利用蒽醌‐2,6‐二磺酸盐（AQDS）促进剩余污泥产甲烷的方法与流程

本发明属于剩余污泥处理领域。

技术背景

由于产量大、处理成本高及潜在的环境危害性，来自污水处理厂的剩余活性污泥越来越受到人们的重视。污泥的厌氧生物处理可以利用微生物处理污泥，降低污泥中有机物含量，减少污泥填埋对地下水的危害，与此同时，厌氧消化成本相对较低，并且产生甲烷等可燃气体，所以厌氧消化被认为是目前最节能、最有潜力的剩余活性污泥处理方式之一。

然而，一个限制污泥厌氧消化效率的重要因素是其相对较缓慢的水解酸化过程。污泥中含有成分比较复杂的物质(如，多糖、蛋白)，它们必须分解为小分子物质才可以进行产氢产乙酸进而产甲烷，但是这些复杂的大分子物质的分解速率相对缓慢，进而会影响后续的产甲烷。目前主要应用酸处理、碱处理、机械处理及热处理等预处理手段提高水解酸化速率，但是这些技术成本高，而且操作复杂，很难应用在实际中。

腐殖质及其模式物由于其结构上具有接受电子的醌类基团的特点，可以作为末端电子受体，支持有机酸盐、氯代化合物、芳香族化合物等有机化合物的厌氧生物氧化。但是由于腐殖质结构复杂，实验室中常用其同类物质蒽醌-2,6-二磺酸盐(AQDS)，如AQDS可以直接作为乙酸和丁酸的电子受体，

Acetate^-+4H₂O+4AQDS→4AH₂QDS+2HCO₃^-+H⁺

Lactate^-+2H₂0+2AQDS→2AH₂QDS+aeetate^-+HCO₃^-+H⁺

并且，这种结构特点，使其还可以作为电子穿梭物质，在生物或非生物降解有机污染物如偶氮染料、多卤取代化合物、硝基取代芳香族化合物等以及还原无机化合物如Fe(Ⅲ)、Cr(VI)、U(VI)等过程中起到极其重要的传递电子的作用。在这过程中，腐殖质类物质(如，AQDS)结构中的醌类基团的氧化态形式可以结合来自电子供体的电子转化为还原态的羟醌，又可以将电子转移给亲电子物质使之还原，还原态的腐殖质即重新转化为氧化态，其氧化态/还原态的循环形成实现对污染物质持续的还原转化。因此以腐殖质及其模式物作为电子受体或电子穿梭物质，利用腐殖质还原微生物厌氧降解有机污染物技术及其原理在环境生物修复领域具有巨大的应用前景。本发明就是运用上述AQDS作为电子受体和电子穿梭体的功能，在污泥的厌氧消化中，利用腐殖质还原微生物氧化污泥中的某些有机物，尤其是难降解物质，加快污泥的水解酸化过程，进而强化产甲烷过程。

技术实现要素：

为克服现有技术中的缺陷，本发明提出以下技术方案：一种利用蒽醌-2,6-二磺酸盐(AQDS)促进剩余污泥产甲烷的装置，其特征在于：包括侧壁上方设有进料口而下方设有排泥口的发酵罐。发酵罐的上盖设有出气管而罐底设有曝气装置。设有搅拌器的调节池的下侧经蠕动泵与发酵罐侧壁下方设有的排泥口相连接。

一种使用上述装置促进剩余污泥产甲烷的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将取自污水处理厂的待处理高固剩余活性污泥、AQDS使用液(0.1mmoL/L)、水以及接种污泥在调节池1中充分混合。其中：引种污泥与待处理污泥体积比为8:1。混合后，污泥含固率低于10％；AQDS的浓度在0.1‐0.3mmoL/L之间，最佳浓度为0.2mmoL/L。开启搅拌器2进行搅拌，使待处理活性污泥、微生物与AQDS充分混合。

2)启动蠕动泵3将调节池1中的污泥经进样口4排入厌氧发酵罐5中进行厌氧发酵，用时8‐12天，第10天达到如期效果。当发酵罐中污泥产甲烷稳定后，调节池1中不必再应用引种污泥。污泥在发酵罐5中的水力停留时间为22天。发酵罐底部设置曝气孔均匀分布的氮气曝气装置6，其中，N2流量为5L/min，每4h启动一次，每次曝气30min。发酵罐上部的出气口7进行对发酵气体进行收集。

3)经排泥管8排出的处理后的污泥，进行泥水充分分离，液体回流至调节池1。

采用本发明上述技术方案即应用AODS作为电子穿梭物质和电子受体的主要功能促进剩余污泥厌氧发酵后的减量化，并且提高了甲烷产量，发酵后的泥渣含有大量的氮磷元素，可用于农业生产。该方法方便、易操作。

附图说明

图1为发明的装置示意图。其中：1-调节池，2-搅拌器，3-蠕动泵，4-进样口，5-发酵罐，6-曝气装置，7-出气管，8-排泥口

图2为实验室模拟小试装置示意图。其中：9-锥形瓶，10-污泥液面，11-曝氮气导管，12-气体收集导管。

图3为实验室模拟小试中，实验组(加AQDS)和空白组(不加AQDS)的甲烷累计产量示意图。其中：横坐标为厌氧发酵的天数，纵坐标为甲烷累计体积(mL)。

具体实施方式

本发明的原理是利用AQDS作为电子穿梭物质和电子受体的主要功能，促进微生物之间的互养代谢以加快污泥的厌氧消化，促进产甲烷。

本发明实验装置如图1所示，包括侧壁上方设有进料口4而下方设有排泥口8的发酵罐5，发酵罐5的上盖设有出气管7而罐底设有曝气装置6。设有搅拌器2的调节池1的下侧经蠕动泵3与发酵罐5侧壁下方设有的排泥口8相连接。采用连续进样的方式进行污泥厌氧发酵，含有大量微生物的接种污泥被用来加快反应器的启动时间。

下面结合示意图对各步骤进一步说明：

步骤一：反应器的启动。将取自污水处理厂的待处理高固剩余活性污泥、AQDS使用液(0.1mmoL/L)，水和接种污泥在调节池1中充分混合，其中，引种污泥与待处理污泥体积比为8:1。混合后，污泥含固率应低于10％，AQDS的浓度应在0.1-0.3mmoL/L之间，最佳浓度为0.2mmoL/L。开启搅拌器2进行搅拌，使待处理活性污泥、微生物与AQDS充分混合。

步骤二：进行污泥厌氧发酵。启动蠕动泵3将1中的污泥经进样口4排入厌氧发酵罐5中进行厌氧发酵，一直持续到第8-12天。最好为第10天。发酵罐中污泥产甲烷稳定后，调节池1中就不再应用引种污泥了，污泥在发酵罐5中的水力停留时间为22天。为使罐中的物质混合均匀且保持厌氧状态，发酵罐底部设置曝气孔均匀分布的氮气曝气装置6,其中，N₂的流量为5L/min，每4h启动一次，每次曝气30min。发酵罐上部的出气口7进行发酵气体的收集。

步骤三：经排泥管8排出的处理后的污泥，进行泥水充分分离，液体回流至调节池1。泥水分离后剩余的固体，因为内含大量的氮、磷可以用做农田肥料，也可以经加工用作建筑材料。

下面通过实验室模拟小试对本发明的效果做进一步说明：

取含固率为7.5％的污泥，然后与取自实验室一反应器的引种污泥以体积比为8:1的比例混合。其中，实验组添加AQDS溶液，空白对照组添加相同体积的去离子水，混合后AQDS的浓度约为0.2mmoL/L。分别取上述混合均匀的污泥溶液150mL于250mL锥形瓶9中，通过底部在污泥液面10下的导管11进行N₂曝气30分钟以除去系统中的氧气，导管12连接气袋收集厌氧消化气。锥形瓶置于温度为37摄氏度，振动速率为120r/min的摇床内，发酵22天。实验装置，如图2所示，实验甲烷累计产量如图3所示，实验组甲烷累计产量比空白试验增加了24.05％，说明AQDS确实达到了促进活性污泥产甲烷的目的。