短链脂肪酸及利用污泥厌氧发酵生成短链脂肪酸的方法技术

本发明专利技术提供了一种短链脂肪酸及利用污泥厌氧发酵生成短链脂肪酸的方法。该方法包括：在反应器内，污泥进行厌氧发酵后期投加甲烷抑制剂并搅拌混合，且在反应器周围施加磁场以生成短链脂肪酸。其中，磁场由放置在反应器两侧的永磁体产生，磁场的强度为0.01‐0.05T，污泥进行厌氧发酵的温度为10‐30℃，污泥进行厌氧发酵的时间为4‐8天。本发明专利技术中磁场不仅能够促进污泥中微生物与产酸相关的生物酶活性，改善细胞膜的渗透性，而且同时影响细胞内生物大分子的结构及参与生物反应中的自由基来促进有机物的分解转化，进而促进生成短链脂肪酸的速率和产量，有效地缩短生成短链脂肪酸的时间，从而减少了污泥处理系统的容积以及降低运行成本。

Short chain fatty acids and methods of producing short chain fatty acids by anaerobic fermentation of sludge

The invention provides a short-chain fatty acid and a method for producing short-chain fatty acid by anaerobic fermentation of sludge. The method includes: adding methane inhibitor and stirring mixing in anaerobic fermentation of sludge in the reactor, and applying magnetic field around the reactor to produce short chain fatty acids. The magnetic field is produced by the permanent magnets placed on both sides of the reactor. The intensity of the magnetic field is 0.01-0.05T. The temperature of anaerobic fermentation of sludge is 10-30 C. The time of anaerobic fermentation of sludge is 4-8 days. The magnetic field in the invention can not only promote the enzymatic activities of microorganisms related to acid production in sludge, improve the permeability of cell membrane, but also influence the structure of intracellular biomacromolecules and the free radicals involved in biological reactions to promote the decomposition and transformation of organic matter, thereby promoting the rate and yield of short-chain fatty acids. It can effectively shorten the time of producing short-chain fatty acids, thereby reducing the volume of sludge treatment system and operating costs.

【技术实现步骤摘要】
短链脂肪酸及利用污泥厌氧发酵生成短链脂肪酸的方法
本专利技术属于环境保护以及资源化
，具体涉及一种短链脂肪酸及利用污泥厌氧发酵生成短链脂肪酸的方法。
技术介绍
随着社会经济的快速发展，人口数量的急剧增加，城市生活污水的产生量亦与日俱增。目前，以活性污泥法为代表的生物处理法已成为城市污水处理中最为广泛采用的方法。活性污泥法，即利用污泥系统中存在的微生物完成污水中有机物的降解，此过程中同时伴随产生大量富含有机物的剩余污泥。随着城市污泥产量的进一步增大，污泥处理处置问题日益突出。目前，我国约有80％的污泥采用填埋和焚烧等处理处置方式。虽然上述处理处置方式具有不需要额外的设备、处理流程较简单并且处理成本低等特点，但是污泥填埋处理所占比例很大，如果处理不到位将会对地下水和土壤产生严重的污染。虽然污泥焚烧可以最大程度上实现污泥减量，但是焚烧过程中产生的大量有毒有害物质(如二氧化硫和二噁英等)易造成空气污染，并且其处理成本较高，技术复杂，因此在经济和技术上难度较大。同时，上述处理处置方式造成资源的巨大浪费。污泥虽然是污水厂产生的废弃物和环境污染物，但同时其也是一种富含有机物的宝贵资源。污泥厌氧发酵作为一种经济高效、环境友好的污泥处理处置方式，然而在传统操作条件下，污泥厌氧发酵产酸的速率较低，因此，探索高效的污泥厌氧发酵产酸技术对于污泥厌氧发酵的广泛应用起到举足轻重的作用。众所周知，污泥厌氧发酵主要分为四个阶段，即溶解、水解酸化、酸化和甲烷化阶段。而短链脂肪酸的产生量与前三阶段的控制密切相关，其中，水解酸化阶段速率较慢，被认为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厌氧发酵系统的污泥停留时间，提高短链脂肪酸的产量。目前，已经得到广泛认可的用于提高污泥水解速率的方法主要有：高温热处理、冻融处理、机械处理、超声波处理和化学处理(包括pH值的调节和表面活性剂的投加)，其基本原理都是使污泥中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被微生物利用，然而针对提高产酸阶段速率的方法鲜有报道。污泥中的微生物通常或多或少地带有生物电或含有磁性物质，从而影响生物体自身系统的新陈代谢。发酵产酸微生物作为厌氧发酵系统中主要的功能性微生物亦将受此影响，从而最终导致短链脂肪酸产量的变化。迄今为止，有关利用磁场促进污泥厌氧发酵生成短链脂肪酸方面的报道仍为空白。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中的不足，首要目的是提供一种利用污泥厌氧发酵生成短链脂肪酸的方法。本专利技术的第二个目的是提供一种利用上述方法制备的短链脂肪酸。为达到上述目的，本专利技术的解决方案是：一种利用污泥厌氧发酵生成短链脂肪酸的方法，其包括如下步骤：污泥在反应器内进行厌氧发酵后期投加甲烷抑制剂并搅拌混合，且在反应器周围施加磁场以生成短链脂肪酸。其中，磁场的强度为0.01‐0.05T。更优选地，磁场的强度为0.01‐0.02T。优选地，磁场由放置在反应器两侧的永磁体产生。优选地，污泥的含水率为99.2±0.2％，pH值为6.82±0.1；污泥中总悬浮物(TotalSuspendedSolid，TSS)为15.86±0.01g/L，可挥发性悬浮物(VolatileSuspendedSolids，VSS)为10.57±0.03g/L。优选地，污泥进行厌氧发酵的温度为10‐30℃。更优选地，污泥进行厌氧发酵的温度为20‐25℃。优选地，污泥进行厌氧发酵的时间为4‐8天。更优选地，污泥进行厌氧发酵的时间为4‐6天。优选地，污泥进行厌氧发酵后期的pH值为6.8‐7.5。优选地，甲烷抑制剂为二溴乙烷磺酸钠，投加量为20‐50mmol/L。更优选地，甲烷抑制剂的投加量为40‐50mmol/L。优选地，短链脂肪酸选自乙酸、丙酸、正丁酸、异丁酸、正戊酸和异戊酸中的任意一种或几种。一种短链脂肪酸，其由上述的方法制备得到。由于采用上述方案，本专利技术的有益效果是：第一、本专利技术在磁场作用下利用污泥厌氧发酵生成短链脂肪酸的过程中，磁场不仅能够促进污泥中微生物与产酸相关的生物酶活性，改善微生物细胞膜的渗透性，而且同时影响微生物细胞内生物大分子的结构以及参与生物反应中的自由基来促进污泥中有机物的分解转化，进而促进污泥厌氧发酵生成短链脂肪酸的速率和产量，有效地缩短污泥厌氧发酵生成短链脂肪酸的时间，从而减少了污泥处理系统的容积以及降低运行成本。第二、本专利技术在磁场作用下利用污泥厌氧发酵生成短链脂肪酸，不仅实现了污泥的减量化、无害化以及资源化，降低了污泥中有机污染物对环境的污染破坏作用，而且转化生成的短链脂肪酸具有较高的利用价值，符合循环经济的理念。第三、本专利技术利用污泥厌氧发酵生成的短链脂肪酸能够有效地弥补城市污水厂生物脱氮除磷工艺中有机碳源不足的缺陷，满足脱氮除磷微生物对有机碳源的需求，提高该工艺脱氮除磷的效果，降低污水处理厂出水中氮、磷等营养元素的浓度，防止环境水体富营养化现象的发生。具体实施方式本专利技术提供了一种短链脂肪酸及利用污泥厌氧发酵生成短链脂肪酸的方法。<利用污泥厌氧发酵生成短链脂肪酸的方法>一种利用污泥厌氧发酵生成短链脂肪酸的方法包括如下步骤：污泥在反应器内进行厌氧发酵后期投加甲烷抑制剂并搅拌混合，且在反应器周围施加磁场以生成短链脂肪酸。搅拌混合采取机械搅拌的方式，搅拌的速率为150±10rpm/min。具体而言，本专利技术以污水处理厂的污泥(包括初沉污泥和剩余污泥)为原料，通过对厌氧发酵的反应器施加磁场，从而促进污泥中的有机物(主要为蛋白质和多糖等)转化为可供利用的短链脂肪酸。实际上，在利用污泥厌氧发酵生成短链脂肪酸的过程中，厌氧发酵产酸的条件需要得到很好的控制，防止进入产甲烷阶段，消耗产酸阶段的产物，从而不利于短链脂肪酸的累积。本专利技术中主要控制的厌氧发酵条件包括：磁场的强度、污泥进行厌氧发酵的温度以及污泥在反应器中的停留时间。[磁场]磁场的强度可以为0.01‐0.05T，优选为0.01‐0.02T，更优选为0.02T。实际上，磁场的强度在0.01‐0.05T内都能够有效促进污泥中的有机物转化为短链脂肪酸，短链脂肪酸的产量随着磁场强度的增加呈现先增加后减少的趋势，且其产量在磁场的强度为0.02T时最大。因此，综合考虑污泥与短链脂肪酸的累积产量的关系，本专利技术的磁场的强度优选为0.01‐0.02T，更优选为0.02T。其中，磁场由放置在反应器两侧的永磁体产生，从而控制反应器中心的磁场强度。永磁体是指开路状态下能长期保留较高剩磁的磁体，其具有磁性，能吸引铁、钴、镍等物质。本专利技术采用磁场来促进利用污泥厌氧发酵生成短链脂肪酸的原理如下：首先，磁场能够促进与污泥中进行厌氧发酵相关的生物酶活性。一些参与完成厌氧发酵生成短链脂肪酸的生物酶中含有一个或少数几个过渡金属原(离)子，如铁、钴、锰等，这些过渡金属原(离)子具有顺磁性，其活性部位又常常是生物酶的活性中心。通过外加磁场可以影响上述过渡金属原(离)子从而导致生物酶活性的改变，即促进生物酶活性，从而使得短链脂肪酸的产量得以增加。其次，磁场能够影响污泥中微生物的生物膜的渗透性。其中，生物膜是由蛋白质和类脂双分子层等组成的双层结构物质，对稳定微生物细胞的内环境起着非常重要的作用。生物膜是一种选择通透性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用污泥厌氧发酵生成短链脂肪酸的方法，其特征在于：其包括如下步骤：在磁场作用下，在污泥进行厌氧发酵后期投加甲烷抑制剂以生成短链脂肪酸。

【技术特征摘要】
1.一种利用污泥厌氧发酵生成短链脂肪酸的方法，其特征在于：其包括如下步骤：在磁场作用下，在污泥进行厌氧发酵后期投加甲烷抑制剂以生成短链脂肪酸。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述磁场的强度为0.01‐0.05T；优选地，所述磁场的强度为0.01‐0.02T。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述磁场由永磁体产生。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述污泥的含水率为99.2±0.2％，pH值为6.82±0.1；所述污泥中总悬浮物为15.86±0.01g/L，可挥发性悬浮物为10.57±0.03g/L。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述污泥进行厌氧发酵的温度为10‐30℃；优选地，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯雷雨，段旭，解竞，黄燕宁，李旭曜，周琪，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31