专利名称：一种微波循环污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法
技术领域：
本发明属于污泥资源化处理领域，涉及一种微波循环污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法。
背景技术：
城镇污水厂污水处理过程中产生的剩余污泥中既含有一定量的病原微生物、重金属和其他有害成分，同时也含有N、P、K等营养元素及大量有机物质，它们既是一种环境污染物，也是一种有效的生物资源。随着我国社会经济的迅速发展和城市人口的不断增加，城市污水厂的规模和数量都在不断增大，污水处理过程所产生的污泥量也大大增加，因此如何对我国污水厂产生的污泥进行合理的资源化利用将是一个亟待解决的问题。污泥厌氧发酵产酸是一种常用的污泥资源化方法。利用该种方法产生的有机酸 (特别是短链脂肪酸，包括乙酸、丙酸等)，不但可以用于农药、油漆和涂料等化工原料的制备，在污水生物脱氮除磷过程中也是微生物必需的重要有机碳源。研究表明，在强化生物除磷系统中，每去除Img的磷就需要6-9mg的短链脂肪酸。然而，在多数情况下，废水中的短链脂肪酸都不能够满足较低的出水磷浓度，尤其是南方城市污水中的有机物浓度更是不足，这就使得大量的磷排放到环境中，引发了水体的富营养化。为了使出水中的磷浓度达到污水排放标准，就需要在生物处理系统中投加有机酸这种易于生物利用的碳源，而污泥厌氧发酵产酸正好可以提供这种碳源。污泥厌氧消化包括水解、酸化和产甲烷三个过程，发酵产酸属于前两阶段。从生产有机酸的角度来看，如果能够提高污泥的水解速率，同时抑制产甲烷菌的活性，就可以在缩短系统水力停留时间的基础上使得大量有机酸进行积累。据研究报道，产甲烷菌最适的生存PH环境是在中性左右，而较高的pH(如pH = 9或10)能够抑制产甲烷菌的活性。众所周知，在污泥厌氧发酵的产酸阶段，有机颗粒水解是整个污泥产酸过程的限速步骤。然而组成污泥的微生物细胞壁对水解有很强的抑制作用，这就导致了传统的厌氧发酵技术难以达到高效产酸的目的。特别在当前我国，由于我国污水厂排放的污泥的VS/TS 较低，进一步限制了污泥的水解酸化。
发明内容
针对我国污泥中有机物含量较低，水解酸化较困难，难以高效产酸的缺陷，本发明的目的是提供一种微波循环污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法。本发明的技术方案如下本发明提供了一种微波循环污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法，该方法包括以下步骤将浓缩污泥和脱水污泥配成混合污泥，取上述混合污泥作为进料进行碱性厌氧发酵产酸，同时回流污泥进行微波预处理，再循环进行碱性厌氧发酵，出料收集高含酸量混合液。
所述的进料或出料是指每日进料量=每日出料量=消化污泥总量/污泥停留时间。所述的回流污泥的回流比为5 20%。所述的碱性厌氧发酵是指在密闭厌氧的条件下，控制温度为20 55°C，搅拌速度为30 250rpm，投加碱性试剂调节pH为9. O 11. O。所述的碱性试剂为氢氧化钠或生石灰。所述的微波预处理的操作条件为微波频率为2450MHz，微波辐射功率为200 lOOOw，辐射时间为I 20min。所述的碱性厌氧发酵的污泥停留时间为3 8d。所述的混合污泥的含水率为88 98 %。本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果I、本发明所提供的系统将碱性调节、微波强化破壁、循环回流等技术有机结合起来，实现了物理化学强化处理技术和微生物处理技术结合，真正实现了有机底物的高效利用，提高整个系统的运行稳定性。2、本发明利用城市污水厂产生的污泥来生产有机酸，不仅降低了污泥中的有机物对环境的危害，而且生产出了对污水厂有利用价值的有机酸，真正地实现了污染物的资源化利用。本发明所提供的系统通过污泥回流强化装置在系统中的有机设置，可以保证产甲烷发酵段在高有机物浓度下的稳定运行，具有很高的有机负荷和有机物去除率，沼气产量和产率高，提高了整个系统的处理效率。3、本发明生产出的有机酸可用于污水厂内补充生物脱氮除磷工艺中碳源的不足， 满足脱氮除磷微生物对碳源的需求，从而可以降低出水中氮、磷等营养元素的浓度，防止水体富营养化的发生。4、本发明提供的系统不仅处理效率高，而且结构紧凑、相互配合运作，运行稳定， 适合在大中小污水处理厂中推广应用。
图I表示本发明的微波循环污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法的流程图。
具体实施例方式以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。实施例I如图I所示，图I表示本发明的微波循环污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法的流程图。取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为79.23 % )和浓缩污泥(含水率为 98. 12% )在污泥调配池中配成含水率为98. 0%的混合污泥，此时其挥发性有机固体浓度占总固体浓度的比例是65. 2%。每日通过污泥泵泵入10. OL(对应的污泥停留时间为3d) 至厌氧发酵室中，其中厌氧发酵室总有效体积为30L，厌氧发酵室通过投加NaOH控制pH在 9. O 11.0之间，并控制温度201，搅拌速度50印111。并在发酵室边上设置旁路每日出料 3L(回流比为10% )至微波辐射装置中，微波频率为2450MHz，600W微波辐射IOmin后再循环投入到厌氧发酵室中。同时每日出料IOL得到高含酸量混合液。连续运行后可稳定产酸， 出料中总挥发性脂肪酸的浓度为1100 1200mg/L。比较例I取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为79.23 % )和浓缩污泥(含水率为 98. 12% )在污泥调配池中配成含水率为98. 0%的混合污泥，此时其挥发性有机固体浓度占总固体浓度的比例是65. 2%。每日通过污泥泵泵入10. OL(对应的污泥停留时间为3d) 至厌氧发酵室中，其中厌氧发酵室总有效体积为30L，厌氧发酵室通过投加NaOH控制pH在 9. O 11. O之间，并控制温度20°C，搅拌速度50rpm。同时每日出料IOL得到高含酸量混合液。连续运行后可稳定产酸，出料中总挥发性脂肪酸的浓度为800 900mg/L。由此可见，实施例I相对比较例I出料中总挥发性脂肪酸的浓度提高了 33. 3
37.5%。实施例2取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为80.31 % )和浓缩污泥(含水率为 98. 03% )在污泥调配池中配成含水率为92. 0%的混合污泥，此时其挥发性有机固体浓度占总固体浓度的比例是60.3%。每日通过污泥泵泵入IOL(污泥停留时间为5d)至厌氧发酵室中，其中厌氧发酵室总有效体积为50L，厌氧发酵室通过投加生石灰控制pH在9. O 11. O之间，并控制温度36°C，搅拌速度lOOrpm。并在发酵室边上设置旁路每日出料IOL (回流比为20% )至微波辐射装置中，微波频率为2450MHz，1000W微波辐射Imin后再循环投入到厌氧发酵室中。同时每日出料IOL得到高含酸量混合液。连续运行后可稳定产酸，出料中总挥发性脂肪酸的浓度为2300 2500mg/L。比较例2取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为80.31 % )和浓缩污泥(含水率为 98. 03% )在污泥调配池中配成含水率为92. 0%的混合污泥，此时其挥发性有机固体浓度占总固体浓度的比例是60.3%。每日通过污泥泵泵入IOL(污泥停留时间为5d)至厌氧发酵室中，其中厌氧发酵室总有效体积为50L，厌氧发酵室通过投加生石灰控制pH在9. O 11. O之间，并控制温度36°C，搅拌速度lOOrpm。同时每日出料IOL得到高含酸量混合液。 连续运行后可稳定产酸，出料中总挥发性脂肪酸的浓度为1900 2100mg/L。由此可见，实施例2相对比较例2出料中总挥发性脂肪酸的浓度提高了 19. O 211%。实施例3取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为82. 11%)和浓缩污泥(含水率为
97.89% )在污泥调配池中配成含水率为88. 0%的混合污泥，此时其挥发性有机固体浓度占总固体浓度的比例是38. 3%。每日通过污泥泵泵入2. 5L(对应的污泥停留时间为8d) 至厌氧发酵室中，其中厌氧发酵室总有效体积为20L，厌氧发酵室通过投加NaOH控制pH在 9. O 11. O之间，并控制温度40°C，搅拌速度150rpm。并在发酵室边上设置旁路每日出料 1L(回流比为5% )至微波辐射装置中，微波频率为2450MHz，800W微波辐射5min后再循环投入到厌氧发酵室中。同时每日出料2. 5L得到高含酸量混合液。连续运行后可稳定产酸， 出料中总挥发性脂肪酸的浓度为2000 2200mg/L。比较例3
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为82. 11%)和浓缩污泥(含水率为
97.89% )在污泥调配池中配成含水率为88. 0%的混合污泥，此时其挥发性有机固体浓度占总固体浓度的比例是38. 3%。每日通过污泥泵泵入2. 5L(对应的污泥停留时间为8d) 至厌氧发酵室中，其中厌氧发酵室总有效体积为20L，厌氧发酵室通过投加NaOH控制pH在 9. O 11. O之间，并控制温度40°C，搅拌速度150rpm。同时每日出料2. 5L得到高含酸量混合液。连续运行后可稳定产酸，出料中总挥发性脂肪酸的浓度为1600 1800mg/L。由此可见，实施例3相对比较例3出料中总挥发性脂肪酸的浓度提高了 22. 2 25. 0%。实施例4取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为82.69 % )和浓缩污泥(含水率为
98.03% )在污泥调配池中配成含水率为92. 0%的混合污泥，此时其挥发性有机固体浓度占总固体浓度的比例是59.4%。每日通过污泥泵泵入IOL(对应的污泥停留时间为5d)至厌氧发酵室中，其中厌氧发酵室总有效体积为50L，厌氧发酵室通过投加生石灰控制pH在 9. O 11. O之间，并控制温度55°C，搅拌速度lOOrpm。并在发酵室边上设置旁路每日出料 5L(回流比为10% )至微波辐射装置中，微波频率为2450MHz，200W微波辐射20min后再循环投入到厌氧发酵室中。同时每日出料IOL得到高含酸量混合液。连续运行后可稳定产酸， 出料中总挥发性脂肪酸的浓度为2400 2600mg/L。比较例4取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为82.69 % )和浓缩污泥(含水率为 98. 03% )在污泥调配池中配成含水率为92. 0%的混合污泥，此时其挥发性有机固体浓度占总固体浓度的比例是59.4%。每日通过污泥泵泵入IOL(对应的污泥停留时间为5d)至厌氧发酵室中，其中厌氧发酵室总有效体积为50L，厌氧发酵室通过投加生石灰控制pH在 9. O 11. O之间，并控制温度55°C，搅拌速度lOOrpm。同时每日出料IOL得到高含酸量混合液。连续运行后可稳定产酸，出料中总挥发性脂肪酸的浓度为1800 2000mg/L。由此可见，实施例4相对比较例4出料中总挥发性脂肪酸的浓度提高了 30. O 33. 3%。实施例5取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为80.03 % )和浓缩污泥(含水率为 98. 32% )在污泥调配池中配成含水率为90. 0%的混合污泥，此时其挥发性有机固体浓度占总固体浓度的比例是39. 3%。每日通过污泥泵泵入4. OL(对应的污泥停留时间为5d) 至厌氧发酵室中，其中厌氧发酵室总有效体积为20L，厌氧发酵室通过投加NaOH控制pH在 9. O 11. O之间，并控制温度35°C，搅拌速度150rpm。并在发酵室边上设置旁路每日出料 500mL(回流比为12. 5% )至微波辐射装置中，微波频率为2450MHz，800W微波辐射5min后再循环投入到厌氧发酵室中。同时每日出料4. OL得到高含酸量混合液。连续运行后可稳定产酸，出料中总挥发性脂肪酸的浓度为1700 1900mg/L。比较例5取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为80.03 % )和浓缩污泥(含水率为
98.32% )在污泥调配池中配成含水率为90. 0%的混合污泥，此时其挥发性有机固体浓度占总固体浓度的比例是39. 3%。每日通过污泥泵泵入4. OL(对应的污泥停留时间为5d)至厌氧发酵室中，其中厌氧发酵室总有效体积为20L，厌氧发酵室通过投加NaOH控制pH 在9. O 11. O之间，并控制温度35°C，搅拌速度150rpm。并且每日出料500mL(回流比为 12.5%)至微波辐射装置中，800W微波辐射5min后再循环投入到厌氧发酵室中。同时每日出料4. OL得到高含酸量混合液。连续运行后可稳定产酸，出料中总挥发性脂肪酸的浓度为 1300 1500mg/L。由此可见，实施例5相对比较例5出料中总挥发性脂肪酸的浓度提高了 26. 7
38.5%。上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种微波循环污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于该方法包括以下步骤将浓缩污泥和脱水污泥配成混合污泥，取上述混合污泥作为进料进行碱性厌氧发酵产酸，同时回流污泥进行微波预处理，再循环进行碱性厌氧发酵，出料收集高含酸量混合液。
2.根据权利要求I所述的微波循环污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于所述的进料或出料是指每日进料量=每日出料量=消化污泥总量/污泥停留时间。
3.根据权利要求I所述的微波循环污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于所述的回流污泥的回流比为5 20%。
4.根据权利要求I所述的微波循环污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于所述的碱性厌氧发酵是指在密闭厌氧的条件下，控制温度为20 55°C，搅拌速度为 30 250rpm，投加碱性试剂调节pH为9. O 11. O。
5.根据权利要求4所述的微波循环污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于所述的碱性试剂为氢氧化钠或生石灰。
6.根据权利要求I所述的微波循环污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于所述的微波预处理的操作条件为微波频率为2450MHz，微波辐射功率为200 lOOOw， 福射时间为I 20min。
7.根据权利要求I所述的微波循环污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于所述的碱性厌氧发酵的污泥停留时间为3 8d。
8.根据权利要求I所述的微波循环污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于所述的混合污泥的含水率为88 98%。
全文摘要
本发明属于污泥资源化处理领域，公开了一种微波循环污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法，该方法包括以下步骤将浓缩污泥和脱水污泥配成混合污泥，取上述混合污泥作为进料进行碱性厌氧发酵产酸，同时回流污泥进行微波预处理，再循环进行碱性厌氧发酵，出料收集高含酸量混合液。本发明所提供的系统将碱性调节、微波强化破壁、循环回流等技术有机结合起来，实现了物理化学强化处理技术和微生物处理技术结合，真正实现了有机底物的高效利用，提高整个系统的运行稳定性。
文档编号C12P7/40GK102586345SQ20121007322
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月19日 优先权日2012年3月19日
发明者严媛媛, 周琪, 戴晓虎, 罗景阳, 陈汉龙 申请人:同济大学