CN102586344A - 一种加热循环污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于污泥资源化处理技术领域，公开了一种加热循环污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法，该方法包括以下步骤：将浓缩污泥和脱水污泥配成混合污泥，取上述混合污泥作为进料进行碱性厌氧发酵产酸，并出料相同体积的污泥，同时回流污泥进行加热预处理，再循环进行碱性厌氧发酵，收集高含酸量混合液。本发明所提供的方法将碱性调节、加热强化破壁、循环回流等技术有机结合起来，实现了物理化学强化处理技术和微生物处理技术结合，真正实现了有机底物的高效利用、高效生产挥发性脂肪酸，提高整个系统的运行稳定性。

Description

一种加热循环污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法
技术领域
本发明属于污泥资源化处理技术领域，涉及一种加热循环污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法。
背景技术
随着人们环保意识的增强及环保要求的提高，在污水处理过程中通常要求进行脱氮除磷。然而在微生物去除氮、磷等营养物质的过程中，它们需要大量的溶解性有机化合物作为碳源，例如易生物降解的有机物(如甲醇、乙酸等)利于反硝化过程的进行，而短链脂肪酸(包括乙酸、丙酸等)则有利于聚磷菌进行强化生物除磷。可是在多数情况下，污水中的短链脂肪酸都不能够满足微生物同时脱氮除磷的需要，尤其是在我国南方城市污水中的有机物更是不足。为了避免额外投加化学药剂的昂贵费用，近来越来越多的研究者关注于利用污水厂产生的初沉污泥和剩余污泥来进行厌氧发酵产生有机酸，以补充生物脱氮除磷系统中微生物所需要的碳源。
厌氧发酵是指在无氧的条件下，利用兼性菌和专性厌氧细菌进行厌氧生化反应，降解污水污泥中有机物质的一种污泥处理工艺。污泥厌氧发酵是一个极其复杂的过程，可用三阶段发酵理论解释。第一阶段，在水解与发酵细菌作用下，碳水化合物、蛋白质和脂肪等高分子物质水解与发酵成单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及二氧化碳、氢等。第二阶段，在产氢、产乙酸菌作用下，将第一阶段产物转化成氢、二氧化碳和乙酸。第三阶段，是通过两组甲烷菌的作用，将氢和二氧化碳转化成甲烷和将乙酸脱羧产生甲烷。因此，若要提取污泥发酵过程中的有机酸，必须从两个方面做起：(1)增加水解和产酸过程；(2)抑制产甲烷过程。据研究报道，产甲烷菌最合适的生存pH环境是在中性左右，而较高的pH(如pH＝9或10)能够抑制产甲烷菌的活性。
众所周知，在污泥厌氧发酵的产酸阶段，有机颗粒水解是整个污泥产酸过程的限速步骤。然而组成污泥的微生物细胞壁对水解有很强的抑制作用，这就导致了传统的厌氧发酵技术难以达到高效产酸的目的。
发明内容
针对我国污泥中有机物含量较低，水解酸化较困难，难以高效产酸的缺陷，本发明的目的是提供一种加热循环污泥厌氧发酵高效生产挥发性脂肪酸的方法。
本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种加热循环污泥厌氧发酵高效生产挥发性脂肪酸的方法，该方法包括以下步骤：
将浓缩污泥和脱水污泥配成混合污泥，取上述混合污泥作为进料进行碱性厌氧发酵产酸，同时回流污泥进行加热预处理，再循环进行碱性厌氧发酵，出料收集高含酸量混合液。
所述的混合污泥的含水率为88～98％。
所述的进料或出料是指每日进料量＝每日出料量＝消化污泥总量/污泥停留时间。
所述的碱性厌氧发酵是指在密闭厌氧的条件下，控制温度为20～55℃，搅拌速度为30～250rpm，投加碱性试剂调节pH为9.0～11.0。
所述的碱性试剂为氢氧化钠或生石灰。
所述的碱性厌氧发酵的污泥停留时间为3～8d。
所述的加热预处理温度为90～120℃，时间为10～60min。
所述的回流污泥的回流比为5～20％。
本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
1、本发明所提供的方法将碱性调节、加热强化破壁、循环回流等技术有机结合起来，实现了物理化学强化处理技术和微生物处理技术结合，真正实现了有机底物的高效利用、高效生产挥发性脂肪酸，提高整个系统的运行稳定性。
2、本发明利用城市污水厂产生的污泥来生产有机酸，不仅降低了污泥中的有机物对环境的危害，而且生产出了对污水厂有利用价值的有机酸，真正地实现了污染物的资源化利用。
3、本发明生产出的有机酸可用于污水厂内补充生物脱氮除磷工艺中碳源的不足，满足脱氮除磷微生物对碳源的需求，从而可以降低出水中氮、磷等营养元素的浓度，防止水体富营养化的发生。
4、本发明提供的系统不仅处理效率高，而且结构紧凑、相互配合运作，运行稳定，适合在大中小污水处理厂中推广应用。
附图说明
图1表示本发明的加热循环污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
图1表示本发明的加热循环污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法的流程图。
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为79.23％)和浓缩污泥(含水率为98.12％)在污泥调配池中配成含水率为98.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体浓度占总固体浓度的比例VS/TS为65.2％。每日通过污泥泵泵入10.0L(对应的污泥停留时间为3d)至厌氧发酵室中，其中厌氧发酵室总有效体积为30L，厌氧发酵室通过投加NaOH控制pH在9.0～11.0之间，并控制温度20℃，搅拌速度50rpm。并在发酵室边上设置旁路每日出料3L(回流比为10％)至加热处理装置中，120度加热10min后再循环投入到厌氧发酵室中。同时每日出料10L得到高含酸量混合液。连续运行后可稳定产酸，出料中总挥发性脂肪酸的浓度为1100～1300mg/L。
比较例1
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为79.23％)和浓缩污泥(含水率为98.12％)在污泥调配池中配成含水率为98.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体浓度占总固体浓度的比例VS/TS为65.2％。每日通过污泥泵泵入10.0L(对应的污泥停留时间为3d)至厌氧发酵室中，其中厌氧发酵室总有效体积为30L，厌氧发酵室通过投加NaOH控制pH在9.0～11.0之间，并控制温度20℃，搅拌速度50rpm。同时每日出料10L得到高含酸量混合液。连续运行后可稳定产酸，出料中总挥发性脂肪酸的浓度为800～900mg/L。
由此可见，实施例1相对比较例1出料中总挥发性脂肪酸的浓度提高了37.5～44.4％。
实施例2
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为80.31％)和浓缩污泥(含水率为98.03％)在污泥调配池中配成含水率为92.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体浓度占总固体浓度的比例VS/TS为52.3％。每日通过污泥泵泵入10.0L(对应的污泥停留时间为5d)至厌氧发酵室中，其中厌氧发酵室总有效体积为50L，厌氧发酵室通过投加生石灰控制pH在9.0～11.0之间，并控制温度36℃，搅拌速度100rpm。并在发酵室边上设置旁路每日出料10L(回流比为20％)至加热预处理装置中，110度加热30min后再循环投入到厌氧发酵室中。同时每日出料10L得到高含酸量混合液。连续运行后可稳定产酸，出料中总挥发性脂肪酸的浓度为2500～2700mg/L，。
比较例2
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为80.31％)和浓缩污泥(含水率为98.03％)在污泥调配池中配成含水率为92.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体浓度占总固体浓度的比例VS/TS为52.3％。每日通过污泥泵泵入10.0L(对应的污泥停留时间为5d)至厌氧发酵室中，其中厌氧发酵室总有效体积为50L，厌氧发酵室通过投加生石灰控制pH在9.0～11.0之间，并控制温度36℃，搅拌速度100rpm。同时每日出料10L得到高含酸量混合液。连续运行后可稳定产酸，出料中总挥发性脂肪酸的浓度为1800～2000mg/L。
由此可见，实施例2相对比较例2出料中总挥发性脂肪酸的浓度提高了35.0～38.9％。
实施例3
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为82.11％)和浓缩污泥(含水率为97.89％)在污泥调配池中配成含水率为88.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体浓度占总固体浓度的比例VS/TS为34.3％。每日通过污泥泵泵入2.5L(对应的污泥停留时间为8d)至厌氧发酵室中，其中厌氧发酵室总有效体积为20L，厌氧发酵室通过投加NaOH控制pH在9.0～11.0之间，并控制温度55℃，搅拌速度150rpm。并在发酵室边上设置旁路每日出料1L(回流比为5％)至预处理装置中，经100度加热30min后再循环投入到厌氧发酵室中。同时每日出料2.5L得到高含酸量混合液。连续运行后可稳定产酸，出料中总挥发性脂肪酸的浓度为1600～1800mg/L。
比较例3
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为82.11％)和浓缩污泥(含水率为97.89％)在污泥调配池中配成含水率为88.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体浓度占总固体浓度的比例VS/TS为34.3％。每日通过污泥泵泵入2.5L(对应的污泥停留时间为8d)至厌氧发酵室中，其中厌氧发酵室总有效体积为20L，厌氧发酵室通过投加NaOH控制pH在9.0～11.0之间，并控制温度55℃，搅拌速度150rpm。同时每日出料2.5L得到高含酸量混合液。连续运行后可稳定产酸，出料中总挥发性脂肪酸的浓度为1100～1300mg/L。
由此可见，实施例3相对比较例3出料中总挥发性脂肪酸的浓度提高了38.5～45.5％。
实施例4
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为82.33％)和浓缩污泥(含水率为97.89％)在污泥调配池中配成含水率为92.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体浓度占总固体浓度的比例VS/TS为57.3％。每日通过污泥泵泵入10.0L(对应的污泥停留时间为5d)至厌氧发酵室中，其中厌氧发酵室总有效体积为50L，厌氧发酵室通过投加生石灰控制pH在9.0～11.0之间，并控制温度30℃，搅拌速度100rpm。并在发酵室边上设置旁路每日出料5L(回流比为10％)至加热预处理装置中，90度加热60min后再循环投入到厌氧发酵室中。同时每日出料10L得到高含酸量混合液。连续运行后可稳定产酸，出料中总挥发性脂肪酸的浓度为2200～2400mg/L。
比较例4
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为82.33％)和浓缩污泥(含水率为97.89％)在污泥调配池中配成含水率为92.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体浓度占总固体浓度的比例VS/TS为57.3％。每日通过污泥泵泵入10.0L(对应的污泥停留时间为5d)至厌氧发酵室中，其中厌氧发酵室总有效体积为50L，厌氧发酵室通过投加生石灰控制pH在9.0～11.0之间，并控制温度30℃，搅拌速度100rpm。同时每日出料10L得到高含酸量混合液。连续运行后可稳定产酸，出料中总挥发性脂肪酸的浓度为1600～1800mg/L。
由此可见，实施例4相对比较例4出料中总挥发性脂肪酸的浓度提高了33.3～37.5％。
实施例5
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为82.10％)和浓缩污泥(含水率为97.03％)在污泥调配池中配成含水率为90.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体浓度占总固体浓度的比例VS/TS为54.8％。每日通过污泥泵泵入10.0L(对应的污泥停留时间为4d)至厌氧发酵室中，其中厌氧发酵室总有效体积为40L，厌氧发酵室通过投加生石灰控制pH在9.0～11.0之间，并控制温度40℃，搅拌速度100rpm。并在发酵室边上设置旁路每日出料5L(回流比为12.5％)至加热预处理装置中，100度加热30min后再循环投入到厌氧发酵室中。同时每日出料10L得到高含酸量混合液。连续运行后可稳定产酸，出料中总挥发性脂肪酸的浓度为2300～2500mg/L。
比较例5
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为82.10％)和浓缩污泥(含水率为97.03％)在污泥调配池中配成含水率为90.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体浓度占总固体浓度的比例VS/TS为54.8％。每日通过污泥泵泵入10.0L(对应的污泥停留时间为4d)至厌氧发酵室中，其中厌氧发酵室总有效体积为40L，厌氧发酵室通过投加生石灰控制pH在9.0～11.0之间，并控制温度40℃，搅拌速度100rpm。同时每日出料10L得到高含酸量混合液。连续运行后可稳定产酸，出料中总挥发性脂肪酸的浓度为1700～1900mg/L。
由此可见，实施例5相对比较例5出料中总挥发性脂肪酸的浓度提高了31.6～35.3％。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种加热循环污泥厌氧发酵高效生产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
将浓缩污泥和脱水污泥配成混合污泥，取上述混合污泥作为进料进行碱性厌氧发酵产酸，同时回流污泥进行加热预处理，再循环进行碱性厌氧发酵，出料收集高含酸量混合液。
2.根据权利要求1所述的加热循环污泥厌氧发酵高效生产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于：所述的混合污泥的含水率为88～98％。
3.根据权利要求1所述的加热循环污泥厌氧发酵高效生产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于：所述的进料或出料是指每日进料量＝每日出料量＝消化污泥总量/污泥停留时间。
4.根据权利要求1所述的加热循环污泥厌氧发酵高效生产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于：所述的碱性厌氧发酵是指在密闭厌氧的条件下，控制温度为20～55℃，搅拌速度为30～250rpm，投加碱性试剂调节pH为9.0～11.0。
5.根据权利要求4所述的加热循环污泥厌氧发酵高效生产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于：所述的碱性试剂为氢氧化钠或生石灰。
6.根据权利要求1所述的加热循环污泥厌氧发酵高效生产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于：所述的碱性厌氧发酵的污泥停留时间为3～8d。
7.根据权利要求1所述的加热循环污泥厌氧发酵高效生产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于：所述的加热预处理温度为90～120℃，时间为10～60min。
8.根据权利要求1所述的加热循环污泥厌氧发酵高效生产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于：所述的回流污泥的回流比为5～20％。
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Granted publication date: 20141210