厨余发酵液作外加碳源处理电镀废水的效能探究

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2024-0590

摘要/Abstract

摘要：

电镀废水中含有多种重金属离子和高浓度的硝酸盐氮，需要投加大量的碳源来脱氮及维持微生物生长。将厨余垃圾发酵液（R1）与常用碳源葡萄糖（R2）处理电镀废水的效能进行对比，结果表明，R1对总氮、硝酸盐氮、氨氮、COD、混合重金属离子的去除效果均优于R2。在混合重金属离子的胁迫下，R1与R2中胞外聚合物（EPS）的分泌量大量增加，其中蛋白质（PN）含量增加明显，在第90天，R1中紧密结合型胞外聚合物（TB-EPS）含量约为R2的1.2倍；混合重金属离子的长期存在激活了抗性机制微生物生成更多的TB-EPS，而TB-EPS会络合重金属离子降低传质速度来阻碍重金属离子直接作用于细胞。在第15天，R1的抑制率达46.8%，R2的抑制率高达87%。对90 d的混合重金属离子污泥负荷进行检测，发现单位质量SS混合重金属离子的污泥负荷为（0.74 $±$ 0.23） mg/g，R1抑制率稳定在31.6%左右，R2抑制率稳定在37.3%左右。厨余发酵液的投加降低了混合重金属离子的抑制作用，提高了处理系统对混合重金属离子的抗冲击负荷能力，所以厨余发酵液可以作为一种优质外加碳源处理电镀废水。

关键词: 电镀废水, 厨余发酵液, 胞外聚合物, 电子体系传递活性, 混合重金属离子

Abstract:

Large volumes of carbon sources must be added to electroplating wastewater to remove nitrogen and sustain microbial development as the wastewater contains high concentrations of nitrate nitrogen and a range of mixed heavy metal ions. In this paper, In the treatment of electroplating wastewater, the effectiveness of food waste fermentation broth(R1) was compared with a widely used carbon source of glucose(R2). The findings indicated that R1 was superior to R2 in the removal of total nitrogen, nitrate nitrogen, ammonia nitrogen, COD, and mixed heavy metal ions. The stress of mixed heavy metal ions caused a significant increase in EPS secretion in R1 and R2,as well as a noticeable rise in PN content. On the 90th day, the content of tightly bound extracellular polymeric substances (TB-EPS) in R1 is approximately 1.2 times that in R2. Prolonged exposure to mixed heavy metal ions triggered the resistance mechanism of microorganisms to produce more TB-EPS, which complexes heavy metal ions to slow down mass transfer and prevent the direct action of heavy metal ions on cells. On day 15, the inhibition rate of R1 reached 46.8%, while that of R2 was as high as 87%. Upon examination of the 90-day mixed heavy metal ion sludge loading, it was discovered that the R1 inhibition rate was stabilized at about 31.6% and the R2 inhibition rate at approximately 37.3% at a mixed heavy metal ion loading of (0.74±0.23) mg/g. Food waste fermentation solution could be used as a high-quality additional carbon source to treat electroplating wastewater as it decreased the inhibition of mixed metal ions and increased the shock load resistance of mixed heavy metal ions in the treatment system.

Key words: electroplating wastewater, kitchen waste fermentation liquid, extracellular polymers, electronic system transfer activity, mixed heavy metal ion

中图分类号:

X703.1

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https://www.iwt.cn/CN/Y2025/V45/I8/96

图/表 12

图1 AO工艺实验装置

Fig.1 Experimental equipment of AO process

表1 电镀废水生化进水水质基础指标

Table 1 Influent water quality basic indicators of electroplating wastewater biochemical

项目	pH	COD	TN	NH₄ ⁺-N	NO₃ ^--N	Ni²⁺	Cu²⁺	Cr³⁺	Zn²⁺
数值	7.1 $±$ 0.8	152 $±$ 39	75.1 $±$ 13	6.4 $± 4$	56.4 $± 11$	0.18 $±$ 0.2	0.16 $±$ 0.3	0.254 $±$ 0.2	0.095 $±$ 0.1

表1 电镀废水生化进水水质基础指标

Table 1 Influent water quality basic indicators of electroplating wastewater biochemical

项目	pH	COD	TN	NH₄ ⁺-N	NO₃ ^--N	Ni²⁺	Cu²⁺	Cr³⁺	Zn²⁺
数值	7.1 $±$ 0.8	152 $±$ 39	75.1 $±$ 13	6.4 $± 4$	56.4 $± 11$	0.18 $±$ 0.2	0.16 $±$ 0.3	0.254 $±$ 0.2	0.095 $±$ 0.1

表2 厨余发酵液成分

Table 2 Ingredients of fermentation liquid of kitchen waste

项目	pH	COD	SCOD	VFA	蛋白质（PN）	碳水化合物	TN	TP
数值	3.56	86.39 $±$ 6.3	41.23 $±$ 3.25	5.5 $±$ 0.7	5.2 $±$ 0.6	25.7 $±$ 0.3	0.047 $±$ 0.01	0.069 $±$ 0.01

表2 厨余发酵液成分

Table 2 Ingredients of fermentation liquid of kitchen waste

项目	pH	COD	SCOD	VFA	蛋白质（PN）	碳水化合物	TN	TP
数值	3.56	86.39 $±$ 6.3	41.23 $±$ 3.25	5.5 $±$ 0.7	5.2 $±$ 0.6	25.7 $±$ 0.3	0.047 $±$ 0.01	0.069 $±$ 0.01

图2 两种碳源对NH₄ ⁺-N、NO₃ ^--N的去除效果

Fig.2 Removal effects of two carbon sources on NH₄ ⁺-N and NO₃ ^--N

图3 两种碳源对TN的去除效果

Fig.3 Removal effects of two carbon sources on TN

图4 两种碳源对COD的去除效果

Fig.4 Removal effects of two carbon sources on COD

图5 周期内反硝化脱氮及COD的去除情况

Fig.5 Denitrification and COD removal in cycles

图6 两种碳源对Ni²⁺、Cu²⁺、Cr³⁺、Zn²⁺的去除效果

Fig.6 Removal effects of two carbon sources on Ni²⁺，Cu²⁺，Cr³⁺ and Zn²⁺

图7 混合重金属离子占比及去除效果

Fig.7 Proportion of mixed heavy metal ions and removal effect

图8 两种碳源添加后EPS含量变化情况

Fig.8 Changes of EPS content after the addition of two carbon sources

图9 混合重金属离子污泥负荷分布情况

Fig.9 Distribution of mixed heavy metal ion sludge load

图10 两种碳源添加后的ETS_t及污泥抑制率

Fig.10 ETS_t content and sludge inhibition rate after the addition of two carbon sources

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