本发明专利技术属于污泥处理及资源化利用技术领域，涉及一种促进污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法。该方法具体包括以下步骤：(1)将污泥放入容器静沉去除上清液，获得污泥样品；(2)向污泥样品中投加S2O82‑/Fe，然后充氮驱氧，密封反应器，控制发酵温度，利用机械搅拌将反应体系物质混合均匀进行厌氧发酵产酸。本发明专利技术既能够实现污泥的减量化，减少对环境的污染，又能够实现污泥的资源化，生产具有较高利用价值的挥发性脂肪酸。
A method of promoting volatile anaerobic fatty acid production by anaerobic fermentation of sludge
The invention belongs to the technical field of sludge treatment and resource utilization, and relates to a method for promoting the anaerobic fermentation of sludge to produce volatile fatty acids. The method includes the following steps as follows: (1) the sludge is put into the container to remove the supernatant and get the sludge sample. (2) adding S2O82 /Fe to the sludge sample, and then filling the oxygen with nitrogen, sealing the reactor, controlling the fermentation temperature, and mixing the reaction system material evenly with the anaerobic fermentation to produce acid by mechanical mixing. The invention can not only reduce the sludge reduction, reduce the pollution to the environment, but also realize the resource of the sludge, and produce the volatile fatty acid with high utilization value.
【技术实现步骤摘要】
一种促进污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法
本专利技术属于环境保护以及资源化
，涉及一种促进污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法。
技术介绍
我国污水处理厂进水中碳源不足一直是困扰污水脱氮除磷效率低下的一个重要原因。研究表明，在污水强化生物除磷系统(EBPR)中，每去除1mg磷需要消耗6-9mg的短链脂肪酸(WaterScienceandTechnology,1992,25(4-5):185-194)。而在我国污水处理厂普遍存在着污水进水C/N过低的现象，不能满足脱氮除磷的要求。因此，污水处理厂必须提供大量的易被微生物利用的外加有机碳源(如乙酸钠)来实现氮磷的有效去除，减少环境水体的富营养化。外加碳源的种类选择与来源直接影响着污水处理厂的运营成本。商业乙酸钠或葡萄糖等有机碳源虽可取得良好的效果，但大量使用将导致成本的大幅提高。因此，人们逐渐将目光转向更加经济有效地替代碳源。污泥作为城市污水处理过程中的副产物，不仅含有丰富的有机物、氮、磷等营养元素，同时包含大量的重金属、病原体等有毒有害物质，如若不妥善处理将对环境造成严重的二次污染。污泥的产量巨大，据国家统计局预计到2020年，我国的市政污泥产量将达到6000～9000万吨，产生的环境污染日益严重，因此对其进行适当的处理处置刻不容缓。厌氧消化是一种普遍存在于自然界的利用厌氧微生物降解代谢有机物的过程。它不仅能有效降解去除污泥中的有害污染物，还能将其中的有机底物转化为甲烷(CH4)、氢气(H2)，挥发性脂肪酸(Volatilefattyacids，VFAs)等可再次利用的能源物质。其中VFAs(包括乙酸、丙酸、正丁酸、异丁酸、正戊酸和异戊酸等)是一类广受关注的重要中间产物，应用范围广泛，不仅是合成油漆、涂料以及化妆品等不可缺少的原料，也是污水处理过程中微生物脱氮除磷必不可少的有机碳源。因此，利用厌氧发酵手段从污泥中获取VFAs，不仅可以促进污泥减量化和无害化，也能实现污泥的资源化，提高污水处理厂的脱氮除磷的效果，同时实现环境和经济效益。污泥厌氧消化主要可分为三个阶段，即水解酸化、产酸和产甲烷阶段。VFAs的生成主要是由前两个阶段控制产生，通常认为水解酸化阶段速率较慢，是污泥发酵产酸的限速阶段。因此，大部分的研究侧重于探寻提高污泥水解速率的方法来缩短发酵系统的污泥停留时间，提高VFAs的产量。目前，已经得到广泛认可的用于提高污泥水解速率的预处理方法主要有：高温热处理、冻融处理、机械处理、超声波处理、微波处理等，其基本原理都是使污泥中那些非溶解性颗粒态的有机物分解转化为小分子的溶解性物质而被微生物利用，但普遍存在操作条件复杂，处理成本较高等问题。高级氧化技术利用其具有强氧化活性的自由基可有效实现难降解有机物的氧化分解，应用广泛。过硫酸盐氧化是近年来发展起来的一种典型高级氧化技术，它能在催化剂Fe的活化作用下产生具有强氧化性的硫酸根自由基(+2.5—+3.1V)，快速有效的破坏污泥絮体结构，释放污泥胞内、胞外大分子有机物，强化污泥厌氧水解速率。此外，Fe还能提供微生物所需的微量元素，提高产酸微生物的活性，促进VFAs的生成。目前为止，有关利用S2O82-/Fe促进污泥发酵生产VFAs的研究还未有报道。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种利用S2O82-/Fe促进污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种促进污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸(VFAs)的方法，包括以下步骤：(1)将污泥放入容器中自然沉降，然后去除上清液，获得污泥样品；(2)向污泥样品中投加S2O82-和Fe，并且将反应器充氮驱氧，密封反应器，利用机械搅拌将反应体系物质混合均匀，控制发酵温度，进行厌氧发酵生产挥发性脂肪酸。具体地，步骤(1)中，所述污泥放入容器中自然静沉24h，更优选地于4℃条件下自然静沉24h，低温有利于更好的沉降。其中，所述的污泥为污水处理厂的污泥，为初沉污泥或剩余污泥中的一种或两种的混合物。优选地，所述初沉污泥和剩余污泥的混合比例为40:60～0:100，以干重计。优选地，所述的S2O82-与Fe的摩尔质量比值范围为0.1～5。虽然所述S2O82-与Fe的摩尔质量比在0.1～5的范围内都能促进污泥中的有机物转化为目标脂肪酸，并且在一定范围内，随着摩尔比的增加，对污泥厌氧发酵产酸的促进作用越明显，VFAs的累积浓度越高。但是综合考虑原料成本与VFAs的累积产量的关系，本专利技术采用的较理想的S2O82-与Fe的摩尔质量比比值范围为0.5～1.5。在优选地实施例中，所述的Fe的浓度范围为0.1～5mmolFe/gTSS，进一步优选为0.5～1.5mmolFe/gTSS。所述的S2O82-的浓度范围为0.1～5mmolS2O82-/gTSS。进一步优选为0.5～1.5mmolS2O82-/gTSS。在另一优选的实施例中，S2O82-与Fe的投加剂量为0.1～5mmol/gTSS。虽然所述S2O82-与Fe的用量在0.1～5mmol/gTSS的范围内都能促进污泥中的有机物转化为目标脂肪酸，并且在一定范围内，随着用量的增加，对污泥厌氧发酵产酸的促进作用越明显，短链脂肪酸的累积浓度越高。但是综合考虑原料成本与短链脂肪酸的累积产量的关系，较理想的S2O82-与Fe的用量范围为0.5～1.5mmol/gTSS所述的Fe为生锈废铁(rustyiron)、还原铁粉(zero-valentiron)、纳米零价铁(nanozero-valentiron)中的任意一种。在优选的实施例中，步骤(2)中，所述污泥样品在反应器中厌氧发酵温度为10-55℃。进一步优选为20-35℃。步骤(2)中，机械搅拌的转速为120～150rpm/min。本专利技术中利用S2O82-/Fe促进污泥厌氧发酵生产短链脂肪酸的基本原理是：硫酸根自由基氧化是近年来发展起来的一种新型高级氧化技术。在S2O82-/Fe体系中，S2O82-能够氧化Fe形成Fe2+，随后Fe2+又能够还原S2O82-，生成具有强氧化性的硫酸根自由基。Fe+S2O82-→Fe2++2SO42-Fe2++S2O82-→Fe3++·SO4-与臭氧氧化、氯氧化和过氧化氢氧化等高级氧化技术相比，硫酸根自由基氧化具有安全、无毒、室温下稳定以及易于储存等优点。硫酸根自由基具有很高的氧化还原电位(+2.5—+3.1V)，一方面其氧化作用下能有效地破坏污泥微生物的细胞壁，促使污泥中的有机组分释放到发酵液中，有利于水解酸化菌的进一步利用发酵产酸；另一方面S2O82-/Fe的投加能够显著降低反应系统中的pH值，抑制产甲烷菌(VFAs的主要消耗者)的活性，有利于VFAS在发酵系统中累积。另外，在污泥厌氧发酵生产VFAs的过程中，首先通过水解作用将污泥中主要有机物质水解转化为氨基酸和单糖等小分子物质，然后在产酸微生物的细胞内转化为以VFAs为主的末端产物，并分泌到细胞外，此代谢过程涉及大量的电子转移以及多种重要代谢酶的参与。铁作为一种电子供体能够促进微生物的代谢活动，有利于产酸菌进行VFAs的生产；同时其氧化产生的铁离子也是微生物生长的必要微量元素，能够有效的提高产酸阶段许多关键酶的活性，例如参加产酸过程中的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种促进污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将污泥放入容器中自然沉降，然后去除上清液，获得污泥样品；(2)向污泥样品中投加S2O82‑和Fe，并且将反应器充氮驱氧，密封反应器，利用机械搅拌将反应体系物质混合均匀，控制发酵温度，进行厌氧发酵生产挥发性脂肪酸。
【技术特征摘要】
1.一种促进污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将污泥放入容器中自然沉降，然后去除上清液，获得污泥样品；(2)向污泥样品中投加S2O82-和Fe，并且将反应器充氮驱氧，密封反应器，利用机械搅拌将反应体系物质混合均匀，控制发酵温度，进行厌氧发酵生产挥发性脂肪酸。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的污泥为污水处理厂的污泥，为初沉污泥或剩余污泥中的一种或两种的混合物。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述初沉污泥和剩余污泥的混合比例为40:60～0:100，以干重计。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗景阳，张钦，操家顺，冯骞，方芳，薛朝霞，李超，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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