CN104909537A - 一种利用富含硫杆菌的种泥调理发酵产酸污泥以提高有机酸回收的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高发酵产酸污泥脱水性能的方法，所述方法包括：a)提供污泥；b)向所述污泥中添加Fe²⁺和还原态的硫，并进行培养直至所述污泥的pH下降；c)将上一步获得的酸化的污泥加入到新鲜污泥中，并且重复上一步；d)重复步骤c)若干次从而获得种泥；和e)将所获得的种泥接种到发酵产酸污泥中，并向接种有所述种泥的发酵产酸污泥加入Fe²⁺和还原态的硫，并以与步骤b)相同的方式进行培养直至所述发酵产酸污泥的比阻下降。

Description

一种利用富含硫杆菌的种泥调理发酵产酸污泥以提高有机酸回收的方法

技术领域

本发明属于固废资源化利用领域，尤其是污泥资源化利用领域。具体地，本发明提供一种利用富集有氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌的种泥调理发酵产酸污泥以提高有机酸回收的方法。

背景技术

生物转化有机废物为生物能源和生物化学品已成为目前有机固体废物处置的热点。城市污泥发酵产酸是一种污泥资源化利用的新途径，通过促进污泥的水解产酸作用和抑制产甲烷作用，将污泥中富有的有机物转化为有机酸，既可作为工业原料，如生活污水脱氮除磷的外加碳源，且污泥发酵过程中产生的乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸、异戊酸和戊酸，其经济价值不仅要大于氢气，更高于甲烷，因此具有更高的经济效益，同时有利于实现碳减排。 

污泥经过预处理以及发酵后，需要将发酵液和污泥进行分离回收有机酸。然而，由于污泥絮状结构受到破坏，污泥粒径减小，液相中有机质浓度升高，溶解性的蛋白质和多糖的增加使污泥粘度增加，造成发酵后污泥脱水困难，影响有机酸的回收。因此，提高发酵产酸污泥脱水性能，可增加有机酸回收率，对污泥资源化利用具有重要的推动意义。

目前我国污泥脱水以化学法为主，污泥脱水中主要添加混凝剂如氯化铁、聚合硫酸铝或聚合三氯化铝和助凝剂如石灰等实现固液分离，但是投加量大，不仅成本高，而且由于絮凝剂的吸附作用使发酵液中有机酸损失严重。

氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌，作为对亚铁和还原态的硫具有氧化活性的微生物，广泛存在于自然界中，例如，在污泥中，具体地，在来自污水处理厂的污泥中。氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌的实例有，但不限于，硫杆菌属(Acidithiobacillus)、铁氧化钩端螺旋菌 (Leptospirillumferrooxidans)、硫化杆菌属(Sulfobacillus)、酸菌属(Acidianus)、嗜酸菌属(Acidiphilium)、微酸菌属(Acidimicrobium ferrooxidans)等。

污泥生物调理法在改善污泥脱水性能的目的，从而提高有机酸的回收。该技术在常温常压下通过富集的氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌等复合微生物作用完成，其优点在于：成本低廉、操作简便、效果显著、污泥有益成分得到保全，且无需添加任何絮凝剂，调理结束后污泥pH下降，在弱酸性环境下发酵液中有机酸从盐的转变成酸的形式，利于后续利用。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用富集有氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌的污泥作为种泥来调理发酵产酸污泥以提高有机酸回收的方法。通过所述调理，能够提高发酵产酸污泥的脱水性能，从而实现高效的发酵污泥的固液分离，提高有机酸回收率。本发明有助于污泥发酵产酸技术的规模化应用，对污泥资源化利用具有重要的推动意义。

本发明的特征在于：通过向污泥中添加亚铁和还原态的硫使广泛存在于自然界具体地是污泥中的氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌得到富集，从而得到富集有氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌的种泥，然后将所述种泥添加到发酵产酸污泥中并进行培养，从而提高发酵产酸污泥的脱水性能。

本发明的有益效果：本发明的方法处理效率高，处理时间短，在1.6Mpa的压力下，泥饼含水率能降至60％，提高了固液分离效率，使有机酸能够得到最大程度的回收。这有利于促进污泥发酵产酸技术的推广应用。

更具体地，本发明提供以下各项：

1、一种提高发酵产酸污泥脱水性能的方法，所述方法包括：

a)提供污泥； 

b)向所述污泥中添加Fe²⁺和还原态的硫，并进行培养直至所述污泥的pH下降；

c)将上一步获得的酸化的污泥加入到新鲜污泥中，并且重复上一步；

d)重复步骤c)若干次从而获得种泥；和

e)将所获得的种泥接种到发酵产酸污泥中，并向接种有所述种泥的发 酵产酸污泥加入Fe²⁺和还原态的硫，并以与步骤b)相同的方式进行培养直至所述发酵产酸污泥的比阻下降。

2.根据1所述的方法，其中所述污泥来自污水处理厂浓缩池。

3.根据1所述的方法，其中所述Fe²⁺是作为FeSO₄·7H₂O或FeS添加的。

4.根据1所述的方法，其中所述还原态的硫包括硫粉、硫代硫酸钠和金属硫化物。

5.根据1所述的方法，其中步骤b)中的培养进行至所述污泥的pH下降至4.5以下，例如下降至2.0。

6.根据1所述的方法，其中在步骤b)中，培养温度为常温或中温，即15-40℃，例如28℃。

7.根据1所述的方法，其中在步骤b)中，所述培养是在振荡加曝气条件下进行的。

8.根据1所述的方法，其中在步骤c)中，所述酸化的污泥被以适当比例，例如1-20％(V/V)的比例加入到所述新鲜污泥中。

9.根据1所述的方法，其中所述Fe²⁺的添加量为2g/L。

10.根据1所述的方法，其中所述还原态的硫的添加量为2g/L。

附图说明

图1：40g/L发酵污泥比阻变化曲线。

图2：40g/L发酵污泥滤液回收率变化曲线。

图3：20g/L发酵污泥比阻变化曲线。

图4：调理前后污泥抽滤的照片。

图5：20g/L发酵污泥滤液回收率变化曲线。

图6：滤液含酸量变化曲线。

具体实施方式

以下结合具体实施例说明及帮助理解本发明的本质，但是实施例中所述的具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明的全部技术方案。在业内技术人员看来，在不偏离本发明主体思想的前提下，做出非实质性的 变动，例如稍微改变添加药剂的浓度，调理的温度，培养前调节污泥的pH，污泥的浓度，Fe²⁺的种类等均属本发明的保护范围。

下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所需试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

由于氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌极为广泛地存在于自然界中，所以在本发明中，可以作为用于制备富集有氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌的种泥的原料的污泥可以是来自任何地方的污泥，具体地，所述污泥可以是取自污水处理厂浓缩池的剩余污泥。

当在本文中使用时，种泥是指富集有氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌的污泥。

当在本文中使用时，发酵污泥，即发酵产酸污泥，是指经发酵产酸过程后的污泥。以下实施例中所用的发酵污泥，为利用剩余污泥经过预处理后厌氧发酵所得，其仅是作为一个实例，本领域技术人员应理解本发明的方法可以用于任何发酵产酸污泥。

实施例1、富集有氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌的种泥的制备

将250mL获得自污水处理厂浓缩池的剩余污泥装入500mL三角瓶中，同时加入2g/L的Fe²⁺(FeSO₄·7H₂O，也可以使用FeS或及其他还原性铁)和2g/L的硫粉(也可以使用FeS或其他还原性硫)。将三角瓶置于恒温水浴振荡器中振荡培养富集土著菌种，摇床转速100rpm，温度为常温或中温，即15-40℃，例如28℃。待污泥酸化pH降低至4.5以下时，一个周期结束。以2％(V/V)的比例将酸化污泥接种至新鲜剩余污泥中，在相同条件下培养至pH降到4.5以下。重复上述步骤3次，所得酸化污泥作为种泥用于以下实验。经分子生物学鉴定氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌得到富集。

实施例2、利用本发明的种泥调理浓度为40g/L的发酵产酸污泥

在振荡加曝气条件下培养接种有实施例1中制备的种泥的发酵污泥。用摇床与曝气器进行试验，反应器有效体积为500mL，取适量种泥接种到40g/L的发酵产酸污泥中，接种量体积为2％(V/V)，并且加入2g/L的 FeSO₄·7H₂O和2g/L的硫粉，培养温度为15-40℃。摇床振荡培养，100rpm，培养96h。在第24h，污泥比阻从1.75×10¹³m/kg下降至8.66×10¹¹m/kg，96h后降至5.01×10¹¹(图1)。在常压过滤下，滤液回收率从0增至20％(图2)，有机酸回收率提高到20.47％。

实施例3、利用本发明的种泥调理浓度为20g/L的发酵产酸污泥

在振荡加曝气条件下培养接种有实施例1中制备的种泥的发酵污泥。用摇床与曝气器进行试验，反应器有效体积为500mL，取适量种泥接种到20g/L的发酵污泥中，接种量体积为2％(V/V)，并且加入2g/L的FeSO₄·7H₂O和2g/L的硫粉，培养温度为15-40℃。摇床振荡培养，100rpm，培养72h。污泥比阻从9.72×10¹²m/kg下降至3.22×10¹²m/kg(图3)。调理前污泥抽滤效果很差，抽滤调理后污泥可形成泥饼(图4)，含水率为75.17％。滤液得到有效回收，在常压过滤下，72h达到50％(图5)，并且有机酸回收率提高到53.20％(图6)。

虽然本发明已以较佳实例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种提高发酵产酸污泥脱水性能的方法，所述方法包括：

a)提供污泥；

b)向所述污泥中添加Fe²⁺和还原态的硫，并进行培养直至所述污泥的pH下降；

c)将上一步获得的酸化的污泥加入到新鲜污泥中，并且重复上一步；

d)重复步骤c)若干次从而获得种泥；和

e)将所获得的种泥接种到发酵产酸污泥中，并向接种有所述种泥的发酵产酸污泥加入Fe²⁺和还原态的硫，并以与步骤b)相同的方式进行培养直至所述发酵产酸污泥的比阻下降。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述污泥来自污水处理厂浓缩池。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述Fe²⁺是作为FeSO₄·7H₂O或FeS添加的。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述还原态的硫包括硫粉、硫代硫酸钠和金属硫化物。

5.根据权利要求1所述的方法，其中步骤b)中的培养进行至所述污泥的pH下降至4.5以下。

6.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤b)中，培养温度为常温或中温，例如15-40℃。

7.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤b)中，所述培养是在振荡加曝气条件下进行的。

8.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤c)中，所述酸化的污泥被以1-20％(V/V)的比例加入到所述新鲜污泥中。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述Fe²⁺的添加量为2g/L。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述还原态的硫的添加量为2g/L。