一种腐烂果蔬复配制备复合果蔬碳源的方法及应用与流程

本发明属于腐烂果蔬处理与资源化利用技术领域，涉及一种腐烂果蔬复配制备复合果蔬碳源的方法及应用。

背景技术：

随着我国城市化进程的加快及工业化水平的不断提升，城镇中各类垃圾的产量日益攀升。人们生活水平的不断提升，使得易腐有机垃圾在总生活垃圾中的占比越来越高，其中果蔬作为易腐有机垃圾的主要成分，消耗量和堆积量极大，长时间不加以处理则会引起果蔬腐烂，产生大量挥发性有机物质污染环境，甚至可能造成病菌传播等问题。目前常见的腐烂果蔬处理与资源化技术主要是焚烧发电、厌氧发酵、堆肥等。然而，从资源利用角度考虑，上述技术虽然工艺技术较为成熟，但对于果蔬中有机物的利用程度较低，并且二次污染严重。

与此同时，近年来各类污水的脱氮技术一直受到广泛的关注，而生物反硝化脱氮工艺因其低价高效的特点，被广泛应用于各类污水的氮处理过程中。而作为反硝化过程中必不可少的物质，外加碳源的种类和投加量一直与生物脱氮效果密切相关。常规的污水外加碳源包括乙酸钠、葡萄糖、甲醇等易降解有机物质，上述碳源物质虽然具有较高的反硝化速率，但成本较高、运输条件苛刻等缺陷一直无法得到解决。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对现有腐烂果蔬堆积量大，处理过程中资源利用率低、二次污染严重等问题，提供一种腐烂果蔬复配制备复合果蔬碳源的方法及其在污水脱氮碳源中的应用，该制备方法工艺简单，能一定程度解决腐烂果蔬的堆积问题，同时高效利用其中的碳源成分，具有较高的经济与社会环境效益。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种腐烂果蔬复配制备复合果蔬碳源的方法，该方法包括以下步骤：

1)将多种腐烂果蔬分别洗净后去皮切块，之后进行干燥，得到多种果蔬小块材料；

2)将多种果蔬小块材料与水混合，之后进行压榨破碎，即得到所述的复合果蔬碳源。

进一步地，步骤1)中，所述的腐烂果蔬包括香蕉、葡萄、苹果、青菜或莴苣中的多种。

进一步地，所述的腐烂果蔬包括香蕉、葡萄、苹果、青菜及莴苣，均可取自上海市某果蔬市场。

其中，香蕉果肉的含糖量在15％以上，葡萄则约为10％～25％，苹果超过10％，并且上述糖分主要为易于反硝化细菌吸收的葡萄糖，有利于促进脱氮作用。上述腐烂水果中氮类物质含量小于1.5％，碳氮比高，适于反硝化菌的生长繁殖。

青菜与莴苣的碳氮比相比于上述水果略低，但其含有30％～40％的纤维素类物质，一方面在厌氧过程中可被降解为小分子糖类物质供反硝化菌利用，另一方面因其丰富的孔隙结构可作为载体，提供微生物生长的场所。

进一步地，所述的多种果蔬小块材料包括以下组分及重量份含量：香蕉小块材料40～60份、葡萄小块材料10～20份、苹果小块材料10～20份、青菜小块材料5～15份及莴苣小块材料5～15份。

进一步地，步骤1)中，干燥过程中，干燥温度为30～40℃，干燥时间为32～40h，优选为35℃干燥36h。

进一步地，步骤2)中，所述的多种果蔬小块材料与水的质量比为1:(1.5～4)。

进一步地，步骤2)中，压榨破碎过程中，压榨机功率为700～900w，破碎时间为4～6min，优选为800w破碎5min。

一种腐烂果蔬复配制备的复合果蔬碳源，该复合果蔬碳源所述的方法制备而成，复合果蔬碳源呈土黄色，浆状。

一种腐烂果蔬复配制备的复合果蔬碳源的应用，所述的复合果蔬碳源用于污水脱氮碳源。

进一步地，所述的复合果蔬碳源与污水的体积比为(1～20):100。

果蔬在腐烂过程中，自身占主要成分的多糖、纤维素等被微生物部分降解为单糖等易吸收物质，能够提供必需的电子，促进反硝化进程。本发明针对腐烂果蔬中大量碳源物质难以得到利用的问题，利用腐烂果蔬作为原材料，制备出一种复合果蔬碳源，应用于污水脱氮过程中，能够解决现有腐烂果蔬堆积量大，处理过程中资源利用率低、二次污染严重等问题，可实现对果蔬中碳源部分的高效利用。

与现有技术相比，本发明采用腐烂果蔬制得可用作污水脱氮碳源的复合果蔬碳源，其工艺简单、成本低廉，不仅提供了一种腐烂果蔬大规模处理方法，并且高效利用其中的碳源物质，具有较高的经济与社会环境效益。

附图说明

图1～3为实施例1中制得的复合果蔬碳源处理老龄渗滤液的效果图，其中，图1为硝酸盐浓度曲线，图2为亚硝酸盐浓度曲线，图3为cod浓度曲线；

图4为实施例1中制得的复合果蔬碳源处理生活污水的效果图；

图5为实施例1-4中制得的复合果蔬碳源处理高硝酸盐配水的效果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

腐烂果蔬复配制备污水脱氮碳源的方法按下列步骤实施：

(1)将取自上海某果蔬市场的五种腐烂果蔬，包括香蕉、葡萄、苹果、青菜以及莴苣，用去离子水洗净后去皮切块，然后置于35℃真空烘箱中干燥36h得到较为干净的果蔬小块材料；

(2)取质量百分含量为香蕉60％、葡萄15％、苹果15％、青菜5％、莴苣5％的五种果蔬小块80g，与160g去离子水混合后破碎5min，制得土黄色浆状复合果蔬碳源。

实施例2：

腐烂果蔬复配制备污水脱氮碳源的方法按下列步骤实施：

(1)将取自上海某果蔬市场的五种腐烂果蔬，包括香蕉、葡萄、苹果、青菜以及莴苣，用去离子水洗净后去皮切块，然后置于35℃真空烘箱中干燥36h得到较为干净的果蔬小块材料；

(2)取质量百分含量为香蕉60％、葡萄10％、苹果10％、青菜10％、莴苣10％的五种果蔬小块80g，与160g去离子水混合后破碎5min，制得土黄色浆状复合果蔬碳源。

实施例3：

腐烂果蔬复配制备污水脱氮碳源的方法按下列步骤实施：

(1)将取自上海某果蔬市场的五种腐烂果蔬，包括香蕉、葡萄、苹果、青菜以及莴苣，用去离子水洗净后去皮切块，然后置于35℃真空烘箱中干燥36h得到较为干净的果蔬小块材料；

(2)取质量百分含量为香蕉50％、葡萄15％、苹果15％、青菜10％、莴苣10％的五种果蔬小块80g，与160g去离子水混合后破碎5min，制得土黄色浆状复合果蔬碳源。

实施例4：

腐烂果蔬复配制备污水脱氮碳源的方法按下列步骤实施：

(1)将取自上海某果蔬市场的五种腐烂果蔬，包括香蕉、葡萄、苹果、青菜以及莴苣，用去离子水洗净后去皮切块，然后置于35℃真空烘箱中干燥36h得到较为干净的果蔬小块材料；

(2)取质量百分含量为香蕉40％、葡萄15％、苹果15％、青菜15％、莴苣15％的五种果蔬小块80g，与160g去离子水混合后破碎5min，制得土黄色浆状复合果蔬碳源。

实施例5：

本发明产物作碳源对老龄渗滤液的脱氮效果实验。

采用实施例1所得的复合果蔬碳源处理上海市老港垃圾填埋场中反硝化池进水，进水水质为cod1089.6±10.0mg/l，氨氮0.8±0.5mg/l，硝酸盐1330.2±8.8mg/l，亚硝酸盐0.5±0.1mg/l。实验步骤：在500ml锥形瓶中加入反硝化池进水300ml，然后向锥形瓶中投加不同体积比(11％、12％、13％、14％、15％)的实施例1所得的复合果蔬碳源。继续加入取自老港垃圾填埋场反硝化池的驯化污泥，并控制污泥浓度为3000～3500mg/l，充分搅拌，然后用透明膜密闭使得体系处于厌氧状态，最后置于恒温恒湿振荡培养箱中反应，每隔24h取样并测定cod、硝酸盐、亚硝酸盐的浓度，最终检测结果如图1～3所示。由图1～3可知，随着投加比例的增大，硝酸盐和亚硝酸盐的去除效果不断提高。当复合果蔬碳源投加比例为15％，混合液硝酸盐浓度可在72h内大量降低，去除率超过99％；此外亚硝酸盐浓度在前期达到峰值后，继续在96h内降至1mg/l以下，出水并未出现亚硝酸盐积累现象；出水的cod值相比于反硝化池进水也出现了明显降低，最终去除率达66％。这也表明实施例1的复合果蔬碳源不仅能够高效脱氮，而且不会增加反应的污染负荷，是一种优质的碳源材料。

实施例6：

本发明产物作碳源对生活污水的脱氮效果实验。

采用实施例1所得的复合果蔬碳源处理上海市白龙港污水处理厂的反硝化池进水，进水水质为cod125±15mg/l，氨氮＜0.1mg/l，硝酸盐53±6mg/l，亚硝酸盐＜0.1mg/l。实验步骤：在500ml锥形瓶中加入反硝化池进水300ml，然后向锥形瓶中投加1.5％体积比的实施例1所得的复合果蔬碳源。继续加入取自白龙港污水处理厂反硝化池的驯化污泥，并控制污泥浓度为3000～3500mg/l，充分搅拌，然后用透明膜密闭使得体系处于厌氧状态，最后置于恒温恒湿振荡培养箱中反应，每隔24h取样并测定cod、硝酸盐、亚硝酸盐的浓度，最终检测结果如图4所示。由图4可知，实施例1所得的复合果蔬碳源处理生活污水的反硝化速率较快，在24h内即可去除绝大部分的硝酸盐物质，去除率达到89％，此外cod去除率超过30％，并且无亚硝酸盐积累现象。这也说明实施例1所得的复合果蔬碳源也可作为一种处理生活污水的优质碳源材料。

实施例7：

为实施例1-4所得产物作碳源脱氮效果比较。

采用实施例1-4所得的复合果蔬碳源处理高硝酸盐浓度配水，配水中的硝酸盐采用硝酸钾进行配置，浓度为500mg/l。cod、亚硝酸盐等浓度忽略不计。实验步骤：在四个500ml锥形瓶中加入高硝酸盐浓度配水300ml，然后分别向各锥形瓶中投加15％体积比的实施例1-4所得的复合果蔬碳源。继续加入取自老港垃圾填埋场反硝化池的驯化污泥，并控制污泥浓度为3000～3500mg/l，充分搅拌，然后用透明膜密闭使得体系处于厌氧状态，最后置于恒温恒湿振荡培养箱中反应，并测定出水稳定后硝酸盐浓度，继而得到硝酸盐去除率，结果如图5所示。由图5可知，各实施例制得复合果蔬碳源均具有较高的硝酸盐去除率，其中实施例1制得复合果蔬碳源脱氮效果最佳，硝酸盐去除率平均达到了99.22％，实施例2、3、4分别为96.75％、83.88％和69.33％。

实施例8：

一种腐烂果蔬复配制备复合果蔬碳源的方法，该方法包括以下步骤：

1)将多种腐烂果蔬分别洗净后去皮切块，之后进行干燥，得到多种果蔬小块材料；

2)将多种果蔬小块材料与水混合，之后进行压榨破碎，即得到复合果蔬碳源。

步骤1)中，腐烂果蔬包括香蕉、葡萄、苹果、青菜及莴苣。多种果蔬小块材料包括以下组分及重量份含量：香蕉小块材料40份、葡萄小块材料20份、苹果小块材料10份、青菜小块材料15份及莴苣小块材料5份。

步骤1)中，干燥过程中，干燥温度为40℃，干燥时间为32h。

步骤2)中，多种果蔬小块材料与水的质量比为1:4。压榨破碎过程中，压榨机功率为700w，破碎时间为6min。

复合果蔬碳源用于污水脱氮碳源，复合果蔬碳源与污水的体积比为1:100。

实施例9：

一种腐烂果蔬复配制备复合果蔬碳源的方法，该方法包括以下步骤：

1)将多种腐烂果蔬分别洗净后去皮切块，之后进行干燥，得到多种果蔬小块材料；

2)将多种果蔬小块材料与水混合，之后进行压榨破碎，即得到复合果蔬碳源。

步骤1)中，腐烂果蔬包括香蕉、葡萄、苹果、青菜及莴苣。多种果蔬小块材料包括以下组分及重量份含量：香蕉小块材料60份、葡萄小块材料10份、苹果小块材料20份、青菜小块材料5份及莴苣小块材料15份。

步骤1)中，干燥过程中，干燥温度为30℃，干燥时间为40h。

步骤2)中，多种果蔬小块材料与水的质量比为1:1.5。压榨破碎过程中，压榨机功率为900w，破碎时间为4min。

复合果蔬碳源用于污水脱氮碳源，复合果蔬碳源与污水的体积比为20:100。

实施例10：

一种腐烂果蔬复配制备复合果蔬碳源的方法，该方法包括以下步骤：

1)将多种腐烂果蔬分别洗净后去皮切块，之后进行干燥，得到多种果蔬小块材料；

2)将多种果蔬小块材料与水混合，之后进行压榨破碎，即得到复合果蔬碳源。

步骤1)中，腐烂果蔬包括香蕉、葡萄、苹果、青菜及莴苣。多种果蔬小块材料包括以下组分及重量份含量：香蕉小块材料50份、葡萄小块材料15份、苹果小块材料15份、青菜小块材料10份及莴苣小块材料10份。

步骤1)中，干燥过程中，干燥温度为35℃，干燥时间为36h。

步骤2)中，多种果蔬小块材料与水的质量比为1:2。压榨破碎过程中，压榨机功率为800w，破碎时间为5min。

复合果蔬碳源用于污水脱氮碳源，复合果蔬碳源与污水的体积比为12:100。

由以上实施例可知，本发明利用腐烂果蔬复配制备污水脱氮碳源，能够解决现有腐烂果蔬堆积量大，处理过程中资源利用率低、二次污染严重等问题。其工艺简单、成本低廉，可实现对果蔬中碳源部分的高效利用，具有较高的经济与社会环境效益。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。