城市生活污水含有大量氮元素。过量氮元素排入水体会引发富营养化。水体富营养化导致藻类爆发性生长。藻类消耗水中氧气造成鱼类死亡。饮用水源硝酸盐超标危害人体健康。传统污水处理工艺脱氮效率有限。生物脱氮技术成为研究重点。

生物脱氮依靠微生物作用完成。脱氮过程分为两个主要步骤。第一步是硝化反应。氨氮在好氧条件下被氧化。亚硝酸菌将氨氮转化为亚硝酸盐。硝酸菌将亚硝酸盐转化为硝酸盐。硝化反应需要充足氧气。硝化反应需要较长水力停留时间。硝化反应对温度变化敏感。第二步是反硝化反应。硝酸盐在缺氧条件下被还原。反硝化菌利用有机碳源进行反应。硝酸盐最终转化为氮气释放。反硝化反应不需要氧气。反硝化反应需要有机碳源。

许多污水处理厂碳源不足。碳源不足影响反硝化效率。研究人员寻找外部碳源补充方法。甲醇乙酸钠是常用补充碳源。甲醇乙酸钠成本较高存在安全隐患。寻找廉价替代碳源成为方向。一些研究利用工业废水作为碳源。工业废水含有有机物可被利用。工业废水成分复杂可能含有毒物质。食品加工废水是潜在碳源。食品加工废水糖类脂肪含量高。糖类脂肪易于微生物降解使用。

本研究以某食品厂废水为对象。该废水主要来自罐头生产过程。废水化学需氧量浓度约每升五千毫克。废水生化需氧量浓度约每升三千五百毫克。碳氮比约为三十五比一。废水经过简单过滤处理。过滤去除悬浮固体颗粒。过滤后废水储存于四摄氏度冰箱。

实验采用两组序批式反应器。反应器有效容积均为十升。一组反应器投加食品厂废水。另一组反应器投加甲醇乙酸钠。两组反应器进水水质相同。进水氨氮浓度每升四十毫克。进水硝酸盐浓度每升三十毫克。反应器溶解氧浓度控制每升二毫克。反应器温度保持二十五摄氏度。反应器酸碱度维持七点五左右。实验连续运行六十天。

每天检测反应器出水水质。检测指标包括氨氮浓度。检测指标包括硝酸盐浓度。检测指标包括亚硝酸盐浓度。检测指标包括总氮浓度。检测指标包括化学需氧量浓度。检测使用国家标准方法。氨氮浓度采用纳氏试剂分光光度法。硝酸盐浓度采用紫外分光光度法。亚硝酸盐浓度采用N-（1-萘基）-乙二胺分光光度法。总氮浓度采用过硫酸钾氧化紫外分光光度法。化学需氧量浓度采用重铬酸钾法。

实验结果显示重要规律。投加食品厂废水反应器脱氮效率高。前三十天脱氮效率逐步上升。第三十天脱氮效率达到百分之九十二。投加甲醇乙酸钠反应器脱氮效率稳定。其脱氮效率始终维持在百分之九十。两组反应器脱氮效率差异不大。食品厂废水组反硝化速率较快。反硝化过程完成时间缩短百分之二十。反硝化速率提高节约能耗。

食品厂废水提供丰富碳源。微生物生长繁殖速度加快。反应器内微生物浓度提高百分之十五。微生物多样性增加。优势菌群主要为假单胞菌属。假单胞菌属反硝化能力强。微生物群落结构更加稳定。系统抗冲击负荷能力提升。进水氨氮浓度波动时出水稳定。

食品厂废水含有微量有机物。这些有机物促进微生物代谢。微量元素包括钾钙镁离子。钾钙镁离子是微生物必需元素。甲醇乙酸钠缺少这些微量元素。长期使用可能造成微生物营养失衡。

成本分析显示明显优势。食品厂废水每吨处理成本五十元。甲醇乙酸钠每吨成本三百元。使用食品厂废水节约碳源成本百分之八十。食品厂废水属于废物利用。这种方法减少废弃物排放。这种方法降低污水处理厂运行费用。

工程应用需要考虑实际问题。食品厂废水供应需要稳定。食品厂废水需要预处理。预处理去除油脂和悬浮物。预处理防止管道堵塞。预处理单元增加投资成本。投资成本可在两年内回收。食品厂废水长期储存可能变质。废水变质产生臭味有害物质。建议建立每日运输机制。运输距离影响经济可行性。

研究证实食品厂废水可行。食品厂废水作为碳源效果良好。这种方法降低处理成本。这种方法提高资源利用率。污水处理厂可寻找附近食品企业。双方建立合作关系互利共赢。企业减少废水处理费用。污水处理厂获得廉价碳源。

实验发现一些后续问题。食品厂废水季节性变化明显。水果罐头生产旺季废水量大。水果罐头生产淡季废水量小。废水成分随生产产品变化。桃子罐头废水糖分高。蘑菇罐头废水蛋白含量高。成分变化可能影响微生物活性。需要进一步研究适应方法。可调节投加量保持效果稳定。

生物脱氮是系统工程。碳源选择是关键环节。利用废弃物作为碳源符合理念。这种理念强调循环利用。这种理念减少资源消耗。这种理念降低环境负担。未来研究应扩大废物种类。未来研究应优化工艺参数。未来研究应推动工程应用。