CN104529106B - 硫酸铜促进剩余污泥厌氧消化产甲烷的方法 - Google Patents

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Abstract

硫酸铜促进剩余污泥厌氧消化产甲烷的方法，属于环境保护技术领域。以城镇污水处理厂的剩余污泥为原料，首先投加硫酸铜，剩余污泥中的微生物发生破壁，然后淘洗剩余污泥去除铜离子，最后进行剩余污泥厌氧消化。剩余污泥经过硫酸铜预处理后，厌氧消化时水解速率提高，在中性pH条件下产甲烷菌具有较好的活性，甲烷产量增加。本发明所采用的硫酸铜在较低的投加量下能有效地促进剩余污泥厌氧消化产甲烷，同时达到污泥减量的效果。

Description

硫酸铜促进剩余污泥厌氧消化产甲烷的方法
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，涉及一种利用硫酸铜促进剩余污泥厌氧消化产甲烷的方法。
背景技术
目前城镇污水处理厂多采用活性污泥法处理污水，在处理过程中将会产生大量的剩余污泥，其处理处置费用较高，而剩余污泥中含有大量的有机物如蛋白质、多糖等，可通过厌氧消化技术将其转化为甲烷，作为能源物质进行再利用。
剩余污泥厌氧消化主要分为三个阶段。第一阶段，在水解细菌的作用下，将复杂的有机物质(包括碳水化合物、蛋白质、脂肪等)转化为单糖、氨基酸、脂肪酸等；第二阶段，在产氢产乙酸菌的作用下，将第一阶段的产物转化为氢、二氧化碳和乙酸；第三阶段，在产甲烷菌的作用下，将乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇等转化为甲烷、碳酸以及新的细胞物质。其中水解过程相对缓慢，被认为是厌氧消化的限速步骤，进一步研究中，学者发现颗粒态有机物质的溶解是厌氧消化产酸阶段的限速步骤。
本发明中涉及的铜离子被广泛应用于电镀、冶金、化工等方面，这些工业排放的废水中含有铜离子，由此产生的污染问题亟待解决。然而，铜离子可作为杀菌剂的原料之一，其作用原理是：铜离子主要与细菌细胞壁的肽聚糖结构作用，使其蛋白质变性、沉淀，使酶失去活性，损伤细胞壁而使细菌变性或杀伤细菌。结合以上两点，本发明利用“以废制废”的思想，将工业含铜废水引入厌氧污泥消化系统，促进剩余污泥厌氧消化产甲烷。
发明内容
本发明的目的在于提供促进剩余污泥厌氧消化产甲烷的方法，投加硫酸铜提高剩余污泥厌氧消化产甲烷的量。
为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：
本发明提出一种利用硫酸铜促进剩余污泥厌氧消化产甲烷的方法，以城镇污水处理厂产生的剩余污泥为原料，首先投加硫酸铜对剩余污泥中的微生物进行破壁，使微生物细胞内大量有机物溶出，然后淘洗剩余污泥去除铜离子，最后在中性pH条件下进行厌氧消化，提高甲烷产量，该方法包括以下步骤：
(1)将剩余污泥沉淀浓缩；
(2)将硫酸铜溶解后投加到浓缩的剩余污泥中浸泡；
(3)将浸泡后的剩余污泥混合物进行淘洗；
(4)对淘洗后的剩余污泥混合物进行厌氧消化；
(5)对厌氧消化过程中产生的气体进行收集。
步骤(1)所述的剩余污泥来源于采用生物法处理污水的城镇污水处理厂，剩余污泥沉淀时间为6～12h。
步骤(2)所述的硫酸铜的投加剂量为0.25～2.50mgCu2+/gVSS，浓缩的剩余污泥浸泡时间为8～48h。
步骤(3)所述的对浸泡后的剩余污泥进行淘洗，至泥水混合物中无铜离子存在，避免铜离子在厌氧消化过程中，与水解产酸菌的细胞壁作用，使其蛋白质变性，酶失去活性，最终导致水解产酸菌细胞裂解失活。
步骤(4)所述的对剩余污泥进行厌氧消化，在消化开始前向厌氧反应器中通入氮气至反应器中无氧气存在，对剩余污泥进行厌氧消化，不调节pH值，使pH在中性范围内，适合产甲烷菌生存，达到提高甲烷产量的目的，厌氧消化时间为6～15d。
本发明主要是通过投加硫酸铜促进剩余污泥厌氧消化产甲烷。其基本原理如下：第一，剩余污泥微生物中含有大量由蛋白质、多糖等组成的多聚物，由于细胞壁的存在，这些多聚物很难被水解产酸菌所利用，从而转化为短链脂肪酸，继而转化为甲烷。当投加硫酸铜时，铜离子主要与细胞壁的肽聚糖结构作用，致使蛋白质变性，酶失去活性，最终导致微生物的结构性破坏，大量有机物被释放，为水解产酸菌提供厌氧消化底物。第二，将被硫酸铜浸泡过的泥水混合物进行淘洗，去除铜离子，避免铜离子在厌氧消化过程中对水解产酸菌造成破壁，保证水解产酸菌的活性。第三，不调节剩余污泥厌氧消化的pH值，使pH在中性范围内，适合产甲烷菌生存，达到提高甲烷产量的目的。在较低硫酸铜投加量的情况下有效地促进剩余污泥厌氧消化产甲烷，同时达到污泥减量的效果。
由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益效果：
(1)投加硫酸铜，促进城镇污水处理厂剩余污泥厌氧消化产甲烷，不但实现了剩余污泥的减量化，而且极大程度地提高了剩余污泥厌氧消化产甲烷的量，实现了剩余污泥资源化的目的。
(2)投加硫酸铜，可以大大提高剩余污泥水解效率，缩短剩余污泥厌氧消化时间，并使剩余污泥减量，具有实际应用价值。
具体实施方式
本发明适用于促进采用生物法的城镇污水处理厂剩余污泥的厌氧消化产甲烷。实施例中的剩余污泥取自中试规模的SBR反应器，每天反应2个周期，每个周期反应时间为10～12h，其中好氧段2.5～3.5h，缺氧段1～2h，厌氧段4～6h，沉淀排水时间为2.5～4.5h，污泥龄为10～12d。
实施例
将剩余污泥在常温(20～25℃)下静置沉淀6h，调节下层浓缩污泥的总悬浮固体浓度(mixed liquid suspended solids，MLSS)为10632mg/L，取1L泥水混合物至体积为1L的烧杯中静置10min，取10mL上清液；
用上一步得到的上清液将硫酸铜溶解后投加至烧杯，硫酸铜的投加剂量为0.59mgCu2+/gVSS，常温下搅拌浸泡24h，混合搅拌转速为100～120rpm；
用去离子水淘洗经硫酸铜搅拌浸泡过的剩余污泥，至无铜离子存在；
将淘洗后的剩余污泥投加至厌氧消化反应器中，调节体积为1L，向厌氧消化反应器中通入10倍反应器体积的氮气以去除反应器中的氧气，随后开始对剩余污泥进行厌氧消化，并在厌氧消化过程中始终保持消化反应器的密闭；
厌氧消化过程中维持厌氧消化反应器中的温度为常温，混合搅拌速度为100～120rpm，反应共进行10d；
厌氧消化结束时记录收集气体的体积，利用气相色谱仪对甲烷含量进行测定；
对比实施例
将剩余污泥在常温(20～25℃)下静置沉淀6h，调节下层浓缩污泥的MLSS为10632mg/L，取1L泥水混合物至体积为1L的烧杯中；
消化反应器中不投加硫酸铜，常温下搅拌24h；
用去离子水淘洗搅拌过的剩余污泥，淘洗方法与实施例中相同；
将淘洗后的剩余污泥投加至厌氧消化反应器中，调节体积为1L，向厌氧消化反应器中通入10倍反应器体积的氮气以去除反应器中的氧气，随后开始对剩余污泥进行厌氧消化，并在厌氧消化过程中始终保持消化反应器的密闭；
厌氧消化过程中维持厌氧消化反应器中的温度为常温，混合搅拌速度为100～120rpm，反应共进行10d；
厌氧消化结束时记录收集气体的体积，利用气相色谱仪对甲烷含量进行测定。
投加硫酸铜可以为厌氧消化提供更多底物，提高剩余污泥水解速率，增加甲烷产量，其中未投加硫酸铜的对比实施例中反应结束时甲烷总产量为16.4mL/gVSS；而投加了硫酸铜的实施例中反应结束时甲烷总产量增加至22.7mL/gVSS，是对比实施例中甲烷总产量的1.38倍。

Claims (3)

1.一种硫酸铜促进剩余污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将剩余污泥沉淀浓缩；
(2)将硫酸铜溶解后投加到浓缩的剩余污泥中浸泡；
(3)将浸泡后的剩余污泥混合物进行淘洗；
(4)对淘洗后的剩余污泥混合物进行厌氧消化；
(5)对厌氧消化过程中产生的气体进行收集；
步骤(1)所述的剩余污泥来源于采用生物法处理污水的城镇污水处理厂，沉淀时间为6～12h。
步骤(2)所述的硫酸铜的投加剂量为0.25～2.50mgCu2+/gVSS，浓缩的剩余污泥浸泡时间为8～48h。
2.根据权利要求1所述的一种硫酸铜促进剩余污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于，步骤(3)所述的对浸泡后的剩余污泥混合物进行淘洗，至泥水混合物中无铜离子存在。
3.根据权利要求1所述的一种硫酸铜促进剩余污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于，步骤(4)所述的淘洗后的剩余污泥混合物进行厌氧消化，在消化开始前向厌氧反应器中通入氮气至反应器中无氧气存在，对淘洗后的剩余污泥混合物进行厌氧消化，厌氧消化时间为6～15d。
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