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一种强化剩余污泥厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸的联合预处理方法技术

技术编号:19357545 阅读:69 留言:0更新日期:2018-11-07 20:17
本发明专利技术属于固体废物处理技术领域,具体涉及一种强化剩余污泥厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸的联合预处理方法。联合预处理方法生产短链挥发性脂肪酸方法如下:以污水处理厂二沉池中的剩余污泥经过重力沉降后作为发酵底物,将适量体积的污泥进行超声处理,超声处理后向污泥中加入一定的氯化铵溶液,调节pH,控制温度,进行游离氨预处理。预处理结束后进行厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸,最大挥发性脂肪酸积累量为255.4mg COD/g VSS,最佳反应时间为总时间的第6天。本发明专利技术在对污泥资源化利用,减少环境污染的基础上提高了短链挥发性脂肪酸的含量且缩短了最佳反应时间,该发明专利技术具有产物产量高,反应时间短,操作方法简单,运行稳定和节能降耗等优势。

A combined pretreatment method for anaerobic fermentation of excess sludge to produce short chain volatile fatty acids

The invention belongs to the technical field of solid waste treatment, in particular to a combined pretreatment method for intensifying anaerobic fermentation of excess sludge to produce short-chain volatile fatty acids. The combined pretreatment method for the production of short-chain volatile fatty acids is as follows: the excess sludge in the secondary clarifier of sewage treatment plant is used as fermentation substrate after gravity sedimentation, and the sludge of appropriate volume is treated by ultrasound. After ultrasonic treatment, certain ammonium chloride solution is added to the sludge, pH is adjusted, temperature is controlled, and free ammonia is carried out. Preconditioning. Short-chain volatile fatty acids were produced by anaerobic fermentation after pretreatment. The maximum accumulation of volatile fatty acids was 255.4 mg COD/g VSS, and the optimum reaction time was the 6th day of the total time. The invention improves the content of short-chain volatile fatty acids and shortens the optimal reaction time on the basis of sludge resource utilization and reducing environmental pollution. The invention has the advantages of high yield, short reaction time, simple operation method, stable operation, energy saving and consumption reduction.

【技术实现步骤摘要】
一种强化剩余污泥厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸的联合预处理方法
本专利技术属于环境保护
,具体涉及一种超声和游离氨联合预处理剩余污泥生产短链挥发性脂肪酸的方法。
技术介绍
随着当今社会的发展和城市化进程的加快,城市生活污水的排放量日益增大,污水厂总处理水量和处理程度将不断扩大和提高,产生的污泥量也日益增加。目前在国内一般污水厂中,用于污泥处理处置的费用约占总基建和运行费用的20%~50%。污水污泥中除了含有大量的有机物和丰富的氮、磷等营养物质,还存在重金属、致病菌和寄生虫等有毒有害成分。为防止污泥造成的二次污染及保证污水处理厂的正常运行和处理效果,污水污泥的处理处置问题在城市污水处理中占有的位置已日益突出。污水处理厂在进行污水生物脱氮除磷的过程中普遍存在碳源不足的问题,严重影响了污水生物脱氮除磷。如果将污水厂产生的剩余污泥进行厌氧发酵可以原位生产短链挥发性脂肪酸,所产生的短链挥发性脂肪酸可以作为污水进水补充碳源,用较低的代价既解决了碳源不足的问题,也实现了污泥的资源化利用。由于污泥中的有机物大部分是微生物物质,被胞外聚合物以及细胞膜所包裹,其中溶出和水解阶段是将复杂非溶解性聚合物转化为简单溶解性单体和二聚体的过程,上述两阶段是整个厌氧发酵过程中的限速阶段。短链挥发性脂肪酸是酸化过程的产物,进而作为甲烷化过程的底物被消耗产生甲烷、二氧化碳等。若强化溶出、水解和酸化过程,抑制产甲烷过程,则可以提高短链挥发性脂肪酸的积累量。超声波是频率在20kHz以上的声波,它是一种机械振动,通常以纵波的方式在弹性介质内传播。当超声波辐射液体时,产生空化作用,可以促进污泥细胞分解,释放出有机质,降低污泥的粒径,增加污泥的比表面积,同时还能促进污泥的融胞作用。超声波破解技术具有无污染,能量密度高,分解速度快等优点,但是其降解有机物的能力有限,超过70%的有机物不能被降解。超声预处理对于产甲烷过程抑制不强,产甲烷菌会消耗大量短链挥发性脂肪酸,不利于短链挥发性脂肪酸的积累。发酵液中含有大量的氨氮,回流发酵液可以获得氨氮,在一定的温度和碱性条件下,能够得到一定的游离氨。游离氨是非离子形式的氨,可以在原位获得,对细胞的胞外聚合物及细胞壁均有极强的破坏作用,可以促进胞内物质的溶出,而且游离氨对产甲烷菌的活性有明显的抑制作用,一定程度上阻止了生成的短链挥发性脂肪酸的消耗量,可以最大化地提高剩余污泥生产短链挥发性脂肪酸的产量。因此利用超声波技术和游离氨联合预处理剩余污泥生产短链挥发性脂肪酸,即可以弥补超声预处理剩余污泥产酸效率低下的问题,又可以增加短链挥发性脂肪酸的产量,为污水处理厂提供充足的内碳源。并且该专利技术还具有运行成本低廉,反应时间短等优点。
技术实现思路
本专利技术利用超声和游离氨联合预处理剩余污泥生产短链挥发性脂肪酸,目的是提高短链挥发性脂肪酸产量,缩短达到最大短链挥发性脂肪酸积累量的反应时间,为污泥厌氧发酵提供一种产物产量高、制备方法简单、节能降耗、运行成本低的方法。本专利技术提供了一种利用超声和游离氨联合预处理强化污泥厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸的方法。其具体步骤如下:将城市生活污水处理厂产生的剩余污泥进行重力沉降浓缩,将浓缩后的污泥送入超声波反应器进行超声处理;将超声后的污泥与回流的消化液接触,控制初始氨氮浓度、pH和温度,使其中产生游离氨,进行游离氨预处理污泥;将预处理后的污泥送入厌氧反应器进行中温厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸。本专利技术中,所述超声波反应器的探头应浸没在污泥液面以下1~2cm处。本专利技术中,所述的超声波声能密度为0.5~2w/ml,超声波频率为20~28kHz,超声时间为5~20min。本专利技术中,所述的初始的氨氮浓度控制为130~552mgN/L,pH为9±0.2,温度为25±0.1℃。在此条件下,初始游离氨的浓度分别为50~200mgNH3-N/L。本专利技术中,所述的游离氨预处理24~72h,是在控制pH恒为9±0.2,温度恒为25±0.1℃的条件下,将超声后的发酵底物和游离氨进行连续机械搅拌24~72h,机械搅拌的转速为100~150rpm/min。本专利技术中,所述的污泥厌氧发酵的温度为25±0.1℃。本专利技术中,所述的预处理方法简单高效,节能环保。超声波破解技术具有无污染,能量密度高,分解速度快等优点;另外,该预处理方法循环利用发酵液,不需要增设专门的管道和反应器,经济环保。本专利技术的创新点在于:超声波辐射是一种物理形式的预处理方式,无污染,分解速度快,促进污泥的融胞作用,但其产酸效率低下。游离氨是非离子形式的氨,其对污泥中微生物的胞外聚合物及细胞壁均有较强的破坏作用,进而加速胞内物质的释放,并且游离氨对污泥厌氧发酵体系中产甲烷菌具有极强的抑制作用。因此超声和游离氨联合预处理可以强化短链挥发性脂肪酸的积累,且能够缩短发酵时间。联合作用比单独超声和单独游离氨预处理产生的短链挥发性脂肪的量都要多。此外,本专利技术所述的游离氨可以通过回流发酵液获得,实现了能源的循环利用。与现有技术相比,本专利技术的优点在于:本专利技术利用利用污水厂运行过程中产生的副产物污泥为发酵底物进行厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸,实现了污泥的资源化、减量化与稳定化。此外污泥发酵生产的短链挥发性脂肪酸可以应用到进水中提高进水中有机碳的含量。该专利技术是城市污水处理厂的一种循环经济模式。本专利技术采用超声和游离氨联合预处理污泥来制备短链挥发性脂肪酸,联合作用下制备的短链挥发性脂肪酸的最大含量明显高于两者各自制备,且联合作用下最佳发酵时间也明显短于两者单独发酵。游离氨可在污水厂中获取,不用额外投加,实现能源的循环利用。附图说明图1是本专利技术空白、超声、游离氨50mg/L以及超声和游离氨联合预处理条件下,挥发性短链脂肪酸产量的图。图2是本专利技术空白、超声、游离氨100mg/L以及超声和游离氨联合预处理条件下,挥发性短链脂肪酸产量的图。图3是本专利技术空白、超声、游离氨150mg/L以及超声和游离氨联合预处理条件下,挥发性短链脂肪酸产量的图。图4是本专利技术空白、超声、游离氨200mg/L以及超声和游离氨联合预处理条件下,挥发性短链脂肪酸产量的图。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术进行说明,应当被认为所举实例只是为了更好的阐述本专利技术,不包括本专利技术的所有内容,也不限制本专利技术的保护范围。实施例1先将污水处理厂二沉池剩余污泥经行浓缩,以此污泥作为发酵底物。处理步骤如下:步骤1:超声预处理,超声声能密度为2w/ml,超声时间为15min;步骤2:游离氨预处理,向污泥中加入一定量的4mol/L的氯化铵溶液,使剩余污泥中的初始氨氮浓度为113.7mg/L,用4mol/L的NaOH溶液和4mol/L的HCl溶液将剩余污泥的pH调为9,并维持48h,期间温度控制在25士0.1℃(该条件下初始游离氨浓度为50mgNH3-N/L),污泥机械搅拌的转速为120rpm/min。步骤3:在发酵第3天,将反应器中充氮气驱氧,温度控制在25士0.1℃进行厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸。经过上述处理后,当总时间在第6天时,超声和游离氨联合预处理生产的短链挥发性脂肪酸积累量达到最大255.4mgCOD/gVSS,单独游离氨预处理在总时间为第9天生产的短链挥发性脂肪酸积累量最大且为160.5mgCOD/gVSS,单独超本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种强化剩余污泥厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸的联合预处理方法,该方法包括以下步骤:(1)将城市生活污水处理厂产生的剩余污泥进行重力沉降浓缩;(2)将浓缩后的污泥送入超声波反应器进行超声处理;(3)将超声后的污泥与回流的消化液接触,控制初始氨氮浓度、pH和温度,使其中产生游离氨,进行游离氨预处理污泥;(4)将预处理后的污泥送入厌氧反应器进行中温厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸。

【技术特征摘要】
1.一种强化剩余污泥厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸的联合预处理方法,该方法包括以下步骤:(1)将城市生活污水处理厂产生的剩余污泥进行重力沉降浓缩;(2)将浓缩后的污泥送入超声波反应器进行超声处理;(3)将超声后的污泥与回流的消化液接触,控制初始氨氮浓度、pH和温度,使其中产生游离氨,进行游离氨预处理污泥;(4)将预处理后的污泥送入厌氧反应器进行中温厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸。2.根据权利要求1所述的强化剩余污泥厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸的联合预处理方法,其特征在于,所述步骤(1)为将城市污水厂二沉池污泥在4℃的环境下自然沉淀24h后,去除上清液后得到发酵底物。3.根据权利要求1所述的强化剩余污泥厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸的联合预处理方法,其特征在于,超声波探头应浸没在污泥液面以下1~2cm处。4.根据权利要求1所述的强化剩余污泥厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸的联合预处理方法,其特征在于,超声波声能密度为0.5~2w/ml,超声波频率为20~28kHz,超声时间...

【专利技术属性】
技术研发人员:黄永霞王冬波徐秋翔
申请(专利权)人:湖南大学
类型:发明
国别省市:湖南,43

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