酿造废弃物调质强化剩余污泥厌氧消化效能的方法
【专利摘要】利用典型的酿造废弃物醋糟、酒糟和酱糟调质强化剩余污泥厌氧消化效能的方法，本发明涉及外加碳源调质强化剩余污泥厌氧消化效能的方法。本发明要解决目前存在的剩余污泥单独厌氧消化效能低及酿造废弃物的资源化利用问题。方法：一、制备污泥样本；二、制备酿造废弃物样本；三、投加酿造废弃物样本；四、完成酿造废弃物调质强化剩余污泥厌氧消化效能的方法。本发明方法中采用的酿造废弃物产量大，含有丰富的可利用碳源，以此作为外加碳源对剩余污泥进行调质，通过提高剩余污泥系统的碳氮比，明显的提高了剩余污泥消化过程中挥发酸的浓度、甲烷产量；在提高剩余污泥资源化处理效率的同时，也为酿造业废弃物的处置利用提供一条资源化思路。
【专利说明】
酿造废弃物调质强化剩余污泥厌氧消化效能的方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及酿造废弃物调质强化剩余污泥厌氧消化效能的方法。
【背景技术】
[0002]近年来伴随我国经济建设的发展，市政污水处理设施的日渐完善，快速高效处理污水的同时产生了大量剩余污泥。目前剩余污泥俨然成为污水处理过程中十分棘手的问题。厌氧消化技术相对于其它处理技术，可以实现污泥的稳定化、减量化，目前多数该研究均以生物能源为最终目标产物，消化周期比较长，且产物附加值低，因而很多研究不仅注重最终的生物能源，也开始关注厌氧消化过程的中间产物。短链挥发性脂肪酸(SCFAs)作为一种高附加值的生物化学品，不仅是剩余污泥厌氧消化的重要中间代谢产物，亦可以作为有机碳源回用到污水处理过程中，强化脱硫、脱氮除磷效率。另一方面，剩余污泥在污水厂内部实现资源化利用可以节约运输等方面的成本。此外，这些脂肪酸经提取后还可作为原料用于合成很多重要化学物质如醋酸乙烯、聚羟基脂肪酸酯等，也可以用作生产生物能源如产电、产氢等。采用一些生物技术策略调控剩余污泥厌氧消化过程从而提高挥发酸浓度、甲烷产量，是实现污泥资源开发的一条具有广阔应用前景的途径。
[0003]由于微生物菌体是剩余污泥的主要组成物质，蛋白质含量较高。碳源的缺乏严重限制了剩余污泥中蛋白质的转化速率，进而导致其酸化效能低下。酿造业糟渣类资源产量大，成本低，然而当前只对一部分糟渣进行利用回收，大批量的并没有得到充分合理的利用。三种比较典型的酿造废弃物:醋糟、酒糟、酱糟是酿造业的主要废料，可以当做碳源物质对剩余污泥进行调质。
[0004]醋糟是利用粮食原料生产食醋的下脚料，其中含有大量未被降解利用的淀粉、蛋白质、粗纤维和非蛋白氮等组分，可以用于直接燃烧、厌氧消化制备沼气和氢气等生物质能气体、热裂解等方面。此外，醋糟也被作为饲料原料、食用菌栽培料或者植物无土栽培基质。山西老陈醋是我国四大名醋之一，因此山西酿醋行业产生大量的醋糟，每年生产排放的醋糟达300万t左右。
[0005]酒精工业和酿酒工业在生产中最重要的难题是酒糟废液和废渣的处理问题。据统计，我国年产各种酒糟高达2700多万吨，酒精废糟液排放量高达6500多万吨。因此，合适的酒糟及酒糟水处理手段对酒精产业的健康发展具有重要意义。当前酒糟多用来生产高附加值的生化产品，而酒糟中含有丰富的消化副产物(如甘油、有机酸、氨基酸、高分子糖等)，这为利用酒糟来生产生化产品奠定了良好的物质基础。
[0006]酱糟是指酿造酱油的原料经消化、抽油或淋油后产生的残渣。酱糟来源广泛，成本低廉，从酱糟中可以同时提取分离磷脂、油脂、膳食纤维和黄酮类等多种成分。目前一些低盐固态酱糟经常也以较低的价格销售给周边农民用作肥料或饲料，大部分没有得到合理的利用。
[0007]为了减少环境污染，实现资源的综合利用，有必要对酿造废弃物的潜能进行再开发，做到资源的有效使用、循环利用，实现资源最大化。采用酿造废弃物作为外加碳源对剩余污泥进行调质，通过提高剩余污泥系统的碳氮比，不仅可以促进剩余污泥中蛋白质的转化，进一步提高剩余污泥的酸化效能及甲烷产量，而且也为酿造废弃物的资源化利用提供一条资源化思路。而到目前为止，文献中鲜有关于酿造废弃物强化剩余污泥厌氧消化效能的研究报道。
[0008]因此，目前存在剩余污泥单独厌氧消化效能低及酿造废弃物高效资源化利用问题。
【发明内容】
[0009]本发明要解决目前存在剩余污泥单独厌氧消化效能低及酿造废弃物资源化利用问题，而提供的酿造废弃物调质强化剩余污泥厌氧消化效能的方法。
[0010]酿造废弃物调质强化剩余污泥厌氧消化效能的方法具体是按照以下步骤进行的:
一、在温度为4°C的条件下将剩余污泥进行自然沉降，沉降时间为24 h -30 h，然后排掉上清液，得到污泥样本；
二、将酿造废弃物在温度为70°C条件下烘干至恒重，再粉碎成粒径为2 _?10 mm的粉末，投加浓度为2%(w/w)的NaOH溶液，具体投加量为:固液比1:10(g dry weight to mL)，在85 °C水浴条件下处理粉末I h后，得到酿造废弃物样本；
三、将步骤二制得的酿造废弃物样本投加到步骤一制得的污泥样本中，混合均匀后放入反应瓶中，其中酿造废弃物样本投加量为0.5 g/gVSS;
四、将反应瓶驱氧充氮10min后，密封反应瓶，放入空气浴摇床中以100 rpm/min?110rpm/min转速，进行厌氧消化，消化温度为35 °C~38 °C、消化时间为I d?10 d，完成酿造废弃物调质强化剩余污泥厌氧消化效能的方法。
[0011]本发明的有益效果是:本发明方法中采用酿造废弃物作为外加碳源对剩余污泥进行调质，通过提高剩余污泥系统的碳氮比，明显的提高了剩余污泥消化过程中挥发酸的浓度以及甲烷累积产量。在剩余污泥中投加热碱预处理过的酿造废弃物醋糟、酒糟和酱糟，与单独剩余污泥厌氧消化实验组相比，挥发酸浓度分别提高了 186.8%，190.4%，299.7%;甲烷累积产量分别提高了 44.8%，61.9%，53.4%。这种调质方式在提高剩余污泥资源化处理效率的同时，也为酿醋、酿酒、制酱业废弃物的资源化利用提供一条资源化思路。
[0012]本发明用于酿造废弃物调质强化剩余污泥厌氧消化效能。
【附图说明】
[0013]图1为实施例一、实施例二和实施例三和对比实验一的挥发酸浓度与消化时间的关系图；
图2为实施例一、实施例二和实施例三和对比实验一的甲烷累积产量与消化时间的关系图。
【具体实施方式】
[0014]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。
[0015]【具体实施方式】一:本实施方式酿造废弃物调质强化剩余污泥厌氧消化效能的方法具体是按照以下步骤进行的:
一、在温度为4°C的条件下将剩余污泥进行自然沉降，沉降时间为24 h -30 h，然后排掉上清液，得到污泥样本；
二、将酿造废弃物在温度为70°C条件下烘干至恒重，再粉碎成粒径为2_?10 mm的粉末，投加浓度为2%(w/w)的NaOH溶液，具体投加量为:固液比1:10(g dry weight to mL)，在85 °C水浴条件下处理粉末I h后，得到酿造废弃物样本；
三、将步骤二制得的酿造废弃物样本投加到步骤一制得的污泥样本中，混合均匀后放入反应瓶中，其中酿造废弃物样本投加量为0.5 g/gVSS;
四、将反应瓶驱氧充氮10min后，密封反应瓶，放入空气浴摇床中以100 rpm/min?110rpm/min转速，进行厌氧消化，消化温度为35 °C~38 °C、消化时间为I d?10 d，完成酿造废弃物调质强化剩余污泥厌氧消化效能的方法。
[0016]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤一中沉降时间为25 h -29 h。其它与【具体实施方式】一相同。
[0017]【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:步骤四中空气浴摇床的转速为102 rpm/min?108 rpm/min。其它与【具体实施方式】一相同。
[0018]【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:步骤四中消化温度为36°C~37°C、消化时间为3 d -10 d。其它与【具体实施方式】一相同。
[0019]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:
本实施例醋糟调质强化剩余污泥厌氧消化效能的方法具体是按照以下步骤进行的:
一、在温度为4°C的条件下将剩余污泥进行自然沉降，沉降时间为24 h -30 h，然后排掉上清液，得到污泥样本，其中污泥样本TSS为18.1 g/L，VSS*12.1 g/L;
二、将醋糟在温度为70°C条件下烘干至恒重，再粉碎成粒径为2 _?10 mm的粉末，投加浓度为2%(w/w)的NaOH溶液，具体投加量为:固液比l:10(g dry weight to mL)，在85 °C水浴条件下处理粉末I h后，得到醋糟样本；
三、用500mL血清瓶作为反应瓶，将步骤二制得的醋糟样本投加到步骤一制得的污泥样本中，混合均匀后量取300 mL污泥样本放入反应瓶中，其中醋糟样本投加量为0.5 g/gVSS；
四、将反应瓶驱氧充氮10min后，密封反应瓶，放入空气浴摇床中以100 rpm/min?110rpm/min转速，进行厌氧消化，消化温度为35 °C-38 °C、消化时间为I d -10 d，完成醋糟调质强化剩余污泥厌氧消化效能的方法。
[0020]其中剩余污泥取自晋中市正阳污水厂二沉池。
[0021]实施例二:
本实施例酒糟调质强化剩余污泥厌氧消化效能的方法具体是按照以下步骤进行的:
一、在温度为4°C的条件下将剩余污泥进行自然沉降，沉降时间为24 h -30 h，然后排掉上清液，得到污泥样本，其中污泥样本TSS为18.1 g/L，VSS*12.1 g/L;
二、将酒糟在温度为70°C条件下烘干至恒重，再粉碎成粒径为2 _?10 mm的粉末，投加浓度为2%(w/w)的NaOH溶液，具体投加量为:固液比l:10(g dry weight to mL)，在85 °C水浴条件下处理粉末I h后，得到酒糟样本； 三、用500mL血清瓶作为反应瓶，将步骤二制得的酒糟样本投加到步骤一制得的污泥样本中，混合均匀后量取300 mL污泥样本放入反应瓶中，其中酒糟样本投加量为0.5 g/gVSS；
四、将反应瓶驱氧充氮10min后，密封反应瓶，放入空气浴摇床中以100 rpm/min?110rpm/min转速，进行厌氧消化，消化温度为35 °C-38 °C、消化时间为I d -10 d，完成酒糟调质强化剩余污泥厌氧消化效能的方法。
[0022]其中剩余污泥取自晋中市正阳污水厂二沉池。
[0023]实施例三:
本实施例酱糟调质强化剩余污泥厌氧消化效能的方法具体是按照以下步骤进行的:
一、在温度为4°C的条件下将剩余污泥进行自然沉降，沉降时间为24 h，然后排掉上清液，得到污泥样本，其中污泥样本TSS为18.1 g/L，VSS*12.1 g/L；
二、将酱糟在温度为70°C条件下烘干至恒重，再粉碎成粒径为2 _?10 mm的粉末，投加浓度为2%(w/w)的NaOH溶液，具体投加量为:固液比l:10(g dry weight to mL)，在85 °C水浴条件下处理粉末I h后，得到酱糟样本；
三、用500mL血清瓶作为反应瓶，将步骤二制得的酱糟样本投加到步骤一制得的污泥样本中，混合均匀后量取300 mL污泥样本放入反应瓶中，其中酱糟样本投加量为0.5 g/gVSS；
四、将反应瓶驱氧充氮10min后，密封反应瓶，放入空气浴摇床中以100 rpm/min?110rpm/min转速，进行厌氧消化，消化温度为35 °C-38 °C、消化时间为I d?10 d，完成酱糟调质强化剩余污泥厌氧消化效能的方法。
[0024]其中剩余污泥取自晋中市正阳污水厂二沉池。
[0025]对比实验一:
本对比实验剩余污泥单独厌氧消化的方法具体是按照以下步骤进行的:
一、在温度为4°C的条件下将剩余污泥进行自然沉降，沉降时间为24 h，然后排掉上清液，得到污泥样本，其中污泥样本TSS为18.1 g/L，VSS为12.1 g/L；
二、用500mL血清瓶作为反应瓶，量取300 mL污泥样本放入反应瓶中；
三、将反应瓶驱氧充氮10min后，密封反应瓶，放入空气浴摇床中以100 rpm/min转速，进行厌氧消化，消化温度为35 °C-38 °C、消化时间为I d?10 d，完成剩余污泥单独厌氧消化的方法。
[0026]其中剩余污泥取自晋中市正阳污水厂二沉池。
[0027]图1为实施例一、实施例二和实施例三和对比实验一的挥发酸浓度与消化时间的关系图。从图中可以看出，与剩余污泥单独厌氧消化产生的挥发酸浓度相比，投加三种酿造废弃物醋糟、酒糟、酱糟的实验组，挥发酸浓度均有明显的提高，说明酿造废弃物的投加对剩余污泥酸化效能有明显的促进作用。消化时间为96 h时，投加醋糟、酒糟和酱糟的实验组的挥发酸浓度分别为3105，3144，4327 mg⑶D/L，比剩余污泥单独厌氧消化产生的挥发酸浓度分别提高了 186.8%，190.4%，299.7%。
[0028]图2为实施例一、实施例二和实施例三和对比实验一的甲烷累积产量与消化时间的关系图。从图中可以看出，厌氧消化期间，甲烷累积产量开始时缓慢增加，96 h后加速增长。添加醋糟、酒糟、酱糟实验组的甲烷累积产量96 h后的增长速率大于空白实验组，说明酿造废弃物的投加对剩余污泥产甲烷效能有明显的促进作用。到240 h时，投加三种酿造废弃物醋糟、酒糟、酱糟的实验组甲烷累积产量分别为35.32，39.5，37.4 mL /g VSS，比剩余污泥单独厌氧消化的甲烷累积产量分别提高了 186.8% ,190.4%, 299.7%。
[0029]综上所述，在剩余污泥中分别投加典型酿造废弃物醋糟、酒糟和酱糟，挥发酸浓度在96 h时基本达到最大值，与剩余污泥单独厌氧消化实验组相比，96 h时挥发酸浓度分别提高了186.8%,190.4%,299.7%； 120 h甲烷累积产量分别提高了44.8%，61.9%，53.4%。结果表明，利用酿造废弃物作为剩余污泥厌氧消化的调质基质具有可行性，可以得到可观的效益，这不仅解决了剩余污泥单独厌氧消化存在的缺陷，而且为酿造废弃物的资源化利用提供了一种新的利用方式。
【主权项】
1.酿造废弃物调质强化剩余污泥厌氧消化效能的方法，其特征在于酿造废弃物调质强化剩余污泥厌氧消化效能的方法具体是按照以下步骤进行的: 一、在温度为4°C的条件下将剩余污泥进行自然沉降，沉降时间为24 h -30 h，然后排掉上清液，得到污泥样本； 二、将酿造废弃物在温度为70°C条件下烘干至恒重，再粉碎成粒径为2 mm?10 mm的粉末，投加浓度为2%(w/w)的NaOH溶液，具体投加量为:固液比1:10，在85 °(:水浴条件下处理粉末I h后，得到酿造废弃物样本； 三、将步骤二制得的酿造废弃物样本投加到步骤一制得的污泥样本中，混合均匀后放入反应瓶中，其中酿造废弃物样本投加量为0.5 g/gVSS; 四、将反应瓶驱氧充氮10min后，密封反应瓶，放入空气浴摇床中以100 rpm/min?110rpm/min转速，进行厌氧消化，消化温度为35 °C~38 °C、消化时间为I d?10 d，完成酿造废弃物调质强化剩余污泥厌氧消化效能的方法。2.根据权利要求1所述酿造废弃物调质强化剩余污泥厌氧消化效能的方法，其特征在于步骤一中沉降时间为25 h -29 ho3.根据权利要求1所述酿造废弃物调质强化剩余污泥厌氧消化效能的方法，其特征在于步骤四中空气浴摇床的转速为102 rpm/min?108 rpm/min。4.根据权利要求1所述酿造废弃物调质强化剩余污泥厌氧消化效能的方法，其特征在于步骤四中消化温度为36°037°C、消化时间为3 d -10 d。
【文档编号】C12P5/02GK106047941SQ201610466999
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】周爱娟, 张家广, 岳秀萍, 温凯丽, 赵博玮
【申请人】太原理工大学