申請日2014.11.10

　　公開(公告)日2015.03.11

　　IPC分類號C12P7/40

　　摘要

　　本發(fā)明公開了一種促進剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的方法。屬于固體廢物處理及資源化技術領域。該方法為了解決污泥厭氧消化過程中水解速率低、短鏈脂肪酸積累不足的問題。先通過亞硝酸鹽預處理，提高污泥中有機物的溶出，再通過調(diào)節(jié)pH值至堿性進一步促進污泥厭氧發(fā)酵過程中有機物的水解及短鏈脂肪酸的積累，同時抑制產(chǎn)甲烷微生物的活性，從而提高短鏈脂肪酸的產(chǎn)量。本發(fā)明能夠有效地縮短污泥厭氧發(fā)酵的停留時間，提高產(chǎn)酸效率，并且達到污泥減量化以及資源化的目的。

　　權利要求書

　　1.一種促進剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的方法，其特征在于，先通過亞硝酸鹽預處理， 提高污泥中有機物的溶出，再通過調(diào)節(jié)pH值至堿性，進行堿性消化進一步促進污泥厭 氧發(fā)酵過程中有機物的水解及短鏈脂肪酸的積累，同時抑制產(chǎn)甲烷微生物的活性，從而 提高短鏈脂肪酸的產(chǎn)量。

　　2.根據(jù)權利要求1所述的促進剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸方法，其特征在于：所述的 污泥包括污水處理廠的初沉污泥和剩余污泥。

　　3.根據(jù)權利要求1所述的促進剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸方法，其特征在于：亞硝酸 鹽的用量為NO2-濃度與污泥樣品的干重比值范圍為(0.005-1.0)：1。

　　4.根據(jù)權利要求3所述的促進剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸方法，其特征在于：亞硝酸 鹽的用量為NO2-濃度與污泥樣品的干重比值范圍為(0.02-0.2):1。

　　5.根據(jù)權利要求1所述的促進剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸方法，其特征在于：亞硝酸 鹽預處理過程中污泥pH為3.0-7.0。

　　6.根據(jù)權利要求1所述的促進剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸方法，其特征在于：亞硝酸 鹽預處理時間調(diào)節(jié)為2小時-2天。

　　7.根據(jù)權利要求1所述的促進剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸方法，其特征在于：堿性消 化過程之前先充氮去氧;污泥厭氧發(fā)酵過程中，pH值調(diào)節(jié)為8-12，

　　8.根據(jù)權利要求7所述的促進剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸方法，其特征在于：pH值調(diào) 節(jié)為9-11。

　　9.根據(jù)權利要求1所述的促進剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸方法，其特征在于：污泥厭氧 發(fā)酵產(chǎn)酸的運行時間為2-10d。

　　10.根據(jù)權利要求1所述的促進剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸方法，其特征在于：污泥厭 氧發(fā)酵溫度為20-40℃。

　　說明書

　　一種促進剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的方法

　　技術領域

　　本發(fā)明屬于環(huán)境保護以及固體廢棄物資源化技術領域，具體涉及一種利用亞硝酸鹽 預處理耦合堿性消化促進污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)短鏈脂肪酸的方法。

　　背景技術

　　隨著活性污泥法廣泛用于城市及工業(yè)廢水處理工藝中，產(chǎn)生的剩余污泥的處理處置 問題受到了越來越多學者的重視，而如何實驗剩余污泥的減量化和資源化成為研究的熱 點。污泥主要由微生物群體及依附的大量有機物組成，其含量約占60%，生物易降解的 有機組分在40%以上，它們是微生物豐富的營養(yǎng)源。有效利用其潛在碳源成為研究剩余 污泥污染控制以及資源開發(fā)的關鍵。

　　近年來，厭氧發(fā)酵技術由于其操作簡單、運行成本低及副產(chǎn)品附加價值高等優(yōu)點， 成為剩余污泥處理的一個新熱點。其中，厭氧酸化過程中產(chǎn)生的短鏈脂肪酸，不僅可直 接用于污水處理廠脫氮除磷的外加碳源，而且有著廣泛的應用和許多潛在的工業(yè)用途。 污泥厭氧發(fā)酵過程主要分為三個階段：水解酸化階段、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段以及產(chǎn)甲烷階段， 而水解階段一直被認為是厭氧發(fā)酵過程中的限速階段。

　　文獻1(Kun Luo et al.Bioresource Technology,2011,102,7103-7110)報道了十二烷 基硫酸鈉(SDS)與水解酶聯(lián)用促進污泥水解和酸化階段。其缺點是十二烷基硫酸鈉作 為一種化學表面活性劑，無法生物降解，長期存在對環(huán)境有一定的毒害作用，而且兩種 試劑的使用大大地增加了運行成本。

　　文獻2(U.Neis et al.Journal of EnvironmentalScience and Health,Part A,2008,43, 1541-1545)采用超聲對剩余污泥進行預處理，研究發(fā)現(xiàn)厭氧發(fā)酵后產(chǎn)氣量提高了30%。 然而，超聲預處理方法能耗較大，對設備要求較高，有一定的局限性。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的在于提供一種促進剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的方法。旨在提高污泥厭氧 發(fā)酵水解速率，從而促進發(fā)酵產(chǎn)酸的方法，將亞硝酸鹽預處理與堿性消化耦合提高厭氧 發(fā)酵生產(chǎn)有機酸的產(chǎn)量。

　　實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為：

　　本發(fā)明采用亞硝酸鹽預處理耦合堿性消化，旨在提高剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸量。具 體包括以下具體步驟：

　　(1)以城市污水處理廠二沉池污泥為原料，加入反應器中，投加亞硝酸鹽(以亞硝酸鈉為例)， 保持一定的預處理時間，使亞硝酸鹽水解的游離亞硝酸(FNA)充分對污泥微生物進行破 壁作用，細胞內(nèi)有機物得到大量溶出。

　　(2)調(diào)節(jié)反應器pH值至堿性后，充氮去氧10min，密封反應器，充分混勻污泥體系，在恒 溫振蕩箱中進行厭氧發(fā)酵。

　　步驟(1)中所述的亞硝酸鹽的用量為NO2-濃度與污泥樣品的干重比值范圍為(0.005-1.0)： 1，進一步優(yōu)選為(0.02-0.2):1。

　　步驟(1)中所用的剩余污泥，建議使污泥pH值在3.0-7.0的條件下與亞硝酸鹽接觸， 已達到更佳預處理效果。

　　步驟(1)中預處理時間調(diào)節(jié)為2小時-2天。

　　步驟(2)中反應器pH值調(diào)節(jié)為8-12。

　　步驟(2)中發(fā)酵溫度為20-40℃。發(fā)酵時間為2-10天。

　　本發(fā)明應用亞硝酸鹽預處理耦合堿性消化技術促進剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的基本 原理為：

　　亞硝酸鹽與污泥接觸后，產(chǎn)生的游離亞硝酸以及反應衍生物(例如N2O3和NO2)， 能有效地破壞污泥中的細胞結構，使細胞內(nèi)的有機物得到釋放;同時，由于微生物的裂 解，污泥絮體中胞外聚合物(EPS)得到釋放，進一步加快有機質(zhì)的溶出，這可顯著地為 提高了可溶性糖和蛋白的濃度，為產(chǎn)酸階段提供更多的底物。另外，亞硝酸鹽的投加提 高了污泥體系的氧化還原電位(ORP)，抑制了產(chǎn)甲烷微生物的活性，減少短鏈脂肪酸 的消耗;將亞硝酸鹽預處理后的污泥調(diào)節(jié)pH值至堿性，能進一步促進污泥水解，為產(chǎn) 酸菌提供適宜的生長條件以及抑制產(chǎn)甲烷菌群的活性。最終達到污泥厭氧發(fā)酵中短鏈脂 肪酸的積累。

　　本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點是：

　　(1)應用亞硝酸鹽預處理技術，對污泥中微生物有很強的殺滅作用。即使在很低的濃度下， 也能促使胞外聚合物裂解，釋放細胞內(nèi)及細胞外的有機物，從而增強污泥的生物降解性， 有效地強化污泥水解，顯著促進水解階段蛋白質(zhì)和可溶性糖等的溶出，提高了污泥厭氧 發(fā)酵產(chǎn)酸的速率，有效地實現(xiàn)了污泥減量化、資源化的目的。

　　(2)應用堿性消化技術，將污泥調(diào)節(jié)至堿性條件，不僅進一步強化水解階段有機質(zhì)的溶出， 同時抑制產(chǎn)甲烷過程，短鏈脂肪酸得到積累。

　　(3)將亞硝酸鹽預處理與堿性消化耦合，能大大提高污泥有機質(zhì)的溶出，加快污泥水解速率， 從而縮短污泥發(fā)酵時間，節(jié)省運行成本。

　　(4)理論上亞硝酸鹽溶液可用高氨氮廢水替代，從而實現(xiàn)污泥厭氧發(fā)酵與反硝化同時進行; 這對降低污泥處理費用有一定的實際價值，對后續(xù)工程化應用提供指導方向。