CN107879584A - 一种高效削减污泥中抗性基因的方法 - Google Patents

一种高效削减污泥中抗性基因的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107879584A
CN107879584A CN201711125835.XA CN201711125835A CN107879584A CN 107879584 A CN107879584 A CN 107879584A CN 201711125835 A CN201711125835 A CN 201711125835A CN 107879584 A CN107879584 A CN 107879584A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sludge
resistant gene
heating
concentration
cutting down
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201711125835.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN107879584B (zh
Inventor
陈红
薛罡
姜明吉
孙敏
李响
钱雅洁
刘振鸿
张文启
方庭玕
徐先宝
王静
袁健
王麒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Sen Sen Environmental Engineering Co Ltd
Donghua University
National Dong Hwa University
Original Assignee
Shanghai Sen Sen Environmental Engineering Co Ltd
Donghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Sen Sen Environmental Engineering Co Ltd, Donghua University filed Critical Shanghai Sen Sen Environmental Engineering Co Ltd
Priority to CN201711125835.XA priority Critical patent/CN107879584B/zh
Publication of CN107879584A publication Critical patent/CN107879584A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107879584B publication Critical patent/CN107879584B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/10—Treatment of sludge; Devices therefor by pyrolysis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高效削减污泥中抗性基因的方法，其特征在于，将待处理污泥在浓缩池中经过重力沉降浓缩，浓缩后污泥浓度为15‑25g/L；将浓缩后的污泥泵送至预热反应罐，加酸调节pH值，加热进行酸化预热处理；将酸化预热处理后的污泥注入高压密闭反应罐中，加入生物质炭固体磷酸催化剂，密闭反应罐后，加热；反应结束后，待污泥降温后，卸料输送至调节池，加碱调节后进行脱水处理，获得脱水液及污泥炭。本发明提供了一种能实现污泥中抗性基因高效削减的方法，通过对污泥进行酸化预热处理，再通过高温热处理过程催化剂的作用实现高效快速去除，抗性基因削减的同时获得污泥炭，可资源化利用于农田还田和土壤改良。

Description

一种高效削减污泥中抗性基因的方法
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种高效削减污泥中抗性基因的方法。
背景技术
近年来，抗生素的大量使用导致抗性微生物大量增殖和抗性基因的富集和传播，对环境安全和人类健康产生了严重威胁。自2006年抗性基因被定义为一种新型污染物后（Environ. Sci. Technol. 2006, 40, (23), 7445-7450），研究者对抗性基因在环境中的赋存情况进行了大量的探究。研究表明，污水生物处理过程中产生的污泥是抗性基因的重要储存库，以四环素类抗性基因为例，其在剩余污泥中的浓度高达109 copies/g 干污泥（Ecotoxicology, 2009, 18(6), 652-660）。若对剩余污泥中的抗性基因进行高效削减，将会大大降低抗性基因在环境中的转移和富集。因此，对污泥中抗性基因的削减对防控抗性基因的环境风险具有重要意义，有必要开发一种有效削减污泥中抗性基因的方法。
众所周知，污泥的消化处理是污泥资源化利用的重要途径。近年来，研究者针对污泥消化处理过程中的抗性基因的削减展开研究，发现污泥的厌氧消化相较于好氧消化有更好的削减效果（Environ Sci Technol 2010, 44, (23), 9128-9133），而高温厌氧消化效果好于中温厌氧消化（Appl Microbiol Biot 2015, 99, (18), 7771-7779），但总的来说，削减效果有限。因此，对污泥热水解预处理、超声预处理等预处理措施结合厌氧消化（EnvironSci Technol 2011, 45, (18), 7855-7861），或者通过调控厌氧消化过程的pH值以提高抗性基因的削减效果做了进一步研究（CN104628234A）。虽然削减效果有一定提高，但整个过程反应时间长，总的削减率还有待进一步提高。
发明内容
本发明所要解决的问题是如何实现污泥抗性基因的有效削减。
为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种高效削减污泥中抗性基因的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1）：将待处理污泥在浓缩池中经过重力沉降浓缩，浓缩后污泥浓度为15-25g/L；
步骤2）：将浓缩后的污泥泵送至预热反应罐，加酸调节pH值，加热进行酸化预热处理；
步骤3）：将酸化预热处理后的污泥注入高压密闭反应罐中，加入生物质炭固体磷酸催化剂，密闭反应罐后，加热；
步骤4）：反应结束后，待污泥降温后，卸料输送至调节池，加碱调节后进行脱水处理，获得脱水液及污泥炭。污泥炭可作为农用还田及土壤改良，脱水液可返回至污水处理系统的调节池。
优选地，所述步骤1）中的待处理污泥为初沉污泥、二沉池剩余污泥或两者的混合物。
优选地，所述步骤2）中的酸采用硫酸、硝酸或盐酸；pH值调节至3-5；加热至60-80℃；预热处理时间为0.5-5h。
优选地，所述步骤3）中污泥的注入量为反应罐容积的35%-85%；加热方式采用蒸汽加热、导热油加热或电加热方式。
优选地，所述步骤3）中生物质炭固体磷酸催化剂的制备方法为：将农田秸秆切碎至2-5cm长度，加入质量为秸秆质量5%-12%的硅藻土，并将混合物投加至高压密闭反应罐中，投加量为罐体积的40%-85%，密闭加热至160-220℃，加热2-8h后停止加热；然后降温至50℃以下卸料，离心分离后取沉淀物，将其在105℃烘干后，浸渍于质量浓度为60-85%的磷酸溶液中10-15h；再将沉淀物在400-500℃的氮气气氛中，在管式电阻炉中焙烧2-4h，得到生物质炭固体磷酸催化剂。
优选地，所述步骤3）中生物质炭固体磷酸催化剂的加入量为酸化预处理后污泥干重质量的0.5%-6%。
优选地，所述步骤3）中密封罐的罐内污泥温度加热至140-200℃，加热时间为60-180min；加热方式采用蒸汽加热、导热油加热或电加热方式。
优选地，所述步骤4）中污泥温度降至50℃以下；碱采用Ca(OH)2，Ca(OH)2的加入量为污泥经反应后的干重质量的1.5%-7%；脱水处理方法采用板框压滤脱水或离心脱水。
本发明提供了一种能实现污泥中抗性基因高效削减的方法，通过对污泥进行酸化预热处理，再通过高温热处理过程催化剂的作用实现高效快速去除，抗性基因削减的同时获得污泥炭，可资源化利用于农田还田和土壤改良。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
（1）本方法可实现污泥抗性基因90%以上的高效削减；
（2）本方法可在短短几小时内实现抗性基因的快速削减；
（3）所获得的污泥炭含有较丰富的有机碳，氮和磷，污泥中的重金属被固化以较稳定的形式存在，可农用还田，且抗性基因被削减，可降低农用时抗性基因在环境中的传播风险。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，作详细说明如下。
实施例1
一种高效削减污泥中抗性基因的方法，包括以下步骤：
(1)将污水处理厂的初沉污泥和剩余污泥通过浓缩池浓缩至污泥浓度为15g/L；
(2) 将浓缩后的污泥泵送至预热反应罐，加入98%的H2SO4，调节pH至3采用蒸汽加热方式进行预热处理，预热温度为60℃，预处理时间为2h；
(3) 将预热酸化处理后的污泥注入高压密闭反应罐中，污泥的注入量为反应罐容积的50%，加入酸化处理后污泥干重质量的3%的生物质炭固体磷酸催化剂，采用蒸汽加热方式，密闭加热至罐内污泥温度为160 ℃，保持120 min；
(4) 降温后的物料输送至调节池，加入Ca(OH)2进行污泥调节，加入量为污泥经反应后干重质量的3%，采用离心脱水处理，得到脱水液及污泥炭。脱水液返回至污水处理系统的调节池，污泥炭用做农用还田。对处理前后污泥中四环素类抗性基因进行测定，削减效率为95%。
实施例2
一种高效削减污泥中抗性基因的方法，包括以下步骤：
(1)将污水处理厂的初沉污泥和剩余污泥通过浓缩池浓缩至污泥浓度为20g/L；
(2) 将浓缩后的污泥泵送至预热反应罐，加入浓硝酸，调节pH至4，采用导热油加热，进行预热处理，预热温度为70℃，预处理时间为4h；
(3) 将预热酸化处理后的污泥注入高压密闭反应罐中，污泥的注入量为高压密闭反应罐容积的70%，加入酸化处理后污泥干重质量的5%的生物质炭固体磷酸催化剂，采用导热油加热，密闭加热至罐内污泥温度为180℃，保持160min；
(4) 降温后的物料输送至pH调节池，加入Ca(OH)2进行污泥调节，加入量为污泥经反应后干重质量的1%，采用板框压滤脱水处理，得到脱水液及污泥炭。脱水液返回至污水处理系统的调节池，污泥炭用做农作还田，对处理前后污泥中四环素类及磺胺类抗性基因进行测定，削减效率均在92%以上。
实施例3
一种高效削减污泥中抗性基因的方法，包括以下步骤：
(1) 将污水处理厂的初沉污泥和剩余污泥通过浓缩池浓缩至污泥浓度为22g/L；
(2) 将浓缩后的污泥泵送至预热罐，加入盐酸调节pH至3.5，采用蒸汽加热，进行预热处理，预热温度为75℃，预处理时间为1.5h；
(3) 将预热酸化处理后的污泥注入高压密闭反应罐中，污泥的注入量为碳化反应罐容积的70%，加入酸化处理后污泥干重质量的3%的生物质炭固体磷酸催化剂，蒸汽加热至罐内污泥温度为150℃，保持180min；
(4) 反应结束后降温，物料输送至调节池，加入Ca(OH)2，加入量为反应后污泥干重质量的5%，采用板框压滤脱水处理，得到脱水液及污泥炭。脱水液返回至污水处理系统的调节池，污泥炭用做农作还田。对处理前后污泥中磺胺类抗性基因、红霉素类抗性基因及万古霉素抗性基因进行测定，削减效率分别为92%，95%、99%。
实施例4
一种高效削减污泥中抗性基因的方法，包括以下步骤：
(1) 将污水处理厂的剩余污泥通过浓缩池浓缩至污泥浓度为18g/L；
(2) 将浓缩后的污泥泵送至预热罐，加入浓H2SO4调节pH至5，采用蒸汽加热进行预热处理，预热温度为80℃，预处理时间为4h；
(3) 将预热酸化处理后的污泥注入高压密闭反应罐中，污泥的注入量为碳化反应罐容积的85%，加入酸化处理后污泥干重质量的2%的生物质炭固体磷酸催化剂，加热碳化罐至罐内污泥温度为200℃，保持150min；
(5) 反应结束，降温后的物料输送至调节池，加入Ca(OH)2，加入量为反应后污泥干重质量的2.5%，采用离心脱水处理，得到脱水液及污泥炭。脱水液返回至污水处理系统的调节池，污泥炭用做土壤改良剂。对处理前后污泥中红霉素类抗性基因、氯霉素抗性基因及内酰胺抗性基因进行测定，削减效率分别为99.5%，98%和99%。

Claims (8)

1.一种高效削减污泥中抗性基因的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)：将待处理污泥在浓缩池中经过重力沉降浓缩，浓缩后污泥浓度为15-25g/L；
步骤2)：将浓缩后的污泥泵送至预热反应罐，加酸调节pH值，加热进行酸化预热处理；
步骤3)：将酸化预热处理后的污泥注入高压密闭反应罐中，加入生物质炭固体磷酸催化剂，密闭反应罐后，加热；
步骤4)：反应结束后，待污泥降温后，卸料输送至调节池，加碱调节后进行脱水处理，获得脱水液及污泥炭。
2.如权利要求1所述的高效削减污泥中抗性基因的方法，其特征在于，所述步骤1)中的待处理污泥为初沉污泥、二沉池剩余污泥或两者的混合物。
3.如权利要求1所述的高效削减污泥中抗性基因的方法，其特征在于，所述步骤2)中的酸采用硫酸、硝酸或盐酸；pH值调节至3-5；加热至60-80℃；预热处理时间为0.5-5h。
4.如权利要求1所述的高效削减污泥中抗性基因的方法，其特征在于，所述步骤3)中污泥的注入量为反应罐容积的35％-85％；加热方式采用蒸汽加热、导热油加热或电加热方式。
5.如权利要求1所述的高效削减污泥中抗性基因的方法，其特征在于，所述步骤3)中生物质炭固体磷酸催化剂的制备方法为：将农田秸秆切碎至2-5cm长度，加入质量为秸秆质量5％-12％的硅藻土，并将混合物投加至高压密闭反应罐中，投加量为罐体积的40％-85％，密闭加热至160-220℃，加热2-8h后停止加热；然后降温至50℃以下卸料，离心分离后取沉淀物，将其在105℃烘干后，浸渍于质量浓度为60-85％的磷酸溶液中10-15h；再将沉淀物在400-500℃的氮气气氛中，在管式电阻炉中焙烧2-4h，得到生物质炭固体磷酸催化剂。
6.如权利要求1或5所述的高效削减污泥中抗性基因的方法，其特征在于，所述步骤3)中生物质炭固体磷酸催化剂的加入量为酸化预处理后污泥干重质量的0.5％-6％。
7.如权利要求1所述的高效削减污泥中抗性基因的方法，其特征在于，所述步骤3)中密封罐的罐内污泥温度加热至140-200℃，加热时间为60-180min；加热方式采用蒸汽加热、导热油加热或电加热方式。
8.如权利要求1所述的高效削减污泥中抗性基因的方法，其特征在于，所述步骤4)中污泥温度降至50℃以下；碱采用Ca(OH)2，Ca(OH)2的加入量为污泥经反应后的干重质量的1.5％-7％；脱水处理方法采用板框压滤脱水或离心脱水。
CN201711125835.XA 2017-11-14 2017-11-14 一种高效削减污泥中抗性基因的方法 Active CN107879584B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711125835.XA CN107879584B (zh) 2017-11-14 2017-11-14 一种高效削减污泥中抗性基因的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711125835.XA CN107879584B (zh) 2017-11-14 2017-11-14 一种高效削减污泥中抗性基因的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107879584A true CN107879584A (zh) 2018-04-06
CN107879584B CN107879584B (zh) 2021-02-05

Family

ID=61776707

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711125835.XA Active CN107879584B (zh) 2017-11-14 2017-11-14 一种高效削减污泥中抗性基因的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107879584B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109279747A (zh) * 2018-11-27 2019-01-29 东华大学 一种零价铁强化剩余污泥水热削减抗性基因的方法
CN109279746A (zh) * 2018-11-27 2019-01-29 东华大学 一种同步提高污泥厌氧产甲烷及抗性基因削减的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101688139A (zh) * 2007-03-22 2010-03-31 弗劳恩霍弗应用技术研究院 通过水热碳化而湿化学转化生物质的方法
WO2011049572A1 (en) * 2009-10-22 2011-04-28 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Hydrothermal processing (htp) of algae grown in htp waste streams
CN103880266A (zh) * 2014-04-08 2014-06-25 四川大学 一种水热法污泥脱水方法及装置
CN103936244A (zh) * 2014-04-10 2014-07-23 东华大学 一种利用城市污水生物污泥制备水热焦的方法
CN107129374A (zh) * 2017-06-05 2017-09-05 西北农林科技大学 一种降低有机肥中四环素类抗性基因丰度的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101688139A (zh) * 2007-03-22 2010-03-31 弗劳恩霍弗应用技术研究院 通过水热碳化而湿化学转化生物质的方法
WO2011049572A1 (en) * 2009-10-22 2011-04-28 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Hydrothermal processing (htp) of algae grown in htp waste streams
CN103880266A (zh) * 2014-04-08 2014-06-25 四川大学 一种水热法污泥脱水方法及装置
CN103936244A (zh) * 2014-04-10 2014-07-23 东华大学 一种利用城市污水生物污泥制备水热焦的方法
CN107129374A (zh) * 2017-06-05 2017-09-05 西北农林科技大学 一种降低有机肥中四环素类抗性基因丰度的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JIN PEI等: "Comparison of ozone and thermal hydrolysis combined with anaerobic digestion for municipal and pharmaceutical waste sludge with tetracycline resistance genes", 《WATER RESEARCH》 *
刘婉玉: "生物质碳基固体酸催化生物质水解的机理研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109279747A (zh) * 2018-11-27 2019-01-29 东华大学 一种零价铁强化剩余污泥水热削减抗性基因的方法
CN109279746A (zh) * 2018-11-27 2019-01-29 东华大学 一种同步提高污泥厌氧产甲烷及抗性基因削减的方法
CN109279746B (zh) * 2018-11-27 2021-05-11 东华大学 一种同步提高污泥厌氧产甲烷及抗性基因削减的方法
CN109279747B (zh) * 2018-11-27 2021-06-04 东华大学 一种零价铁强化剩余污泥水热削减抗性基因的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107879584B (zh) 2021-02-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
He et al. Simultaneous nitrification, denitrification and phosphorus removal in aerobic granular sequencing batch reactors with high aeration intensity: Impact of aeration time
Du et al. Performance and microbial community analysis of a novel DEAMOX based on partial-denitrification and anammox treating ammonia and nitrate wastewaters
Insam et al. Manure-based biogas fermentation residues–friend or foe of soil fertility?
Das et al. Energy recovery and nutrients recycling from municipal sewage sludge
Yang et al. Transferring of components and energy output in industrial sewage sludge disposal by thermal pretreatment and two-phase anaerobic process
He et al. Unraveling characteristics of simultaneous nitrification, denitrification and phosphorus removal (SNDPR) in an aerobic granular sequencing batch reactor
Liu et al. The one-stage autothermal thermophilic aerobic digestion for sewage sludge treatment
Wang et al. Effect of hydraulic retention time on performance of an anoxic–aerobic sequencing batch reactor treating saline wastewater
KR101338951B1 (ko) 생물증발법을 이용한 고농도 유기 폐수의 무배출 처리 방법
Abeynayaka et al. Mesophilic and thermophilic aerobic batch biodegradation, utilization of carbon and nitrogen sources in high-strength wastewater
Wang et al. Insight into effects of electro-dewatering pretreatment on nitrous oxide emission involved in related functional genes in sewage sludge composting
Li et al. Aerobic granulation in a modified oxidation ditch with an adjustable volume intraclarifier
JP2006205017A (ja) 有機性廃棄物の処理方法および処理システム
CN107879584A (zh) 一种高效削减污泥中抗性基因的方法
Christiaens et al. Anaerobic ureolysis of source-separated urine for NH3 recovery enables direct removal of divalent ions at the toilet
CN111302586A (zh) 一种污水厂生活污泥资源化的处理方法
WO2018057939A1 (en) A method and apparatus for pasteurization, hydrolysis and carbonization
JP3651836B2 (ja) 有機性廃棄物の処理方法
CN101255227A (zh) 利用含油污泥合成聚羟基烷酸酯的方法
Pilarska et al. Impact of organic additives on biogas efficiency of sewage sludge
Jain et al. Autoheated thermophilic aerobic sludge digestion and metal bioleaching in a two-stage reactor system
Tanwar et al. Intermittent cyclic process for enhanced biological nutrient removal treating combined chemical laboratory wastewater
JPS5848238B2 (ja) ゲスイスラツジノシヨリホウ
Junga et al. Evaluation of efficiency of technologies for wastewater sludge hygienisation
KR20150095390A (ko) 고농도 유기성 폐수처리장치 및 폐수처리방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant