CN108504699B - 一种利用apg06促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用APG06促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，属于固体废弃物资源化利用技术领域。所述方法包括如下步骤：将污水处理厂的剩余污泥进行沉降，倒去上清液后得浓缩污泥，向浓缩污泥中投加烷基糖苷，混合均匀，所述烷基糖苷的型号为APG06，在厌氧条件下进行厌氧发酵，离心得到含挥发性脂肪酸的上清液。本发明通过投加烷基糖苷APG06促进剩余污泥厌氧发酵产酸，能有效缩短发酵产酸的时间，且显著提高挥发性脂肪酸产率。该方法适用于剩余污泥厌氧发酵产酸。

Description

一种利用APG06促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法
技术领域
本发明涉及一种利用APG06促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，属于固体废弃物资源化利用技术领域。
背景技术
废水生物处理是世界范围内使用最多的市政污水处理方法，然而它有一个弊端是有大量的剩余活性污泥(WAS)会作为副产物产生。中国的污泥问题已经引起了严重的环境污染和公众的关注，其总污泥产量在2007年到2013年间的年增长率为13％，干污泥产量在2013年达到了6.25×106t，但是有超过80％的污泥被不恰当地处理和丢弃，造成环境污染的同时还伴随着巨大的资源浪费。WAS中含有大量的有机质，比如说蛋白质和糖类等，所以其普遍被用来通过厌氧消化产甲烷。和甲烷相比，挥发酸(VFA)是一种更有价值、更具适用性的物质，VFA不仅是废水生物处理去除水中营养物时的一种优质碳源，还可以作为制造生物可降解塑料的原材料等。所以最近对污泥发酵产酸的研究逐渐引起了人们的注意，通过发酵产酸，既对污泥进行了减量，又生产出了具有附加价值的VFA。
污泥是由多种成分组成的聚合物，包括功能细菌和胞外聚合物(EPS)等，一般悬浮在污水中。在美国，污水污泥的主要处置方法是土地利用、垃圾填埋和焚烧。污泥厌氧发酵产酸、产气的限速步骤是水解，所以使用预处理方法促进水解可以大幅度地提高酸化效率。机械、化学、热、热化学和生物预处理方法经常被用来提高污泥的可降解性。近年来已有研究者发现添加化学表面活性剂可提高剩余污泥水解速率，降低产甲烷菌的活性，从而使挥发性脂肪酸得以累积，然而多数化学表面活性剂存在毒性，生物可降解性差，会对环境造成二次污染，且它们对剩余污泥厌氧发酵产酸效果的提高不够显著。表面活性剂在吸附到固液界面上时，可以促进溶解，减小表面张力，而由于这些性质，其被广泛用于几乎各个领域，包括产油、化妆品、绘画、染料和纺织等产业。在污泥处理方面，表面活性剂可以通过改变EPS的释放性质来促进污泥的脱水，并且可以作为厌氧消化的一个辅助手段来促进VFAs和甲烷的产量。
发明内容
为解决现有目前多数化学合成的表面活性剂的生物可降解性较差，易对环境造成消极的影响，且对剩余污泥厌氧发酵产酸效果的提高不够显著的问题，本发明提供了一种利用APG06促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，具体涉及一种利用APG06促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，采用的技术方案如下：
本发明的目的在于提供一种利用APG06促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，该方法包括如下步骤：将污水处理厂的剩余污泥进行沉降，倒去上清液后得浓缩污泥，向浓缩污泥中投加烷基糖苷，混合均匀，所述烷基糖苷的型号为APG06，在厌氧条件下进行厌氧发酵，离心得到含挥发性脂肪酸的上清液。
优选地，所述浓缩污泥的总悬浮固体浓度控制在15g/L-20g/L之间。
更优选地，所述APG06的投加量为：每g VSS中加入0.1g-0.2g APG06。
优选地，所述APG06的投加量为每g VSS中加入0.4g APG06。
优选地，所述厌氧发酵的条件为：温度30℃-37℃、转速150r/min-200r/min。
优选地，所述厌氧发酵的时间为12d。
优选地，所述厌氧发酵的环境为氮气环境。
本发明还提供了一种上述法获得的厌氧消化污泥。
本发明有益效果：
本发明通过投加一种烷基糖苷APG06来促进剩余污泥厌氧发酵生产挥发酸，该方法能够有效缩短发酵产酸的时间且获得较高的挥发酸产量，显著提高了挥发性脂肪酸产率，现有挥发性脂肪酸产量只能达到3000-4000COD/L，而本发明方法生产的挥发性脂肪酸的产量可达4000-5000COD/L。
本发明采用的烷基糖苷APG60具有优良的表面活性，无毒无刺激、易于生物降解，低温水溶性良好，对人体和环境安全。烷基糖苷APG60成本较低是性价比较高、应用领域广泛的多功能性绿色生物表面活性剂。
本发明绿色表面活性剂烷基糖苷能促进颗粒污泥的溶解，蛋白质和多糖等有机物的大量溶出大大节省了产酸能耗和成本，得到的挥发性脂肪酸是主要是乙酸和丙酸，且有效缩短污泥最佳发酵产酸的时间，实现了剩余污泥的资源化和减量化。
本发明方法对设备要求低，具有操作简单、反应条件温和、成本低廉等优点。
附图说明
图1为烷基糖苷对溶解性蛋白质的影响示意图；
(a，APG06；b，APG08；c，APG0810；d，APG0814；e，APG10；f,APG1214)。
图2为烷基糖苷对溶解性多糖的影响示意图；
(a，APG06；b，APG08；c，APG0810；d，APG0814；e，APG10；f,APG1214)。
图3为烷基糖苷对挥发性脂肪酸产量的影响示意图；
(a，APG06；b，APG08；c，APG0810；d，APG0814；e，APG10；f,APG1214)。
图4为烷基糖苷对挥发性脂肪酸产量的影响示意图；
(a，APG06；b，APG1214)。
图5为不同投加量下APG06和APG1214对挥发性脂肪酸组分的影响示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不受实施例的限制。
以下实验中所采用的活性污泥的制备方法为：将污水处理厂的剩余污泥进行沉降，倒去上清液后得浓缩污泥，浓缩污泥的总悬浮固体浓度控制在15g/L-20g/L之间。
实施例1：APG促进污泥厌氧发酵产酸的最佳种类的确定
(1)选取六种APG(APG06、APG08、APG0810、APG0812、APG10、APG1214)用于批次污泥发酵实验。
(2)每个反应器(500mL厌氧瓶，并以胶盖密封)中盛有300mL活性污泥，6种APG都以0.1g/gTSS、0.15g/gTSS、0.2g/gTSS的剂量分别加入到各个反应器中，另设一组不加入APG作为对照组。
(3)在发酵之前，每个反应器都通入氮气5分钟以去除氧气，然后密封并在35±1℃，200rpm的条件下厌氧发酵12天。发酵过程中，分别在60min、6h、12h和1、2、3、4、5、6、8、10、12d对每组进行取样，包括液体和气体样品。
4)通过离心发酵液进行固液分离，得到含挥发性脂肪酸的上清液。
分别考察了不同型烷基糖苷对发酵后发酵液中溶解性蛋白质的浓度、溶解性多糖、挥发性脂肪酸产量的影响，结果如图1-3所示。
从图1中可以看到，与空白组对照，6种APG的加入都大幅提高了发酵液中溶解性蛋白质的浓度。其浓度变化趋势都在发酵初期大幅提高，然后随发酵时间的增加略有提高。短链APG如APG06和APG08在发酵第2天左右达到蛋白质的最高浓度，而其余4种较长链APG都能在发酵的第3个小时达到最高浓度，且较短链APG达到的最高浓度提高了20％-40％，而且其发酵中后期的溶解性蛋白质的浓度(600-700mg/L)也要高于APG06和APG08(500mg/L)，表明APG06和APG08溶解蛋白质的能力略逊于其余四种APG。
从图2可知，与空白组对照，6种APG的加入都大幅提高了发酵液中溶解性多糖的浓度。在发酵3h时，每个发酵体系取得最高的溶解性多糖浓度，取得的最高浓度的整体趋势随APG链长的增加而降低，随APG浓度的增加而增加。
从图3可以看出，与空白组相比，APG的加入大幅提高了厌氧污泥发酵的挥发酸产量，并也在第6天到第7天达到了最高产量。挥发酸产量随着APG06浓度的增加(从0.1到0.2g/gTSS)的提高最为显著，且最高产量达到了348.6mgCOD/gVSS(2900mgCOD/L)。挥发酸产量也随着APG10和APG1214浓度的增加(从0.1到0.2g/g TSS)而提高，最高产量达到了300.5mgCOD/gVSS(2500mgCOD/L)。
在图3所得的实验结果和分析中，加入0.2g/g的APG06在发酵第6天取得了最大的VFAs产量，但还没有达到最佳的剂量。而且加入较短链APG如APG06和APG08的实验组的产酸情况与加入更长链APG的其余四个实验组不同，其VFAs的积累量在发酵初期逐渐上升，但在发酵后期会有不同程度的降低。为了探究这种区别的原因所在以及得出促进污泥厌氧发酵产酸的最佳APG品种和剂量，本研究选取得到了最高产酸量的APG06与取得相近产酸效果的最长链烷基糖苷APG1214进行了后续浓度优化实验。
实施例2：APG促进污泥厌氧发酵产酸的最佳种类与浓度的确定
(1)选取二种APG(APG06、APG1214)用于批次污泥发酵实验。
(2)每个反应器(500mL厌氧瓶，并以胶盖密封)中盛有300mL活性污泥，2种APG都以0.1、0.2、0.3、0.4、0.5g/gTSS的剂量分别加入到各个反应器中，另设一组不加入APG作为对照组。
(3)在发酵之前，每个反应器都通入氮气5分钟以去除氧气，然后密封并在35±1℃，200rpm的条件下培养12天。发酵过程中，分别在60min、6h、12h和1、2、3、4、5、6、8、10、12d对每组进行取样，包括液体和气体样品。
(4)通过离心发酵液进行固液分离，得到含挥发性脂肪酸的上清液。
通过本实施例的实施，在加入不同浓度的上述两种APG后，VFAs积累量随时间的变化情况如图4所示。可见在本次实验中，加入APG06的浓度为0.4g/gVSS的实验组在发酵第5天取得了VFAs的最高产量4793mgCOD/L。而对APG1214来说，取得最高的VFAs产量4622mgCOD/L需要更高的浓度0.5g/gVSS，更长的发酵时间6天。且与空白相比可见都能大大提升挥发酸的产量。VFAs产量在APG06的0.1-0.4g/gTSS浓度范围内，随浓度的升高而升高，而对更高的浓度0.5g/gTSS来说，其VFAs的产生相对比较缓慢，且达到的最高产量4529mgCOD/L略低于0.4g/gVSS。VFAs产量在APG1214的0.1-0.5g/gTSS浓度范围内，随浓度的升高而升高。
结论：加入APG06的浓度为0.4g/gVSS的实验组在发酵第5天取得了VFAs的最高产量4793mgCOD/L，并且该挥发酸产量在这类实验中也是最高。
实施例3
(1)选取二种APG(APG06、APG1214)用于批次污泥发酵实验。
(2)每个反应器(500mL厌氧瓶，并以胶盖密封)中盛有300mL活性污泥，2种APG都以0.1、0.2、0.3、0.4、0.5g/gTSS的剂量分别加入到各个反应器中，另设一组不加入APG作为对照组，在VFAs浓度达到最大值时测各实验组的VFAs组成情况。
(3)在发酵之前，每个反应器都通入氮气5分钟以去除氧气，然后密封并在35±1℃，200rpm的条件下培养12天。
通过本实施例的实施，VFAs的组分构成在发酵第三天之后逐渐保持稳定，在VFAs浓度达到最大值时各实验组的VFAs组成情况如图5所示。可见VFAs的组成受APG种类和剂量的影响很大。并且各组挥发酸组成中占比前三高的都为乙酸，丙酸和异丁酸，其总和达到了75％-94％。对APG06实验组来说，乙酸所占的比例随剂量的增加而增加，并在浓度为0.5g/gVSS时达到了51％；丙酸和丁酸所占比例随剂量增加波动较大；而戊酸含量随剂量的升高而降低。对APG1214实验组来说，乙酸所占的比例随剂量的增加略有降低；丙酸所占比例随剂量增加而降低；丁酸和戊酸所占比例随剂量的升高而升高。
虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，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，都可以做各种改动和修饰，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 (3)

1.一种利用APG06促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，其特征在于利用环保的方法提高挥发酸的产量，包括如下步骤：将污水处理厂的剩余污泥进行沉降，倒去适量上清液后得浓缩污泥，向浓缩污泥中投加烷基糖苷，混合均匀，所述烷基糖苷的型号为APG06，在厌氧条件下进行厌氧发酵，离心得到含挥发性脂肪酸的上清液；
所述APG06的投加量为每g VSS中加入0.4g APG06；
所述厌氧发酵的条件为：温度30℃-37℃、转速150r/min-200r/min；
所述厌氧发酵的时间为12d；
所述厌氧发酵的环境为氮气环境。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述剩余污泥的总悬浮固体浓度控制在15g/L-20g/L之间。
3.权利要求1-2任一所述方法获得的厌氧消化污泥。
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