CN104724896A - 一种利用碱处理促进污泥中雌激素壬基酚厌氧降解的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于环境保护持久性难降解有机污染物处理技术领域，涉及一种利用碱处理促进污泥中雌激素壬基酚厌氧发酵降解的方法，该方法包括以下步骤：厌氧反应器中加入含有雌激素壬基酚的污泥，调节污泥厌氧发酵pH值为碱性，控制发酵温度，搅拌使反应体系混合均匀，运行9天。本发明能够有效雌激素壬基酚在污泥中的厌氧降解，减少雌激素对环境的污染，为污泥厌氧消化后的土地利用奠定基础，同时对污泥中其他难降解有机污染物的去除具有重要的指导和借鉴意义。
Description
技术领域
本发明属于环境保护及难降解有机污染物处理技术领域，涉及一种利用碱处理促进污泥中雌激素壬基酚厌氧降解的方法。
背景技术
随着污水处理率的不断提高，剩余污泥产生量不断增加，剩余污泥中的有机污染物含量也在不断增加，由于表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚的生产和使用，污水处理厂中壬基酚聚氧乙烯醚的含量不断增加，且其会在污水处理过程中转化为壬基酚，壬基酚的毒性是其母体的几百倍，能够模仿人体雌激素的作用，危害人体的生殖发育系统。由于壬基酚的疏水性及难降解特性，最终存在于剩余污泥中，将对污泥的后续土地资源化利用产生危害。
壬基酚主要来源于壬基酚聚氧乙烯醚的降解，壬基酚聚氧乙烯醚是合成洗涤剂主要原料，应用非常广泛。通常，随着废水的排放与处理，壬基酚聚氧乙烯醚转化为毒性更强的壬基酚，并大量富集到污泥中，并对后续污泥处理处置及资源化利用产生危害。
国内外有关NP的研究主要集中在环境中NP的迁移转化、微生物降解、生物吸附、优势菌种的培育等方面。海水沉积物、土壤和污泥混合物中的NP的微生物降解程度与外界环境条件如氧浓度、温度、营养物质添加等密切相关，而且不同菌种对NP的降解机制与代谢途径也有较大差异。近期NP已经被证实能够在硫酸盐还原、产甲烷等厌氧条件下发生生物降解。壬基酚已经被证明在好氧条件下可以被去除，但很多研究者认为壬基酚在厌氧条件下不能被去除或很难被去除。但近几年，有学者研究发现红树林中的壬基酚可以在厌氧条件下去除，并且投加氯化钠、零价铁、腐植酸、纤维素等可以加快红树林中NP的厌氧降解速率。
尽管污泥中壬基酚（NP）已经被证明能够在厌氧条件下发生生物降解，但仍缺乏污泥中的这些物质壬基酚在污泥厌氧发酵产酸条件下的降解，且污泥厌氧发酵是污泥进行后续资源化利用的重要途径，碱性发酵能够有效破坏污泥絮体以及胞外聚合物（EPS）的结构，有利于壬基酚从污泥表面解吸附，提高其移动性和在水相中的溶解度，从而增加微生物与污染物接触的机会，促进有机污染物的可生物利用性。由此可见，构建一种污泥中壬基酚在污泥碱性发酵过程中的降解方法十分必要方法是十分必要的。
发明内容
本发明的目的在于提出一种利用碱处理促进污泥中雌激素壬基酚厌氧降解的方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种利用碱处理促进污泥中雌激素壬基酚厌氧降解的方法，具体步骤如下：
将含有雌激素壬基酚的污泥加入厌氧反应器中，控制污泥发酵pH值为8.0~11.0，机械搅拌使反应体系物质混合均匀，同时控制发酵温度为10~55℃，厌氧反应器的运行时间为7-11天，污泥中悬浮固体TSS含量为1~16g TSS/L。
本发明中，所述pH值为8.0~10.0。
本发明中，所述发酵温度为37 ~55℃。
本发明中，所述污泥中悬浮固体浓度TSS含量为10~16g TSS/L。
本发明中，所述厌氧反应器的运行时间为9天。
本发明中，其特征在于污泥中NP的含量为80~300mg/kg干污泥。
通常情况下，厌氧反应器运行时间的增加会提高降解效果，同时也会增加运行成本，运行时间的减少则会降低降解效果，本发明综合上述因素，选择厌氧反应器的运行时间为9天。
本发明中利用碱处理促进污泥厌氧发酵对污泥中壬基酚的降解基本原理如下：
壬基酚在污泥厌氧消化过程中难降解的一个重要原因是水溶性很低，而亲脂性较强，极易吸附在污泥表面，导致生物可利用性差。因此，将壬基酚从污泥体系中解吸附、迁移进入水相并提高其在水相中的溶解度是提高壬基酚生物可利用性和降解率的有效途径。
污泥颗粒表面带有负电荷，在碱性发酵条件下，特别是当污泥的pH值升高时，污泥颗粒细胞表面带有的负电荷也渐渐升高，从而产生高的静电排斥作用，破坏污泥的紧密絮体结构，从而增加了吸附在污泥表面上的壬基酚与微生物的接触机会，促进污泥厌氧发酵系统中的壬基酚的可生物利用性。
另外，碱处理可增加污泥发酵系统中有机底物的浓度供微生物作为初级能源物质，有利于与壬基酚形成共代谢作用，进一步促进壬基酚在污泥厌氧消化系统的降解效率。
本发明的优势以及实际运用产生的效果效益包括：
1. 污泥碱性发酵过程中，极大地促进了污泥中壬基酚的降解效果；
2. .污泥中壬基酚的去除，有利于后续安全的污泥资源化利用。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例1
将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中污泥浓度为10g/L，壬基酚的浓度为160mg/kg干污泥，将反应器pH值调至5.0，密封反应器保持厌氧，控制发酵反温度37℃，厌氧发酵9d。通过污泥碱性发酵及微生物作用，降解污泥中壬基酚，壬基酚的降解效率为28.3%。
实施例2
将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中为污泥的浓度为13g/L，壬基酚的浓度为160mg/kg干污泥，将反应器pH值调至5.0，密封反应器保持厌氧，控制发酵反温度37℃，厌氧发酵9d。通过污泥碱性发酵及微生物作用，降解污泥中壬基酚，壬基酚的降解效率为34.2%。
实施例3
将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中为污泥的浓度为16g/L，壬基酚的浓度为160mg/kg干污泥，将反应器pH值调至5.0，密封反应器保持厌氧，控制发酵反温度37℃，厌氧发酵9d。通过污泥碱性发酵及微生物作用，降解污泥中壬基酚，壬基酚的降解效率为33.4%。
实施例4
将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中污泥浓度为10g/L，壬基酚的浓度为160mg/kg干污泥，将反应器pH值调至6.0，密封反应器保持厌氧，控制发酵反温度37℃，厌氧发酵9d。通过污泥碱性发酵及微生物作用，降解污泥中壬基酚，壬基酚的降解效率为34.1%。
实施例5
将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中污泥浓度为13g/L，壬基酚的浓度为160mg/kg干污泥，将反应器pH值调至76.0，密封反应器保持厌氧，控制发酵反温度37℃，厌氧发酵9d。通过污泥碱性发酵及微生物作用，降解污泥中壬基酚，壬基酚的降解效率为37.4%。
实施例6
将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中污泥浓度为16g/L，壬基酚的浓度为160mg/kg干污泥，将反应器pH值调至6.0，密封反应器保持厌氧，控制发酵反温度37℃，厌氧发酵9d。通过污泥碱性发酵及微生物作用，降解污泥中壬基酚，壬基酚的降解效率为34.7%。
实施例7
将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中污泥的浓度为10g/L，壬基酚的浓度为160mg/kg干污泥，不调pH，密封反应器保持厌氧，控制发酵反温度37℃，厌氧发酵9d。通过污泥碱性发酵及微生物作用，降解污泥中壬基酚，壬基酚的降解效率为21.3%。
实施例8
将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中污泥的浓度为13g/L，壬基酚的浓度为160mg/kg干污泥，不调pH，密封反应器保持厌氧，控制发酵反温度37℃，厌氧发酵9d。通过污泥碱性发酵及微生物作用，降解污泥中壬基酚，壬基酚的降解效率为24.6%。
实施例9
将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中污泥的浓度为16g/L，壬基酚的浓度为160mg/kg干污泥，不调pH，密封反应器保持厌氧，控制发酵反温度37℃，厌氧发酵9d。通过污泥碱性发酵及微生物作用，降解污泥中壬基酚，壬基酚的降解效率为19.3%。
实施例10
将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中污泥浓度为10g/L，壬基酚的浓度为160mg/kg干污泥，将反应器pH值调至7.0，密封反应器保持厌氧，控制发酵反温度37℃，厌氧发酵9d。通过污泥碱性发酵及微生物作用，降解污泥中壬基酚，壬基酚的降解效率为20.1%。
实施例11
将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中污泥浓度为13g/L，壬基酚的浓度为160mg/kg干污泥，将反应器pH值调至7.0，密封反应器保持厌氧，控制发酵反温度37℃，厌氧发酵9d。通过污泥碱性发酵及微生物作用，降解污泥中壬基酚，壬基酚的降解效率为29.6%。
实施例12
将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中污泥浓度为16g/L，壬基酚的浓度为160mg/kg干污泥，将反应器pH值调至7.0，密封反应器保持厌氧，控制发酵反温度37℃，厌氧发酵9d。通过污泥碱性发酵及微生物作用，降解污泥中壬基酚，壬基酚的降解效率为21.2%。
实施例13
将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中污泥浓度为10g/L，壬基酚的浓度为160mg/kg干污泥，将反应器pH值调至8.0，密封反应器保持厌氧，控制发酵反温度37℃，厌氧发酵9d。通过污泥碱性发酵及微生物作用，降解污泥中壬基酚，壬基酚的降解效率为28.9%。
实施例14
将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中污泥浓度为13g/L，壬基酚的浓度为160mg/kg干污泥，将反应器pH值调至8.0，密封反应器保持厌氧，控制发酵反温度37℃，厌氧发酵9d。通过污泥碱性发酵及微生物作用，降解污泥中壬基酚，壬基酚的降解效率为34.6%。
实施例15
将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中污泥浓度为16g/L，壬基酚的浓度为160mg/kg干污泥，将反应器pH值调至8.0，密封反应器保持厌氧，控制发酵反温度37℃，厌氧发酵9d。通过污泥碱性发酵及微生物作用，降解污泥中壬基酚，壬基酚的降解效率为27.3%。
实施例16
将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中污泥的浓度为10g/L，壬基酚的浓度为160mg/kg干污泥，将反应器pH值调至9.0，密封反应器保持厌氧，控制发酵反温度37℃，厌氧发酵9d。通过污泥碱性发酵及微生物作用，降解污泥中壬基酚，壬基酚的降解效率为39.4%。
实施例17
将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中污泥的浓度为13g/L，壬基酚的浓度为160mg/kg干污泥，将反应器pH值调至9.0，密封反应器保持厌氧，控制发酵反温度37℃，厌氧发酵9d。通过污泥碱性发酵及微生物作用，降解污泥中壬基酚，壬基酚的降解效率为43.9%。
实施例18
将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中污泥的浓度为16g/L，壬基酚的浓度为160mg/kg干污泥，将反应器pH值调至9.0，密封反应器保持厌氧，控制发酵反温度37℃，厌氧发酵9d。通过污泥碱性发酵及微生物作用，降解污泥中壬基酚，壬基酚的降解效率为41.4%。
实施例19
将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中污泥的浓度为10g/L，壬基酚的浓度为160mg/kg干污泥，将反应器pH值调至11，密封反应器保持厌氧，控制发酵反温度37℃，厌氧发酵9d。通过污泥碱性发酵及微生物作用，降解污泥中壬基酚，壬基酚的降解效率为39.2%。
实施例20
将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中污泥的浓度为13g/L，壬基酚的浓度为160mg/kg干污泥，将反应器pH值调至11，密封反应器保持厌氧，控制发酵反温度37℃，厌氧发酵9d。通过污泥碱性发酵及微生物作用，降解污泥中壬基酚，壬基酚的降解效率为44.8%。
实施例21
将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中污泥的浓度为16g/L，壬基酚的浓度为160mg/kg干污泥，将反应器pH值调至11，密封反应器保持厌氧，控制发酵反温度37℃，厌氧发酵9d。通过污泥碱性发酵及微生物作用，降解污泥中壬基酚，壬基酚的降解效率为41.5%。
实施例22
将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中污泥的浓度为10g/L，壬基酚的浓度为160mg/kg干污泥，将反应器pH调至10.0，密封反应器保持厌氧，控制发酵反温度37℃，厌氧发酵9d。通过污泥碱性发酵及微生物作用，降解污泥中壬基酚，壬基酚的降解效率为43.5%。
实施例23
将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中污泥的浓度为13g/L，壬基酚的浓度为160mg/kg干污泥，将反应器pH调至10.0，密封反应器保持厌氧，控制发酵反温度37℃，厌氧发酵9d。通过污泥碱性发酵及微生物作用，降解污泥中壬基酚，壬基酚的降解效率为47.0%。
实施例24
将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中污泥的浓度为16g/L，壬基酚的浓度为160mg/kg干污泥，将反应器pH调至10.0，密封反应器保持厌氧，控制发酵反温度37℃，厌氧发酵9d。通过污泥碱性发酵及微生物作用，降解污泥中壬基酚，壬基酚的降解效率为42.1%。
实施例25
将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中污泥的浓度为13g/L，壬基酚的浓度为160mg/kg干污泥，将反应器pH调至10.0，密封反应器保持厌氧，控制发酵反温度25℃，厌氧发酵9d。通过污泥碱性发酵及微生物作用，降解污泥中壬基酚，壬基酚的降解效率为40.1%。
实施例26
将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中污泥的浓度为13g/L，壬基酚的浓度为160mg/kg干污泥，将反应器pH调至10.0，密封反应器保持厌氧，控制发酵反温度55℃，厌氧发酵9d。通过污泥碱性发酵及微生物作用，降解污泥中壬基酚，壬基酚的降解效率为48.3%。
实施例27
将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中污泥的浓度为13g/L，壬基酚的浓度为160mg/kg干污泥，将反应器pH调至10.0，密封反应器保持厌氧，控制发酵反温度10℃，厌氧发酵9d。通过污泥碱性发酵及微生物作用，降解污泥中壬基酚，壬基酚的降解效率为30.3%。
实施例28
将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中污泥的浓度为13g/L，壬基酚的浓度为100mg/kg干污泥，将反应器pH调至10.0，密封反应器保持厌氧，控制发酵反温度37℃，厌氧发酵9d。通过污泥碱性发酵及微生物作用，降解污泥中壬基酚，壬基酚的降解效率为44.3%。
实施例29
将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中污泥的浓度为13g/L，壬基酚的浓度为220mg/kg干污泥，将反应器pH调至10.0，密封反应器保持厌氧，控制发酵反温度37℃，厌氧发酵9d。通过污泥碱性发酵及微生物作用，降解污泥中壬基酚，壬基酚的降解效率为41.7%。
实施例31
将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中污泥的浓度为13g/L，壬基酚的浓度为220mg/kg干污泥，将反应器pH调至10.0，密封反应器保持厌氧，控制发酵反温度37℃，厌氧发酵8d。通过污泥碱性发酵及微生物作用，降解污泥中壬基酚，壬基酚的降解效率为46.3%。
实施例32
将含壬基酚污泥样品加入至容积为500mL的厌氧反应器血清瓶中，其中污泥的浓度为13g/L，壬基酚的浓度为160mg/kg干污泥，将反应器pH调至10.0，密封反应器保持厌氧，控制发酵反温度37℃，厌氧发酵11d。通过污泥碱性发酵及微生物作用，降解污泥中壬基酚，壬基酚的降解效率为47.3%。
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 (6)
1.一种利用碱处理促进污泥中雌激素壬基酚厌氧降解的方法，其特征在于：具体步骤如下：
将含有雌激素壬基酚的污泥加入厌氧反应器中，控制污泥发酵pH值为8.0~11.0，机械搅拌使反应体系物质混合均匀，同时控制发酵温度为10~55℃，厌氧反应器的运行时间为7-11天，污泥中悬浮固体TSS含量为1~16g TSS/L。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述pH值为8.0~10.0。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述发酵温度为37 ~55℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述污泥中悬浮固体浓度TSS含量为10~16g TSS/L。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述厌氧反应器的运行时间为9天。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于污泥中NP的含量为80~300mg/kg干污泥。
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