雜物后得到餐廚垃圾混合物;將所述餐廚垃圾 混合物加入旋轉式餐廚垃圾組分分離器中進行漩渦重力分離，控制轉速為70-100轉/分鐘，除 去上層漂浮物以及沉入底部的小骨頭及其它重物，從分離器側下方收集混合沉淀物;

　　2)預處理

　　將收集的混合沉淀物機械壓碎，然后加入3倍質量的水，混合均勻，過10目的篩網后收 集得到漿狀物;

　　3)厭氧發(fā)酵

　　將所述漿狀物加入已馴化完成的連續(xù)式水解酸化生物反應器中，水解酸化生物反應器的 接種物為厭氧酸化污泥，厭氧酸化污泥的揮發(fā)分濃度為4-6g/L，所述漿狀物的添加濃度為 40-60g/L，添加負荷為20g/(升·天)，控制水解酸化的停留時間為12-36小時，溫度控制在 25-35℃;酸化降解后反應器出水經4000轉/秒離心后上清液即為反硝化溶解性碳源。

　　2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：

　　步驟2)中控制壓碎的機械壓力為0.12-0.13MPa。

　　3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：

　　步驟3)中控制反應器內溶液的pH值在8.0-8.5。

　　說明書

　　一種利用餐廚垃圾生產廢水反硝化溶解性碳源的方法

　　一、技術領域

　　本發(fā)明涉及一種餐廚垃圾回收再利用的方法，具體地說是一種利用餐廚垃圾生產廢水反 硝化溶解性碳源的方法，屬于廢棄物資源化利用及廢水深度處理技術領域。

　　二、背景技術

　　中國有眾多河流、湖泊、水庫和地下水被嚴重污染，導致資源性缺水和水質性缺水彼此 疊加，使中國水資源嚴重短缺。通過對中國532條河流的污染狀況進行的調查顯示，已有436 條河流受到不同程度的污染，占調查總數的82%。根據國家環(huán)保部水質自動監(jiān)測周報2014 年第43期的報告，全國主要河流141個重點斷面中，Ⅳ類水質的斷面為22個，占16%;Ⅴ 類水質的斷面為6個，占4%;劣Ⅴ類水質的斷面為5個，占3%，表明我國河流的污染情況 仍然非常嚴峻。對我國湖泊的調查顯示，達到富營養(yǎng)化水平已達到63.3%，處于富營養(yǎng)和中 營養(yǎng)狀態(tài)的湖泊水庫面積占湖泊水庫總面積的99.5%，如巢湖和滇池每年都發(fā)生藍藻爆發(fā)生 長現(xiàn)象。河流和湖泊富營養(yǎng)化的主要污染物是總磷和總氮，因此，總氮和總磷的排放控制是 水體污染治理的關鍵。

　　據住房和城鄉(xiāng)建設部通報，截至2014年3月底，全國設市城市、縣累計建成污水處理廠 3622座，設計污水處理能力約1.53億立方米/日，實際處理能力達到1.2億立方米/日。隨著 建設數量的增加，建設規(guī)模的擴大，以及處理能力的不斷增強，污水處理廠在改善水體質量 中發(fā)揮了重要作用。但目前很多污水處理廠主要采用一級B的污水出水排放標準，出水中的 總氮濃度仍然較高，一般為20-25mg/L左右，導致每年排入到河流和湖泊的中總氮量仍然較 高。而且由于我國人口密度大，很多地方地表徑流小，導致污水廠出水的稀釋率低，限制了 水體的自凈功能，致使水體污染仍然非常嚴重。因此，污水處理廠提高出水水質提上了日程， 環(huán)境保護部和住房和城鄉(xiāng)建設部要求污水處理廠出水標準從原先的一級B提高到一級A標 準，其中最主要就是大幅度降低總氮和總磷的排放。

　　目前污水處理廠深度脫氮處理主要通過硝化和反硝化細菌的作用，將硝態(tài)氮還原成氮氣 排放到大氣。反硝化細菌是異養(yǎng)型細菌，在反硝化過程中需要溶解性有機碳源作為反硝化反 應的電子供體，為了保證反硝化反應能夠順利進行，一般要求生化需氧量(BOD)/總凱氏氮 (TKN)>4。但是我國城市污水管網系統(tǒng)目前并不完善，以及城市內化糞池的設置，導致排 入污水處理廠污水的C/N比較低，碳源嚴重不足，無法滿足反硝化所需的有機碳源。因此， 反硝化過程必需添加外源碳源實現(xiàn)廢水的深度脫氮。

　　目前污水處理廠一般采用添加工業(yè)甲醇和乙酸作為反硝化碳源，但甲醇和乙酸的成本較 高，極大地增加了污水的處理成本，限制了其更廣泛的應用。因此，尋找廉價的溶解性碳源 成為降低污水處理廠污水深度處理成本的關鍵。國內外已研究利用剩余污泥發(fā)酵作為反硝化 碳源，但污泥中的氮磷含量都較高，限制了其進一步利用。我國每年都產生大量的餐廚垃圾， 據估計足夠2億人的食物，數量非常巨大。但餐廚垃圾中有一定含量的蛋白質和磷，直接采 用厭氧發(fā)酵方法，厭氧發(fā)酵液中含有高濃度的氨氮和溶解性磷，作為溶解性碳源會帶入高濃 度的氨氮到處理的污水出水中，導致除去硝態(tài)氮，帶入氨氮的結果。因此，利用餐廚垃圾發(fā) 酵生產低氮磷含量的溶解性碳源是可實現(xiàn)大幅度降低污水反硝化成本的關鍵，也是本發(fā)明的 核心所在。

　　三、發(fā)明內容

　　本發(fā)明旨在提供一種利用餐廚垃圾生產廢水反硝化溶解性碳源的方法，通過對餐廚垃圾 的資源化再利用，生產低氨氮、低磷含量的溶解性碳源，作為污水深度反硝化脫氮的外加碳 源，為污水反硝化過程提供電子供體，使得污水處理廠出水氨氮的含量低于5mg/L、總氮含 量低于15mg/L，達到國家廢水排放一級A標準。

　　本發(fā)明利用餐廚垃圾生產廢水反硝化溶解性碳源的方法，包括漩渦重力分離、預處理及 厭氧發(fā)酵各單元過程：

　　所述漩渦重力分離是將從食堂和餐廳收集得到的固態(tài)餐廚垃圾和水按質量比1:5的比例 混合，過篩(孔徑為7mm)除去塑料制品、紙巾、骨頭、大塊肉類、一次性筷子等雜物后得 到餐廚垃圾混合物;將所述餐廚垃圾混合物加入旋轉式餐廚垃圾組分分離器中進行漩渦重力 分離，控制轉速為70-100轉/分鐘，除去上層漂浮物以及沉入底部的小骨頭及其它重物，從分 離器側下方收集混合沉淀物，該混合沉淀物的主要成分為碳水化合物。

　　所述預處理是將收集的混合沉淀物機械壓碎，控制壓碎的機械壓力為0.12-0.13MPa，這 樣能避免將肉類和蔬菜等高蛋白物質完全粉碎，然后加入3倍質量的水，混合均勻，過10目 的篩網后收集得到漿狀物。

　　所述厭氧發(fā)酵是將所述漿狀物加入已馴化完成的連續(xù)式水解酸化生物反應器中。水解酸 化生物反應器的接種物為厭氧酸化污泥，厭氧酸化污泥的揮發(fā)分(微生物)濃度為4-6g/L， 所述漿狀物的添加濃度為40-60g/L，添加負荷為20g/(升·天)，控制水解酸化的停留時間為12-36 小時，溫度控制在25-35℃;通過加入氫氧化鈉，控制反應器內溶液的pH值在8.0-8.5之間， 酸化降解后反應器出水經4000轉/秒離心后上清液即可作為反硝化溶解性碳源。其中總揮發(fā) 性脂肪酸濃度達20-30g/L，氨氮濃度小于150mg/L，溶解性磷的濃度小于50mg/L，可以以 二百分之一到三百分之一的比例加入污水廠出水中作為溶解性碳源使用，深度處理后的污水 達到國家污水排放一級A標準。

　　連續(xù)式水解酸化生物反應器的馴化過程如下：

　　接種種子污泥(即取自污水處理廠的活性污泥)，控制接種污泥中的揮發(fā)分(微生物)濃 度為4-6g/L，以糊化淀粉(淀粉在100℃沸水中煮20分鐘并冷卻至室溫)為底物，底物添加 負荷逐漸從5g/(升·天)增加到20g/(升·天)。反應器運行條件為：控制溫度為25-35℃，水力停 留時間為12-36小時，通過添加氫氧化鈉控制反應器溶液pH在8.0-8.5范圍內。當添加負荷 持續(xù)為20g/(升·天)，出水中揮發(fā)性脂肪酸和可溶性有機碳濃度保持穩(wěn)定時，即表示水解酸化 生物反應器馴化完成。

　　本發(fā)明處理方法具體原理如下：

　　餐廚垃圾是淀粉、骨頭、肉類和蔬菜等食品的混合物，肉類和蔬菜及骨頭的比重和淀粉 類物質不同，利用篩網和漩渦重力分離的方法可以去除大部分骨頭、肉類和蔬菜等蛋白類食 品混合物，而預處理可以進一步去除纖維狀的肉類和蔬菜，收集的漿狀物中絕大部分為淀粉 類碳水化合物。通過控制生物反應器的水力停留時間和pH值，優(yōu)化反應器內微生物種群結 構，控制水解碳水化合物類物質的微生物為優(yōu)勢菌群，降解碳水化合物，生成溶解性碳源， 作為反硝化微生物的電子供體。

　　與現(xiàn)有的技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

　　1、本發(fā)明采用漩渦重力分離及預處理技術，能有效地將淀粉類的物質和肉類、蔬菜及骨 頭等餐廚垃圾分離，大幅度減少用作發(fā)酵底物的餐廚垃圾中蛋白類的物質的大量帶入，這是 實現(xiàn)通過發(fā)酵生成低氮和低磷的溶解性碳源的重要基礎。

　　2、本發(fā)明采用控制性發(fā)酵技術，通過探索和優(yōu)化生物反應器條件，實現(xiàn)碳水化合物酸化 菌群為反應器內的優(yōu)勢菌群，微生物生長本身消耗掉部分氨氮和磷，實現(xiàn)發(fā)酵溶解性產物中 氨氮和磷的濃度較低，溶解性碳源濃度較高。