生物表面活性剂与铁联合促进污泥厌氧发酵产酸的方法
【专利摘要】本发明属于固体废弃物资源化领域，具体涉及一种促进污泥厌氧发酵生产短链脂肪酸的方法。该方法包括以下步骤：向污泥样品中投加铁和生物表面活性剂，并且将反应器充氮驱氧，密闭反应器，将反应体系物质混合均匀，控制发酵温度，进行厌氧发酵。本发明充分利用铁和生物表面活性剂的特性，有效地对污泥进行减量化，减少对环境的污染，并且能够对污泥进行资源化利用，生产具有较高利用价值的短链脂肪酸。
【专利说明】生物表面活性剂与铁联合促进污泥厌氧发酵产酸的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于固体废弃物资源化领域，具体涉及一种利用生物表面活性剂烷基多苷与铁促进剩余污泥发酵产酸的方法。
【背景技术】
[0002]生物法在城市污水处理厂得到广泛应用的同时产生了大量污泥，其产量约占处理水量的0.3?0.5% (以含水率97%计)，快速增长的污泥产量必然带来严重的二次污染问题，而污泥处理费用非常高，最大能占到污水处理厂运行费用的50%多，这已成为污水处理厂运行的重大负担。在经济建设和环境保护同步发展的今天，常规污泥处理处置方式已不能满足要求，合理的污泥资源化利用已成为治理环境问题中不可忽视的一项工程。
[0003]剩余污泥是由废水中悬浮物、胶状体或溶解状的有机物组成的某种活性物质，其绝大部分由微生物菌体所组成，其中有机物的含量在60%左右，生物易降解有机组分在40%以上。这些生物易降解有机物主要是蛋白质、多糖等，它们是微生物丰富的营养源。厌氧发酵处理污泥能够有效地将污泥中大量存在的有机物降解转化为甲烷、氢气等可再生能源物质，其中，短链脂肪酸作为发酵过程中的中间产物，不仅有较高的价值，而且有着广泛的应用和许多潜在的工业用途。另外，在污水处理厂内，短链脂肪酸可直接用作污水处理厂微生物的内部碳源，用以去除污水中的氮磷。因此，如果能够有效地将污泥中的有机物转化为短链脂肪酸，将实现对污泥处理的减量化、资源化和无害化，同时提高污水处理厂的脱氮除憐的效果。
[0004]污泥的厌氧发酵分为水解、酸化和甲烷化三阶段，其中有机物的水解阶段是限速步骤。因为微生物的细胞壁可以在消化环境下长时间坚持不被突破，而污泥中大多数有机物质存在于微生物细胞内，故水解速度受到遏制。从生产有机酸的角度来看，如果能够提高污泥的水解速率，即提供更多产酸的底物，就有可能增加有机酸的产量。表面活性剂广泛存应用于日常洗涤用品，在生活污水中也普遍存在，有研究表明，表面活性剂对污泥中的有机物(主要是蛋白质和可溶性糖)具有增溶作用，适量的表面活性剂在合适的PH条件下对微生物细胞还有破碎作用，这无疑可为污泥产酸提供更多可利用基质，因此可利用表面活性剂提高污泥的水解速率，从而提高污泥产酸量。另外，铁具有较强的还原性，能够降低系统的氧化还原电位，提供微生物所需的铁元素，提高产酸微生物的活性，从而提高污泥的厌氧发酵生产短链脂肪酸的速率与产量。目前为止，关于利用表面活性剂与铁共同促进污泥发酵生产短链脂肪酸的研究尚未报道。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种更为有效促进污泥发酵产酸的方法，提出在剩余污泥中投加表面活性剂与铁，从而促进污泥厌氧发酵产短链脂肪酸的方法。
[0006]实现本发明目的的技术解决方案为:一种生物表面活性剂与铁促进剩余污泥发酵产酸的方法，采用了烷基多苷与还原铁促进剩余污泥厌氧发酵产酸，具体包括以下步骤:
[0007](I)将剩余污泥加入消化瓶中，投加烷基多苷与铁；
[0008](2)将消化瓶驱氧充氮1min后，密封消化瓶，恒温振荡培养进行厌氧发酵，完成生物表面活性剂烷基多苷与还原铁促进剩余污泥厌氧发酵产酸的过程。
[0009]其中，步骤(I)中，剩余污泥取自污水处理厂二沉池，剩余污泥总含固率为3.8%。
[0010]步骤⑴中，烷基多苷的投加量为0.005?0.lg/gTSS。
[0011]步骤(I)中，铁的投加量为0.005?lg/gTSS。
[0012]步骤(I)中，铁的种类包括铁刨花、还原铁粉等。
[0013]步骤⑵中，充氮驱氧lOmin。
[0014]步骤(2)中，反应体系内的混合转速为100?150rpm/min。
[0015]步骤(2)中，发酵温度为30?37°C，发酵时间为I?15d。
[0016]步骤(2)中，厌氧发酵过程中，厌氧发酵系统的pH范围为6.0?8.0。
[0017]本发明与现有技术相比，其显著优点:使用生物表面活性剂与铁，结合两者优点促进剩余污泥的厌氧发酵产酸，使产酸量得到较大的提高。一方面，充分利用了生物表面活性剂的特性，促进污泥中不溶解的大分子蛋白质和糖类等有机物溶出，强化污泥水解，提高污泥厌氧发酵产酸量；另一方面，利用铁的还原性等特点，促进污泥中各类酶的活性，从而提高污泥的发酵效率。
【具体实施方式】
[0018]下面的实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明。
[0019]一种生物表面活性剂与铁促进剩余污泥发酵产酸的方法，其特征在于利用生物表面活性剂降低表面张力与铁提供电子的特性，促进剩余污泥厌氧发酵产酸，具体包括以下步骤:
[0020](I)将剩余污泥加入消化瓶中，投加烷基多苷0.005?0.lg/gTSS与铁0.005?lg/gTSS。；
[0021](2)将消化瓶驱氧充氮1min后，密封消化瓶，于30?37°C下恒温振荡培养进行厌氧发酵，经过I?1d后完成生物表面活性剂烷基多苷与还原铁促进剩余污泥厌氧发酵产酸的过程。
[0022]实施例1:
[0023]将剩余污泥加入消化瓶中，经自然沉降24h后排掉上清液体，得到剩余污泥(PH =
6.8)作为厌氧发酵生产短链脂肪酸的底物(以下实施例同)；
[0024]向反应瓶中投加烷基多苷与还原铁粉，用量分别是0.02g/gTSS，0.05g/gTSS，驱氧充氮5min后，密闭反应器进行厌氧发酵。通过烷基多苷、还原铁粉与污泥中微生物作用，将污泥中含有的有机物转化为短链脂肪酸。其中控制温度为35± 1°C，发酵体统pH在6.0?
7.0范围内变化，污泥在反应器中的停留时间为5d，生产短链脂肪酸的含量1869.28mg/L。
[0025]实施例2:
[0026]将剩余污泥加入消化瓶中，经自然沉降24h后排掉上清液体，得到剩余污泥(PH =
6.8)作为厌氧发酵生产短链脂肪酸的底物(以下实施例同)；
[0027]向反应瓶中投加烷基多苷与还原铁粉，用量分别是0.05g/gTSS，0.005g/gTSS，驱氧充氮5min后，密闭反应器进行厌氧发酵。通过烷基多苷、还原铁粉与污泥中微生物作用，将污泥中含有的有机物转化为短链脂肪酸。其中控制温度为35 ± I °C，发酵体统pH在6.0?7.0范围内变化，污泥在反应器中的停留时间为5d，生产短链脂肪酸的含量2575.62mg/L。
[0028]实施例3:
[0029]将剩余污泥加入消化瓶中，经自然沉降24h后排掉上清液体，得到剩余污泥(PH =
6.8)作为厌氧发酵生产短链脂肪酸的底物(以下实施例同)；
[0030]向反应瓶中投加烷基多苷与还原铁粉，用量分别是0.05g/gTSS，0.05g/gTSS，驱氧充氮5min后，密闭反应器进行厌氧发酵。通过烷基多苷、还原铁粉与污泥中微生物作用，将污泥中含有的有机物转化为短链脂肪酸。其中控制温度为35± 1°C，发酵体统pH在6.0?
7.0范围内变化，污泥在反应器中的停留时间为5d，生产短链脂肪酸的含量2630.98mg/L。
[0031]实施例4:
[0032]将剩余污泥加入消化瓶中，经自然沉降24h后排掉上清液体，得到剩余污泥(PH =
6.8)作为厌氧发酵生产短链脂肪酸的底物(以下实施例同)；
[0033]向反应瓶中投加烷基多苷与还原铁粉，用量分别是0.lg/gTSS，0.005g/gTSS，驱氧充氮5min后，密闭反应器进行厌氧发酵。通过烷基多苷、还原铁粉与污泥中微生物作用，将污泥中含有的有机物转化为短链脂肪酸。其中控制温度为35± 1°C，发酵体统pH在6.0?
7.0范围内变化，污泥在反应器中的停留时间为5d，生产短链脂肪酸的含量3036.12mg/L。
[0034]实施例5:
[0035]将剩余污泥加入消化瓶中，经自然沉降24h后排掉上清液体，得到剩余污泥(PH =
6.8)作为厌氧发酵生产短链脂肪酸的底物(以下实施例同)；
[0036]向反应瓶中投加烷基多苷与还原铁粉，用量分别是0.2g/gTSS，0.05g/gTSS，驱氧充氮5min后，密闭反应器进行厌氧发酵。通过烷基多苷、还原铁粉与污泥中微生物作用，将污泥中含有的有机物转化为短链脂肪酸。其中控制温度为35±1°C，发酵体统pH在6.0?
7.0范围内变化，污泥在反应器中的停留时间为5d，生产短链脂肪酸的含量2920.87mg/L。
[0037]实施例6:
[0038]将剩余污泥加入消化瓶中，经自然沉降24h后排掉上清液体，得到剩余污泥(pH =
6.8)作为厌氧发酵生产短链脂肪酸的底物(以下实施例同)；
[0039]向反应瓶中投加烷基多苷与还原铁粉，用量分别是0.2g/gTSS，1.0g/gTSS，驱氧充氮5min后，密闭反应器进行厌氧发酵。通过烷基多苷、还原铁粉与污泥中微生物作用，将污泥中含有的有机物转化为短链脂肪酸。其中控制温度为35±1°C，发酵体统pH在6.0?
7.0范围内变化，污泥在反应器中的停留时间为3d，生产短链脂肪酸的含量2587.24mg/L。
[0040]对比例1:
[0041]将剩余污泥加入消化瓶中，经自然沉降24h后排掉上清液体，得到剩余污泥(pH =
6.8)作为厌氧发酵生产短链脂肪酸的底物(以下实施例同)；
[0042]在反应瓶中不投加烷基多苷与还原铁粉，驱氧充氮5min后，密闭反应器进行厌氧发酵。通过污泥中微生物作用，将污泥中含有的有机物转化为短链脂肪酸。其中控制温度为35± I°C，发酵体统pH在6.0?7.0范围内变化，污泥在反应器中的停留时间为5d，生产短链脂肪酸的含量1489.44mg/L。
[0043]对比例2:
[0044]将剩余污泥加入消化瓶中，经自然沉降24h后排掉上清液体，得到剩余污泥(pH =6.8)作为厌氧发酵生产短链脂肪酸的底物(以下实施例同)；
[0045]在反应瓶中投加烷基多苷，用量是0.2g/gTSS，驱氧充氮5min后，密闭反应器进行厌氧发酵。通过烷基多苷与污泥中微生物作用，将污泥中含有的有机物转化为短链脂肪酸。其中控制温度为35± 1°C，发酵体统pH在6.0?7.0范围内变化，污泥在反应器中的停留时间为4d，生产短链脂肪酸的含量2367.33mg/L。
[0046]对比例3:
[0047]将剩余污泥加入消化瓶中，经自然沉降24h后排掉上清液体，得到剩余污泥(pH =
6.8)作为厌氧发酵生产短链脂肪酸的底物(以下实施例同)；
[0048]向反应瓶中投加还原铁粉,用量是lg/gTSS,驱氧充氮5min后,密闭反应器进行厌氧发酵。通过污泥中微生物作用，将污泥中含有的有机物转化为短链脂肪酸。其中控制温度为35± 1°C，发酵体统pH在6.0?7.0范围内变化，污泥在反应器中的停留时间为4d，生产短链脂肪酸的含量1314.28mg/L。
【权利要求】
1.一种生物表面活性剂与还原铁联合促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，其特征在于，采用了烷基多苷与还原铁促进剩余污泥厌氧发酵产酸，具体包括以下步骤: (1)将剩余污泥加入消化瓶中，投加烷基多苷与铁； (2)将消化瓶驱氧充氮1min后，密封消化瓶，恒温振荡培养进行厌氧发酵，完成生物表面活性剂烷基多苷与还原铁促进剩余污泥厌氧发酵产酸的过程。
2.根据权利要求1所述的生物表面活性剂与还原铁联合促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，其特征在于，步骤(I)中，烷基多苷的投加量为0.005?0.lg/gTSS。
3.根据权利要求1所述的生物表面活性剂与还原铁联合促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，其特征在于，步骤(I)中，铁的投加量为0.005?lg/gTSS。
4.根据权利要求1所述的生物表面活性剂与还原铁联合促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，其特征在于，步骤(I)中，铁的种类包括铁刨花、还原铁粉等。
5.根据权利要求1所述的生物表面活性剂与还原铁联合促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，其特征在于，步骤(2)中，充氮驱氧lOmin。
6.根据权利要求1所述的生物表面活性剂与还原铁联合促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，其特征在于，步骤(2)中，反应体系内的混合转速为100?150rpm/min。
7.根据权利要求1所述的生物表面活性剂与还原铁联合促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，其特征在于，步骤(2)中，发酵温度为30?37°C，发酵时间为I?15d。
8.根据权利要求1所述的生物表面活性剂与还原铁联合促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，其特征在于，步骤(2)中，厌氧发酵过程中，厌氧发酵系统的pH范围为6.0?8.0。
【文档编号】C12P7/40GK104232697SQ201410459184
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月10日 优先权日:2014年9月10日
【发明者】孙秀云, 李娜, 王连军, 沈锦优, 李健生, 刘晓东, 韩卫清, 黄诚, 刘聪聪 申请人:南京理工大学