CN104445849A - 一种联合预处理活性污泥产短链脂肪酸的方法 - Google Patents

一种联合预处理活性污泥产短链脂肪酸的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种联合预处理活性污泥产短链脂肪酸的方法，包括：(1)将活性污泥经γ-射线照射，制得γ-射线照射后污泥；(2)将γ-射线照射后污泥经超声波处理，制得超声波处理后污泥；(3)调节超声波处理后污泥的pH值，在经厌氧发酵，制得联合预处理活性污泥。本发明将活性污泥经过γ-射线照射和超声波预处理后，可以显著提高污泥中的蛋白质、多糖等有机物溶解于水中，从而为污泥发酵产酸提供丰富的可溶于水的有机基质，提高污泥的产酸速率，缩短污泥厌氧发酵的时间，且对改进和优化现有污泥处理系统，节能降耗、减少运行成本具有重大意义。

Description

一种联合预处理活性污泥产短链脂肪酸的方法
技术领域
本发明涉及一种联合预处理活性污泥产短链脂肪酸的方法，属于生物技术技术领域。
背景技术
提高污水收集率和处理率是我国水环境保护的一个重要目标，随着污水处理率的提高，剩余污泥的处理问题引起越来越多的关注：一方面，每年用于污泥处理处置的费用以惊人的速度增长，并同时带来严重的二次污染问题；另一方面，污泥中很多有用的资源(特别是碳源)又被白白浪费掉，理论上讲，对其进行降解处理后可供某一些微生物生长使用，从而再次产生出使用价值。因此，采用合理的处理方法达到污泥的资源化和减量化不容忽视。
活性污泥水厌氧发酵是目前处理活性污泥获取短链脂肪酸(shoet-chain fatty acids，SCFA)的主要方法。水解菌将不溶性有机物水解为溶解性有机物，将难生物降解的大分子物质转化为易生物降解的小分子物质；小分子有机物在酸化菌作用下生成各种挥发酸，在此过程中，产生的挥发性短链脂肪酸是重要的代谢产物。水解酸化产生的挥发性的脂肪酸主要为C2-C6短链有机物(乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸、异戊酸和戊酸等)，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，还可用作其他发酵的外加碳源。
中国专利文献CN102229463A(申请号201110128993.7)公开了一种利用超声波强化污泥水解获取碳源的系统及方法。该方法以城市污水处理厂生物污泥为原料，首先利用超声波空化效应所产生的水力剪切力，破坏污泥的絮体结构和细胞壁，经超声波预处理后的污泥再进入厌氧水解反应器，在厌氧条件下，大分子的固态有机物经过一系列的生物水解作用最终转化为乙酸、丙酸、丁酸等挥发性脂肪酸(VFAs)。
但上述技术的污泥降解速度仍然无法满足市场需求。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种联合预处理活性污泥产短链脂肪酸的方法。
本发明的技术方案如下：
一种联合预处理活性污泥产短链脂肪酸的方法，包括如下步骤：
(1)将活性污泥经γ-射线照射，照射强度7.0～25kGy，照射时间8～12s，制得γ-射线照射后污泥；
(2)将步骤(1)制得的γ-射线照射后污泥经超声波处理，超声波频率为20～40KHz，超声波声能密度为1.0～1.2W/mL，处理时间20～60min，制得超声波处理后污泥；
(3)调节步骤(2)制得的超声波处理后污泥的pH值至9～12，在温度25～40℃的条件下厌氧发酵2～6天，制得联合预处理活性污泥。
根据本发明优选的，所述步骤(1)中，照射强度12kGy，照射时间10s。
根据本发明优选的，所述步骤(2)中，超声波频率为30KHz，超声波声能密度为1.1W/ml，处理时间40min。
根据本发明优选的，所述步骤(3)中，调节超声波处理后污泥的pH值至10～11。
根据本发明优选的，所述步骤(3)中，发酵温度为35℃，发酵时间为4天。
有益效果
1、本发明将活性污泥经过γ-射线照射和超声波预处理后，可以显著提高污泥中的蛋白质、多糖等有机物溶解于水中的程度，从而为污泥发酵产酸提供丰富的可溶于水的有机基质，提高污泥的产酸速率，缩短污泥厌氧发酵的时间，且对改进和优化现有污泥处理系统，节能降耗、减少运行成本具有重大意义；
2、本发明通过对γ-射线照射和超声波预处理后的污泥进行初始碱性pH条件预处理后，可以进一步促进污泥溶解、水解并持续产生SCFA；此外，碱性pH值对产甲烷菌的活性有明显的抑制作用，一定程度上阻止了生成的SCFA的消耗量。因此可以最大化地提高剩余污泥生物生产SCFA的产量；
3、本发明处理后的污泥富含SCFA，可用于补充污泥厌氧发酵末期碳源的不足，或用于生产甲烷等清洁能源，从而最大限度的降解剩余污泥中的有机物质，实现了污泥减量化、稳定化、资源化以及减少污泥有机物污染环境的目的。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明所保护范围不限于此。
实施例中所述的活性污泥来源于济南某化工企业污水处理厂浓缩池。
短链脂肪酸(SCFA)主要包括乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸等，主要通过高效液相色谱法检测。采用高压输液系统，将具有不同极性的单一溶剂或不同比例的混合溶剂、缓冲液等流动相泵入装有固定相的色谱柱，在柱内各成分被分离后，进入检测器进行检测，从而实现对试样的分析。
溶解性化学需氧量(SCOD)化学需氧量检测法是指在一定条件下，用强氧化剂处理水样时所消耗氧化剂的量，以氧的毫克/升来表示以反映水中受有机物质污染的程度。
实施例1
一种联合预处理活性污泥产短链脂肪酸的方法，包括如下步骤：
(1)将1L活性污泥经γ-射线照射，照射强度12kGy，照射时间10s，制得γ-射线照射后污泥；
(2)将步骤(1)制得的γ-射线照射后污泥经超声波处理，超声波频率为30KHz，超声波声能密度为1.1W/mL，处理时间40min，制得超声波处理后污泥；
(3)调节步骤(2)制得的超声波处理后污泥的pH值至10，在温度35℃的条件下厌氧发酵4天，制得联合预处理活性污泥。
经检测，SCFA含量为4356.5mg/l(高效液相色谱法)，SCOD含量7140.3mg/l。
实施例2
一种联合预处理活性污泥产短链脂肪酸的方法，包括如下步骤：
(1)将1L活性污泥经γ-射线照射，照射强度25kGy，照射时间8s，制得γ-射线照射后污泥；
(2)将步骤(1)制得的γ-射线照射后污泥经超声波处理，超声波频率为30KHz，超声波声能密度为1.1W/mL，处理时间40min，制得超声波处理后污泥；
(3)调节步骤(2)制得的超声波处理后污泥的pH值至9.5，在温度35℃的条件下厌氧发酵4天，制得联合预处理活性污泥。
经检测，SCFA含量为3977.8mg/l(高效液相色谱法)，SCOD含量6850.1mg/l。
实施例3
一种联合预处理活性污泥产短链脂肪酸的方法，包括如下步骤：
(1)将1L活性污泥经γ-射线照射，照射强度7.5kGy，照射时间12s，制得γ-射线照射后污泥；
(2)将步骤(1)制得的γ-射线照射后污泥经超声波处理，超声波频率为40KHz，超声波声能密度为1.2W/mL，处理时间20min，制得超声波处理后污泥；
(3)调节步骤(2)制得的超声波处理后污泥的pH值至10.5，在温度35℃的条件下厌氧发酵4天，制得联合预处理活性污泥。
经检测，SCFA含量为4218.4mg/l(高效液相色谱法)，SCOD含量6943.3mg/l。
实施例4
一种联合预处理活性污泥产短链脂肪酸的方法，包括如下步骤：
(1)将1L活性污泥经γ-射线照射，照射强度12kGy，照射时间10s，制得γ-射线照射后污泥；
(2)将步骤(1)制得的γ-射线照射后污泥经超声波处理，超声波频率为20KHz，超声波声能密度为1.0W/mL，处理时间60min，制得超声波处理后污泥；
(3)调节步骤(2)制得的超声波处理后污泥的pH值至10，在温度35℃的条件下厌氧发酵4天，制得联合预处理活性污泥。
经检测，SCFA含量为4335.6mg/l(高效液相色谱法)，SCOD含量7289.7mg/l。
实施例5
一种联合预处理活性污泥产短链脂肪酸的方法，包括如下步骤：
(1)将1L活性污泥经γ-射线照射，照射强度12kGy，照射时间10s，制得γ-射线照射后污泥；
(2)将步骤(1)制得的γ-射线照射后污泥经超声波处理，超声波频率为30KHz，超声波声能密度为1.1W/mL，处理时间40min，制得超声波处理后污泥；
(3)调节步骤(2)制得的超声波处理后污泥的pH值至12，在温度35℃的条件下厌氧发酵4天，制得联合预处理活性污泥。
经检测，SCFA含量为3854.0mg/l(高效液相色谱法)，SCOD含量6554.6mg/l。
实施例6
一种联合预处理活性污泥产短链脂肪酸的方法，包括如下步骤：
(1)将1L活性污泥经γ-射线照射，照射强度12kGy，照射时间10s，制得γ-射线照射后污泥；
(2)将步骤(1)制得的γ-射线照射后污泥经超声波处理，超声波频率为30KHz，超声波声能密度为1.1W/mL，处理时间40min，制得超声波处理后污泥；
(3)调节步骤(2)制得的超声波处理后污泥的pH值至9，在温度25℃的条件下厌氧发酵4天，制得联合预处理活性污泥。
经检测，SCFA含量为3007.4mg/l(高效液相色谱法)，SCOD含量5071.2mg/l。
实施例7
一种联合预处理活性污泥产短链脂肪酸的方法，包括如下步骤：
(1)将1L活性污泥经γ-射线照射，照射强度12kGy，照射时间10s，制得γ-射线照射后污泥；
(2)将步骤(1)制得的γ-射线照射后污泥经超声波处理，超声波频率为30KHz，超声波声能密度为1.1W/mL，处理时间40min，制得超声波处理后污泥；
(3)调节步骤(2)制得的超声波处理后污泥的pH值至10，在温度35℃的条件下厌氧发酵6天，制得联合预处理活性污泥。
经检测，SCFA含量为4170.4mg/l(高效液相色谱法)，SCOD含量7082.2mg/l。
对比例1
一种预处理活性污泥的方法，包括如下步骤：
(1)将1L活性污泥经超声波处理，超声波频率为30KHz，超声波声能密度为1.1W/mL，处理时间40min，制得超声波处理后污泥；
(2)将步骤(1)制得的超声波处理后污泥经γ-射线照射，照射强度12kGy，照射时间10s，制得γ-射线照射后污泥；
(3)调节步骤(2)制得的γ-射线照射后污泥的pH值至10，在温度35℃的条件下厌氧发酵4天，制得预处理活性污泥。
经检测，SCFA含量为1306.7mg/l(高效液相色谱法)，SCOD含量3214.0mg/l。
对比例2
一种联合预处理活性污泥的方法，包括如下步骤：
(1)将1L活性污泥经γ-射线照射，照射强度12kGy，照射时间10s，制得γ-射线照射后污泥；
(2)将步骤(1)制得的γ-射线照射后污泥经超声波处理，超声波频率为30KHz，超声波声能密度为1.1W/mL，处理时间40min，制得超声波处理后污泥；
(3)调节步骤(2)制得的超声波处理后污泥的pH值至8.5，在温度35℃的条件下厌氧发酵4天，制得预处理活性污泥。
经检测，SCFA含量为2115.5mg/l(高效液相色谱法)，SCOD含量4682.9mg/l。
结果分析
由上述实施例及对比例的检测结果可以看出，γ-射线照射和超声波处理的顺序对最终的短链脂肪酸的含量及溶解性化学需氧量具有显著的影响，并且发酵前的pH值对上述指标也具有重要的影响。

Claims (5)

1.一种联合预处理活性污泥产短链脂肪酸的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将活性污泥经γ-射线照射，照射强度7.0～25kGy，照射时间8～12s，制得γ-射线照射后污泥；
(2)将步骤(1)制得的γ-射线照射后污泥经超声波处理，超声波频率为20～40KHz，超声波声能密度为1.0～1.2W/mL，处理时间20～60min，制得超声波处理后污泥；
(3)调节步骤(2)制得的超声波处理后污泥的pH值至9～12，在温度25～40℃的条件下厌氧发酵2～6天，制得联合预处理活性污泥。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，照射强度12kGy，照射时间10s。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，超声波频率为30KHz，超声波声能密度为1.1W/ml，处理时间40min。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，调节超声波处理后污泥的pH值至10～11。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，发酵温度为35℃，发酵时间为4天。
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