一种酵母菌强化剩余活性污泥常温微氧消化生产挥发性脂肪酸的方法与流程

本发明属于城市污水污泥处理技术领域，涉及一种利用安琪酵母菌强化剩余活性污泥常温微氧消化生产挥发性脂肪酸的方法。

背景技术：

水体富营养化已成为全球性最突出的水环境问题，大量研究表明富含氮、磷的污水的过度排放是导致地表水体富营养化的主要原因。生物脱氮除磷技术由于经济高效的特点已被广泛应用于各大城市污水处理厂。目前城市污水厂在运行过程中面临两大难题：一是碳源不足，已成为低c/n比污水脱氮除磷处理的瓶颈；二是生物处理过程产生大量的剩余活性污泥需要妥善的处理处置。因此，内碳源开发以及剩余污泥的减量化、无害化和资源化成为近年来的研究热点。

剩余污泥中有机物的含量在60％左右，生物易降解有机组分在40％以上，是很好的有机资源。这些生物易降解有机物主要是蛋白质、多糖等，是微生物丰富的营养源。目前污泥处理的方式主要包括厌氧消化、好氧消化、干化脱水等。污泥厌氧消化是利用兼性菌和厌氧菌进行厌氧生化反应,分解污泥中有机物质的一种污泥处理工艺。该过程是由多种微生物参与的复杂过程,目前对厌氧消化的原理较为全面的阐述为bryant提出的三阶段理论和zeikus提出的四种群理论。三阶段理论认为,整个厌氧消化过程分为水解酸化、产氢产乙酸和产甲烷三个阶段。有机物首先通过水解发酵细菌的作用生成挥发性脂肪酸、醇类和乳酸等,接着由产氢产乙酸菌的降解作用而被转化为乙酸、氢气和二氧化碳,然后再被产甲烷菌利用,最终转化为甲烷和二氧化碳。其中产氢产乙酸菌和产甲烷菌存在着互营共生的关系。四种群理论在三段理论基础上增加了第二阶段同型产乙酸菌,该菌群的代谢特点是能将氢气与二氧化碳合成为乙酸。但研究结果表明，这部分乙酸产量很少,一般可忽略不计。因此厌氧消化机理现阶段仍以三阶段理论阐述为主。三个阶段中水解过程进行缓慢，是厌氧消化的限速步骤，所以厌氧消化一般需要较长的停留时间和较大的消化池。污泥好氧消化是经过较长时间的曝气，使生物处于内源呼吸阶段，以其自身生物体作为代谢底物获得能量和进行生物再合成，代谢过程中存在能量和物质的散失，细胞物质分解的量远大于合成的量，可降解的有机物分解最终生成二氧化碳、氨气、水。并且好氧处理须供应足够的空气，保证污泥含有的溶解氧至少1～2mg/l，并有足够的机械搅拌或通气使污泥保持悬浮状态。与厌氧消化相比，好氧消化的主要优点是初期投资少、停留时间短、占地较小、运行简单，但由于需要输入大量动力，运行费用较高。为此，人们对传统污泥好氧消化工艺进行了改造，提出了高温好氧消化工艺、缺氧\好氧消化工艺、两段高温好氧/中温厌氧(aertanm)工艺等。但采用这些工艺只能单纯地提高污泥稳定性和脱水性能或增加甲烷产量，并不能使污泥消化停留在水解酸化阶段，使污泥中的有机质不被完全分解或转化为甲烷。采用污泥微氧消化技术处理污泥时，虽然微量曝气，但并非真正的好氧状态，而是处于缺氧状态。这种微氧的环境使消化体系中大量有机底物无法彻底的氧化分解，又避免了甲烷化过程，从而促使挥发性脂肪酸大量产生并累积。并且微氧消化能耗低，获得的消化液可以用作污水处理生物脱氮除磷工艺的外加碳源，实现剩余污泥的资源化。

本发明采用安琪酵母菌强化常温微氧消化剩余污泥，在技术上不同于现有技术，主要体现在以下两方面：

(1)采用安琪酵母菌强化微氧消化反应产酸。酵母菌含有丰富的酶系统，可促进污泥中有机物的降解，提高污泥的可生化性和消化速率，使之更有利于产生含有高浓度挥发性脂肪酸的消化液。

(2)采用常温微氧条件进行消化反应。常温微氧条件不仅能够将消化反应控制在水解酸化阶段，不被彻底分解或者甲烷化，而且大大降低了能耗，也降低了运行成本。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种利用安琪酵母菌强化常温微氧消化剩余活性污泥产生挥发性脂肪酸的方法。该方法反应周期短，成本低，同时可以增加剩余污泥的可生化性和挥发性脂肪酸的产量，具有良好的经济效益。

本发明的技术方案：

消化反应器底部安装空气扩散器，空气泵与空气扩散器之间连接空气管和气体流量计；反应器上部安装搅拌器，消化反应过程中通过机械搅拌使剩余污泥充分混合；反应器安装溶解氧测定仪和温控仪，控制反应器中溶解氧浓度和温度；利用安琪酵母菌强化常温微氧消化剩余活性污泥生产挥发性脂肪酸的操作程序如下：

取自污水处理厂二沉池的剩余污泥过滤去除大颗粒杂质后，4℃沉淀24小时；去掉上清液，沉淀浓缩后的污泥悬浮固体浓度ss为24000±1000mg/l；将沉淀污泥置于消化反应器中，接种安琪酵母菌，接种后反应器中酵母菌的浓度为10±1g/l；控制反应器中溶解氧浓度为0.1～0.5mg/l，温度为20℃～25℃；持续监测反应器中的产酸情况，当反应进行到5d之后且挥发性脂肪酸浓度达到4000mgcod/l以上时停止反应；将污泥消化液离心沉淀后取出，用作污水生物脱氮除磷工艺的外加碳源。

本发明相比现有技术具有的有益效果：

本发明提供一种利用安琪酵母菌强化微氧消化剩余活性污泥产生挥发性脂肪酸的方法。将不同浓度的安琪酵母菌接种在城市污水处理厂剩余活性污泥中，进行常温条件下的微氧消化。微氧条件下有机物不会完全氧化，也不会转化成甲烷；并且酵母菌含有丰富的酶系统，可促进污泥中有机物的降解，提高污泥的可生化性和消化速率，使之更有利于产生含有高浓度挥发性脂肪酸的消化液。在酵母菌浓度为10g/l时，挥发性脂肪酸的最高浓度是未投加酵母菌的10-12倍。将富含挥发性脂肪酸的消化产物用作脱氮除磷功能微生物的有机碳源，不仅实现了污泥减量化和资源化利用，而且解决了城市污水处理厂生物脱氮除磷过程中碳源缺乏的问题，节省投加外碳源费用，提高污水厂的脱氮除磷效果。并且在实际生产过程中，酵母菌微氧消化工艺具有基建投资低、处理速度快、用地较少、运行成本较低的优点。

本发明的创新点：

本发明将安琪酵母菌接种到城市污水处理厂剩余活性污泥中进行常温微氧消化。相对于普通常温微氧消化，酵母菌接种后促进了污泥细胞内物质的释放，提高了污泥的可生化性。酵母菌内丰富的酶系统可以分解污泥细胞释放的大分子物质，推动剩余污泥水解酸化的进程，生产出含有高浓度挥发性脂肪酸的消化液，用作污水生物脱氮除磷处理的碳源。在酵母菌浓度为10g/l时，挥发性脂肪酸的最高浓度是未投加酵母菌的10-12倍。

附图说明

图1微氧消化反应器结构图

1-空气扩散器、2-气体流量计、3-空气泵、4-空气管、5-搅拌器、6-溶解氧测定仪、7-温控仪

图2不同酵母菌投加量对污泥胞内物质释放的影响

图3不同酵母菌投加量对剩余污泥产生挥发性脂肪酸的影响

图4酵母菌浓度为10g/l的消化液挥发性脂肪酸浓度

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明：

实施例：

本发明中的消化反应器如图1所示。取污水处理厂二沉池回流污泥4℃沉淀24小时，去除上清液，测定浓缩后的剩余污泥的悬浮固体浓度ss为24067mg/l，挥发性悬浮固体浓度vss为14500mg/l，ph为6.8。取浓缩后污泥加入微氧消化反应器中，设置4个反应器，分别接种不同质量的酵母菌，实验中所接种酵母菌为市场所售的安琪高活性干酵母。接种后各反应器酵母菌的浓度为0g/l、1g/l、5g/l、10g/l。调节搅拌器5的搅拌速度使污泥充分混合。开启空气泵3，气体通过空气管4、气体流量计2和空气扩散器1进入反应器。调节气体流量计2使溶解氧测定仪6的测量值为0.1～0.5mg/l。消化反应在室温下进行，通过温控仪7控制反应器温度20℃～25℃。污泥在反应器中停留时间为15天。

测定消化上清液的化学需氧量scod，检测污泥细胞内物质的释放情况，如图2所示，观察到酵母菌投加量越大，污泥消化上清液的化学需氧量越大，说明酵母菌的投加能够促进污泥细胞内物质的释放，提高剩余污泥的可生化性。

使用气相色谱测量各反应器的挥发性脂肪酸的产量，如图3所示，在酵母菌投加量较低(1g/l)时，挥发性脂肪酸的产量并没有明显提高；随着投加量的加大(5g/l、10g/l)，挥发性脂肪酸的产量明显增加，说明投加的酵母菌达到一定浓度时，能够有效地促进污泥微氧消化产生挥发性脂肪酸。如图4所示，消化液中乙酸和丙酸含量所占比例较大。