申請(qǐng)日2013.12.10

　　公開(kāi)(公告)日2014.03.19

　　IPC分類號(hào)C12P7/54

　　摘要

　　一種促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)乙酸的方法，屬于污泥資源化領(lǐng)域。本方法的步驟：(1)以剩余污泥為原料，選取ZnSO4·7H2O、CoCl2·6H2O、CuCl2·2H2O、MnCl2·4H2O和FeSO4·7H2O五個(gè)因素為自變量，分別設(shè)計(jì)不同水平，以乙酸濃度為因變量，根據(jù)Box-Benhnken中心組合原則設(shè)計(jì)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)方案;(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案，在發(fā)酵初期添加水合金屬化合物進(jìn)行厭氧發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，產(chǎn)生以乙酸為主的目標(biāo)產(chǎn)品，利用響應(yīng)面分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析;(3)根據(jù)分析結(jié)果，建立剩余污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)乙酸的模型方程，確立乙酸達(dá)到最大濃度時(shí)水合金屬化合物最優(yōu)組合條件，在此條件下乙酸產(chǎn)量提高了61.8%。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)乙酸的方法，其包括以下步驟：

　　(1)以剩余污泥為原料，選取ZnSO4·7H2O、CoCl2·6H2O、CuCl2·2H2O、MnCl2·4H2O 和FeSO4·7H2O五個(gè)因素為自變量，分別設(shè)計(jì)不同的水平，以乙酸濃度為因變量，根據(jù) Box-Benhnken中心組合設(shè)計(jì)原則，得到響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);

　　(2)根據(jù)響應(yīng)面設(shè)計(jì)組合方案，添加水合金屬化合物，進(jìn)行剩余污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)乙 酸實(shí)驗(yàn)，測(cè)定并計(jì)算發(fā)酵液中乙酸的濃度，利用響應(yīng)面分析軟件，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析;

　　(3)根據(jù)響應(yīng)面分析結(jié)果，建立剩余污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)乙酸的模型方程，確立可達(dá)到 乙酸最大濃度的最優(yōu)水合金屬化合物組合條件。

　　2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(1)采用城鎮(zhèn)污水處理廠的脫水污泥， 風(fēng)干10天，加入自來(lái)水調(diào)節(jié)污泥的固體質(zhì)量濃度為15%，按照1g干污泥加入0.05g 的量添加NaOH，在90℃下處理4h，4000rpm離心10min，取上清液作為厭氧發(fā)酵產(chǎn) 乙酸的底物。

　　3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(2)水合金屬化合物在發(fā)酵初期添加， ZnSO4·7H2O添加量為0.0022%～0.044%，CoCl2·6H2O添加量為0.008%～0.032%， CuCl2·2H2O添加量為0.0013～0.016%，MnCl2·4H2O添加量為0.14%～0.54%和FeSO4·7H2O 的添加量為0.20%～0.74%，接入12gVSS/L的厭氧產(chǎn)酸種泥，發(fā)酵初始pH值為10.0， 溫度為35℃，發(fā)酵時(shí)間為10天。

　　4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(3)根據(jù)響應(yīng)面軟件分析結(jié)果，得到 乙酸濃度的回歸方程方差分析，進(jìn)而得到剩余污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)乙酸的預(yù)測(cè)模型，并得 到ZnSO4·7H2O、CoCl2·6H2O、CuCl2·2H2O、MnCl2·4H2O和FeSO4·7H2O五個(gè)因素兩兩 因素交互作用對(duì)乙酸濃度的影響，根據(jù)預(yù)測(cè)模型及因素交互作用的影響，最后得到發(fā)酵 初期添加的水合金屬化合物的最優(yōu)組合條件。

　　說(shuō)明書

　　一種促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)乙酸的方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　一種促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)乙酸的方法，屬于污泥資源化領(lǐng)域，涉及一種通過(guò)在厭 氧反應(yīng)器中添加產(chǎn)乙酸菌群必需的微量水合金屬化合物將剩余污泥中的有機(jī)物質(zhì)最大限度轉(zhuǎn) 化為以乙酸為主的目標(biāo)產(chǎn)品。

　　技術(shù)背景

　　目前，剩余污泥的產(chǎn)生量隨著城鎮(zhèn)污水處理能力的高速發(fā)展而增長(zhǎng)迅速。2010年，我國(guó) 剩余污泥的產(chǎn)生量已達(dá)到3000萬(wàn)t，其中大部分未得到合理安全的處理處置。剩余污泥富含 氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，有機(jī)質(zhì)含量可達(dá)60%左右，這使得剩余污泥的資源化開(kāi)發(fā)成為當(dāng)前 國(guó)內(nèi)外污泥處理處置技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。這其中，應(yīng)用厭氧混合菌群將剩余污泥中的有機(jī) 質(zhì)轉(zhuǎn)化為乙酸業(yè)已引起眾多研究者關(guān)注。乙酸是一種重要的工業(yè)原料，具有較為廣泛的用途， 如可進(jìn)一步化學(xué)合成醋酸乙烯、醋酸纖維素等。因此，剩余污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)乙酸不僅可實(shí) 現(xiàn)污泥減量化、資源化的目的，而且收獲了高附加值的乙酸產(chǎn)品，是一條具有較廣闊應(yīng)用前 景的途徑。

　　因此，本領(lǐng)域一直期望不斷提高剩余污泥發(fā)酵生產(chǎn)乙酸的產(chǎn)量。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的是提供一種促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)乙酸的方法。

　　本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在厭氧發(fā)酵生產(chǎn)乙酸過(guò)程中，Zn、Co、Cu、Mn和Fe等微量金屬元素可 促進(jìn)產(chǎn)乙酸微生物細(xì)胞的合成，并促使產(chǎn)乙酸代謝途徑關(guān)鍵酶的合成及激活酶在生化反應(yīng)中 的催化作用。因此，向厭氧生物反應(yīng)器中投加適量的金屬元素可以大幅度提高乙酸的產(chǎn)量， 增強(qiáng)反應(yīng)器的運(yùn)行效果和提升反應(yīng)器的運(yùn)行穩(wěn)定性。

　　本方法是通過(guò)向生物反應(yīng)器中投加能夠改善產(chǎn)乙酸菌群活性的微量金屬水合化合物，促 使剩余污泥中的有機(jī)物質(zhì)最大限度地以乙酸的形式回收，從而在消除剩余污泥對(duì)環(huán)境污染的 同時(shí)，實(shí)現(xiàn)高附加值生物化學(xué)品的生產(chǎn)，為剩余污泥的處理處置提供一條更有價(jià)值的減量化 與資源化之路。

　　本發(fā)明的技術(shù)方案：一種促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)乙酸的方法，其包括以下步驟：

　　(1)以剩余污泥為原料，選取ZnSO4·7H2O、CoCl2·6H2O、CuCl2·2H2O、MnCl2·4H2O 和FeSO4·7H2O五個(gè)因素為自變量，分別設(shè)計(jì)不同的水平，以乙酸濃度為因變量，根據(jù) Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)原則，得到響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);

　　(2)根據(jù)響應(yīng)面設(shè)計(jì)組合方案，添加水合金屬化合物，進(jìn)行剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)乙酸實(shí) 驗(yàn)，測(cè)定并計(jì)算發(fā)酵液中乙酸的濃度，利用響應(yīng)面分析軟件，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析;

　　(3)根據(jù)響應(yīng)面分析結(jié)果，建立剩余污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)乙酸的模型方程，確立可達(dá)到乙 酸最大濃度的最優(yōu)水合金屬化合物組合條件。

　　所述步驟(1)采用城鎮(zhèn)污水處理廠的脫水污泥，風(fēng)干10天，加入自來(lái)水調(diào)節(jié)污泥的固 體質(zhì)量濃度為15%，按照1g干污泥加入0.05g的量添加NaOH，在90℃下處理4h，4000rpm 離心10min，取上清液作為厭氧發(fā)酵產(chǎn)乙酸的底物。

　　所述步驟(2)水合金屬化合物在發(fā)酵初期添加，ZnSO4·7H2O添加量為0.0022%～0.044%， CoCl2·6H2O添加量為0.008%～0.032%，CuCl2·2H2O添加量為0.0013～0.016%，MnCl2·4H2O 添加量為0.14%～0.54%和FeSO4·7H2O的添加量為0.20%～0.74%，接入12gVSS/L的厭氧產(chǎn)酸 種泥，發(fā)酵初始pH值為10.0，溫度為35℃，發(fā)酵時(shí)間為10天。

　　所述步驟(3)根據(jù)響應(yīng)面軟件分析結(jié)果，得到乙酸濃度的回歸方程方差分析，進(jìn)而得到 剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)乙酸的預(yù)測(cè)模型，并得到ZnSO4·7H2O、CoCl2·6H2O、CuCl2·2H2O、 MnCl2·4H2O和FeSO4·7H2O五個(gè)因素兩兩交互作用對(duì)乙酸濃度的影響，根據(jù)預(yù)測(cè)模型及因素 交互作用的影響，最后得到發(fā)酵初期添加的水合金屬化合物的組合條件。

　　本發(fā)明的有益效果：以污水處理廠的副產(chǎn)物即剩余污泥作為原料，通過(guò)添加產(chǎn)乙酸菌所 必需的微量水合金屬化合物促進(jìn)微生物的新陳代謝及生長(zhǎng)，增強(qiáng)細(xì)胞活性與大分子有機(jī)物質(zhì) 逐級(jí)降解產(chǎn)乙酸代謝途徑中關(guān)鍵酶的反應(yīng)速率，從而提高剩余污泥中有機(jī)物質(zhì)生成乙酸的轉(zhuǎn) 化率。第一大優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)剩余污泥資源化的目標(biāo)，回收高附加值產(chǎn)品即乙酸;第二大優(yōu)點(diǎn) 是促使剩余污泥中的有機(jī)質(zhì)高效轉(zhuǎn)化為乙酸，大幅度增強(qiáng)乙酸的濃度，與未添加水合金屬化 合物的普通厭氧發(fā)酵產(chǎn)乙酸對(duì)照實(shí)驗(yàn)相比，乙酸的產(chǎn)量可提高61.8%以上;第三大優(yōu)點(diǎn)是可 實(shí)現(xiàn)剩余污泥減量化，達(dá)到緩解日益嚴(yán)峻的環(huán)境污染壓力的目的;第四大優(yōu)點(diǎn)是只需在發(fā)酵 初期添加微量的金屬水合化合物，具有操作簡(jiǎn)便、成本低廉、轉(zhuǎn)化率高和發(fā)酵周期短等特點(diǎn)。