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CN105858914A - 紫外光解耦合微生物法处理餐厨油脂废水的方法及装置 - Google Patents

紫外光解耦合微生物法处理餐厨油脂废水的方法及装置 Download PDF

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CN105858914A
CN105858914A CN201610343158.8A CN201610343158A CN105858914A CN 105858914 A CN105858914 A CN 105858914A CN 201610343158 A CN201610343158 A CN 201610343158A CN 105858914 A CN105858914 A CN 105858914A
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wastewater
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赵和平
钟亮
赵可函
温丽莲
张吟
陈嘉娴
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Zhejiang University ZJU
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Abstract

本发明涉及餐厨泔脚垃圾油脂废水的处理技术，旨在提供一种紫外光解耦合微生物法处理餐厨油脂废水的方法及装置。该方法包括：将多孔聚氨酯材质载体安装于反应器中，以间歇式进水方式引入餐厨泔脚垃圾油脂废水、培养液和梯度浓度废水，在载体表面接种、培养和梯度驯化微生物；再采用间歇式进水方式引入待处理餐厨泔脚垃圾油脂废水，并在废水表面上方保持紫外光照射。本发明采用轻质多孔聚氨酯载体将紫外光解和生物膜技术进行耦合，为生物膜生长提供良好的微环境；将紫外光解和微生物处理废水的方法结合，与现有生物法相比，降解餐厨油脂废水中有机物的效率提升了20％；可广泛用于湖泊、海洋、城市污水、工业废水及农村生活污水等水处理领域。

Description

紫外光解耦合微生物法处理餐厨油脂废水的方法及装置
技术领域
本发明属于餐厨泔脚垃圾油脂废水的处理技术领域，具体涉及紫外光解耦合微生物法处理餐厨油脂废水的方法及装置。
背景技术
随着我国经济的快速发展以及旅游业的不断兴起。近年来农家乐的数量正迅猛增加，排放的泔脚垃圾(剩菜剩饭)及洗涤废水也越来越多。其成分复杂，有机含量高，首当其冲：油脂。这类有机物如不经处理而排放到江河湖泊中，会对环境造成污染，油脂漂浮在水面形成油膜，阻碍氧气传输，威胁水生动植物的生存。
目前，生物处理方法来降解油脂废水是极具发展前景。利用微生物的生命活动过程对油脂废水进行转移和转化，将油脂作为其生长所需的碳源和能源，并在酶的作用下水解成甘油和长链脂肪酸，最终降解为H2O和CO2等代谢产物，且具有成本低，无二次污染优点，而倍受青睐。
但是油脂水解后的产物——长链脂肪酸会对微生物的活性产生抑制作用，且抑制效应随着双键数目和顺势异构体数量的增加而增强。抑制机理为长链脂肪酸吸附在细胞壁上，影响了代谢过程中底物和产物的传质过程。
作为高级氧化技术在水处理过程中以羟基自由基为主要氧化剂的氧化技术，能在较短时间内将一些具有复杂结构的有机化合物进行转化或降解，转变为易于生物降解的或毒性较小的有机物，其处理废水具有降解彻底、无二次污染、停留时间短等优点，是当前污水处理研究中的一大热点。
其中包括紫外光解，它可使有机化合物中的C-C、C-N键因吸收紫外光的能量而断裂，同时可产生强氧化性的羟基，使有机物逐渐降解，是一种简单、有效的方法。但是从经济上考虑，单纯采用紫外光解能耗高、反应时间长，在经济上也是不可行的。
所以，将生物法与紫外光解组合工艺在油脂废水处理中的研究，利用它们之间的互补性和协同作用提高废水的处理效率，具有非常重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种紫外光解耦合微生物法处理餐厨油脂废水的方法及装置。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种紫外光解耦合微生物法处理餐厨油脂废水的方法，包括以下步骤：
a、接种微生物
将多孔聚氨酯材质载体安装于反应器中，再将采集自餐厨泔脚垃圾油脂废水区的沉积物样品引入反应器；在室温为30℃恒温、曝气量为1L/min～2.5L/min、水力停留时间HRT为24h～36h的条件下，以间歇式进水方式引入餐厨泔脚垃圾油脂废水3～7天，使载体表面附着微生物；
b、培养微生物：
以间歇式进水方式向反应器中引入含餐厨泔脚垃圾油脂废水的培养液，继续在室温为30℃恒温、曝气量为1L/min～2.5L/min、水力停留时间HRT为24h～36h的条件下，培养步骤a中载体表面附着的微生物；培养3～7天后，排除反应器内全部沉积物样品和培养液，载体表面附着的微生物厚度为0.5-1.0mm；
所述含餐厨泔脚垃圾油脂废水的培养液，是向培养液中加入餐厨泔脚垃圾油脂废水混合而成，培养液与餐厨泔脚垃圾油脂废水的体积比为100∶1；
所述培养液通过下述方式配置获得：取65mg K2HPO4、25.5mg KH2PO4、133.8mgNa2HPO4·12H2O、500mg NH4Cl、82.5mg CaCl2、67.5mg MgSO4·7H2O、0.75mgFeCl3·6H2O和1000mL去离子水；混合、溶解后，调节pH值为7.0，并在121℃温度下灭菌20min，即得到培养液；
c、驯化微生物：
在室温为30℃恒温、曝气量为1L/min～2.5L/min、水力停留时间HRT为24h～36h的条件下，以间歇式进水方式引入COD质量浓度按梯度递增的餐厨泔脚垃圾油脂废水，对步骤b中载体表面附着的微生物进行梯度驯化，每3天作为一个梯度驯化周期，驯化9天后得到经驯化处理的微生物；
d、餐厨泔脚垃圾油脂废水的处理
在室温为30℃恒温、曝气量为1L/min～2.5L/min、水力停留时间HRT为24h～36h的条件下，采用间歇式进水方式将待处理餐厨泔脚垃圾油脂废水引入步骤c中经梯度驯化处理的反应器中，进行餐厨泔脚垃圾油脂废水处理；在处理过程中，将紫外光源放置于反应器中废水的表面6cm～10cm上方，并保持紫外光照射。
本发明中，所述梯度驯化是指：按餐厨泔脚垃圾油脂废水的COD质量浓度由低到高的顺序进行驯化；后一梯度所用餐厨泔脚垃圾油脂废水的COD质量浓度，是前一梯度的1.0-1.5倍；最终所用餐厨泔脚垃圾油脂废水的COD质量浓度为1500mg/L；各梯度所用废水均由最终使用的餐厨泔脚垃圾油脂废水稀释而成。
本发明中，所述待处理餐厨泔脚垃圾油脂废水的COD质量浓度为1200～1500mg/L，pH值为6.5-7.0。
本发明中，所述多孔聚氨酯材载体的比表面积为4.8m2/g，孔隙度为88％
本发明中，控制紫外光的波长为254nm，功率为30W～40W，紫外光强度为1.0mW/cm2。
本发明进一步提供了用于紫外光解耦合微生物法处理餐厨油脂废水的装置，包括箱式的反应器本体，在反应器本体的上方设有紫外光源；反应器本体的上部为敞口状，或设有用于密闭的能透过紫外光的玻璃或有机玻璃；
在反应器本体的一端的下方设曝气入口，上方设排水口，另一端的下方设进水口；一个封闭的横向隔板将反应器内部分隔为上方的紫外光解反应区和下方的微生物降解反应区两部分；在位于排水口一侧的横向隔板上设有通孔或开口，用于连通两个反应区；
在微生物降解反应区中，设有相互平行且上下交错的若干竖向隔板，竖向隔板上装载了多孔聚氨酯材质载体；内循环泵的入口端接于微生物降解反应区中，其出口端则接至紫外光解反应区。
本发明中，所述横向隔板的上侧边缘与排水口的下侧边缘位于同一水平面上。
本发明中，所述紫外光源是多根并列布置的紫外灯管；紫外光源与横向隔板的间距为6cm～10cm。
本发明中，所述内循环泵设于反应器本体内，或设于反应器本体外部。
发明原理：
本发明利用同一反应器中同时进行紫外光解反应与微生物反应。紫外光解使餐厨泔脚垃圾油脂废水中难被微生物降解的长链脂肪酸转化为可被微生物降解的短链脂肪酸，同时微生物进行生化处理，彻底除去餐厨油脂废水中的污染物。本发明紫外光解耦合微生物法一体化处理餐厨油脂废水的方法可充分发挥紫外光解处理废水和生物法处理废水的优点，对废水处理更彻底、效率更高。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：
1、本发明采用轻质多孔聚氨酯载体将紫外光解和生物膜技术进行耦合，该载体能为生物膜生长提供良好的微环境；
2、本发明将紫外光解和微生物处理废水的方法结合，与现有生物法相比，降解餐厨油脂废水中有机物的效率提升了20％；
3、本发明可以广泛用于湖泊、海洋、城市污水、工业废水及农村生活污水等水处理领域。
附图说明
图1本发明中一种光解耦合微生物法一体化处理餐厨泔脚垃圾油脂废水的反应器图；
图中标记说明：1、紫外光源；2、进水口；3、排水口；4、曝气入口；5、竖向隔板；6、内循环泵。
图2本发明中空白载体对餐厨油脂废水吸附的效果示意图；
图3本发明中单独微生物法对餐厨油脂废水降解的效果示意图；
图4本发明中紫外光解耦合微生物法对餐厨油脂废水降解的示意图。
具体实施方式
本发明创新地将紫外光解和生物降解结合在一起，设计出一体化反应器。通过对多孔聚氨酯载体(其主要特点是比表面积高达4.8m2/g、同时具有很高的孔隙度88％，有利于微生物栖息环境；密度与水相近1.01～1.02g/cm3，可以很好的在水环境中循环；耐久性，可以长期有效的循环使用)的利用，将其作为生物膜的载体材料，大大提高微生物存活和附着效率。本发明能使难以生物降解的长链脂肪酸可以得到转化与降解，可大大提高餐厨油脂废水的处理效率。将紫外光解与生物膜方法结合起来，可充分利用各自优点，为难降解的废水处理开辟一条新的途径，也为该技术方法奠定理论和实践基础。
装置结构说明：
本发明中，用于紫外光解耦合微生物法处理餐厨油脂废水的装置，包括箱式的反应器本体，在反应器本体的上方设有紫外光源1；反应器本体的上部为敞口状(或设有用于密闭的能透过紫外光的玻璃或有机玻璃，这样可以避免废水处理过程中散发的气味)。
在反应器本体的一端的下方设曝气入口4，上方设排水口3，另一端的下方设进水口2。一个封闭的横向隔板将反应器内部分隔为上方的紫外光解反应区和下方的微生物降解反应区两部分；在位于排水口3一侧的横向隔板上设有通孔或开口，用于连通两个反应区；在微生物降解反应区中，设有相互平行且上下交错的若干竖向隔板5，竖向隔板5上装载了多孔聚氨酯材质载体(规格为12cm×6cm×0.8cm)；内循环泵6的入口端接于微生物降解反应区中，其出口端则接至紫外光解反应区。
紫外光源1可以选择多根并列布置的紫外灯管，紫外光源1与横向隔板的间距为6cm～10cm。横向隔板的上侧边缘与排水口3的下侧边缘位于同一水平面上。
内循环泵6可以设于反应器本体内，以保持一体化反应器的设计。或者，将内循环泵6设于反应器本体外部，以降低对内循环泵6的防水要求。
装置使用方法：
餐厨泔脚垃圾油脂废水从进水口2进样，经排水口3出样，从曝气入口4引入曝气，由内循环泵6作为动力源，与横向隔板和竖向隔板5共同构成内部循环通路。如需单独进行紫外光解试验，可以卸下竖向隔板5上装载的多孔聚氨酯材质载体；在进行单独微生物降解试验时，在竖向隔板5上装载多孔聚氨酯材质载体；在进行紫外光解耦合微生物试验时，装载多孔聚氨酯材质载体的同时，开启紫外光源1。反应器根据进水量实现溢流排放。
实施例1：
本实施例是对餐厨泔脚垃圾油脂废水的吸附试验，具体步骤如下：
为了解本发明所使用的多孔聚氨酯载体对餐厨泔脚垃圾油脂废水的吸附情况，在对餐厨泔脚垃圾油脂废水进行降解之前，先用空白载体进行吸附试验，以确定对餐厨油脂废水COD质量浓度的影响。
进行吸附试验的反应条件：在恒温气候室里，温度为30℃、曝气量为1L/min～2.5L/min、水力停留时间HRT为24h～36h的条件下，采用间歇式进水方式将待处理的COD质量浓度在1200mg/L～1500mg/L餐厨泔脚垃圾油脂废水流经容积为2L的反应器中，并用蠕动泵来创造出一个内循环条件。反应时间72h，每隔6h取样分析餐厨泔脚垃圾油脂废水COD质量浓度的变化。COD质量的测定方法：采用HACH测定仪测定。
由图2可知，在最初的24h反应时间内，初试COD质量浓度为1372mg/L的餐厨油脂废水，在开始的6h，吸附餐厨油脂废水的浓度下降到12.76％，至12h后餐厨油脂废水的吸附浓度稳定在20％左右；随后的48h反应时间内，初试COD质量浓度分别为1423mg/L和1339mg/L的餐厨油脂废水，吸附的餐厨油脂废水的浓度一直稳定在8％-10％。其最初的24h餐厨油脂废水浓度下降较大的原因是反应器本身、进出水管子及载体对其的吸附作用，随后的48h餐厨油脂废水COD质量浓度基本稳定在8％-10％，是由于其吸附趋于饱和状态。
实施例2：
本实施例是对餐厨泔脚垃圾油脂废水的单独进行微生物法试验，具体步骤如下：
a、接种微生物
将多孔聚氨酯材质载体安装于反应器中，再将采集自餐厨泔脚垃圾油脂废水区的沉积物样品引入反应器；在室温为30℃恒温、曝气量为1L/min～2.5L/min、水力停留时间HRT为24h～36h的条件下，以间歇式进水方式引入餐厨泔脚垃圾油脂废水3～7天，使载体表面附着微生物；
b、培养微生物：
以间歇式进水方式向反应器中引入含餐厨泔脚垃圾油脂废水的培养液，继续在室温为30℃恒温、曝气量为1L/min～2.5L/min、水力停留时间HRT为24h～36h的条件下，培养步骤a中载体表面附着的微生物；培养3～7天后，排除反应器内全部沉积物样品和培养液，载体表面附着的微生物厚度为0.5-1.0mm；
所述含餐厨泔脚垃圾油脂废水的培养液，是向培养液中加入餐厨泔脚垃圾油脂废水混合而成，培养液与餐厨泔脚垃圾油脂废水的体积比为100∶1；
所述培养液是下述组分的混合物：65mg K2HPO4、25.5mg KH2PO4、133.8mgNa2HPO4·12H2O、500mg NH4Cl、82.5mg CaCl2、67.5mg MgSO4·7H2O、0.75mgFeCl3·6H2O和1000mL去离子水；混合溶解后，调节pH值为7.0，并在121℃温度下灭菌20min，即得到培养液。
c、驯化微生物：
在室温为30℃恒温、曝气量为1L/min～2.5L/min、水力停留时间HRT为24h～36h的条件下，以间歇式进水方式引入COD质量浓度按梯度递增的餐厨泔脚垃圾油脂废水，对步骤b中载体表面附着的微生物进行梯度驯化，每3天作为一个梯度驯化周期，驯化9天后得到经驯化处理的微生物；
所述梯度驯化是指：按餐厨泔脚垃圾油脂废水的COD质量浓度由低到高的顺序进行驯化；后一梯度所用餐厨泔脚垃圾油脂废水的COD质量浓度，是前一梯度的1.0-1.5倍；最终所用餐厨泔脚垃圾油脂废水的COD质量浓度为1500mg/L；各梯度所用废水均由最终使用的餐厨泔脚垃圾油脂废水稀释而成。
本实施例为不开启紫外灯，进行单独生物膜降解试验。
反应条件：在恒温气候室里，温度为30℃、曝气量为1L/min～2.5L/min、水力停留时间HRT为24h～36h的条件下，采用间歇式进水方式将待处理的质量浓度在1200mg/L～1500mg/L餐厨泔脚垃圾油脂废水流经容积为2L的反应器中，并用蠕动泵来创造出一个内循环条件。反应时间72h，每隔6h取样分析餐厨泔脚垃圾油脂废水(COD)浓度的变化。COD的测定方法：采用HACH测定仪测定。
由图3可知，初试COD质量浓度为1250mg/L-1450mg/L的餐厨泔脚垃圾油脂废水，水力停留时间为24h内，在每次采样的第一个点，餐厨泔脚垃圾油脂废水COD质量浓度下降到15％左右，至每次采样的第二个点餐厨泔脚垃圾油脂废水COD质量浓度下降了25％－30％；随后采样的第三个点和第四个点餐厨泔脚垃圾油脂废水COD质量浓度下降分别稳定在40％和50％左右。
说明在水力停留时间为24h时，餐厨泔脚垃圾油脂废水COD质量浓度在1500mg/L以下时，单独生物膜法对其餐厨泔脚垃圾油脂废水进行间歇式进样，其浓度的降解效果最终基本稳定在50％左右。
实施例3：
首先，对微生物进行接种、培养和驯化的操作，具体步骤与实施例2中步骤a-c的内容相同。
然后执行步骤d，为对餐厨泔脚垃圾油脂废水的处理，具体步骤：
在恒温气候室里，温度为30℃、曝气量为1L/min～2.5L/min、水力停留时间HRT为24h～36h的条件下，采用间歇式进水方式将待处理餐厨泔脚垃圾油脂废水引入步骤c中经梯度驯化处理的反应器(容积2L)中，并用蠕动泵来创造出一个内循环条件，进行餐厨泔脚垃圾油脂废水处理。反应时间72h，每隔6h取样分析餐厨泔脚垃圾油脂废水(COD)浓度的变化。COD的测定方法：采用HACH测定仪测定。
在处理过程中，将紫外光源放置于反应器中废水的表面6cm～10cm上方并保持紫外光照射，控制紫外光的波长为254nm，功率为30W～40W，紫外光强度为1.0mW/cm2。所述待处理餐厨泔脚垃圾油脂废水COD质量浓度为1200～1500mg/L，pH值为6.5-7.0。
图4所示为间歇式运行时餐厨油脂废水在紫外光解与生物膜共同作用下的降解规律。从图中可以看出，相较单独生物膜法，紫外光解耦合生物膜对餐厨泔脚垃圾油脂废水的降解速率是最高的。最终稳定时，其降解效率比单独生物膜法提高了20％以上。

Claims (9)

1.一种紫外光解耦合微生物法处理餐厨油脂废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、接种微生物
将多孔聚氨酯材质载体安装于反应器中，再将采集自餐厨泔脚垃圾油脂废水区的沉积物样品引入反应器；在室温为30℃恒温、曝气量为1L/min～2.5L/min、水力停留时间HRT为24h～36h的条件下，以间歇式进水方式引入餐厨泔脚垃圾油脂废水3～7天，使载体表面附着微生物；
b、培养微生物：
以间歇式进水方式向反应器中引入含餐厨泔脚垃圾油脂废水的培养液，继续在室温为30℃恒温、曝气量为1L/min～2.5L/min、水力停留时间HRT为24h～36h的条件下，培养步骤a中载体表面附着的微生物；培养3～7天后，排除反应器内全部沉积物样品和培养液，载体表面附着的微生物厚度为0.5～1.0mm；
所述含餐厨泔脚垃圾油脂废水的培养液，是向培养液中加入餐厨泔脚垃圾油脂废水混合而成，培养液与餐厨泔脚垃圾油脂废水的体积比为100∶1；
所述培养液通过下述方式配制而成：取65mg K2HPO4、25.5mg KH2PO4、133.8mgNa2HPO4·12H2O、500mg NH4Cl、82.5mg CaCl2、67.5mg MgSO4·7H2O、0.75mgFeCl3·6H2O和1000mL去离子水；混合、溶解后，调节pH值为7.0，并在121℃温度下灭菌20min，即得到培养液；
c、驯化微生物：
在室温为30℃恒温、曝气量为1L/min～2.5L/min、水力停留时间HRT为24h～36h的条件下，以间歇式进水方式引入COD质量浓度按梯度递增的餐厨泔脚垃圾油脂废水，对步骤b中载体表面附着的微生物进行梯度驯化，每3天作为一个梯度驯化周期，驯化9天后得到经驯化处理的微生物；
d、餐厨泔脚垃圾油脂废水的处理
在室温为30℃恒温、曝气量为1L/min～2.5L/min、水力停留时间HRT为24h～36h的条件下，采用间歇式进水方式将待处理餐厨泔脚垃圾油脂废水引入步骤c中经梯度驯化处理的反应器中，进行餐厨泔脚垃圾油脂废水处理；在处理过程中，将紫外光源放置于反应器中废水的表面6cm～10cm上方，并保持紫外光照射。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述梯度驯化是指：按餐厨泔脚垃圾油脂废水的COD质量浓度由低到高的顺序进行驯化；后一梯度所用餐厨泔脚垃圾油脂废水的COD质量浓度，是前一梯度的1.0-1.5倍；最终所用餐厨泔脚垃圾油脂废水的COD质量浓度为1500mg/L；各梯度所用废水均由最终使用的餐厨泔脚垃圾油脂废水稀释而成。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待处理餐厨泔脚垃圾油脂废水的COD质量浓度为1200～1500mg/L，pH值为6.5-7.0。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多孔聚氨酯材载体的比表面积为4.8m2/g，孔隙度为88％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制紫外光的波长为254nm，功率为30W～40W，紫外光强度为1.0mW/cm2。
6.一种用于紫外光解耦合微生物法处理餐厨油脂废水的装置，包括箱式的反应器本体，其特征在于，在反应器本体的上方设有紫外光源；反应器本体的上部为敞口状，或设有用于密闭的能透过紫外光的玻璃或有机玻璃；
在反应器本体的一端的下方设曝气入口，上方设排水口，另一端的下方设进水口；一个封闭的横向隔板将反应器内部分隔为上方的紫外光解反应区和下方的微生物降解反应区两部分；在位于排水口一侧的横向隔板上设有通孔或开口，用于连通两个反应区；
在微生物降解反应区中，设有相互平行且上下交错的若干竖向隔板，竖向隔板上装载了多孔聚氨酯材质载体；内循环泵的入口端接于微生物降解反应区中，其出口端则接至紫外光解反应区。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述横向隔板的上侧边缘与排水口的下侧边缘位于同一水平面上。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述紫外光源是多根并列布置的紫外灯管；紫外光源与横向隔板的间距为6cm～10cm。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述内循环泵设于反应器本体内，或设于反应器本体外部。
CN201610343158.8A 2016-05-23 2016-05-23 紫外光解耦合微生物法处理餐厨油脂废水的方法及装置 Pending CN105858914A (zh)

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