CN101705256A - 一种以污泥为底物生产挥发性脂肪酸的方法 - Google Patents

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何宁
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Abstract

一种以污泥为底物生产挥发性脂肪酸的方法，涉及一种脂肪酸。提供一种以污泥为底物生产挥发性脂肪酸的方法。以污水处理厂的初沉污泥和剩余污泥的混合泥为原料，加入氢氧化钠搅拌，加热处理后自然冷却至室温，用盐酸调pH值至中性；再以厌氧污泥为接种物，在厌氧条件下搅拌进行厌氧发酵，得挥发性脂肪酸。利用城市污水处理厂的剩余污泥产酸，实现污泥的资源化，同时减小污泥里有机物对环境的污染，是城市污水处理厂的一种循环经济模式。通过预处理的方式，极大地提高了污泥水解酸化的速率，使挥发性脂肪酸在短时间内得到累积；同时，由于大幅提高污泥的水解速率，缩短污泥厌氧发酵时间，对改进优化现有污泥处理系统，降低投资和运行成本具有意义。

Description

一种以污泥为底物生产挥发性脂肪酸的方法
技术领域
本发明涉及一种脂肪酸，尤其是涉及一种采用预处理污泥为底物生产高附加值挥发性脂肪酸(VFAs)的方法。
背景技术
污泥是污水处理后的副产物，是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒和胶体等组成的极其复杂的非均质体。根据我国污水处理的建设规划，预测到2010年干污泥产量将达到约2万吨/日，折合含水率80％的湿污泥约为10万吨/日(全年约3665万吨)。
污泥中有机物含量很高，且含水率也高，因而在厌氧条件下易发生厌氧消化。污泥厌氧消化过程所产生的挥发性脂肪酸(VFAs)，如乙酸、丙酸、丁酸及戊酸等，是目前化工行业广泛应用的基本化工原料，有着非常广阔的用途。在厌氧消化过程中，污泥中的有机颗粒水解为可溶性物质是限速步骤。从生产挥发性脂肪酸的角度看，如果能够提高污泥的水解速率，就可以缩短反应时间，提高厌氧产酸的效率。
通过预处理的手段可使污泥中颗粒态的有机物分解为小分子溶解态的有机物，从而促进水解速率，提高污泥产酸效率。为促进污泥水解，Yuan等(Yuan et al.Environ.Sci.Technol.2006，40，2025-2029)介绍了一种在碱性条件下促进污泥水解产酸的方法。Su等(Su et al.ChemicalEngineering Journal.2007，132，311-317)介绍了通过加入表面活性剂十二烷基硫酸钠促进污泥水解产酸的方法。上述两种方法均可一定程度上促进污泥水解产酸，但生产周期较长，达到最大产酸量需6～12d。污泥通过预处理的手段可使其颗粒态的有机物分解为小分子溶解态的有机物，从而促进水解速率，提高污泥产酸效率。提高污泥水解速率的方法有：热处理、机械处理、超声波处理、热碱处理及酶处理等。与其它方法相比，热碱法处理污泥具有操作简单方便、处理时间短、效果好等优点。
发明内容
本发明目的在于提供一种以污泥为底物生产挥发性脂肪酸的方法。
本发明的技术方案是利用热碱法预处理污泥促进污泥生产挥发性脂肪酸。
本发明包括以下步骤：
1)以污水处理厂的初沉污泥和剩余污泥的混合泥为原料，加入氢氧化钠，搅拌，加热处理后自然冷却至室温，用盐酸调pH值至中性；
2)再以厌氧污泥为接种物，在厌氧条件下搅拌，进行厌氧发酵，得挥发性脂肪酸。
在步骤1)中，所述氢氧化钠的用量，按质量比，混合泥干重∶氢氧化钠可为1∶(0.01～0.3)，混合泥干重∶氢氧化钠最好为1∶(0.037～0.07)；所述加热处理的温度可为26～90℃，最好为60～80℃，加热处理的时间可为15～120min，最好为30～90min；所述用盐酸调pH值至中性最好调pH值至7.5。
在步骤2)中，所述厌氧条件下搅拌的时间可为12～120h，最好为36～84h。
本发明利用城市污水处理厂的剩余污泥产酸，实现了污泥的资源化，同时减小了污泥里有机物对环境的污染，是城市污水处理厂的一种循环经济模式.通过预处理的方式，极大地提高了污泥水解酸化的速率，使挥发性脂肪酸在短时间内得到累积；同时，由于大幅提高污泥的水解速率，即缩短污泥厌氧发酵时间，这对改进、优化现有污泥处理系统，降低投资和运行成本也具有一定指导意义.
附图说明
图1为不同预处理条件对挥发性脂肪酸的影响。在图1中，横坐标为时间(h)，纵坐标为挥发性脂肪酸(g/L)；各标记分别为：0.空白对照：不经预处理；1.温度：室温、NaOH：7g/L、时间：30min；2.温度：60℃、NaOH：2g/L、时间：90min；3.温度：70℃、NaOH：0.5g/L、时间：15min；4.温度：80℃、NaOH：2g/L、时间：60min；5.温度：90℃、NaOH：14g/L、时间：120min。
图2为不同加碱量对总挥发性脂肪酸浓度的影响。在图2中，横坐标为时间(h)，纵坐标为挥发性脂肪酸(g/L)；温度为60℃，预处理时间为90min；各标记为：□1g/L，●2g/L，▲3g/L，★4g/L，○对照。
图3为不同温度对总挥发性脂肪酸产量的影响。在图3中，横坐标为时间(h)，纵坐标为挥发性脂肪酸(g/L)；加碱量为2g/L，预处理时间为90min；各标记为：■50℃，●60℃，★70℃，◇80℃，○对照。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1：
挥发性脂肪酸的测定：各种VFA的定性和定量分析采用气相色谱法进行，检测前样品首先经15000rpm离心5min后取上清液用0.45μm的滤膜过滤。气相色谱仪(GC9560)分析条件：色谱柱：SE-30毛细管柱；载气：氮气；柱前压：0.06MPa；进样器：170℃；柱温：140℃；检测器温度：200℃；进样量：5μL。乙酸、丙酸、丁酸及戊酸等挥发性脂肪酸的标准样品检测条件与上相同。
实施例2：
将1L MLSS(混合液悬浮固体浓度)为41g/L的污泥作为底物污泥置于1L锥形瓶中，加入12mL浓度为45g/L作为接种物的厌氧污泥后，在室温条件下磁力搅拌。反应60h得到浓度为1.08g/L的挥发性脂肪酸。结果如图1所示(0.空白对照：不经预处理)。
实施例3：
在1L MLSS为41g/L污泥中加入7g氢氧化钠，在室温磁力搅拌的条件下处理30min。用盐酸溶液将pH值调至7.5，将其作为底物污泥置于1L锥形瓶中，加入12mL浓度为45g/L作为接种物的厌氧污泥后，在室温条件下磁力搅拌。反应48h得到浓度为2.13g/L的挥发性脂肪酸。结果如图1所示(1.温度：室温、NaOH：7g/L、时间：30min)。
实施例4：
在1L MLSS为41g/L污泥中加入3g氢氧化钠，在60℃、磁力搅拌的条件下加热90min.待污泥冷却至室温后用盐酸溶液将pH值调至7.5，将其作为底物污泥置于1L锥形瓶中，加入12mL浓度为45g/L作为接种物的厌氧污泥后，在室温条件下磁力搅拌.反应72h得到浓度为3.44g/L的挥发性脂肪酸.结果如图2所示(3g/L).
实施例5：
在1L MLSS为41g/L污泥中加入0.5g氢氧化钠，在70℃、磁力搅拌的条件下加热15min。待污泥冷却至室温后用盐酸溶液将pH值调至7.5，将其作为底物污泥置于1L锥形瓶中，加入12mL浓度为45g/L作为接种物的厌氧污泥后，在室温条件下磁力搅拌。反应24h得到浓度为1.91g/L的挥发性脂肪酸。结果如图1所示(3.温度：70℃、NaOH：0.5g/L、时间：15min)。
实施例6：
在1L MLSS为41g/L污泥中加入2g氢氧化钠，在80℃、磁力搅拌的条件下加热60min。待污泥冷却至室温后，将其作为底物污泥置于1L锥形瓶中，加入12mL浓度为45g/L作为接种物的厌氧污泥后，在室温条件下磁力搅拌。反应72h得到浓度为2.43g/L的挥发性脂肪酸。结果如图1所示(4.温度：80℃、NaOH：2g/L、时间：60min)。
实施例7：
在1L MLSS为41g/L污泥中加入14g氢氧化钠，在90℃、磁力搅拌的条件下加热120min。待污泥冷却至室温后用盐酸溶液将pH值调至7.5，将其作为底物污泥置于1L锥形瓶中，加入12mL浓度为45g/L作为接种物的厌氧污泥后，在室温条件下磁力搅拌。反应72h得到浓度为1.89g/L的挥发性脂肪酸。结果如图1所示(5.温度：90℃、NaOH：14g/L、时间：120min)。
实施例8：
在1L MLSS为41g/L污泥中加入2g氢氧化钠，在60℃、磁力搅拌的条件下加热90min。待污泥冷却至室温后用盐酸溶液将pH值调至7.5，将其作为底物污泥置于1L锥形瓶中，加入12mL浓度为45g/L作为接种物的厌氧污泥后，在室温条件下磁力搅拌。反应48h得到浓度为3.68g/L的挥发性脂肪酸。结果如图2所示(2g/L)。
实施例9：
在1L MLSS为41g/L污泥中加入2g氢氧化钠，在70℃、磁力搅拌的条件下加热90min。待污泥冷却至室温后用盐酸溶液将pH值调至7.5，将其作为底物污泥置于1L锥形瓶中，加入12mL浓度为45g/L作为接种物的厌氧污泥后，在室温条件下磁力搅拌。反应48h得到浓度为4.14g/L的挥发性脂肪酸。结果如图3所示(70℃)。

Claims (8)

1.一种以污泥为底物生产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)以污水处理厂的初沉污泥和剩余污泥的混合泥为原料，加入氢氧化钠，搅拌，加热处理后自然冷却至室温，用盐酸调pH值至中性；
2)再以厌氧污泥为接种物，在厌氧条件下搅拌，进行厌氧发酵，得挥发性脂肪酸。
2.如权利要求1所述的一种以污泥为底物生产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于在步骤1)中，所述氢氧化钠的用量，按质量比，混合泥干重∶氢氧化钠为1∶0.01～0.3。
3.如权利要求2所述的一种以污泥为底物生产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于所述氢氧化钠的用量，按质量比，混合泥干重∶氢氧化钠为1∶0.037～0.07。
4.如权利要求1所述的一种以污泥为底物生产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于在步骤1)中，所述加热处理的温度为26～90℃，加热处理的时间为15～120min。
5.如权利要求4所述的一种以污泥为底物生产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于所述加热处理的温度为60～80℃，加热处理的时间为30～90min。
6.如权利要求1所述的一种以污泥为底物生产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于在步骤1)中，所述用盐酸调pH值至7.5。
7.如权利要求1所述的一种以污泥为底物生产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于在步骤2)中，所述厌氧条件下搅拌的时间为12～120h。
8.如权利要求7所述的一种以污泥为底物生产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于，所述厌氧条件下搅拌的时间为36～84h。
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