一种基于超高温体系的剩余污泥厌氧产酸发酵的方法技术

本发明专利技术提出了一种基于超高温的剩余污泥厌氧产酸发酵的方法，通过构建超高温体系(70

【技术实现步骤摘要】
一种基于超高温体系的剩余污泥厌氧产酸发酵的方法


[0001]本专利技术属于环境工程，涉及水处理
，具体涉及一种在超高温条件下利用剩余活性污泥进行厌氧产酸发酵的方法。

技术介绍

[0002]环境污染、资源和能源危机是人类共同面临的全球性问题，市政污水中富含丰富的有机碳源，尽管浓度相对较低，但处理规模较大，最终这些宝贵的碳资源会以剩余污泥的形式进行有效富集，因此，剩余污泥是一种具有较高资源回收价值的有机废弃物。据统计，2019年我国污泥产生量已超过6000万吨，预计2025年我国污泥年产量将突破9000万吨，具有巨大的应用潜力。厌氧发酵与消化工艺是目前主要的污泥生物资源化途径，产物以挥发性脂肪酸(VFAs)和生物甲烷为主。然而，与甲烷相比，VFAs具有更高的能量密度，储运也更加方便安全，同时它也可以作为中长链脂肪酸、生物柴油等能源物质的重要前驱物，是一种较高品质的碳源，具有重要的应用价值。
[0003]然而目前，厌氧产酸发酵过程除了需要提升产酸量，仍然面临着的主要问题如下：(1)以污泥等复杂有机物作为底物进行厌氧发酵生产的VFAs组分较为复杂，单一性相对不高，大多为乙酸、丙酸、丁酸、戊酸等多种羧酸混合物，并且组分占比往往相差不大，这将非常不利于某一特定VFAs组分的定向回收和利用；(2)反应器启动方式复杂并且所需时间较长；(3)污泥负荷或污泥停留时间(SRT)有待进一步改善；(4)反应过程中会有甲烷、二氧化碳等温室气体产生，同时也会造成系统中碳源的消耗。与传统中高温厌氧产酸发酵(30
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60℃)相比，超高温体系(>60℃)可能会实现产酸微生物群落组成和功能的定向调控，从而强化VFAs进一步单一化。同时，这种超高温系统也会有效抑制产甲烷菌的活性，减少甲烷、二氧化碳等气体的产生。此外，根据阿伦尼乌斯公式，较高的温度体系会加快化学反应速率，可能会有利于实现污泥产酸负荷的有效提升。只有中国专利CN106242216A公开了基于65℃的超高温厌氧消化体系，其具体步骤为：超高温条件下的甲烷菌初次富集，二次富集，接种以及连续进料后完成启动。但是，该专利针对的目标底物为牛粪，并不是剩余活性污泥，另外，该专利的最终目标产物为甲烷，并不是挥发性脂肪酸。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对上述问题，提出了一种基于超高温的剩余污泥厌氧产酸发酵的方法，通过构建超高温体系(70
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80℃)，调控产酸微生物的群落组成和功能走向，从而使得城市剩余污泥可以在产酸的同时，向乙酸组分定向转化，与传统中高温体系相比，乙酸产量和占比均得到了较大的提升。此外，该方法也缩短了反应器的启动时间和污泥停留时间，同时减少了甲烷、二氧化碳气体的生成。
[0005]本申请提供了一种基于超高温体系的剩余污泥厌氧产酸发酵的方法，包括富集超嗜热产酸菌的步骤，和超高温厌氧发酵步骤。
[0006]进一步地，富集超嗜热产酸菌的步骤中富集培养温度为70
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80℃。
[0007]进一步地，超高温厌氧发酵步骤中反应温度为70
‑
80℃。
[0008]进一步地，富集超嗜热产酸菌的步骤包括2次以上的富集。
[0009]进一步地，发酵底物为城市污水处理厂的废弃剩余活性污泥。
[0010]进一步地，发酵接种物为厌氧消化污泥。
[0011]进一步地，富集超嗜热产酸菌所用的培养基包括以下成分：
[0012]组分名称浓度(g/L)葡萄糖6.0酪蛋白胰腺消化物12.5酵母提出物5.0氯化钠2.5巯基乙酸盐0.5L
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半胱氨酸0.5。
[0013]进一步地，所述方法提高了挥发性脂肪酸中的乙酸产量和占比。
[0014]进一步地，所述方法具体为：
[0015](1)发酵底物与接种物：从城市污水处理厂获取废弃剩余活性污泥作为发酵底物，获取厌氧消化污泥作为接种物；
[0016](2)配制厌氧微生物生长所需的营养培养基并灭菌保存；
[0017](3)超嗜热产酸菌首次富集：将步骤(1)所得的厌氧消化污泥和步骤(2)所得的营养培养基按体积培养基/厌氧消化污泥V:V＝1:1的比例投加到厌氧反应器中，投加量占反应器有效容积的80％以上，用氮气将反应器中的空气吹出并密封连接气袋，以保证系统严格厌氧状态，将反应器置于摇床之中，温度调节至70
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80℃，转速为120
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180rpm/min，此期间反应器不进出料，运行时间为3
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7天；
[0018](4)超嗜热产酸菌第二次富集：将步骤(3)所得的菌液和步骤(2)所得的培养基按体积培养基/菌液V:V＝10:1的比例投加到厌氧反应器中，并重复步骤(3)的运行方式，每半天记录一次OD
600nm
数值，直到该值趋于稳定，停止反应；
[0019](5)超嗜热产酸菌第三次富集：将步骤(4)所得的菌液和步骤(2)所得的培养基按体积培养基/菌液V:V＝50:1的比例投加到厌氧反应器中，并重复步骤(4)的运行方式，每半天记录一次OD
600nm
数值，直到该值趋于稳定，富集驯化工作结束；
[0020](6)超高温厌氧反应的启动：将步骤(5)所得的菌液和步骤(1)所得的剩余污泥按体积污泥/菌液V:V＝1:1的比例投加到厌氧反应器中，反应器的运行参数为：反应温度为70
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80℃，pH稳定控制在7.00
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8.00，反应器每天连续均匀进出料，以5天为一个周期作为污泥停留时间(SRT)；在第二个SRT结束时，开始每天测定产气量、VFAs、VSS、SCOD以及氨氮等常规指标，当VFAs产量和乙酸组分含量上升并趋于稳定时，认为超高温反应启动；
[0021](7)超高温厌氧反应器的污泥停留时间调整：根据实际生产需要，按步骤(7)中所述的参数继续运行反应器，仅调节SRT，调节范围为2
‑
5天，并每天测定产气量、VFAs、VSS、SCOD以及氨氮等常规指标，当VFAs产量和乙酸组分含量趋于稳定时，认为超高温反应器污泥停留时间调整结束并开始稳定运行。
[0022]有益效果：
[0023](1)乙酸组分含量占比高：根据本专利技术所生产的乙酸在总VFAs的占比可达50％
‑
66％(gCOD/gCOD)，比传统厌氧产酸发酵工艺中的乙酸含量占比提高80％
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120％(gCOD/gCOD)。
[0024](2)反应器启动时间短：与传统厌氧产酸发酵工艺相比，由于基于前期超嗜热产酸菌的富集驯化，本专利技术所需的反应器启动时间可有效缩短至3
‑
7天；
[0025](3)反应器污泥停留时间短：传统厌氧产酸发酵工艺所需的SRT通常为8
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10天，而本专利技术的SRT优选为2
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5天；
[0026](4)反应过程几乎不产生气体：反应过程中几乎不产生甲烷、二氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超高温体系的剩余污泥厌氧产酸发酵的方法，其特征在于，包括富集超嗜热产酸菌的步骤，和超高温厌氧发酵步骤。2.根据权利要求1所述的方法，其中富集超嗜热产酸菌的步骤中富集培养温度为70
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80℃。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中超高温厌氧发酵步骤中反应温度为70
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80℃。4.根据权利要求1
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3任一项所述的方法，其中富集超嗜热产酸菌的步骤包括2次以上的富集。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的方法，其中发酵底物为城市污水处理厂的废弃剩余活性污泥。6.根据权利要求1
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5任一项所述的方法，其中发酵接种物为厌氧消化污泥。7.根据权利要求1
‑
6任一项所述的方法，其中富集超嗜热产酸菌所用的培养基包括以下成分：组分名称浓度(g/L)葡萄糖6.0酪蛋白胰腺消化物12.5酵母提出物5.0氯化钠2.5巯基乙酸盐0.5L
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半胱氨酸0.5。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法具体为：(1)发酵底物与接种物：从城市污水处理厂获取废弃剩余活性污泥作为发酵底物，获取厌氧消化污泥作为接种物；(2)配制厌氧微生物生长所需的营养培养基并灭菌保存；(3)超嗜热产酸菌首次富集：将步骤(1)所得的厌氧消化污泥和步骤(2)所得的营养培养基按体积培养基/厌氧消化污泥V:V＝1:1的比例投加到厌氧反应器中，投加量占反应器有效容积的80％以上，用氮气将反应器中的空气吹出并密封连接气袋，以保证系统严格厌氧状态，将反应器置于摇床之中，温度调节至70
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80℃，转速为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：文湘华，陈湛，朱诗惠，孙晨翔，田泽申，黄霞，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：