生物表面活性劑與鐵聯(lián)合促進(jìn)污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于固體廢棄物資源化領(lǐng)域，具體涉及一種促進(jìn)污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)短鏈脂肪酸的方法。該方法包括以下步驟：向污泥樣品中投加鐵和生物表面活性劑，并且將反應(yīng)器充氮驅(qū)氧，密閉反應(yīng)器，將反應(yīng)體系物質(zhì)混合均勻，控制發(fā)酵溫度，進(jìn)行厭氧發(fā)酵。本發(fā)明充分利用鐵和生物表面活性劑的特性，有效地對污泥進(jìn)行減量化，減少對環(huán)境的污染，并且能夠?qū)ξ勰噙M(jìn)行資源化利用，生產(chǎn)具有較高利用價值的短鏈脂肪酸。
【專利說明】生物表面活性劑與鐵聯(lián)合促進(jìn)污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于固體廢棄物資源化領(lǐng)域，具體涉及一種利用生物表面活性劑烷基多苷與鐵促進(jìn)剩余污泥發(fā)酵產(chǎn)酸的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]生物法在城市污水處理廠得到廣泛應(yīng)用的同時產(chǎn)生了大量污泥，其產(chǎn)量約占處理水量的0.3?0.5% (以含水率97%計)，快速增長的污泥產(chǎn)量必然帶來嚴(yán)重的二次污染問題，而污泥處理費(fèi)用非常高，最大能占到污水處理廠運(yùn)行費(fèi)用的50%多，這已成為污水處理廠運(yùn)行的重大負(fù)擔(dān)。在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)同步發(fā)展的今天，常規(guī)污泥處理處置方式已不能滿足要求，合理的污泥資源化利用已成為治理環(huán)境問題中不可忽視的一項工程。
[0003]剩余污泥是由廢水中懸浮物、膠狀體或溶解狀的有機(jī)物組成的某種活性物質(zhì)，其絕大部分由微生物菌體所組成，其中有機(jī)物的含量在60%左右，生物易降解有機(jī)組分在40%以上。這些生物易降解有機(jī)物主要是蛋白質(zhì)、多糖等，它們是微生物豐富的營養(yǎng)源。厭氧發(fā)酵處理污泥能夠有效地將污泥中大量存在的有機(jī)物降解轉(zhuǎn)化為甲烷、氫氣等可再生能源物質(zhì)，其中，短鏈脂肪酸作為發(fā)酵過程中的中間產(chǎn)物，不僅有較高的價值，而且有著廣泛的應(yīng)用和許多潛在的工業(yè)用途。另外，在污水處理廠內(nèi)，短鏈脂肪酸可直接用作污水處理廠微生物的內(nèi)部碳源，用以去除污水中的氮磷。因此，如果能夠有效地將污泥中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為短鏈脂肪酸，將實現(xiàn)對污泥處理的減量化、資源化和無害化，同時提高污水處理廠的脫氮除憐的效果。
[0004]污泥的厭氧發(fā)酵分為水解、酸化和甲烷化三階段，其中有機(jī)物的水解階段是限速步驟。因為微生物的細(xì)胞壁可以在消化環(huán)境下長時間堅持不被突破，而污泥中大多數(shù)有機(jī)物質(zhì)存在于微生物細(xì)胞內(nèi)，故水解速度受到遏制。從生產(chǎn)有機(jī)酸的角度來看，如果能夠提高污泥的水解速率，即提供更多產(chǎn)酸的底物，就有可能增加有機(jī)酸的產(chǎn)量。表面活性劑廣泛存應(yīng)用于日常洗滌用品，在生活污水中也普遍存在，有研究表明，表面活性劑對污泥中的有機(jī)物(主要是蛋白質(zhì)和可溶性糖)具有增溶作用，適量的表面活性劑在合適的PH條件下對微生物細(xì)胞還有破碎作用，這無疑可為污泥產(chǎn)酸提供更多可利用基質(zhì)，因此可利用表面活性劑提高污泥的水解速率，從而提高污泥產(chǎn)酸量。另外，鐵具有較強(qiáng)的還原性，能夠降低系統(tǒng)的氧化還原電位，提供微生物所需的鐵元素，提高產(chǎn)酸微生物的活性，從而提高污泥的厭氧發(fā)酵生產(chǎn)短鏈脂肪酸的速率與產(chǎn)量。目前為止，關(guān)于利用表面活性劑與鐵共同促進(jìn)污泥發(fā)酵生產(chǎn)短鏈脂肪酸的研究尚未報道。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種更為有效促進(jìn)污泥發(fā)酵產(chǎn)酸的方法，提出在剩余污泥中投加表面活性劑與鐵，從而促進(jìn)污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)短鏈脂肪酸的方法。
[0006]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種生物表面活性劑與鐵促進(jìn)剩余污泥發(fā)酵產(chǎn)酸的方法，采用了烷基多苷與還原鐵促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸，具體包括以下步驟:
[0007](I)將剩余污泥加入消化瓶中，投加烷基多苷與鐵；
[0008](2)將消化瓶驅(qū)氧充氮1min后，密封消化瓶，恒溫振蕩培養(yǎng)進(jìn)行厭氧發(fā)酵，完成生物表面活性劑烷基多苷與還原鐵促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的過程。
[0009]其中，步驟(I)中，剩余污泥取自污水處理廠二沉池，剩余污泥總含固率為3.8%。
[0010]步驟⑴中，烷基多苷的投加量為0.005?0.lg/gTSS。
[0011]步驟(I)中，鐵的投加量為0.005?lg/gTSS。
[0012]步驟(I)中，鐵的種類包括鐵刨花、還原鐵粉等。
[0013]步驟⑵中，充氮驅(qū)氧lOmin。
[0014]步驟(2)中，反應(yīng)體系內(nèi)的混合轉(zhuǎn)速為100?150rpm/min。
[0015]步驟(2)中，發(fā)酵溫度為30?37°C，發(fā)酵時間為I?15d。
[0016]步驟(2)中，厭氧發(fā)酵過程中，厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的pH范圍為6.0?8.0。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn):使用生物表面活性劑與鐵，結(jié)合兩者優(yōu)點(diǎn)促進(jìn)剩余污泥的厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸，使產(chǎn)酸量得到較大的提高。一方面，充分利用了生物表面活性劑的特性，促進(jìn)污泥中不溶解的大分子蛋白質(zhì)和糖類等有機(jī)物溶出，強(qiáng)化污泥水解，提高污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸量；另一方面，利用鐵的還原性等特點(diǎn)，促進(jìn)污泥中各類酶的活性，從而提高污泥的發(fā)酵效率。
【具體實施方式】
[0018]下面的實施例可以使本專業(yè)技術(shù)人員更全面的理解本發(fā)明。
[0019]一種生物表面活性劑與鐵促進(jìn)剩余污泥發(fā)酵產(chǎn)酸的方法，其特征在于利用生物表面活性劑降低表面張力與鐵提供電子的特性，促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸，具體包括以下步驟:
[0020](I)將剩余污泥加入消化瓶中，投加烷基多苷0.005?0.lg/gTSS與鐵0.005?lg/gTSS。；
[0021](2)將消化瓶驅(qū)氧充氮1min后，密封消化瓶，于30?37°C下恒溫振蕩培養(yǎng)進(jìn)行厭氧發(fā)酵，經(jīng)過I?1d后完成生物表面活性劑烷基多苷與還原鐵促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的過程。
[0022]實施例1:
[0023]將剩余污泥加入消化瓶中，經(jīng)自然沉降24h后排掉上清液體，得到剩余污泥(PH =
6.8)作為厭氧發(fā)酵生產(chǎn)短鏈脂肪酸的底物(以下實施例同)；
[0024]向反應(yīng)瓶中投加烷基多苷與還原鐵粉，用量分別是0.02g/gTSS，0.05g/gTSS，驅(qū)氧充氮5min后，密閉反應(yīng)器進(jìn)行厭氧發(fā)酵。通過烷基多苷、還原鐵粉與污泥中微生物作用，將污泥中含有的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為短鏈脂肪酸。其中控制溫度為35± 1°C，發(fā)酵體統(tǒng)pH在6.0?
7.0范圍內(nèi)變化，污泥在反應(yīng)器中的停留時間為5d，生產(chǎn)短鏈脂肪酸的含量1869.28mg/L。
[0025]實施例2:
[0026]將剩余污泥加入消化瓶中，經(jīng)自然沉降24h后排掉上清液體，得到剩余污泥(PH =
6.8)作為厭氧發(fā)酵生產(chǎn)短鏈脂肪酸的底物(以下實施例同)；
[0027]向反應(yīng)瓶中投加烷基多苷與還原鐵粉，用量分別是0.05g/gTSS，0.005g/gTSS，驅(qū)氧充氮5min后，密閉反應(yīng)器進(jìn)行厭氧發(fā)酵。通過烷基多苷、還原鐵粉與污泥中微生物作用，將污泥中含有的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為短鏈脂肪酸。其中控制溫度為35 ± I °C，發(fā)酵體統(tǒng)pH在6.0?7.0范圍內(nèi)變化，污泥在反應(yīng)器中的停留時間為5d，生產(chǎn)短鏈脂肪酸的含量2575.62mg/L。
[0028]實施例3:
[0029]將剩余污泥加入消化瓶中，經(jīng)自然沉降24h后排掉上清液體，得到剩余污泥(PH =
6.8)作為厭氧發(fā)酵生產(chǎn)短鏈脂肪酸的底物(以下實施例同)；
[0030]向反應(yīng)瓶中投加烷基多苷與還原鐵粉，用量分別是0.05g/gTSS，0.05g/gTSS，驅(qū)氧充氮5min后，密閉反應(yīng)器進(jìn)行厭氧發(fā)酵。通過烷基多苷、還原鐵粉與污泥中微生物作用，將污泥中含有的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為短鏈脂肪酸。其中控制溫度為35± 1°C，發(fā)酵體統(tǒng)pH在6.0?
7.0范圍內(nèi)變化，污泥在反應(yīng)器中的停留時間為5d，生產(chǎn)短鏈脂肪酸的含量2630.98mg/L。
[0031]實施例4:
[0032]將剩余污泥加入消化瓶中，經(jīng)自然沉降24h后排掉上清液體，得到剩余污泥(PH =
6.8)作為厭氧發(fā)酵生產(chǎn)短鏈脂肪酸的底物(以下實施例同)；
[0033]向反應(yīng)瓶中投加烷基多苷與還原鐵粉，用量分別是0.lg/gTSS，0.005g/gTSS，驅(qū)氧充氮5min后，密閉反應(yīng)器進(jìn)行厭氧發(fā)酵。通過烷基多苷、還原鐵粉與污泥中微生物作用，將污泥中含有的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為短鏈脂肪酸。其中控制溫度為35± 1°C，發(fā)酵體統(tǒng)pH在6.0?
7.0范圍內(nèi)變化，污泥在反應(yīng)器中的停留時間為5d，生產(chǎn)短鏈脂肪酸的含量3036.12mg/L。
[0034]實施例5:
[0035]將剩余污泥加入消化瓶中，經(jīng)自然沉降24h后排掉上清液體，得到剩余污泥(PH =
6.8)作為厭氧發(fā)酵生產(chǎn)短鏈脂肪酸的底物(以下實施例同)；
[0036]向反應(yīng)瓶中投加烷基多苷與還原鐵粉，用量分別是0.2g/gTSS，0.05g/gTSS，驅(qū)氧充氮5min后，密閉反應(yīng)器進(jìn)行厭氧發(fā)酵。通過烷基多苷、還原鐵粉與污泥中微生物作用，將污泥中含有的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為短鏈脂肪酸。其中控制溫度為35±1°C，發(fā)酵體統(tǒng)pH在6.0?
7.0范圍內(nèi)變化，污泥在反應(yīng)器中的停留時間為5d，生產(chǎn)短鏈脂肪酸的含量2920.87mg/L。
[0037]實施例6:
[0038]將剩余污泥加入消化瓶中，經(jīng)自然沉降24h后排掉上清液體，得到剩余污泥(pH =
6.8)作為厭氧發(fā)酵生產(chǎn)短鏈脂肪酸的底物(以下實施例同)；
[0039]向反應(yīng)瓶中投加烷基多苷與還原鐵粉，用量分別是0.2g/gTSS，1.0g/gTSS，驅(qū)氧充氮5min后，密閉反應(yīng)器進(jìn)行厭氧發(fā)酵。通過烷基多苷、還原鐵粉與污泥中微生物作用，將污泥中含有的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為短鏈脂肪酸。其中控制溫度為35±1°C，發(fā)酵體統(tǒng)pH在6.0?
7.0范圍內(nèi)變化，污泥在反應(yīng)器中的停留時間為3d，生產(chǎn)短鏈脂肪酸的含量2587.24mg/L。
[0040]對比例1:
[0041]將剩余污泥加入消化瓶中，經(jīng)自然沉降24h后排掉上清液體，得到剩余污泥(pH =
6.8)作為厭氧發(fā)酵生產(chǎn)短鏈脂肪酸的底物(以下實施例同)；
[0042]在反應(yīng)瓶中不投加烷基多苷與還原鐵粉，驅(qū)氧充氮5min后，密閉反應(yīng)器進(jìn)行厭氧發(fā)酵。通過污泥中微生物作用，將污泥中含有的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為短鏈脂肪酸。其中控制溫度為35± I°C，發(fā)酵體統(tǒng)pH在6.0?7.0范圍內(nèi)變化，污泥在反應(yīng)器中的停留時間為5d，生產(chǎn)短鏈脂肪酸的含量1489.44mg/L。
[0043]對比例2:
[0044]將剩余污泥加入消化瓶中，經(jīng)自然沉降24h后排掉上清液體，得到剩余污泥(pH =6.8)作為厭氧發(fā)酵生產(chǎn)短鏈脂肪酸的底物(以下實施例同)；
[0045]在反應(yīng)瓶中投加烷基多苷，用量是0.2g/gTSS，驅(qū)氧充氮5min后，密閉反應(yīng)器進(jìn)行厭氧發(fā)酵。通過烷基多苷與污泥中微生物作用，將污泥中含有的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為短鏈脂肪酸。其中控制溫度為35± 1°C，發(fā)酵體統(tǒng)pH在6.0?7.0范圍內(nèi)變化，污泥在反應(yīng)器中的停留時間為4d，生產(chǎn)短鏈脂肪酸的含量2367.33mg/L。
[0046]對比例3:
[0047]將剩余污泥加入消化瓶中，經(jīng)自然沉降24h后排掉上清液體，得到剩余污泥(pH =
6.8)作為厭氧發(fā)酵生產(chǎn)短鏈脂肪酸的底物(以下實施例同)；
[0048]向反應(yīng)瓶中投加還原鐵粉,用量是lg/gTSS,驅(qū)氧充氮5min后,密閉反應(yīng)器進(jìn)行厭氧發(fā)酵。通過污泥中微生物作用，將污泥中含有的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為短鏈脂肪酸。其中控制溫度為35± 1°C，發(fā)酵體統(tǒng)pH在6.0?7.0范圍內(nèi)變化，污泥在反應(yīng)器中的停留時間為4d，生產(chǎn)短鏈脂肪酸的含量1314.28mg/L。
【權(quán)利要求】
1.一種生物表面活性劑與還原鐵聯(lián)合促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的方法，其特征在于，采用了烷基多苷與還原鐵促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸，具體包括以下步驟: (1)將剩余污泥加入消化瓶中，投加烷基多苷與鐵； (2)將消化瓶驅(qū)氧充氮1min后，密封消化瓶，恒溫振蕩培養(yǎng)進(jìn)行厭氧發(fā)酵，完成生物表面活性劑烷基多苷與還原鐵促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物表面活性劑與還原鐵聯(lián)合促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的方法，其特征在于，步驟(I)中，烷基多苷的投加量為0.005?0.lg/gTSS。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物表面活性劑與還原鐵聯(lián)合促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的方法，其特征在于，步驟(I)中，鐵的投加量為0.005?lg/gTSS。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物表面活性劑與還原鐵聯(lián)合促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的方法，其特征在于，步驟(I)中，鐵的種類包括鐵刨花、還原鐵粉等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物表面活性劑與還原鐵聯(lián)合促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的方法，其特征在于，步驟(2)中，充氮驅(qū)氧lOmin。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物表面活性劑與還原鐵聯(lián)合促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的方法，其特征在于，步驟(2)中，反應(yīng)體系內(nèi)的混合轉(zhuǎn)速為100?150rpm/min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物表面活性劑與還原鐵聯(lián)合促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的方法，其特征在于，步驟(2)中，發(fā)酵溫度為30?37°C，發(fā)酵時間為I?15d。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物表面活性劑與還原鐵聯(lián)合促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的方法，其特征在于，步驟(2)中，厭氧發(fā)酵過程中，厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的pH范圍為6.0?8.0。
【文檔編號】C12P7/40GK104232697SQ201410459184
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】孫秀云, 李娜, 王連軍, 沈錦優(yōu), 李健生, 劉曉東, 韓衛(wèi)清, 黃誠, 劉聰聰 申請人:南京理工大學(xué)