一种利用皂角粉促进剩余污泥水解酸化的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于城市污泥资源化技术领域，涉及城市污泥中有机质的厌氧生物转化的方法，具体涉及一种利用阜角粉sinensis pod powder)促进剩余污泥水解酸化的方法。
【背景技术】
[0002]目前城市污水处理厂多采用活性污泥法工艺进行污水处理，会产生大量的剩余污泥，污泥处理处置已成为城市污水厂所面临的沉重负担。剩余污泥中含大量的有机质与氮、磷等营养元素，对污泥进行资源化与能源化利用成为全球关注的热点。水解酸化可获得挥发性脂肪酸VFAs (Volatile Fatty Acids), VFAs可用于低C/N比污水处理的外加碳源，聚羟基烷酸酯(PHA)的合成底料，可用于强化生物除磷。水解酸化在实现污泥资源化的同时可实现污泥的减量化和稳定化。
[0003]剩余污泥的厌氧消化过程主要可分为三个阶段，即污泥中颗粒态有机物的水解发酵阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。水解发酵阶段中水解菌将污泥中多糖类、蛋白质、脂肪等水解为脂肪酸、氨基酸、甘油等小分子有机物质；产氢产乙酸阶段中，产氢产乙酸菌群再将前一阶段的小分子有机物质转化为乙酸、&、0)2等；产甲烷阶段中，产甲烷菌利用乙酸、H2XO2产生甲烷。由于污泥中微生物细胞膜的天然屏障作用，有机物水解往往是污泥厌氧消化的限速步骤。强化污泥裂解/水解是促进污泥发酵的关键。目前研宄与应用较多的污泥发酵预处理方法有机械法、加热法、超声波法、酸碱调节法、投加表面活性剂法与菌株改良法等。
[0004]孙弘等指出热处理可提高溶液中的SCOD及碳水化合物含量，经90°C处理的活性污泥在缺氧条件下水解酸化30h后，VFAs的产量达到最大为946mg/L ;王晓青等研宄表明超声作用强度越大，水解酸化的效果越好，SCOD的增加量就越大；孙庆瑶等指出0.6W/mL、5min的超声预处理条件对污泥水解酸化过程SCOD的释放、VFAs的产生以及氮和磷的释放有显著的促进效果；Chen等研宄表明，在前8天的发酵时间里，在pH=9或10的条件下总SCFAs的产生量远大于酸性或中性pH条件的产生量Ji等添加十二烷基苯磺酸钠(SDBS)至活性污泥与初沉污泥的混合物中，污泥水解、SCFAs积累、NH/-N释放、P043_释放和VSS消耗都大幅度增加；Zhou等投加鼠李糖脂(RL)使活性污泥的增溶和酸化作用明显增强，VFAs产量明显增大。
[0005]目前常用于促进污泥水解酸化的方法都取得了很好的效果，但是都存在一定的弊端。热处理法设备要求高且能耗高；超声法同样耗能巨大；酸碱调节法会在水解酸化液中引入过多阴阳离子，不利于水解酸化液的后续利用；投加表面活性剂法中化学表面活性剂易产生二次污染，而生物表面活性剂费用高。开发节能环保、经济节约的污泥水解酸化的促进方法与技术具有重要意义。
[0006]笔襄iGleditsia sinensis Lam.)是豆科苏木亚科多年生木本植物，是广泛分布于我国的特有种，其分布面积约占我国国土面积的50%，皂荚资源丰富。皂角粉由皂荚粉碎而得，其主要化学成分有皂苷类、黄酮类、留体类和多糖等；皂荚具有起泡沫、乳化、去污的特性，在日用品化学工业中常用于制作纯天然清洁剂与起泡剂；皂荚还具有祛除顽痰、通窍开闭、祛风杀虫、抗癌等作用，是中医治疗乳腺癌、肺癌等多种癌症的常用药物；同时皂荚中含有多种多肽和糖类化合物，且脂肪含量不高，在饲料、保健食品以及一些化工原材料中运用较多且较广泛；从皂荚中分离提取得到的多糖胶具有与瓜尔胶、葫芦巴胶等植物胶相似的性质，可作为增稠剂、粘合剂、稳定剂等应用于食品、石油、造纸、印染和选矿等多种工业中。蒋煜峰等研宄指出皂苷与重金属可直接形成配位化合物或通过与其他金属的架桥作用形成稳定的可溶性络合物，对污染土样中重金属具有较好的淋洗去除效果；杨娟娟等指出在低PH和高离子强度下皂角苷对芘有明显的增溶作用，皂角苷对芘的增溶作用比TritonX、Brij\ Tween等非离子表面活性剂更强；刘芳等提取了皂荚多糖，发现皂荚多糖有明显的轻自由基(.0H)清除作用和一定的抑制超氧阴离子自由基(.02_)的能力。
[0007]皂角粉来源广泛，价格低廉，环境友好。目前的研宄表明皂荚中含有皂苷、纤维素、半纤维素、木质素、果胶、親质、酚性物质、生物碱、有机酸、糖类、油脂等多种化学成分，这为皂荚的综合利用提供了依据。而且目前我国对皂荚已经进行了系统化的研宄和品种改良，皂荚资源的数量将大幅提升，有利于皂荚资源的进一步开发和大规模的工业化利用。
【发明内容】
[0008]发明目的:针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种利用皂角粉促进剩余污泥水解酸化的方法，采用投加皂角粉来促进污泥水解酸化，是一种环境友好的促进污泥水解酸化的新技术。
[0009]技术方案:为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为:
一种利用皂角粉促进剩余污泥水解酸化的方法，包括以下步骤:
(1)将皂荚去除表皮后，机械破碎，过筛，烘干得到皂角粉；
(2)剩余污泥通过沉降与浓缩，得到VSS含量为20?30g/L的浓缩污泥；
(3)将步骤(I)获得的皂角粉加入步骤(2)获得的浓缩污泥中，快速混匀，得到混合浓缩污泥，皂角粉投加量为0.04?0.30g皂角粉/g浓缩污泥(以VSS计)；
(4)取步骤(3)所获的混合浓缩污泥置于水解酸化装置中，进行水解酸化，发酵条件控制厌氧，温度为20?35°C，转速为180?250rpm，发酵时间为O?20d，获得发酵后的水解酸化体系；
(5)对步骤(4)所述的发酵后的水解酸化体系进行固液分离，得到含有挥发性脂肪酸VFAs的水解酸化上清液；
步骤(I)中，所述的皂角粉由皂荚去皮后破碎，获得目数范围为140?200目的皂角粉，于60°C下烘干2h。
[0010]步骤(2 )中，所述的剩余污泥来源于城市污水处理厂，剩余污泥经沉淀浓缩后的浓缩污泥VSS含量为21?29g/L。
[0011]步骤(3)中，所述的皂角粉的投加剂量为0.1?0.25g皂角粉/g浓缩污泥(以VSS
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[0012]步骤(4)中，所述的发酵时间为3~15d。
[0013]步骤(5)中，所述的发酵后的水解酸化体系固液分离采用的是离心分离方式，离心力为5000 X g，离心时间为30min。
[0014]有益效果:
与现有技术相比，本发明具有以下优点:
I)投加皂角粉促进污泥水解酸化的方法，操作简单易行，与加热法和超声波法相比，对设备要求低，处理过程耗能小，运行成本低。
[0015]2)皂角粉易生物降解，适用于含酸、碱和盐的发酵体系。与酸碱调节法和使用化学表面活性剂法相比，无二次污染，有利于水解酸化液的后续利用。与生物表面活性剂法相比，皂角粉来源广泛，使用前无需提取与合成，获取途径简单，价廉易得，适于在促进剩余污泥水解酸化过程中的规模化应用。
[0016]3)皂角粉的投加对污泥颗粒物中有机质的释放有明显的促进作用，当皂角粉投加量为0.20g皂角粉/g浓缩污泥(以VSS计)，可溶性化学需氧量SCOD含量和溶解性有机碳DOC含量最大值，分别为不投加皂角粉的对比实施例中SCOD含量和DOC含量最大值的近3倍和4倍。
[0017]4)皂角粉的投加对剩余污泥发酵产酸的促进效果显著，皂角粉投加量为0.20g皂角粉/g浓缩污泥(以VSS计)，挥发性脂肪酸理论需氧量ThODv-最大值，为不投加皂角粉的对比实施例中ThODVFAs最大值的近10倍。
[0018]5)投加皂角粉在促进污泥水解酸化的同时，对污泥中营养元素氮磷的释放也有明显的促进作用。
[0019]6)皂角粉可用于促进投配混合浓缩污泥的连续水解酸化。在皂角粉投加量为0.1Og皂角粉/g浓缩污泥(以VSS计)的条件下进行污泥水解酸化，获得发酵后的水解酸化体系；在此基础上，按混合浓缩污泥投配率为10%，其中皂角粉投加量为0