一种用于废水处理的复合碳源及其用途的制作方法

本发明属于废水处理，具体涉及一种用于废水处理的复合碳源及其用途。

背景技术：

1、随着社会经济的飞速发展，生活污水、工业废水及农业非点源污染中营养物质的过量排放造成地表水体富营养化现象日益严重，高效、稳定的污水脱氮除磷技术的研究对于提升地表水环境质量具有重要意义，通过控制活性污泥在厌氧、缺氧及好氧交替环境下运行，利用微生物的代谢作用进行强化生物脱氮除磷是国内外研究及应用最为广泛的一种。生物脱氮及除磷性能受污水中碳源的类型、浓度的影响较大，有效的碳源供给是维持微生物新陈代谢及工艺脱氮除磷效果的保障。由于脱氮菌及除磷菌在活性污泥中共存，脱氮过程及除磷过程微生物对碳源需求的不同、以及污水中有效碳源的不足或过量均造成城市污水处理厂氮磷去除率的不理想，在强化生物脱氮除磷系统中，碳源类型的不同直接影响到脱氮及除磷的速率及去除率。

2、在现有的外加碳源中，传统碳源甲醇具有价格经济的优点，但因其毒性较大，运输不便，易对人体造成伤害；糖类物质淀粉等必须水解转化为低分子有机物才能被微生物利用，降低了污水处理效率。新型外加碳源中的甲酸钠、乙酸钠等羧酸盐产品脱氮效果很好，但是比较价格昂贵，而且污泥产出率高，增加了额外的污泥处理问题；氨基酸类产品同样面临价格昂贵、原料不易获取等问题。因此，开发一种脱氮效果显著、污水处理效率高、使用简单且性价比高的复合碳源，是本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于废水处理的复合碳源及其用途，该复合碳源具有更高的碳氮比和更佳的b/c比，具有更优的可生化性，作为废水处理工艺的外加碳源，能够进一步增强废水处理效果，显著提升活性污泥的反硝化活性。

2、本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：

3、一种用于废水处理的复合碳源的制备工艺，包括：

4、s1：收集厨余垃圾进行油水分离，除去金属、塑料等杂质，然后进行破碎得到预处理的厨余垃圾；

5、s2：调节预处理的厨余垃圾中的含水量至60~80%，之后加入调理剂和好氧发酵菌剂进行好氧发酵制备得到用于废水处理的复合碳源；

6、上述调理剂包括菌糠或改性菌糠；其中改性菌糠包括表面活性剂改性菌糠。

7、具体而言，厨余垃圾与调理剂的干重比值为1：0.8~1.2。

8、具体而言，表面活性剂包括阳离子表面活性剂。

9、具体而言，阳离子表面活性剂为新型阳离子表面活性剂，由1,3-双[3-(二甲胺基)丙基]脲、n-羟乙基亚胺二乙酸、环氧氯丙烷制备获得。本发明采用1,3-双[3-(二甲胺基)丙基]脲、n-羟乙基亚胺二乙酸、环氧氯丙烷制备获得新型结构的阳离子表面活性剂，然后再对菌糠进行改性，对其孔隙结构产生有益的影响，其比表面积、平均孔径以及总孔容均得到了提升；将其作为调理剂与好氧发酵菌剂配伍共同作用于厨余垃圾，能够更好地促进厨余垃圾的发酵进程，有效增加有机物的降解率，使得制备获得的复合碳源的组分及含量得到改善，进而显著增强复合碳源作为废水处理补充碳源促进废水处理效果的作用，明显提升出水水质中cod、总氮以及氨氮的去除率；同时在一定程度上也增强了活性污泥的反硝化活性，提升活性污泥的反硝化速率。其原因可能在于，采用新型阳离子表面活性剂对菌糠进行改善，调整其孔隙结构，为微生物提供一个更好的生存环境，并且可能具有更加优异的可降解性，为微生物的代谢提供更佳的营养支持，更好的促进微生物对厨余垃圾的降解性能。

10、具体的，上述新型阳离子表面活性剂的制备方法，包括：

11、步骤1：取1,3-双[3-(二甲胺基)丙基]脲与环氧氯丙烷反应制得中间体m；

12、步骤2：取中间体m与n-羟乙基亚胺二乙酸反应制备得到新型阳离子表面活性剂。

13、进一步具体的，上述新型阳离子表面活性剂的制备方法，步骤为：

14、步骤1：取1,3-双[3-(二甲胺基)丙基]脲加入异丙醇/水混合溶剂，升温至55~65℃，然后在搅拌的条件下滴加环氧氯丙烷，并于20~40min内滴加完毕，接着恒温反应5~8h，旋蒸出去溶剂，丙酮洗涤、真空干燥得到中间体m；

15、步骤2：取中间体m加入n-羟乙基亚胺二乙酸、氢氧化钠混合，再加入异丙醇/水混合溶剂，置于70~75℃下反应6~8h，然后加入盐酸溶液中和剩余的氢氧化钠，使得反应体系ph为中性，旋蒸、丙酮洗涤、过滤、真空干燥得到新型阳离子表面活性剂。

16、具体而言，步骤1中，1,3-双[3-(二甲胺基)丙基]脲与异丙醇/水混合溶剂的固液比为0.1~0.2g：1ml；环氧氯丙烷与1,3-双[3-(二甲胺基)丙基]脲的摩尔比为1.9~2.1：1。

17、具体而言，步骤2中，中间体m与n-羟乙基亚胺二乙酸的摩尔比为1.4~1.6：1；氢氧化钠与n-羟乙基亚胺二乙酸的质量比为0.3~0.4：1；n-羟乙基亚胺二乙酸与异丙醇/水混合溶剂的固液比为0.15~0.25g：1ml。

18、具体而言，异丙醇/水混合溶剂中异丙醇与水的体积比为2~3：1。

19、本发明还公开了上述改性菌糠的制备方法，包括：

20、取过筛干燥的黑木耳菌糠，加入浓度为0.06~0.07m的新型阳离子表面活性剂溶液，搅拌均匀，置于20~30℃、140~160r/min条件下恒温摇床振荡10~12h，然后用去离子水冲洗4~6次，60~65℃烘干得到改性菌糠。

21、具体而言，黑木耳菌糠与新型阳离子表面活性剂溶液的固液比为0.04~0.06g：1ml。

22、具体而言，好氧发酵菌剂添加量为108~1010cfu/kg（湿重）。

23、具体而言，发酵温度为45~55℃，发酵时间为7~10d。

24、更优选地，用于废水处理的复合碳源的制备过程中，在得到上清液后，加入烷基糖苷或其衍生物。本发明在复合碳源中加入烷基糖苷或其衍生物，能够进一步调整复合碳源的碳氮比，提高生化微生物代谢环境b/c比，为反硝化细菌提供全面的多种营养成分，且无需长时间的水解过程即可被微生物利用，应用于废水处理过程中，极易被反硝化菌利用，脱氮效果更佳；同时对水质污泥及菌群适用性好，进一步促进活性污泥的反硝化速率。

25、进一步的，烷基糖苷或其衍生物的添加量为6~10wt%。

26、需要说明的是，上述烷基糖苷衍生物包括外-3,6-环氧-1,2,3,6-四氢邻苯二甲酸酐改性的烷基糖苷硫酸酯盐类衍生物。

27、本发明又公开了上述烷基糖苷衍生物的制备方法，包括：

28、取烷基糖苷apg0810和外-3,6-环氧-1,2,3,6-四氢邻苯二甲酸酐混合，加入对甲苯磺酸作为催化剂，升温至120~125℃反应2~4h；之后再加入亚硫酸氢钠，恒温反应1~3h，分离提纯得到烷基糖苷衍生物。

29、具体而言，烷基糖苷apg0810和外-3,6-环氧-1,2,3,6-四氢邻苯二甲酸酐的摩尔比为1：0.9~1.1；烷基糖苷apg0810与对甲苯磺酸的摩尔比为1：1.1~1.2；烷基糖苷apg0810与亚硫酸氢钠的摩尔比为1：0.9~1。

30、本发明的又一目的在于，公开了一种由上述制备工艺制得的用于废水处理的复合碳源。

31、具体而言，用于废水处理的复合碳源的c/n＞45，b/c＞60%，ss含量为8000~9600mg/l，tn含量为450~700mg/l。

32、本发明还公开了上述复合碳源在水处理中的应用。

33、相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

34、本发明采用1,3-双[3-(二甲胺基)丙基]脲、n-羟乙基亚胺二乙酸、环氧氯丙烷制备获得新型结构的阳离子表面活性剂，然后再对菌糠进行改性，对其孔隙结构产生有益的改变；将其作为调理剂与好氧发酵菌剂配伍共同作用于厨余垃圾，能够更好地促进厨余垃圾的发酵进程，有效增加有机物的降解率，使得制备获得的复合碳源的组分及含量得到改善，进而显著增强复合碳源作为废水处理补充碳源促进废水处理效果的作用；同时在一定程度上也增强了活性污泥的反硝化活性，提升活性污泥的反硝化速率。同时，本发明在复合碳源中加入烷基糖苷或其衍生物，应用于废水处理过程中，极易被反硝化菌利用，脱氮效果更佳；同时对水质污泥及菌群适用性好，进一步促进活性污泥的反硝化速率。本发明提供的复合碳源具有较高的灵活性，可以根据不同微生物菌群的需要调整碳源中各成分之间的比例，从而满足不同的处理场景需求，应用范围更加广泛。

35、因此，本发明提供了一种用于废水处理的复合碳源及其用途，该复合碳源具有更高的碳氮比和更佳的b/c比，具有更优的可生化性，作为废水处理工艺的外加碳源，能够进一步增强废水处理效果，显著提升活性污泥的反硝化活性。