CN101665810A - 一种剩余污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种剩余污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸的方法，包括如下步骤：在剩余污泥中加入表面活性剂，然后进行厌氧发酵处理，在敞开式反应器中搅拌发酵4～15天，即得到以乙酸为主的目标产品挥发性脂肪酸的发酵液。本发明得到了挥发性脂肪酸含量较高的发酵液，为其资源化利用奠定了基础，具有良好的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种剩余污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸的方法，属于有机固体废弃物资源化领域。
背景技术
废水的好氧生物处理中一个亟需解决的问题是大量剩余污泥的产生，随着污水处理厂在各主要城市相继建成并投入运行，剩余污泥的产量大大增加，如果处理不当，会引起一系列的环境问题和社会问题。目前，国内处理剩余污泥的方法主要采用浓缩、消化、脱水、干化等工艺处理后有效利用(主要为农用)、填埋及焚烧等方法处置，或是采用其中某几种方法组合处理，即其主要方法是减量化处理后回到环境中去，而不是资源化利用，因而经济效益较低。
另一方面，由于可持续发展的社会需求和政府的政策扶持，当今固体废物处理的重心已从污染控制转向资源开发。应用生物技术策略将有机废物转化为生物能源和生物化学品业已成为目前有机固体废物处置的热点。在生物转化过程中，即使需要加热耗能，这些策略也被认为最终能实现收支平衡，甚至产能大于耗能。
然而，目前在应用生物技术策略将污泥中有机物质转化为生物能源和生物化学品方面，大部分研究者集中于生物能源，如利用厌氧发酵法产生甲烷和氢气，但该产物的附加值含量都比较低，导致污泥资源化的经济效益不容乐观。因此，利用剩余污泥这种廉价的底物开发生产附加值更高的生物化学品将成为污泥资源化的新途径。
发明内容
本发明的目的是提供一种剩余污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸的方法，为剩余污泥提供一种更有价值的资源化之路。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种剩余污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸的方法，包括如下步骤：在剩余污泥中加入表面活性剂，然后进行厌氧发酵处理，在敞开式反应器中搅拌发酵4～15天，即得到以乙酸为主的目标产品挥发性脂肪酸的发酵液。
上文中，所述表面活性剂是现有技术，包括阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂和非离子表面活性剂；所述厌氧发酵处理也是现有技术，即在剩余污泥中通过培养厌氧微生物进行反应，所述厌氧发酵反应可以是连续或间歇反应。在厌氧发酵反应过程中，可以定时测定上清液中挥发性脂肪酸的含量，直至反应进入稳定运行状态。
挥发性脂肪酸是剩余污泥厌氧消化过程中产生的重要的中间代谢产物，主要包括乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸、异戊酸和戊酸等；其附加值要高于生物氢和甲烷，例如：在污水处理厂可作为内源碳被脱氮除磷菌利用以去除富营养化污水中的氮和磷，使污水达到排放标准；丁酸和丙酸等脂肪酸经提取分离或者经过耦合系统可作为发酵工业的生产原料被微生物进一步利用来获得生物可降解塑料；此外，这些脂肪酸经提取后还可在其它行业上作为原料用于合成其它的化学品。
上述技术方案中，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，其质量用量占剩余污泥中干污泥总量的2～20％。
与之相应的另一种技术方案，所述表面活性剂为十六烷基三甲基氯化铵，其质量用量占剩余污泥中干污泥总量的2～30％。
与之相应的另一种技术方案，所述表面活性剂为咪唑啉，其质量用量占剩余污泥中干污泥总量的2～30％。
上述技术方案中，所述厌氧发酵的反应条件为：pH为9～11，室温下搅拌反应。
本发明的反应机理是：表面活性剂对剩余污泥中的有机物(例如蛋白质等)具有“增溶”作用；此外，在一定条件下，表面活性剂对微生物的细胞还有破碎作用。由此可以推测，在表面活性剂的作用下剩余污泥水解速率将得到提高，并且表面活性剂还可以抑制产甲烷菌的活性，因此，利用表面活性剂来提高剩余污泥的水解速率并抑制产甲烷过程，可以大幅度提高污泥生产挥发性脂肪酸的量。
由于上述技术方案的采用，与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.本发明在反应物中加入了合适的表面活性剂，有效控制了厌氧微生物的活性，得到了挥发性脂肪酸含量较高的发酵液，为其资源化利用奠定了基础，具有良好的经济效益。
2.本发明可在敞开式反应器中直接进行发酵反应，操作方便、简单易行，具有良好的应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例一
一种剩余污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸的方法，采用苏州某污水厂的剩余污泥进行厌氧发酵产挥发性脂肪酸，处理规模为1m3/d，投加十二烷基苯磺酸钠，其属于阴离子表面活性剂。
本实施例试验了十二烷基苯磺酸钠的不同添加量，分别占剩余污泥中干污泥总量的2％、5％、10％、20％，测定了不同反应时间下的挥发性脂肪酸的含量，并与未添加表面活性剂的空白试验进行了对比，结果如表1所示：
表1不同十二烷基苯磺酸钠添加量下的挥发性脂肪酸的值
从表1可以看出，在十二烷基苯磺酸钠的不同添加量下，均能产生较高浓度的挥发性脂肪酸，优选的方案是：当添加量为2％时，发酵5天后即可产生挥发性脂肪酸浓度为9.25mmol/L；而在未添加表面活性剂的空白试验中，其最高挥发性脂肪酸浓度为1.68mmol/L，且需反应9天。
实施例二
一种剩余污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸的方法，采用苏州某污水厂的剩余污泥进行厌氧发酵产挥发性脂肪酸，处理规模为1m3/d，投加十六烷基三甲基氯化铵，其属于阳离子表面活性剂。
试验了十六烷基三甲基氯化铵的不同添加量，分别占剩余污泥中干污泥总量的2％、10％、20％、30％，测定了不同反应时间下的挥发性脂肪酸的含量，并与未添加表面活性剂的空白试验进行了对比，结果如表2所示：
表2不同十六烷基三甲基氯化铵添加量下的挥发性脂肪酸的值
从表2可以看出，在十六烷基三甲基氯化铵的不同添加量下，均能产生较高浓度的挥发性脂肪酸，优选的方案是：当添加量为10％时，发酵5天后即可产生挥发性脂肪酸浓度为3.28mmol/L；而在未添加表面活性剂的空白试验中，其最高挥发性脂肪酸浓度为1.53mmol/L，且需反应9～10天。
实施例三
一种剩余污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸的方法，采用苏州某污水厂的剩余污泥进行厌氧发酵产挥发性脂肪酸，处理规模为1m3/d，投加咪唑啉，其属于两性离子表面活性剂。
试验了咪唑啉的不同添加量，分别占剩余污泥中干污泥总量的2％、10％、20％、30％，测定了不同反应时间下的挥发性脂肪酸的含量，并与未添加表面活性剂的空白试验进行了对比，结果如表3所示：
表3不同咪唑啉添加量下的挥发性脂肪酸的值
从表3可以看出，在咪唑啉的不同添加量下，均能产生较高浓度的挥发性脂肪酸，优选的方案是：当添加量为30％时，发酵5天后即可产生挥发性脂肪酸浓度为11.67mmol/L；而在未添加表面活性剂的空白试验中，其最高挥发性脂肪酸浓度为1.70mmol/L，且需反应9～10天。
Claims (5)
1.一种剩余污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于，包括如下步骤：在剩余污泥中加入表面活性剂，然后进行厌氧发酵处理，在敞开式反应器中搅拌发酵4～15天，即得到以乙酸为主的目标产品挥发性脂肪酸的发酵液。
2.根据权利要求1所述的剩余污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于：所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，其质量用量占剩余污泥中干污泥总量的2～20％。
3.根据权利要求1所述的剩余污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于：所述表面活性剂为十六烷基三甲基氯化铵，其质量用量占剩余污泥中干污泥总量的2～30％。
4.根据权利要求1所述的剩余污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于：所述表面活性剂为咪唑啉，其质量用量占剩余污泥中干污泥总量的2～30％。
5.根据权利要求1所述的剩余污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于，所述厌氧发酵的反应条件为：pH为9～11，室温下搅拌反应。
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