【摘要】：為解決城市污水處理中碳源不足導(dǎo)致脫氮效率低、以及餐廚垃圾處置困難的兩大問題,本課題基于“以廢治廢”的理念,開展了碳源有效回收利用的技術(shù)研究。在全面考察某校園餐廚垃圾理化性質(zhì)的基礎(chǔ)上,以提高碳源回收效率為目的,研究了餐廚垃圾短程自由發(fā)酵工藝,完成了操作條件的優(yōu)化,并分析了餐廚垃圾發(fā)酵液的有機組分構(gòu)成;通過批次反硝化實驗對發(fā)酵液的反硝化性能進行了評價,判明其具有與常用化學(xué)碳源相當(dāng)?shù)拿摰π?針對低碳氮比生活污水,開展了SBR處理實驗,比較了餐廚垃圾發(fā)酵液與乙酸鈉作為補充碳源強化的脫氮作用,同時研究了不同碳源對生化系統(tǒng)中微生物代謝特性的影響,證明了發(fā)酵液是強化低碳氮比污水脫氮處理的優(yōu)質(zhì)復(fù)合碳源。本論文的主要成果如下:(1)通過連續(xù)監(jiān)測與采樣分析,評價了校園餐廚垃圾理化性質(zhì)的穩(wěn)定性以及作為厭氧發(fā)酵基質(zhì)的可行性。校園餐廚垃圾有穩(wěn)定的組成特性以及豐富的有機物含量(TCOD=229.7 g/L),其中碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪是餐廚垃圾中為最主要的有機組分,含量分別為61.4%,9.8%和9.2%;預(yù)測該校園餐廚垃圾的基質(zhì)降解潛能為173.1 mlH2/gVS和520 ml CH4/gVS。(2)短程自由發(fā)酵技術(shù)是在自由環(huán)境條件下對餐廚垃圾中的碳源進行有效回收的一種工藝,該工藝同時完成了最大的溶解性碳源回收率和最小的生物氣損耗量。通過考察溫度和初始固體濃度對短程自由發(fā)酵過程中基質(zhì)降解和溶解性碳源產(chǎn)物的影響,結(jié)果表明在室溫和初始固體濃度為13%的操作條件下完成了最大的溶解性碳源產(chǎn)量67.7 g SCOD/L以及有機物轉(zhuǎn)化率34.5%:水解率(37.5%)、酸化率(9.2%)和生物氣產(chǎn)率(15.6%)。短程自由發(fā)酵工藝對溶解性碳源產(chǎn)物的有效回收率為0.0376 gSCOD/gTCOD和0.096 gSCOD/g固體基質(zhì),并且該溶解性碳源是由碳水化合物和乳酸為主、乙酸為輔的有機酸和其它復(fù)雜有機物共同構(gòu)成的復(fù)合有機體系。(3)通過批次反硝化實驗評價了短程自由發(fā)酵液的反硝化性能,結(jié)果表明發(fā)酵液的反硝化速率和反硝化能力分別為12.89 mgN/gVSS.h和0.174 gN/gCOD;發(fā)酵液包含的有機物中不僅乳酸和乙酸等小分子有機物可以被反硝化菌快速利用,而且以碳水化合物為主的大分子有機物也可以成為反硝化菌慢速利用的有效碳源;與葡萄糖和乙酸鈉這兩種常用化學(xué)碳源相比,發(fā)酵液表現(xiàn)出了與乙酸鈉相當(dāng),但比葡萄糖更高效的反硝化性能。(4)通過SBR實驗評價了發(fā)酵液作為低碳氮比生活污水的補充碳源對脫氮效率的強化效果,結(jié)果表明發(fā)酵液的補充使得系統(tǒng)的脫氮效率提高了25%,同樣的條件下乙酸鈉碳源的處理系統(tǒng)提高了20%。通過Biolog-ECO檢測分析方法評價碳源對系統(tǒng)中微生物多樣性和代謝能力的影響,結(jié)果表明,發(fā)酵液活性污泥比乙酸鈉活性污泥表現(xiàn)出更豐富的微生物群落多樣性和代謝能力。(5)通過本研究可知,短程自由發(fā)酵技術(shù)是從餐廚垃圾中有效回收碳源的理想工藝,發(fā)酵液良好的脫氮性能進一步驗證了將其應(yīng)用于污水生物脫氮過程中的可行性,這也為實際工程中餐廚垃圾的處置及再利用于奠定了一定的理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X799

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