一种预处理强化剩余污泥厌氧发酵产酸的方法与流程

本发明涉及有机固体废弃物资源化利用领域，尤其涉及一种游离亚硝酸和鼠李糖联合预处理强化剩余污泥厌氧发酵产酸的方法。

背景技术：

国内外的污水处理厂多采用活性污泥技术，然而此技术会不可避免的产生大量剩余污泥，对其稳定化和减量化的费用已高达整个污水处理厂运行费用的60％。对剩余污泥的不恰当的处理处置方式会造成严重的环境问题，比如污染水，土壤，空气等，还会因此威胁到人类健康。通过厌氧发酵处理剩余污泥，既能减少污泥对环境造成的二次污染，又能实现资源的回收，产生的挥发性脂肪酸可以作为优良的外加碳源加进污水处理厂的进水，以提高脱氮除磷效能。

厌氧发酵包括溶解、水解、酸化和甲烷化四个步骤，为提高挥发性脂肪酸的产量需要提高溶解、水解和酸化的效率，同时抑制甲烷化的发生。为达成此目的大量预处理方法已经被尝试，其中包括超声、微波、臭氧和酸碱等。虽然这些预处理方法取得了一定的效果，但是它们或需要较高的能量投入或需要大量的投入化学药剂，还会对环境产生不利影响，因此均难以大规模利用。游离亚硝酸可以通过厌氧消化液的亚硝化反应产生，是一种可再生和低成本的化学物质，其可以有效地促进污泥的溶解和水解。然而用游离亚硝酸预处理的污泥进行厌氧发酵仍会存在少量的甲烷化反应。鼠李糖是一种高效、环保并且廉价的生物表面活性剂，其在厌氧发酵中能有效地抑制产甲烷菌的活性，但是在促进有机物溶解和水解方面差强人意。因此，将游离亚硝酸预处理的污泥和鼠李糖联合进行厌氧发酵可能会有效地提高挥发性脂肪酸的产量。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种游离亚硝酸和鼠李糖联合预处理强化剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，提高污泥处理效率，节省资源，节省产酸成本，提高能源利用率。

为实现上述目的，本发明提供了一种预处理强化剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，其特征在于，其通过游离亚硝酸和鼠李糖联合预处理，所述方法步骤如下：

步骤一、用自来水将污泥清洗三次，然后静置后去除上清液，留污泥备用；

步骤二、利用游离亚硝酸预处理所述污泥；通过厌氧消化液的亚硝化反应产生，是一种可再生和低成本的化学物质，其可以有效地促进污泥的溶解和水解；

步骤三、向游离亚硝酸预处理后的所述污泥中加入鼠李糖进行厌氧发酵产挥发性脂肪酸；在步骤二的基础上联合鼠李糖抑制产甲烷菌的活性。

优选的，为了分离充分，在所述步骤一中，需要在4℃环境下静置24小时后取上层清液。

优选的，步骤二中的预处理时间为1-2天；

优选的，在预处理过程中保持污泥中的游离亚硝酸浓度为0.13～0.81mg/mL，最优良的浓度为0.67mg/mL。

优选的，可以通过加入亚硝酸钠获得游离亚硝酸浓度。

优选的，所述步骤三中加入的鼠李糖浓度为0.04g/g-TSS。

优选的，所述步骤三中的厌氧发酵时间为10天。

优选的，采用对反应容器去氧充氮并在恒温振荡器中实现厌氧发酵。

优选的，在步骤三中，厌氧发酵后获得富集乙酸和丙酸的发酵液，可将其作为外加碳源加入到污水中以提高脱氮除磷效果，从而提高了原料利用率，降低了成本。

本发明的上述技术方案的有益效果在于：

上述方案，利用游离亚硝酸和鼠李糖联合处理污泥时将最佳发酵产酸时间大大缩短，这大大节省了产酸能耗和成本，得到挥发性脂肪酸主要是丙酸和乙酸，此富集乙酸和丙酸的发酵液可作为外加碳源加入到污水中以提高脱氮除磷效果，对降低剩余污泥资源化利用的费用及提高回报率有一定的参考价值。

附图说明

图1是游离亚硝酸和鼠李糖及发酵时间对挥发性脂肪酸产量的影响示意图；

图2是发酵3天时游离亚硝酸和鼠李糖对挥发性脂肪酸组分的影响。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供了一种预处理强化剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，其特征在于，其通过游离亚硝酸和鼠李糖联合预处理，所述方法步骤如下：

步骤一、用自来水将污泥清洗三次，然后静置后去除上清液，留污泥备用；

步骤二、利用游离亚硝酸预处理所述污泥；通过厌氧消化液的亚硝化反应产生，是一种可再生和低成本的化学物质，其可以有效地促进污泥的溶解和水解；

步骤三、向游离亚硝酸预处理后的所述污泥中加入鼠李糖进行厌氧发酵产挥发性脂肪酸；在步骤二的基础上联合鼠李糖抑制产甲烷菌的活性；

游离亚硝酸及鼠李糖均为廉价且易于取得的处理试剂，两种处理试剂联合使用，通过反应机理上的互补实现对污泥的高效、低成本处理。

具体的，为了保证步骤二中的预处理效果能够达标，本发明给出具体预处理时间及游离亚硝酸浓度，即步骤二中的预处理时间为1-2天，在预处理过程中保持污泥中的游离亚硝酸浓度为0.13～0.81mg/mL，最优良的浓度为0.67mg/mL，而为了方便获得原料，降低预处理成本，可以通过加入亚硝酸钠获得游离亚硝酸浓度。

具体的，为了保证步骤三中的预处理能够达到要求效果，本发明给出了具体的鼠李糖浓度要求，即所述步骤三中加入的鼠李糖浓度为0.04g/g-TSS，为了保证发酵充分，还给出了具体的发酵优选时间，即所述步骤三种的厌氧发酵时间为10天，而且可以采用对反应容器去氧充氮并在恒温振荡器中实现厌氧发酵，实现方式便捷、可操作性强。

更具体的，在步骤三中，厌氧发酵后获得富集乙酸和丙酸的发酵液，可将其作为外加碳源加入到污水中以提高脱氮除磷效果，从而提高了原料利用率，降低了成本。

本发明还结合各种参数和条件变化进行了对比试验，预处理后的结果如图1-2所示，从图1可以明显地看出，游离亚硝酸预处理和鼠李糖的添加提高了挥发性脂肪酸的产量。单独的游离亚硝酸预处理和单独的鼠李糖添加分别得到162.10和210.52mg COD/g VSS的挥发性脂肪酸产量，分别是不做任何处理的污泥的挥发性脂肪酸产量的2.49和3.23倍。游离亚硝酸和鼠李糖联合处理时，随着游离亚硝酸预处理浓度从0.13mg/L增长到0.67mg/L，挥发性脂肪酸的产量由225.55提高到352.62mg COD/g VSS，此时的产量分别为单独游离亚硝酸、单独鼠李糖及未做任何处理时的2.13、1.64和5.542倍。而游离亚硝酸浓度从0.67mg/L增长到0.81mg/L时，挥发性脂肪酸的浓度并没有明显提高。因此选择0.67mg/L游离亚硝酸预处理并添加鼠李糖的方式来提高污泥产挥发性脂肪酸的产量。此外，在发酵过程中发现0.67mg/L游离亚硝酸联合鼠李糖处理剩余污泥时将获得最大挥发性脂肪酸产量的时间缩短到3天，大大低于对照组和其他研究报道，更短的发酵时间和更高的产酸效率会有效降低挥发性脂肪酸的生产成本。

从图2可知，与不做任何处理时相比，鼠李糖会促进丙酸的产生，而游离亚硝酸对挥发性脂肪酸的组成几乎没有明显影响。对于单独的鼠李糖以及联合的游离亚硝酸和鼠李糖处理，丙酸是最主要的挥发性脂肪酸组分(大于40％)，紧接着是乙酸、异丁酸和异戊酸。虽然单独的鼠李糖提高了丙酸的比例，但是总的挥发性脂肪酸产量不够高。游离亚硝酸和鼠李糖联合处理时不仅提高了丙酸和乙酸的比例(共计71.86％)，还提高了总的挥发性脂肪酸产量(352.26mgCOD/g VSS)，将其作为外加碳源用于污水处理厂中可以有效提高脱氮除磷效能。

本技术方案的预处理强化剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，利用游离亚硝酸和鼠李糖联合处理污泥时将最佳发酵产酸时间大大缩短，这大大节省了产酸能耗和成本，得到挥发性脂肪酸主要是丙酸和乙酸，此富集乙酸和丙酸的发酵液可作为外加碳源加入到污水中以提高脱氮除磷效果，对降低剩余污泥资源化利用的费用及提高回报率有一定的参考价值。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。