一种采用咖啡果胶制备反硝化碳源的方法技术

本发明专利技术公开了一种采用咖啡果胶制备反硝化碳源的方法，包括以下步骤：(1)将含果胶的咖啡废水絮凝沉淀得到咖啡果胶浓缩液或将咖啡果胶浓缩液冷冻干燥，取出后进行研磨制成咖啡果胶粉末；(2)将上述咖啡果胶浓缩液或咖啡果胶粉末溶于缓冲溶液中，控制溶液pH，得到咖啡果胶溶液；(3)加入果胶酶摇匀，恒温水解反应后，置于沸水浴中终止酶活；(4)将咖啡果胶水解液离心分离，得到的上清液即为反硝化碳源。本发明专利技术的方法流程简单，生物酶水解转化时间短，既可以实现咖啡果胶的资源化利用，减轻咖啡废水处理进水浓度高、投资大、运行费用高的问题；又可以达成碳循环的目标，降低反硝化工艺段的运行成本，具有良好的环境效益和经济效益。具有良好的环境效益和经济效益。具有良好的环境效益和经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种采用咖啡果胶制备反硝化碳源的方法


[0001]本专利技术涉及污水治理
，尤其涉及一种采用咖啡果胶制备反硝化碳源的方法。

技术介绍

[0002]我国城市和经济的快速发展产生大量的市政污水，污水中的N、P会引起水体富营养化，需要在污水排放前进行处理，达标后再排放。污水脱氮除磷的方法众多，其中生物法脱氮除磷在污水处理领域有着广泛的应用。生物脱氮除磷需要有充足的碳源作为电子供体以保证反硝化菌和聚磷菌的新陈代谢作用。目前，市政污水有机碳浓度偏低，需要投加各种商业碳源，如甲醇、乙醇和乙酸钠等，以提高生物脱氮除磷的效率；外部碳源的使用，大大增加了污水处理厂的运行成本，因此迫切需要开发经济环保的生物碳源。
[0003]我国每年的咖啡产量高达13万吨，咖啡豆生产过程中会产生大量废水，该废水的主要特点是含有大量果胶，咖啡果胶年产生量约1.56万吨，果胶是一种杂多糖，具有自然增稠性，是造成咖啡废水难处理的主要原因。目前，国内外处理含果胶废水方法主要有乙醇沉淀法、絮凝剂处理法、生物接触氧化处理法、厌氧生物法。但乙醇沉淀法使用的醇量过大，成本较高；絮凝剂处理法后续脱色过程繁琐；采用生物接触氧化处理法处理，果胶易黏附在生物接触氧化池的载体上，造成系统中微生物吸氧不足而失去活性，导致处理效率不高；厌氧处理法存在污泥驯化问题。在此背景下，如何低碳环保的处理含果胶废水，以及咖啡加工废水处理该如何发展成为重点关注的方向。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术中污水处理厂反硝化碳源存在的不足，提供一种条件温和、特异性强的采用咖啡果胶制备反硝化碳源的方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种采用咖啡果胶制备反硝化碳源的方法，包括以下步骤：
[0007](1)将含果胶的咖啡废水絮凝沉淀得到咖啡果胶浓缩液或将咖啡果胶浓缩液放置于冷冻干燥机中，取出后进行研磨过筛制成咖啡果胶粉末；
[0008](2)将上述咖啡果胶浓缩液或咖啡果胶粉末溶于缓冲溶液中，控制溶液pH，得到咖啡果胶溶液；
[0009](3)将上述咖啡果胶溶液加入果胶酶摇匀，置于恒温水浴加热锅中水解，水解反应一定时间后，置于沸水浴中终止酶活；
[0010](4)将咖啡果胶水解液放入离心机中，离心分离，得到的上清液即为反硝化碳源。
[0011]较佳地，所述咖啡果胶浓缩液冷冻干燥时间为48
‑
54h。
[0012]较佳地，所述咖啡果胶粉末的粒径为100
‑
300目。
[0013]较佳地，所述缓冲溶液为乙酸
‑
乙酸钠或柠檬酸
‑
柠檬酸钠，控制溶液pH为3.5
‑
6.5；pH更优选为4
‑
5。
[0014]较佳地，所述咖啡果胶浓缩液或咖啡果胶粉末与缓冲溶液的质量比即反应底物浓度为1：50
‑
1：200。
[0015]较佳地，所述果胶酶添加量为400
‑
800U/g，更优选为500
‑
600U/g；恒温水浴的温度为35
‑
50℃，更优选为40
‑
45℃。
[0016]较佳地，所述水解反应时间为4
‑
12h，更优选为8h，置于沸水浴中5
‑
10min终止反应。
[0017]较佳地，所述离心的转速为5000
‑
6500r/min，离心时间为10
‑
15min。
[0018]较佳地，所述反硝化液体碳源直接投加至污水反硝化系统中使用。
[0019]本专利技术由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
[0020](1)本专利技术通过将含果胶的咖啡废水中的果胶提取制备成反硝化碳源，能有效缓解污水处理厂的处理压力，通过对咖啡果胶进行回收利用，将咖啡果胶制备成为反硝化碳源，既可以实现咖啡果胶资源化利用的环保理念，又可以解决城市污水处理厂碳源不足的问题，具有较好的环境效益和经济效益。
[0021](2)果胶多糖因其分子量大，导致其难以被微生物利用，不能直接作为反硝化碳源利用；本专利技术通过一种或多种内切性和外切性的果胶酶对咖啡果胶进行协同降解，以降低果胶分子量，相对于化学法，本专利技术的酶法反应条件温和，特异性强。
[0022](3)本专利技术采用本专利技术的酶法水解咖啡果胶并将其水解产物作为反硝化碳源，在一定的pH和温度下，通过控制底物浓度、果胶酶添加量、反应时间得到分子量较低的还原糖成分，用于污水反硝化脱氮的外加碳源能被微生物吸收利用，本专利技术的方法流程简单，生物酶水解转化时间短，既可以实现咖啡果胶的资源化利用，减轻咖啡废水处理进水浓度高、投资大、运行费用高的现实问题，又可以达成碳循环的目标，具有良好的应用前景。
附图说明
[0023]图1是本专利技术实施中使用的反硝化实验装置示意图；
[0024]图2是本专利技术实施中咖啡果胶作为反硝化碳源出水硝酸盐氮浓度。
[0025]图3是本专利技术实施中咖啡果胶作为反硝化碳源出水COD浓度。
[0026]附图中，1
‑
进水箱，2
‑
蠕动泵，3
‑
填料层，4
‑
清水层，5
‑
取样口。
具体实施方式
[0027]为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本专利技术进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本专利技术的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本专利技术的这些方面。
[0028]实施例1
[0029]一种采用咖啡果胶制备反硝化碳源的方法，包括以下步骤：
[0030](1)将含果胶的咖啡废水絮凝沉淀得到咖啡果胶浓缩液；
[0031](2)将制好的咖啡果胶浓缩液溶于缓冲溶液中摇匀，缓冲溶液为乙酸
‑
乙酸钠，反应底物浓度为1：50，控制pH为4.5，得到咖啡果胶溶液；
[0032](3)将咖啡果胶溶液加入500U/g果胶酶摇匀，在40℃恒温水浴加热锅中进行水解
反应，反应时间为6h，反应完成后，置于沸水浴中10min终止酶活；
[0033](4)灭活后的水解液放入离心机，在5000r/min下离心10min，离心完成后，得到的上清液作为反硝化碳源。
[0034]实施例2
[0035]一种采用咖啡果胶制备反硝化碳源的方法，包括以下步骤：
[0036](1)将咖啡果胶浓缩液放置于冷冻干燥机中，冷冻干燥48h，然后进行研磨制成100目咖啡果胶粉末；
[0037](2)将咖啡果胶粉末溶于缓冲溶液中摇匀，缓冲溶液为柠檬酸
‑
柠檬酸钠，反应底物浓度为1：150，控制pH为4.5；
[0038](3)将咖啡果胶溶液加入6本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用咖啡果胶制备反硝化碳源的方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将含果胶的咖啡废水絮凝沉淀得到咖啡果胶浓缩液或将咖啡果胶浓缩液放置于冷冻干燥机中，取出后进行研磨过筛制成咖啡果胶粉末；(2)将上述咖啡果胶浓缩液或咖啡果胶粉末溶于缓冲溶液中，控制溶液pH，得到咖啡果胶溶液；(3)将上述咖啡果胶溶液加入果胶酶摇匀，置于恒温水浴加热锅中水解，水解反应一定时间后，置于沸水浴中终止酶活；(4)将咖啡果胶水解液放入离心机中，离心分离，得到的上清液即为反硝化碳源。2.根据权利要求1所述的采用咖啡果胶制备反硝化碳源的方法，其特征在于：所述咖啡果胶浓缩液冷冻干燥时间为48
‑
54h。3.根据权利要求2所述的采用咖啡果胶制备反硝化碳源的方法，其特征在于：所述咖啡果胶粉末的粒径为100
‑
300目。4.根据权利要求1所述的采用咖啡果胶制备反硝化碳源的方法，其特征在于：所述缓冲溶液为乙酸
‑
乙酸钠或柠檬酸
‑
柠檬酸钠，控制溶液pH为3.5

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晨，罗雪静，李金城，徐芝芬，韦春满，王潇潇，时慧慧，
申请(专利权)人：江苏金舵环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：