[发明专利]一种利用柠檬酸发酵废水制备生物复合碳源的方法和应用

说明书

本发明涉及一种利用柠檬酸发酵废水制备的生物复合碳源的方法和应用，在制备过程中以柠檬酸发酵废水作为原料，与粗甘油混合制备生物复合碳源，用于废水反硝化过程中作为碳源，对反硝化过程中的氮磷具有高效的去除效果。本发明在制备生物复合碳源时，在发酵后添加磷源和镁源，生成了鸟粪石沉淀，是一种优良的氮磷肥料，可作为资源进行回收利用。

技术领域

本发明属于环境工程技术领域，具体涉及一种利用柠檬酸发酵废水制备的生物复合碳源及其制备方法和应用。

背景技术

反硝化阶段的碳源不足是我国大多数污水处理厂面临的问题。目前，乙酸、乙醇、甲醇和乙酸钠等商业碳源作为补充碳源被污水厂投加到污水处理中，以保证出水水质达标。然而，上述补充碳源一般价格较贵，增加污水处理的运行成本，且本质上是化工产品，在运输、储存、使用过程中受到较大限制，也不符合全球碳达峰、碳中和的发展方向。

柠檬酸是由地瓜、玉米和淀粉为生产原料经发酵、提纯、浓缩和结晶等程序获得，是全球生产量最大的有机酸，据统计，每生产1吨柠檬酸产品可排放约40吨柠檬酸发酵废水。柠檬酸发酵废水作为一种典型的高浓度有机废水，主要包含发酵过程中未被完全利用的有机酸、碳水化合物、脂肪和蛋白质等，如果直接投入废水中，反硝化菌将无法直接利用其中的一些大分子有机物，不利于其繁殖发育，进一步影响反硝化速率。粗甘油是生物柴油生产过程中的副产物，由甘油、甲醇、无机盐和灰分等多种质组成，因其溶解性、分散性和无毒无害等优点，广泛用作表面活性剂、润湿剂等助剂以及化肥原料等领域。柠檬酸发酵废水和粗甘油，如果直接生化处理排放掉，不仅会增加成本，还会造成大量资源的浪费。

发明内容

本发明的目的是在现有技术的基础上，提供一种利用柠檬酸发酵废水制备生物复合碳源的方法。

本发明的另一目的是提供上述方法制备的生物复合碳源。

本发明的第三个目的是提供上述生物复合碳源在废水反硝化过程中作为碳源的应用。

本发明的技术方案如下：

一种利用柠檬酸发酵废水制备生物复合碳源的方法，它包括以下步骤：

(1)采用氢氧化钠溶液调节柠檬酸发酵废水的pH值至9-11，加入絮凝剂聚合氯化铝搅拌反应1～3h，静置后过滤；

其中，聚合氯化铝与柠檬酸发酵废水的质量体积比为1.5～4.5:1g/L；

(2)调节步骤(1)中所得滤液的pH值至8-11，再进行发酵处理，发酵温度为30～50℃，发酵时间为9～12天；待发酵结束后，向其中加入磷源NaH₂PO₄和镁源MgCl₂·6H₂O，搅拌反应1～2h，得到鸟粪石沉淀，过滤；然后，向得到的滤液中加入CaO，继续搅拌反应1～2h，得到磷酸钙沉淀，再次过滤；

其中，NaH₂PO₄与步骤(1)中柠檬酸发酵废水的质量体积比为2.5～4.5:1g/L；MgCl₂·6H₂O与步骤(1)中柠檬酸发酵废水的质量体积比为6.0～10.0:1g/L；CaO与步骤(1)中柠檬酸发酵废水的质量体积比为2.0～4.0:1g/L；

(3)利用太阳能对步骤(2)中所得滤液进行浓缩，浓缩温度为30～50℃，浓缩倍数为10～40倍；

(4)在35～45℃的条件下，将步骤(3)中所得浓缩液、粗甘油和水混合均匀得到混合物，持续搅拌2～4h，即得生物复合碳源；

其中，以所述混合物的总体积为100％计，浓缩液的百分含量为35～45％；粗甘油的百分含量为30～40％。