发明内容
本发明要解决目前存在传统污泥厌氧发酵碳源转化效率低的问题,而提供的一种硫酸盐还原菌为介导强化污泥碳源转化的方法。
本发明具体是按照以下步骤进行的:
一、制备污泥样本:在温度为4 ℃的条件下将剩余污泥进行自然沉降,沉降时间为24 h ~30 h,弃去上清液,得到污泥样本;
二、定向驯化和富集SRB功能菌群:以二碳以上脂肪酸(丙酸、正/异丁酸和正/异戊酸)为三种碳源,以污水处理厂剩余活性污泥为分离接种源,在厌氧条件下,富集和驯化以乙酸和二氧化碳为末端产物的降解脂肪酸菌液。利用传统的连续传代富集,每隔 3d 以10%的接种量转接到相同富集培养基中;培养基每升各组成成分含量为硫酸铵0.6875g、微量元素10mL,另按1000gCOD换算分别投加三种碳源,用10%稀硫酸或1mol/L氢氧化钠调pH至6.5,于空气浴摇床120rpm、33℃下培养,连续转接 10+2次,得到三种不同类型SRB,将其按VSS比为1:1:1均匀混合后,采用离心法获得浓缩SRB菌液;
三、投加过硫酸盐和SRB:将过硫酸盐和步骤二制得的SRB菌液投加到步骤一所制得的污泥样本中,混合均匀后放入反应瓶中,其中SRB菌液与污泥的投加比例为VSS污泥:VSS菌液=100:1,过硫酸盐投加量为1.2m mol/g-VSS;
四、进行厌氧发酵:将反应瓶驱氧充氮10 min后,密封反应瓶,放入空气浴摇床中以110 rpm ~120 rpm转速,进行厌氧发酵,发酵温度为30℃~35 ℃、发酵时间为1 d ~10 d,完成硫酸盐还原菌为介导强化污泥碳源转化的方法。
本发明的有益效果是:
本发明方法采用过硫酸盐处理剩余污泥溶胞,强化污泥嵌入式能源的释放,其还原产物硫酸盐可为SRB提供电子最终受体,保证SRB的活性及竞争力;SRB 对二碳以上脂肪酸的利用过程,不仅产生乙酸(HAc),而且产生质子和电子用于还原硫酸盐,在此过程中需要消耗氢气,从而使厌氧环境保持在低氢分压,解除 HPA 产氢产乙酸的热力学抑制, 进而继续“拉动”产氢产乙酸进程,明显的提高了剩余污泥发酵过程中挥发酸的浓度,且提高乙酸在总挥发酸中的占比。当过硫酸盐投加量为1.2m mol/g-VSS,发酵时间为72h时,与剩余污泥单独厌氧发酵和过硫酸盐预处理的剩余污泥厌氧发酵实验组相比,投加过硫酸盐及SRB实验组的挥发酸浓度分别提高了4.36倍及1.40倍,乙酸浓度分别提高了6.78倍及1.35倍。说明投加硫酸盐还原菌后对污泥厌氧发酵过程中碳源的转化有明显的促进作用。本发明方法对实现强化剩余污泥厌氧发酵过程中碳源的高效转化具有重要的理论价值和现实意义。本发明用于以硫酸盐还原菌为介导强化污泥碳源转化。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式,还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一:本实施方式硫酸盐还原菌为介导强化污泥碳源转化的方法具体是按照以下步骤进行的:
一、制备污泥样本:在温度为4 ℃的条件下将剩余污泥进行自然沉降,沉降时间为24 h ~30 h,弃去上清液,得到污泥样本;
二、定向驯化和富集SRB功能菌群:以二碳以上脂肪酸(丙酸、正/异丁酸和正/异戊酸)为碳源,以污水处理厂剩余活性污泥为分离接种源,在厌氧条件下,富集和驯化以乙酸和二氧化碳为末端产物的降解脂肪酸菌液。利用传统的连续传代富集,每隔3d以10%的接种量转接到相同富集培养基中。培养基每升各组成成分含量为硫酸铵0.6875g、微量元素10mL,另按1000gCOD换算分别投加三种碳源,用10%稀硫酸或1mol/L氢氧化钠调pH至6.5,于空气浴摇床120rpm、33℃下培养,连续转接 10 次左右,得到三种不同类型SRB,将其按VSS比为1:1:1均匀混合后,采用离心法获得浓缩SRB菌液。
三、投加过硫酸盐和SRB:将过硫酸盐和步骤二制得的SRB菌液投加到步骤一所制得的污泥样本中,混合均匀后放入反应瓶中,其中SRB菌液与污泥的投加比例为VSS污泥:VSS菌液=100:1,过硫酸盐投加量为1.2m mol/g-VSS。
四、进行厌氧发酵:将反应瓶驱氧充氮10 min后,密封反应瓶,放入空气浴摇床中以110 rpm ~120 rpm转速,进行厌氧发酵,发酵温度为30℃~35 ℃、发酵时间为1 d ~10 d,完成硫酸盐还原菌为介导强化污泥碳源转化的方法。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是:步骤一中沉降时间为25 h ~29 h。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一至二之一不同的是:步骤四中空气浴摇床的转速为112 rpm ~118 rpm。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是:步骤四中发酵温度为33 ℃~34 ℃、发酵时间为3 d ~10 d。其它与具体实施方式一相同。
采用以下实施例和对比实验验证本发明的有益效果:
实施例一:
本实施例硫酸盐还原菌为介导强化污泥碳源转化的方法具体是按照以下步骤进行的:
一、制备污泥样本:在温度为4 ℃的条件下将剩余污泥进行自然沉降,沉降时间为24 h,然后排掉上清液,得到污泥样本,其中污泥样本TSS为19.204 g/L,VSS为11.145g/L;
二、定向驯化和富集SRB功能菌群:以二碳以上脂肪酸(丙酸、正/异丁酸和正/异戊酸)为碳源,以污水处理厂剩余活性污泥为分离接种源,在厌氧条件下,富集和驯化以乙酸和二氧化碳为末端产物的降解脂肪酸菌液。利用传统的连续传代富集,每隔3d以10%的接种量转接到相同富集培养基中。培养基每升各组成成分含量为硫酸铵0.6875g、微量元素10mL,另按1000gCOD换算分别投加三种碳源,用10%稀硫酸或1mol/L氢氧化钠调pH至6.5,于空气浴摇床120rpm、33℃下培养,连续转接10次左右,得到三种不同类型SRB,将其按VSS比为1:1:1均匀混合后,采用离心法获得浓缩SRB菌液。
三、投加过硫酸盐和SRB:用500 mL血清瓶作为反应瓶,将步骤二制得的SRB菌液和过硫酸盐投加到步骤一制得的污泥样本中,混合均匀后量取300 mL污泥样本放入反应瓶中,其中SRB菌液与污泥的投加比例为VSS污泥:VSS菌液=100:1,过硫酸盐投加量为1.2m mol/g-VSS。
四、进行厌氧发酵:将反应瓶驱氧充氮10 min后,密封反应瓶,放入空气浴摇床中以110 rpm ~120 rpm转速,进行厌氧发酵,发酵温度为30℃~35 ℃、发酵时间为1 d ~10 d,完成硫酸盐还原菌为介导强化污泥碳源转化的方法。
其中剩余污泥取自晋中市正阳污水厂二沉池。
对比实验一:
本对比实验剩余污泥单独厌氧发酵的方法具体是按照以下步骤进行的:
一、制备污泥样本:在温度为4 ℃的条件下将剩余污泥进行自然沉降,沉降时间为24 h,然后排掉上清液,得到污泥样本,其中污泥样本TSS为19.204 g/L,VSS为11.145g/L;
二、量取污泥样本:用500 mL血清瓶作为反应瓶,量取300 mL污泥样本放入反应瓶中;
三、进行厌氧发酵:将反应瓶驱氧充氮10 min后,密封反应瓶,放入空气浴摇床中以120 rpm转速,进行厌氧发酵,发酵温度为30℃~35 ℃、发酵时间为1 d ~10 d,完成剩余污泥单独厌氧发酵的方法。
其中剩余污泥取自晋中市正阳污水厂二沉池。
对比实验二:
本对比实验过硫酸盐预处理的剩余污泥厌氧发酵的方法具体是按照以下步骤进行的:
一、制备污泥样本:在温度为4 ℃的条件下将剩余污泥进行自然沉降,沉降时间为24 h,然后排掉上清液,得到污泥样本,其中污泥样本TSS为19.204 g/L,VSS为11.145g/L;
二、投加过硫酸盐:用500 mL血清瓶作为反应瓶,将过硫酸盐投加到步骤一制得的污泥样本中,混合均匀后量取300 mL污泥样本放入反应瓶中,其中过硫酸盐投加量为1.2mmol/g-VSS。
三、进行厌氧发酵:将反应瓶驱氧充氮10 min后,密封反应瓶,放入空气浴摇床中以110 rpm ~120 rpm转速,进行厌氧发酵,发酵温度为30℃~35 ℃、发酵时间为1 d ~10 d,完成过硫酸盐预处理的剩余污泥厌氧发酵的方法。
其中剩余污泥取自晋中市正阳污水厂二沉池。
图1为实施例一和对比实验一、对比实验二的挥发酸浓度与发酵时间的关系图。从图中可以看出,与剩余污泥单独厌氧发酵和过硫酸盐预处理的剩余污泥厌氧发酵产生的挥发酸浓度相比,投加过硫酸盐与SRB实验组,挥发酸浓度有明显的提高,说明SRB的投加对剩余污泥发酵产酸效能有明显的促进作用。发酵时间为72 h时,投加过硫酸盐与SRB的实验组的挥发酸浓度为3269.7739 mg COD/L,比剩余污泥单独厌氧发酵和过硫酸盐预处理的剩余污泥厌氧发酵产生的挥发酸浓度分别提高了4.36倍及1.40倍。
图2为实施例一和对比实验一、对比实验二在72h时各挥发酸浓度与发酵方式的关系图。从图中可以看出,投加过硫酸盐与SRB实验组的各挥发酸浓度相比剩余污泥单独厌氧发酵和过硫酸盐预处理的剩余污泥厌氧发酵都有很大提高,单乙酸浓度(1984.2964mgCOD/L)来看,相比对照组一、二分别提高了6.78倍及1.35倍。
综上所述,在剩余污泥中投加过硫酸盐与SRB,挥发酸浓度有明显的提高,与剩余污泥单独厌氧发酵和过硫酸盐预处理的剩余污泥厌氧发酵实验组相比,72 h时挥发酸浓度分别提高了4.36倍及1.40倍;乙酸浓度分别提高了6.78倍及1.35倍,可见投加SRB可明显促进污泥小分子碳源的转化。结果表明,以SRB为介导强化污泥碳源转化具有可行性,解决了剩余污泥单独厌氧发酵所存在的限制问题。