超声联合吹脱脱氨强化垃圾渗滤液碱性发酵产酸的方法

1.本发明涉及一种采用超声联合吹脱强化垃圾渗滤液碱性发酵产酸的方法。


背景技术：

2.城市生活垃圾的产量随我国城市化进程的加快而剧增。2021年我国垃圾无害化处理量达32874.5万吨，同比上升9.06%。目前，我国垃圾处理工艺以填埋法为主（占我国垃圾处理量的43.53%）。然而，填埋过程会不可避免产生垃圾渗滤液，产量巨大，有机和无机成分复杂，不合理的处理处置将带来严峻的环境污染。2021年我国垃圾渗滤液产生量约为11363万吨，较上年增加997.6万吨，同比增长9.62%。近年来，国家明确提出固废处置要提高利用效率、推进绿色发展、创新发展、实现资源高效利用，对降低碳排放，实现碳达峰碳中和具有重要意义。因此，亟待寻求垃圾渗滤液的资源化、无害化处理处置方法。
3.近年来，随着我国城市化发展的不断拓深，我国污水处理行业已经步入快速发展期。污水处理厂（包括农村）数量也表现为持续增长趋势，截止2021年底达1116座，成为全世界污水处理能力最强的国家之一。然而，我国生活污水普遍存在低碳氮比的特点，为满足日益严苛的排放标准，通常需要投加甲醇、乙酸钠等商用碳源，进一步增加了污水处理成本。因此，开发制备环保经济的外加小分子碳源成为当务之急。
4.垃圾渗滤液作为高浓度有机废水，含大量有机和无机污染物，如腐殖质，氨氮，重金属，无机盐和难降解污染物等。其化学需氧量（cod）浓度为140~152000 mg/l，氨氮浓度为50~2200 mg/l。厌氧发酵技术可有效实现大分子有机物向小分子挥发酸的转化，进而可回补污水厂外加碳源，实现资源回收和以废治废的双重目标。然而，由于高浓度难降解有机物和氨氮存在，往往抑制有机酸的高效转化。因此，如何实现垃圾渗滤液有机物的最大化转化和脱氨，成为亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明要解决垃圾渗滤液可生化性低、高浓度有机物和氨氮存在抑制厌氧发酵产酸的问题，提出一种解决方式，运用超声联合吹脱强化垃圾渗滤液碱性发酵产酸的方法来降低垃圾渗滤液中氨氮，增加可生化性，进而实现碳源的最大化回收。
6.一种超声联合吹脱脱氨强化垃圾渗滤液碱性发酵产酸的方法，其中包含以下步骤：一、垃圾渗滤液取自生活垃圾处理厂，使用前需重力沉降弃去杂质，取上清液；二、采用超声联合吹脱进行脱氨 使用氢氧化钙调节ph，通过控制ph为10~11、气液比调节为2500:1～2600:1、温度调节至25
±
1℃，吹脱时间1~2 h，设定超声功率为40～45khz，曝气速率为1.25～1.3m
3 /h，对步骤一得到的垃圾渗滤液进行氨氮去除；三、将取自污水处理厂浓缩池的剩余污泥经100目筛子过滤杂质后，在4℃条件下自然沉降，沉降时间为24~30 h，弃去上清液，获得污泥样本；四、按一定比例在步骤二中的垃圾渗滤液中接种步骤三得到的新鲜污泥样本，调
节ph，通氮除氧后，置于恒温振荡器中，控制机械搅拌转速、温度和时间，进行厌氧发酵产酸。
7.在步骤二中，吹脱的原理如下式：nh
4+
+oh-nh3+h2o由于在碱性环境下，该式向右进行速度大于向左进行速度，因此更利于氨氮去除；超声可产生空化气泡，气泡破裂瞬间形成羟基自由基，可与渗滤液中氨氮和其他有机物发生氧化还原反应，更进一步促进氨氮的去除。
8.在步骤三中，无氧环境下，废水中有机物作为受氢体，利用厌氧或兼性厌氧微生物将其分解转化为 ch4、co2等物质。在产氢产乙酸菌及同型产乙酸菌的作用下，渗滤液中的有机碳被转化成氢气、二氧化碳和乙酸。在本实验中，碱性发酵条件下污泥中的有机物主要是碱溶性有机物,高于8.5的ph值可以抑制污泥中耗氢微生物的生长，从而加速发酵体系产氢产乙酸菌的增长，而高于10.5的ph值会抑制污泥中产氢产乙酸微生物的活性，因此，初始ph为10时产酸最多。
9.相比于目前技术，本方法提出的垃圾渗滤液的处理方法具有以下有益效果：本发明采用超声联合吹脱的方法进行垃圾渗滤液的预处理，不仅可在1h实现有效脱氨，氨氮去除率高达75%，而且可在保证低碳源损耗情况下，实现有机物预处理，提高渗滤液可生化性，进而为后续厌氧发酵提供底物。同时，吹脱后提供的碱性条件进一步强化了厌氧发酵产酸过程，发酵第5天挥发酸浓度达1151mg/l，乙酸浓度达 396mg/l。
附图说明
10.图1为实施例和对比实验一超声联合吹脱氨氮和化学需氧量（cod）去除率对比图。
11.图2为实施例和对比实验二不同ph条件下发酵挥发酸浓度对比图。
具体实施方式
12.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。
13.具体实施方式一：本实施方式采用超声联合吹脱强化垃圾渗滤液碱性发酵产酸的方法具体是按照以下步骤进行的：一、垃圾渗滤液取自生活垃圾处理厂，使用前需重力沉降24 h弃去杂质，取上清液；二、采用超声联合吹脱进行脱氨。使用氢氧化钙调节ph为10~11，通过控制气液比为2500、温度为25
±
1 ℃，吹脱时间为1~2 h，超声功率为40khz，曝气速率为1.25m
3 /h，进行氨氮去除；三、将取自污水处理厂浓缩池的剩余污泥经100目筛子过滤杂质后，在4 ℃条件下自然沉降，沉降时间为24~30 h，弃去上清液，获得污泥样本；四、按一定比例在步骤二中的垃圾渗滤液中接种新鲜污泥，接种体积比为10%，调节ph至7~12，通氮除氧后，置于恒温振荡器中，控制机械搅拌转速为120~130 rpm、温度为33~37℃，时间为10天，进行厌氧发酵产酸。
14.具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中吹脱时间为1
小时。其它与具体实施方式一相同。
15.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：步骤三中的沉降时间为24 h，其它与具体实施方式一相同。
16.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：步骤四中ph为10。其它与具体实施方式一相同。
17.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：步骤四中温度为35~37 ℃。其它与具体实施方式一相同。
18.各实施方式步骤二中的用到的吹脱装置为超声机中水浴放置吹脱瓶，瓶中装有渗滤液，将空气泵连接的导管伸入该装有渗滤液的吹脱瓶底，吹脱时空气由瓶底向上传送。
19.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：本实施例采用超声联合吹脱强化垃圾渗滤液碱性发酵产酸的方法具体是按照以下步骤进行的：一、垃圾渗滤液取自生活垃圾处理厂，使用前需重力沉降24 h弃去杂质，取上清液；二、采用超声联合吹脱进行脱氨。使用氢氧化钙调节ph为11，通过控制气液比为2500、温度为25
±
1 ℃，吹脱时间为1 h，超声功率为40khz，曝气速率为1.25m
3 /h，进行氨氮去除；三、将取自污水处理厂浓缩池的剩余污泥经100目筛子过滤杂质后，在4 ℃条件下自然沉降，沉降时间为24~30 h，弃去上清液，获得污泥样本；四、按一定比例在步骤二中的垃圾渗滤液中接种新鲜污泥，接种体积比为10%，调节ph至10，通氮除氧后，置于恒温振荡器中，控制机械搅拌转速为120~130 rpm、温度为35~37 ℃，时间为10天，进行厌氧发酵产酸。
20.对比实验一：经吹脱强化垃圾渗滤液脱氨的方法，具体是按以下步骤进行的：一、垃圾渗滤液取自生活垃圾处理厂，使用前需重力沉降弃去杂质，取上清液；二、采用吹脱进行氨氮的脱除。使用氢氧化钙调节ph至11、气液比为2500、温度25℃、吹脱时间1小时、曝气速率为1.25 m
3 /h，进行氨氮去除；三、将取自污水处理厂浓缩池的剩余污泥经100目筛子过滤杂质后，在4 ℃条件下自然沉降，沉降时间为24~30 h，弃去上清液，获得污泥样本；四、按一定比例在步骤二中的垃圾渗滤液中接种新鲜污泥，接种体积比为10%，调节ph至10，通氮除氧后，置于恒温振荡器中，控制机械搅拌转速为120~130 rpm、温度为35~37℃，时间为10天，进行厌氧发酵产酸。
21.对比实验二：垃圾渗滤液碱性发酵强化垃圾渗滤液产酸的方法，具体是按以下步骤进行的：一、垃圾渗滤液取自生活垃圾处理厂，使用前需重力沉降24 h弃去杂质，取上清液；二、采用超声联合吹脱进行脱氨。使用氢氧化钙调节ph为11，通过控制气液比为2500、温度为25
±
1 ℃，吹脱时间为1 h，超声功率为40khz，曝气速率为1.25m
3 /h，进行氨氮去除；
三、将取自污水处理厂浓缩池的剩余污泥经100目筛子过滤杂质后，在4 ℃条件下自然沉降，沉降时间为24 h，弃去上清液，获得污泥样本；四、按一定比例在步骤二中的垃圾渗滤液中接种新鲜污泥，接种体积比为10%，分别调节ph至7、8和12，通氮除氧后，置于恒温振荡器中，控制机械搅拌转速为120~130 rpm、温度为35~37℃，时间为10天，进行厌氧发酵产酸。
22.以下结合附图进行说明。
23.图1为具体实施例和对比实验一在吹脱体系中氨氮、cod浓度与时间的关系图。如图所示，吹脱结合超声方法在一小时内氨氮去除75%、cod去除18%，相比直接吹脱（一小时内氨氮去除65%、cod去除15%）有一定幅度提高，表明通过超声形成空化气泡使溶液中氨氮更大速率分解，以及生成自由基，表现为氨氮和cod浓度的降低。
24.图2为具体实施例和对比实验二在发酵体系中挥发酸产量与时间的关系图。从图中可以看出，调节ph值为10的发酵组挥发酸产量，远高于其他ph条件的发酵组，最大产酸浓度高达1151mg/l，进而实现了碳源的最大化回收。