专利名称：一种城市污水厂剩余污泥资源化方法
技术领域：
本发明涉及剩余污泥资源化方法。
背景技术：
活性污泥法是目前世界上应用最广泛的污水生物处理技术。在活性污泥微生物的代谢作用下，污水中的有机物得到降解去除，同时活性污泥得到增长。增殖的活性污泥微生物从系统中排出，称为“剩余污泥”。剩余污泥产量多，可达到达到污水处理量的0.3%-0.5% ；处理难度大，污泥中的有机物大部分为细胞物质，这些有机物为细胞壁所包裹，难以为微生物所利用；处理设施投资高，可占污水处理厂投资和运行费用的25%-65%。污泥的处理处置成为城市环境和污水处理厂所面临的沉重负担。剩余污泥的常规处理处置方法主要有卫生填埋，焚烧热能利用以及传统的好氧消化和厌氧消化。污泥的填埋是最为方便直接的剩余污泥处置方法，它投资少，容量大，见效快，但占地量大，运输成本高，且造成填埋场周围的环境恶化，遭受渗浙水，臭气的困扰。焚烧可以使剩余污泥的体积减少到最小，是一种相对安全的处置方式，但是投资费用高，消耗大量能源，而且还存在烟气二次污染问题。当产生的污泥量不大时可以考虑采用好氧消化，而多数情况下，采用好氧消化处理是不经·济的。污泥的厌氧消化，不但能够减少污泥的重量和体积，而且能以沼气的形式回收污泥中生物质能。但污泥中的有机物大部分为细胞物质，这些有机物为细胞壁所包裹，难以为微生物所利用程造成污泥消化过程停留时间长。剩余污泥主要为污泥微生物细胞，含有丰富的有机物(蛋白质、糖类、脂类)、营养元素(磷、钾等属离子)。蛋白质和多糖为主要成分，在挥发性有机物中，蛋白和多糖占约90%，其中蛋白约为75.6%，多糖约为15%。以剩余污泥为生物质进行生物产氢，既能够处理剩余污泥又能够产生清洁能源，具有良好的环境和经济效益，因此近年来受到了广泛关注。然而，目前剩余污泥存在难于培养产氢菌，且获得的氢气产量少，导致剩余污泥培养微生物的成本高，污泥资源化利用效率低，而未被很好的利用。
发明内容
本发明要解决目前剩余污泥存在难于培养产氢菌，获得的氢气产量少，导致剩余污泥培养微生物的成本高，污泥资源化利用效率低的问题，而提供的一种城市污水厂剩余污泥资源化方法。一种城市污水厂剩余污泥资源化方法，具体是按照以下步骤完成的:一、将污水处理厂二沉池的剩余污泥进行浓缩，得到含水率为95% 98%的剩余污泥；二、采用氢氧化钠溶液调节浓缩的剩余污泥的pH值至12,反应30min 90min,然后将剩余污泥在超声条件下破碎IOmin 25min，其中超声频率为20KHz 44KHz，超声强度为 0.5ff/mL 4W/mL ；三、将步骤二处理后的剩余污泥放入微波反应釜中，进行微波辐照，微波功率为200W 700W，微波辐照时间为Imin lOmin，得到混合液；四、将步骤三得到的混合液离心分离，取上清液，即为污泥水解液；五、将步骤四得到的污泥水解液加入葡萄糖，再调节pH值至6.8 7.0，然后在氮气气氛下保持厌氧环境，再经高压灭菌，得到污泥水解液培养基，其中葡萄糖投放量为Ig/L 20g/L ；六、在步骤五得到的污泥水解液培养基中按体积百分含量为10%的比例接种对数生长期的产氢微生物，在温度为37°C条件下连续培养，培养时间为36h 48h，完成一种城市污水厂剩余污泥资源化方法；其中产氢微生物为哈工大产乙醇杆菌B49 (Ethanologenbacterium hit B49),它的保藏编号为CGMCC N0.1153，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路I号院，保藏单位为中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心。上述所用的产氢微生物为哈工大产乙醇杆菌B49 (Ethanologenbacterium hitB49)购买得到。本发明的有益效果是:1、剩余污泥经过本发明处理后，含有丰富的蛋白质、多糖和营养盐类，可以微生物的培养提供充足的氮源、盐类和微量元素等，为污泥资源化提供了新的途径；2、污泥水解液可以有效的替代微生物培养基的基本成分，有效降低微生物培养成本；3、在污泥水解液培养基中按体积百分含量为10%的比例接种对数生长期的产氢微生物，在温度为37°C条件下连续培养，测定累计产氢量，累计产氢量达到2215ml H2/L培养基，达到标准培养基产氢效果的92.72 %，降低了微生物培养的成本，提高污泥资源化利用效率。本发明用于城市污水厂剩余污泥资源化。
图1为实施例一和对比实验中哈工大产乙醇杆菌B49产氢效能曲线图，其中 代表对比实验中哈工大产乙醇杆菌B49的产氢效能曲线，代表实施例一中
哈工大产乙醇杆菌B49的产氢效能曲线。
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:本实施方式一种城市污水厂剩余污泥资源化方法，具体是按照以下步骤完成的:一、将污水处理厂二沉池的剩余污泥进行浓缩，得到含水率为95% 98%的剩余污泥；二、采用氢氧化钠溶液调节浓缩的剩余污泥的pH值至12,反应30min 90min,然后将剩余污泥在超声条件下破碎IOmin 25min，其中超声频率为20KHz 44KHz，超声强度为 0.5ff/mL 4W/mL ；三、将步骤二处理后的剩余污泥放入微波反应釜中，进行微波辐照，微波功率为200W 700W，微波辐照时间为Imin lOmin，得到混合液；四、将步骤三得到的混合液离心分离，取上清液，即为污泥水解液；
五、将步骤四得到的污泥水解液加入葡萄糖，再调节pH值至6.8 7.0，然后在氮气气氛下保持厌氧环境，再经高压灭菌，得到污泥水解液培养基，其中葡萄糖投放量为Ig/L 20g/L ；六、在步骤五得到的污泥水解液培养基中按体积百分含量为10%的比例接种对数生长期的产氢微生物，在温度为37°C条件下连续培养，培养时间为36h 48h，完成一种城市污水厂剩余污泥资源化方法；其中产氢微生物为哈工大产乙醇杆菌B49 (Ethanologenbacterium hit B49),它的保藏编号为CGMCC N0.1153，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路I号院，保藏单位为中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心。本实施方式中所用的产氢微生物为哈工大产乙醇杆菌B49(Ethanologenbacterium hitB49)购买得到。本实施方式的有益效果是:1、剩余污泥经过本实施方式处理后，含有丰富的蛋白质、多糖和营养盐类，可以微生物的培养提供充足的氮源、盐类和微量元素等，为污泥资源化提供了新的途径；2、污泥水解液可以有效的替代微生物培养基的基本成分，有效降低微生物培养成本；3、在污泥水解液培养基中按体积百分含量为10%的比例接种对数生长期的产氢微生物，在温度为37°C条件下连续培养，测定累计产氢量，累计产氢量达到2215mlH2/L培养基，达到标准培养基产氢效果的92.72%，降低了微生物培养的成本，提高污泥资源化利用效率。
具体实施方式
二:本实施方式与具体实施方式
一不同的是:步骤二中氢氧化钠溶液的浓度为5mol/L。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
一不同的是:步骤二中超声强度为
0.8W/mL 2W/mL。其它与具体实施方式
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:步骤二中超声强度为lW/mL 1.5W/mL。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
一不同的是:步骤三中微波功率为300W 400W。其它与具体实施方式
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:步骤三中微波功率为350W。其它与具体实施方式
一至五之一相同。
具体实施方式
七:本实施方式与具体实施方式
一不同的是:步骤五中高压灭菌的温度为121°C，高压灭菌的时间为15min。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
八:本实施方式与具体实施方式
一不同的是:步骤五中采用浓度为lmol/L的稀盐酸溶液调节pH。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
九:本实施方式与具体实施方式
一不同的是:步骤五中葡萄糖投放量为5g/L 15g/L。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
十:本实施方式与具体实施方式
一至九之一不同的是:步骤五中葡萄糖投放量为10g/L。其它与具体实施方式
一至九之一相同。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:本实施例一种城市污水厂剩余 污泥资源化方法，具体是按照以下步骤完成的:
一、将污水处理厂二沉池的剩余污泥进行浓缩，得到含水率为98%的剩余污泥；二、采用浓度为5mol/L的氢氧化钠溶液调节浓缩的剩余污泥的pH值至12,反应90min，然后将剩余污泥在超声条件下破碎25min，其中超声频率为20KHz，超声强度为IW/mL ；三、将步骤二处理后的剩余污泥放入微波反应釜中，进行微波辐照，微波功率为350W，微波辐照时间为lOmin，得到混合液；四、将步骤三得到的混合液离心分离，取上清液，即为污泥水解液；五、将步骤四得到的污泥水解液加入葡萄糖，再调节pH值至7.0，然后在氮气气氛下保持厌氧环境，再经高压灭菌，得到污泥水解液培养基，其中葡萄糖投放量为10g/L，高压灭菌的温度为121 °C，高压灭菌的时间为15min ；六、在步骤五得到的污泥水解液培养基中按体积百分含量为10%的比例接种对数生长期的产氢微生物，在温度为37°C条件下连续培养,培养时间为48h,完成一种城市污水厂剩余污泥资源化方法；其中产氢微生物为哈工大产乙醇杆菌B49 (Ethanologenbacterium hit B49),它的保藏编号为CGMCC N0.1153，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路I号院，保藏单位为中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心。本实施例中所用的产氢微生物为哈工大产乙醇杆菌B49 (EthanologenbacteriumhitB49)购买得到。对比实验:本对比实验中哈工大产乙醇杆菌B49标准产氢培养基采用葡萄糖10g，胰蛋白陈4g，牛肉膏 2g，酵母汁 lg, NaC14g, K2HPO4L 5g，L-半肤氨酸 0.5g，FeSO4.7H200.lg，MgCl20.lg，微量元素I ml，维生素溶液1ml，pH值为7.0，蒸馏水1000ml ；上述微量元素为:FeCl.4Η201.8g, CoCl2.6Η200.01g, CuCl2.2Η200.0lg,MnCl2.4Η200.7g, ZnCl20.lg，硼酸 H3BO30.5g, NaSeO3.5Η200.01g，蒸馏水 1.0L ；上述维生素溶液成分为:生物素0.lg，烟酸0.35g，盐酸硫胺素0.3g，对氨基苯甲酸0.2g,泛酸 丐0.1g,维生素B120.05g,盐酸卩比卩多铵0.1g,蒸懼水IOOOrnl ；在上述哈工大产乙醇杆菌B49标准产氢培养基中按体积百分含量为10%的比例接种对数生长期的产氢微生物，在温度为37°C条件下连续培养，培养时间48h，其中产氢微生物为哈工大产乙醇杆菌B49 (Ethanologenbacterium hit B49),它的保藏编号为CGMCCN0.1153，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路I号院，保藏单位为中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心。本对比实验中所用的产氢微生物为哈工大产乙醇杆菌B49(Ethanologenbacterium hitB49)购买得到。上述实施例和对比实验中哈工大产乙醇杆菌B49的发酵类型为乙醇型发酵，产氢能力较高居国际前列。上述实施例一和对比实验中哈工大产乙醇杆菌B49产氢效能曲线图如图1所示，其中代表对比实验中哈工大产乙醇杆菌B49的产氢效能曲线，代表实施例一中哈工大产乙醇杆菌B49的产氢效能曲线，从图中可知在实施例一的污泥水解液培养基中按体积百分含量为10%的比例接种对数生长期的产氢微生物， 在温度为37°C条件下连续培养，培养时间为48h，测定累计产氢量达到2215ml H2/L培养基，达到标准培养基产氢效果的92.72%，降低了微生物培养的成本，提高污泥资源化利用效率。本发明的有益效果是:1、剩余污泥经过本发明处理后，含有丰富的蛋白质、多糖和营养盐类，可以微生物的培养提供充足的氮源、盐类和微量元素等，为污泥资源化提供了新的途径；2、污泥水解液可以有效的替代微生物培养基的基本成分，有效降低微生物培养成本；3、在污泥水解液培养基中按体积百分含量为10%的比例接种对数生长期的产氢微生物，在温度为37°C条件下连续培养，测定累计产氢量，累计产氢量达到2215ml H2/L培养基，达到标准培养基产氢效果的92.72%， 降低了微生物培养的成本，提高污泥资源化利用效率。
权利要求
1.一种城市污水厂剩余污泥资源化方法，其特征在于一种城市污水厂剩余污泥资源化方法，具体是按照以下步骤完成的: 一、将污水处理厂二沉池的剩余污泥进行浓缩，得到含水率为95% 98%的剩余污泥； 二、采用氢氧化钠溶液调节浓缩的剩余污泥的pH值至12,反应30min 90min,然后将剩余污泥在超声条件下破碎IOmin 25min，其中超声频率为20KHz 44KHz，超声强度为0.5ff/mL 4W/mL ； 三、将步骤二处理后的剩余污泥放入微波反应釜中，进行微波辐照，微波功率为200W 700W，微波辐照时间为Imin lOmin，得到混合液； 四、将步骤三得到的混合液离心分离，取上清液，即为污泥水解液； 五、将步骤四得到的污泥水解液加入葡萄糖，再调节PH值至6.8 7.0，然后在氮气气氛下保持厌氧环境，再经高压灭菌，得到污泥水解液培养基，其中葡萄糖投放量为lg/L 20g/L ； 六、在步骤五得到的污泥水解液培养基中按体积百分含量为10%的比例接种对数生长期的产氢微生物，在 温度为37°C条件下连续培养，培养时间为36h 48h，完成一种城市污水厂剩余污泥资源化方法； 其中产氢微生物为哈工大产乙醇杆菌B49 (Ethanologenbacterium hit B49),它的保藏编号为CGMCC N0.1153，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路I号院，保藏单位为中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心。
2.根据权利要求1所述的一种城市污水厂剩余污泥资源化方法，其特征在于步骤二中氢氧化钠溶液的浓度为5mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种城市污水厂剩余污泥资源化方法，其特征在于步骤二中超声强度为0.8ff/mL 2W/mL。
4.根据权利要求3所述的一种城市污水厂剩余污泥资源化方法，其特征在于步骤二中超声强度为lW/mL 1.5W/mL。
5.根据权利要求1所述的一种城市污水厂剩余污泥资源化方法，其特征在于步骤三中微波功率为300W 400W。
6.根据权利要求5所述的一种城市污水厂剩余污泥资源化方法，其特征在于步骤三中微波功率为350W。
7.根据权利要求1所述的一种城市污水厂剩余污泥资源化方法，其特征在于步骤五中高压灭菌的温度为121°C，高压灭菌的时间为15min。
8.根据权利要求1所述的一种城市污水厂剩余污泥资源化方法，其特征在于步骤五中采用浓度为lmol/L的稀盐酸溶液调节pH。
9.根据权利要求1所述的一种城市污水厂剩余污泥资源化方法，其特征在于步骤五中葡萄糖投放量为5g/L 15g/L。
10.根据权利要求9所述的一种城市污水厂剩余污泥资源化方法，其特征在于步骤五中葡萄糖投放量为10g/L。
全文摘要
一种城市污水厂剩余污泥资源化方法，本发明涉及剩余污泥资源化方法。本发明要解决目前剩余污泥存在难于培养产氢菌，获得的氢气产量少，导致剩余污泥培养微生物的成本高，污泥资源化利用效率低的问题。方法一、浓缩；二、破碎；三、制备混合液；四、制备污泥水解液；五、制备污泥水解液培养基；六、培养。本发明产氢效果达到标准培养基产氢效果的92.72%，降低了微生物培养的成本，提高污泥资源化利用效率。本发明用于城市污水厂剩余污泥资源化。
文档编号C12R1/01GK103159386SQ20131008791
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月19日 优先权日2013年3月19日
发明者任南琪, 谢国俊, 刘冰峰, 丁杰, 任宏宇 申请人:哈尔滨工业大学