专利名称：鼠李糖脂生物表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法
技术领域：
本发明涉及表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法。
背景技术：
国民经济的持续快速发展导致城市生活污水排放量逐年增长，处理力度也势必随着增加。截至2008年底，全国已建成投产运行的城市污水处理厂达到1519座，其中86. 2%的污水处理厂采用活性污泥法，平均处理水量约6699. 8万m3/d。但是在污水处理过程中却产生大量的剩余污泥。2008年全国剩余污泥产生量高达1800万吨/年(80%含水率)，之后以每年10%的速度快速增长，其处理处置费用通常占到污水处理总操作成本的20 50%，甚至70%。城市污泥中蕴含大量有机质，相比较作为废弃物丢弃，完全有潜力成为一种有价值 但低廉的资源。因此，如何结合社会效益、经济效益和环保效益最大化地利用污泥中的有机质是今后污泥处理处置技术发展所需考虑的新方向。已有研究者发现，化学表面活性剂能够促进剩余污泥中颗粒有机物的溶解，降低产甲烷菌的活性，从而使得剩余污泥厌氧发酵过程的中间产物SCFAs得以大量积累。但是化学表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法中的化学表面活性剂存在毒性，且不可生物降解对剩余污泥造成二次污染，化学表面活性剂十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠对剩余污泥的酸化效能较弱的问题。
发明内容
本发明为了解决现有的化学表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法中的化学表面活性剂存在毒性，且不可生物降解对剩余污泥造成二次污染，化学表面活性剂十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠对剩余污泥的酸化效能较弱的问题，而提供鼠李糖脂生物表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法。鼠李糖脂生物表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，具体是按照以下步骤进行的一、将剩余污泥放入容器中在温度为4°C的条件下进行自然沉降，沉降时间为24 30h，然后排掉上清液，得到污泥样本；二、将污泥样本放入反应瓶中，投加鼠李糖脂，其中鼠李糖脂的投加量为O.005 O. 10g/gVSS ；三、将反应瓶驱氧充氮IOmin后，密封反应瓶，放入空气浴摇床中以10(Tll0rpm/min转速，进行厌氧发酵，发酵温度为35 38°C、发酵时间为96 192h，完成鼠李糖脂生物表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的过程。本发明的有益效果是鼠李糖脂生物表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法中的鼠李糖脂生物表面活性剂具有良好的生物可降解性和环境友好性，达到逐渐消除毒性对剩余污泥的二次污染；鼠李糖脂生物表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法对剩余污泥发酵产酸有较大的促进作用，当鼠李糖脂、十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠，投加量均为O. 04g/gVSS，发酵时间为96h时，投加鼠李糖脂生物表面活性剂与投加十二烷基硫酸钠及十二烷基苯磺酸钠化学表面活性剂实验组相比，挥发酸浓度分别提高3. 62倍及I. 22倍；发酵时间为192h时，投加鼠李糖脂生物表面活性剂、十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠实验组累积甲烷产量分别为4. 07mL、43. 70mL和153. 49mL,鼠李糖脂生物表面活性剂对产甲烷菌的活性存在抑制作用。本发明方法用于促进剩余污泥厌氧发酵产酸。
图I为对比实验一、实施例一、实施例二、实施例三、实施例四、实施例五和实施例六的挥发酸浓度与发酵时间的关系图；其中“ H w代表对比实验一的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线，“.■，，代表实施例一的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线，“脅”代表实施例二的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线，代表实施例三的挥发酸浓度与发酵时间的关系 曲线，“ e ”代表实施例四的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线，“ ，，代表实施例五的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线，《Δ.，，代表实施例六的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线。图2为对比实验二、对比实验三、对比实验四和实施例七的挥发酸浓度与发酵时间的关系图；其中“★”代表对比实验二的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线，代表对比实验三的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线，“B”代表对比实验四的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线，“4”代表实施例七的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线。图3为对比实验二、对比实验三、对比实验四和实施例七的累积甲烷产量与发酵时间的关系图；其中《Ar，，代表对比实验~■的累积甲烧广量与发酵时间的关系曲线，“奮，，代表对比实验三的累积甲烷产量与发酵时间的关系曲线，“B”代表对比实验四的累积甲烷产量与发酵时间的关系曲线，“脅”代表实施例七的累积甲烷产量与发酵时间的关系曲线。
具体实施例方式本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式
，还包括各具体实施方式
之间的任意组合。
具体实施方式
一本实施方式鼠李糖脂生物表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，具体是按照以下步骤进行的一、将剩余污泥放入容器中在温度为4°C的条件下进行自然沉降，沉降时间为24 30h，然后排掉上清液，得到污泥样本；二、将污泥样本放入反应瓶中，投加鼠李糖脂，其中鼠李糖脂的投加量为
O.005 O. 10g/gVSS ；三、将反应瓶驱氧充氮IOmin后，密封反应瓶，放入空气浴摇床中以10(Tll0rpm/min转速，进行厌氧发酵，发酵温度为35 38°C、发酵时间为96 192h，完成鼠李糖脂生物表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的过程。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤一中剩余污泥中含有梭状芽孢杆菌。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一至二之一不同的是步骤一中沉降时间为25 29h。其它与具体实施方式
一至二之一相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一至三之一不同的是步骤二中鼠李糖脂的投放量为O. 02、. 08g/gVSS。其它与具体实施方式
一至三之一相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一至四之一不同的是步骤三中空气浴摇床的转速为102"l08rpm/min。其它与具体实施方式
一至四之一相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一至五之一不同的是步骤三中发酵温度为36 37°C、发酵时间为10(Tl90h。其它与具体实施方式
一至五之一相同。采用以下实施例和对比实验验证本发明的有益效果实施例一本实施例鼠李糖脂生物表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，具体是按 照以下步骤进行的一、量取SOOmL剩余污泥，将量取的剩余污泥放入容器中在温度为4°C的条件下进行自然沉降，沉降时间为24h，然后排掉上清液，得到污泥样本，其中污泥样本TSS为12. Ig/L, VSS 为 6. 5g/L ；二、用500mL血清瓶作为反应瓶,量取300mL污泥样本放入反应瓶中，投加鼠李糖月旨，其中鼠李糖脂的投加量为O. 005g/gVSS ；三、将反应瓶驱氧充氮IOmin后，密封反应瓶，放入空气浴摇床中以100rpm/min转速，进行厌氧发酵，发酵温度为35°C、发酵时间为192h，完成鼠李糖脂生物表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的过程。其中剩余污泥取自哈尔滨太平水处理二沉池，剩余污泥中含有梭状芽孢杆菌。实施例二本实施例鼠李糖脂生物表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，具体是按照以下步骤进行的一、量取SOOmL剩余污泥，将量取的剩余污泥放入容器中在温度为4°C的条件下进行自然沉降，沉降时间为24h，然后排掉上清液，得到污泥样本，其中污泥样本TSS为12. Ig/L, VSS 为 6. 5g/L ；二、用500mL血清瓶作为反应瓶,量取300mL污泥样本放入反应瓶中，投加鼠李糖月旨，其中鼠李糖脂的投加量为O. 02g/gVSS ；三、将反应瓶驱氧充氮IOmin后，密封反应瓶，放入空气浴摇床中以100rpm/min转速，进行厌氧发酵，发酵温度为35°C、发酵时间为192h，完成鼠李糖脂生物表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的过程。其中剩余污泥取自哈尔滨太平水处理二沉池，剩余污泥中含有梭状芽孢杆菌。实施例三本实施例鼠李糖脂生物表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，具体是按照以下步骤进行的一、量取SOOmL剩余污泥，将量取的剩余污泥放入容器中在温度为4°C的条件下进行自然沉降，沉降时间为24h，然后排掉上清液，得到污泥样本，其中污泥样本TSS为12. Ig/L, VSS 为 6. 5g/L ；二、用500mL血清瓶作为反应瓶,量取300mL污泥样本放入反应瓶中，投加鼠李糖月旨，其中鼠李糖脂的投加量为O. 04g/gVSS ；三、将反应瓶驱氧充氮IOmin后，密封反应瓶，放入空气浴摇床中以100rpm/min转速，进行厌氧发酵，发酵温度为35°C、发酵时间为192h，完成鼠李糖脂生物表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的过程。其中剩余污泥取自哈尔滨太平水处理二沉池，剩余污泥中含有梭状芽孢杆菌。实施例四本实施例鼠李糖脂生物表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，具体是按照以下步骤进行的一、量取SOOmL剩余污泥，将量取的剩余污泥放入容器中在温度为4°C的条件下进行自然沉降，沉降时间为24h，然后排掉上清液，得到污泥样本，其中污泥样本TSS为12. Ig/L, VSS 为 6. 5g/L ；
·
二、用500mL血清瓶作为反应瓶,量取300mL污泥样本放入反应瓶中，投加鼠李糖月旨，其中鼠李糖脂的投加量为O. 06g/gVSS ；三、将反应瓶驱氧充氮IOmin后，密封反应瓶，放入空气浴摇床中以100rpm/min转速，进行厌氧发酵，发酵温度为35°C、发酵时间为192h，完成鼠李糖脂生物表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的过程。其中剩余污泥取自哈尔滨太平水处理二沉池，剩余污泥中含有梭状芽孢杆菌。实施例五本实施例鼠李糖脂生物表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，具体是按照以下步骤进行的一、量取SOOmL剩余污泥，将量取的剩余污泥放入容器中在温度为4°C的条件下进行自然沉降，沉降时间为24h，然后排掉上清液，得到污泥样本，其中污泥样本TSS为12. Ig/L, VSS 为 6. 5g/L ；二、用500mL血清瓶作为反应瓶,量取300mL污泥样本放入反应瓶中，投加鼠李糖月旨，其中鼠李糖脂的投加量为O. 08g/gVSS ；三、将反应瓶驱氧充氮IOmin后，密封反应瓶，放入空气浴摇床中以100rpm/min转速，进行厌氧发酵，发酵温度为35°C、发酵时间为192h，完成鼠李糖脂生物表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的过程。其中剩余污泥取自哈尔滨太平水处理二沉池，剩余污泥中含有梭状芽孢杆菌。实施例六本实施例鼠李糖脂生物表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，具体是按照以下步骤进行的一、量取SOOmL剩余污泥，将量取的剩余污泥放入容器中在温度为4°C的条件下进行自然沉降，沉降时间为24h，然后排掉上清液，得到污泥样本，其中污泥样本TSS为12. Ig/L, VSS 为 6. 5g/L ；二、用500mL血清瓶作为反应瓶,量取300mL污泥样本放入反应瓶中，投加鼠李糖月旨，其中鼠李糖脂的投加量为O. 10g/gVSS ；三、将反应瓶驱氧充氮IOmin后，密封反应瓶，放入空气浴摇床中以100rpm/min转速，进行厌氧发酵，发酵温度为35°C、发酵时间为192h，完成鼠李糖脂生物表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的过程。其中剩余污泥取自哈尔滨太平水处理二沉池，剩余污泥中含有梭状芽孢杆菌。实施例七本实施例鼠李糖脂生物表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，具体是按照以下步骤进行的一、量取SOOmL剩余污泥，将量取的剩余污泥放入容器中在温度为4°C的条件下进行自然沉降，沉降时间为24h，然后排掉上清液，得到污泥样本，其中污泥样本TSS为23. 4g/L, VSS 为 14. Og/L ；二、用500mL血清瓶作为反应瓶,量取300mL污泥样本放入反应瓶中，投加鼠李糖 月旨，其中鼠李糖脂的投加量为O. 04g/gVSS ；三、将反应瓶驱氧充氮IOmin后，密封反应瓶，放入空气浴摇床中以100rpm/min转速，进行厌氧发酵，发酵温度为35°C、发酵时间为192h，完成鼠李糖脂生物表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的过程。其中剩余污泥取自哈尔滨太平水处理二沉池，剩余污泥中含有梭状芽孢杆菌。对比实验一本对比实验未投加表面活性剂剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，具体是按以下步骤完成的一、量取SOOmL剩余污泥，将量取的剩余污泥放入容器中在温度为4°C的条件下进行自然沉降，沉降时间为24h，然后排掉上清液，得到污泥样本，其中污泥样本TSS为12. Ig/L, VSS 为 6. 5g/L ；二、用500mL血清瓶作为反应瓶,量取300mL污泥样本放入反应瓶中；三、将反应瓶驱氧充氮IOmin后，密封反应瓶，放入空气浴摇床中以100rpm/min转速，进行厌氧发酵，发酵温度为35°C、发酵时间为192h，完成剩余污泥厌氧发酵产酸的过程。其中剩余污泥取自哈尔滨太平水处理二沉池，剩余污泥中含有梭状芽孢杆菌。对比实验二 本对比实验十二烷基硫酸钠表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，具体是按照以下步骤进行的一、量取SOOmL剩余污泥，将量取的剩余污泥放入容器中在温度为4°C的条件下进行自然沉降，沉降时间为24h，然后排掉上清液，得到污泥样本，其中污泥样本TSS为23. 4g/L, VSS 为 14. Og/L ；二、用500mL血清瓶作为反应瓶，量取300mL污泥样本放入反应瓶中，投加十二烷基硫酸钠，其中十二烷基硫酸钠的投加量为O. 04g/gVSS ；三、将反应瓶驱氧充氮IOmin后，密封反应瓶，放入空气浴摇床中以100rpm/min转速，进行厌氧发酵，发酵温度为35°C、发酵时间为192h，完成十二烷基硫酸钠表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的过程。其中剩余污泥取自哈尔滨太平水处理二沉池，剩余污泥中含有梭状芽孢杆菌。对比实验三本对比实验十二烷基苯磺酸钠表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，具体是按照以下步骤进行的一、量取SOOmL剩余污泥，将量取的剩余污泥放入容器中在温度为4°C的条件下进行自然沉降，沉降时间为24h，然后排掉上清液，得到污泥样本，其中污泥样本TSS为23. 4g/L, VSS 为 14. Og/L ；二、用500mL血清瓶作为反应瓶,量取300mL污泥样本放入反应瓶中，投加十二烧基苯磺酸钠，其中十二烷基苯磺酸钠的投加量为O. 04g/gVSS ；三、将反应瓶驱氧充氮IOmin后，密封反应瓶，放入空气浴摇床中以100rpm/min转速，进行厌氧发酵，发酵温度为35°C、发酵时间为192h，完成十二烷基苯磺酸钠表面活性剂 促进剩余污泥厌氧发酵产酸的过程。其中剩余污泥取自哈尔滨太平水处理二沉池，剩余污泥中含有梭状芽孢杆菌。对比实验四本对比实验未投加表面活性剂剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，具体是按以下步骤完成的一、量取SOOmL剩余污泥，将量取的剩余污泥放入容器中在温度为4°C的条件下进行自然沉降，沉降时间为24h，然后排掉上清液，得到污泥样本，其中污泥样本TSS为23. 4g/L, VSS 为 14. Og/L ；二、用500mL血清瓶作为反应瓶,量取300mL污泥样本放入反应瓶中；三、将反应瓶驱氧充氮IOmin后，密封反应瓶，放入空气浴摇床中以100rpm/min转速，进行厌氧发酵，发酵温度为35°C、发酵时间为192h，完成剩余污泥厌氧发酵产酸的过程。其中剩余污泥取自哈尔滨太平水处理二沉池，剩余污泥中含有梭状芽孢杆菌。图I为实施例一、实施例二、实施例三、实施例四、实施例五、实施例六和对比实验一的挥发酸浓度与发酵时间的关系图；其中“·Φ·”代表实施例一的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线，“脅”代表实施例二的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线，“Λ”代表实施例三的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线，“0”代表实施例四的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线，代表实施例五的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线，《Α.，，代表实施例六的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线，“H”代表对比实验一的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线。从图中可以看出，与未投加表面活性剂剩余污泥厌氧发酵挥发酸浓度相比，投加鼠李糖脂的实施例，挥发酸浓度均有不同程度的提高，说明鼠李糖脂的投加对剩余污泥酸化效能有明显的促进作用，挥发酸浓度随着鼠李糖脂投加量的增加而增加，但是投加量在O. 04g/gVSS之后增加趋势不明显，因此较适宜的鼠李糖脂投加量为O. 04g/gVSS,发酵时间为96h时，挥发酸浓度均达到最高3840mgC0D/L，是未投加表面活性剂挥发酸浓度的4. 24倍。图2为对比实验二、对比实验三、对比实验四和实施例七的挥发酸浓度与发酵时间的关系图；其中“脅”代表对比实验二的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线，“Φ”代表对比实验三的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线，“B”代表对比实验四的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线，“4”代表实施例七的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线。从图中可以看出，相对于投加化学表面活性剂十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠，投加鼠李糖脂对剩余污泥发酵产酸有较大的促进作用。发酵时间为96h时，投加鼠李糖脂、十二烷基硫酸钠及十二烷基苯磺酸钠实验组，挥发酸浓度分别为5972mgC0D/L、4890mgC0D/L及1648mgC0D/L，相对于未投加表面活性剂剩余污泥厌氧发酵挥发酸浓度相比分别提高4. OO倍、3. 28倍及1.10倍。而投加鼠李糖脂生物表面活性剂与投加十二烷基硫酸钠及十二烷基苯磺酸钠化学表面活性剂实验组相比，挥发酸浓度分别提高3. 62倍及I. 22倍。图3为对比实验二、对比实验三、对比实验四和实施例七的累积甲烷产量与发酵时间的关系图；其中“A，，代表对比实验~■的累积甲烧广量与发酵时间的关系曲线，“奮，，代表对比实验三的累积甲烷产量与发酵时间的关系曲线，“B”代表对比实验四的累积甲烷产量与发酵时间的关系曲线，“'賣”代表实施例七的累积甲烷产量与发酵时间的关系曲线。从图3可以看出，投加鼠李糖脂和十二烷基硫酸钠及十二烷基苯磺酸钠对剩余污泥中甲烷的生成有较大的影响。投加十二烷基苯磺酸钠明显促进了甲烷的生成，而投加鼠李糖脂和十二烷基硫酸钠均对产甲烷菌的活性存在不同程度的抑制作用。发酵时间为192h时，投加鼠李糖脂、十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠实验组累积甲烷产量分别为4. 07mL、43. 70mL和153. 49mL，而未投加表面活性剂实验组累积甲烷产量为127. 0 3mL,鼠李糖脂生物表面活性剂对产甲烷菌的活性存在抑制作用。
权利要求
1.鼠李糖脂生物表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，其特征在于鼠李糖脂生物表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法具体是按照以下步骤进行的 一、将剩余污泥放入容器中在温度为4°c的条件下进行自然沉降，沉降时间为24 30h，然后排掉上清液，得到污泥样本； 二、将污泥样本放入反应瓶中，投加鼠李糖脂，其中鼠李糖脂的投加量为O.005、. IOg/gVSS ； 三、将反应瓶驱氧充氮IOmin后，密封反应瓶，放入空气浴摇床中以10(Tll0rpm/min转速，进行厌氧发酵，发酵温度为35 38°C、发酵时间为96 192h，完成鼠李糖脂生物表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的过程。
2.根据权利要求I所述鼠李糖脂生物表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，其特征在于步骤一中剩余污泥中含有梭状芽孢杆菌。
3.根据权利要求2所述鼠李糖脂生物表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，其特征在于步骤一中沉降时间为25 29h。
4.根据权利要求3所述鼠李糖脂生物表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，其特征在于步骤二中鼠李糖脂的投放量为O. 02、. 08g/gVSS。
5.根据权利要求4所述鼠李糖脂生物表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，其特征在于步骤三中空气浴摇床的转速为102 108rpm/min。
6.根据权利要求5所述鼠李糖脂生物表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，其特征在于步骤三中发酵温度为36 37°C、发酵时间为10(Tl90h。
全文摘要
鼠李糖脂生物表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，本发明涉及表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法。本发明为了解决现有的化学表面活性剂促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法中的化学表面活性剂存在毒性，且不可生物降解对剩余污泥造成二次污染，化学表面活性剂十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠对剩余污泥的酸化效能较弱的问题。方法一、制备污泥样本；二、投加鼠李糖脂；三、进行厌氧发酵。本发明方法中的鼠李糖脂生物表面活性剂具有良好的生物可降解性和环境友好性，达到逐渐消除毒性对剩余污泥的二次污染；对剩余污泥发酵产酸有较大的促进作用。本发明方法用于促进剩余污泥厌氧发酵产酸。
文档编号C12R1/145GK102796764SQ20121027719
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月6日 优先权日2012年8月6日
发明者王爱杰, 周爱娟, 郭泽冲, 杜静雯 申请人:哈尔滨工业大学