CN108623120B - 一种组合物及其制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合物及其制备方法和用途。所述组合物含有下述组分：(a)碱液50重量份；(b)鼠李糖脂0.2‑3重量份；(c)耐高温复合酶0.1‑1.5重量份；和(d)吸附除臭剂1‑8重量份；其中组分(a)+(b)+(c)+(d)为组合物总重量的80％‑100％。

Description

一种组合物及其制备方法和用途

技术领域

本发明属于污泥处理技术领域，尤其涉及一种基于污泥高温热水解过程的污泥溶胞促进剂。

背景技术

脱水污泥是污水处理过程中产生的主要副产物，其不仅含丰富的水分、有机物和微生物，而且可能含有重金属等多种可导致环境污染的有害物质，因此污泥的不当处理很有可能造成二次环境污染。目前关于脱水污泥处理技术的研究主要在三个方面：一是促进污泥高效脱水、有机物溶解的预处理技术；二是可实现污泥最终处置的焚烧与卫生填埋技术；三是污泥多种形式的资源回用技术。

污泥高温热水解是其中一种高效的污泥预处理技术。污泥高温热水解预处理工艺流程是以高含固的脱水污泥(含固率10％-20％)为对象，采用高温(155℃-170℃)、高压(-6bar)对污泥进行热水解和闪蒸处理，脱水污泥经高温、高压和压力瞬间释放，迫使污泥分子结构发生变化，使污泥中的胞外聚合物和大分子有机物发生水解，并破解污泥中微生物的细胞壁，强化物料的可生化性能，改善物料的流动性。污泥热水解主要用于(1)改善污泥的脱水性能，降低污泥含水率；(2)提高污泥的厌氧消化性能，提高污泥厌氧消化的沼气产量，进一步降低沼渣的含水率，有利于厌氧消化后沼渣的资源化利用；(3)用于获取反硝化碳源，污泥热水解后的水解液中含有较丰富的挥发性脂肪酸，因此将污泥水解液作为碳源用于反硝化脱氮系统可以节约外加碳源的费用；(4)基于隐性生长的污泥减量。剩余污泥先经过细胞溶化处理，然后返回曝气池作为基质被其他微生物利用，这种基于细胞溶解产物的生长方式称为隐性生长。由于微生物的隐性生长，剩余的活性污泥量大大减少。另外，对含有重金属的污泥，经热水解后，污泥中的重金属主要存在于固相中，主要以残渣态形式存在，迁移性较水解前有明显的降低，可大大降低重金属的危害性。

然而，污泥热水解技术工业化应用中仍存在以下问题需要克服：(1)部分脱水污泥由于粘度增大，无法直接进行热水解预处理，仍需与污水或含水率较高的剩余污泥进一步混合，使热水解反应器固体负荷下降；(2)污泥有机物转化效率不稳定，偏低，导致污泥稳定化效果不理想；(3)由于脱水污泥流态不稳定，给污泥热水解反应器的热效率、传质传热、设备连续运行稳定带来很多困难。因此，本领域迫切需要克服这些问题。

发明内容

本发明旨在克服现有技术存在的问题，提供一种针对性好、温度耐水性好、可有效进行厌氧消化且对环境友好的可用于脱水污泥高温热水解的污泥溶胞促进剂。

在本发明的第一方面，提供一种组合物，所述组合物含有下述组分：

其中组分(a)+(b)+(c)+(d)为组合物总重量的80％-100％。

在另一优选例中，其中含有0.5-3重量份的鼠李糖脂。

在另一优选例中，其中含有0.25-1.5重量份的耐高温复合酶。

在另一优选例中，其中含有3-8重量份的吸附除臭剂。

在另一优选例中，以所述碱液的总重量计，其中碱的浓度为28％-32％；更优选为30％。

在另一优选例中，所述碱选自下述的至少一种：氢氧化钠、氧化钙、氢氧化钾、碳酸钠和碳酸氢钠。

在另一优选例中，所述耐高温复合酶包括植酸酶和耐高温淀粉酶；植酸酶和耐高温淀粉酶的重量比为1：0.3-3；更优选为1：0.5-2。

在另一优选例中，所述吸附除臭剂中含有沸石粉和下述的一种或两种：硅藻土和活性炭。

在另一优选例中，所述吸附除臭剂包括沸石粉和硅藻土或沸石粉和活性炭；其中沸石粉与硅藻土或活性炭的用量比为1：2-3。

在另一优选例中，所述组合物由下述组分构成：

在本发明的第二方面，提供了一种如上所述的本发明提供的组合物的制备方法，所述方法包括步骤：将组分(a)、组分(b)、组分(c)和组分(d)混合得到如上所述的本发明提供的组合物。

在本发明的第三方面，提供一种如上所述的本发明提供的组合物的用途，所述组合物用作或用于制备污泥溶胞促进剂。

在本发明的第四方面，提供一种污泥热水解的方法，所述方法包括步骤：将如上所述的本发明提供的组合物与脱水污泥混合进行污泥浆化；所述的组合物的投加量为0.1-0.5％；优选为0.2-0.4％。

据此，本发明提供了一种针对性好、温度耐水性好、可有效进行厌氧消化且对环境友好的可用于脱水污泥高温热水解的污泥溶胞促进剂。

附图说明

图1显示了污泥热水解测试流程。

具体实施方式

发明人经过广泛而深入的研究，发现可根据污泥热水解高温、高压的特点，通过选择适合该工艺的加碱、加表面活性剂和加酶的配方，进一步提高污泥热水解效率。在此基础上，完成了本发明。

促进剂

在本发明中，“促进剂”和“污泥溶胞促进剂”可以互换使用，都是指包括碱液、表面活性剂、耐高温酶和除臭剂的组合物。

其中的碱液是无机碱的水溶液，所述的无机碱包括但不限于以下化合物中的至少一种：氢氧化钠、氧化钙、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠；其中的表面活性剂为鼠李糖脂；所述耐高温酶是一种复合酶，在100℃时仍能保持很高酶活，复合酶中包括植酸酶(≥20000U)和耐高温淀粉酶(≥10000U)；除臭剂为一吸附除臭剂，包括但不限于下述物质中的一种或一种以上：沸石粉、硅藻土和活性炭，其中的活性炭优选粉末活性炭；硅藻土的比表面积一般取30-60m²/g；沸石粉的粒度一般取40-100目；粉末活性炭的粒度一般取100-200目。

在本发明的一种实施方式中，所述促进剂中包括：

50重量份的30wt％碱液(以无机碱的水溶液的总重量计)；

0.2-3重量份的鼠李糖脂；

0.1-1.5重量份的耐高温复合酶；和

1-8重量份的吸附除臭剂。

鼠李糖脂的含量优选为0.5-3重量份，更优选为0.5-1.5重量份，最优选为0.8-1.2重量份。

耐高温复合酶的含量优选为0.25-1.5重量份，更优选为0.25-0.75重量份，最优选为0.3-0.6重量份。

吸附除臭剂的含量优选为3-8重量份，更优选为3-5重量份，最优选为3.2-4重量份。

本发明使用的耐高温复合酶中所含有的植酸酶和耐高温淀粉酶的重量比为1：0.3-3，优选为1：0.5-2，更优选为1：0.8-1.5。

本发明使用的吸附除臭剂优选其中必须含有沸石粉，例如沸石粉和硅藻土或沸石粉和活性炭(优选粉末活性炭)，且吸附除臭剂中沸石粉与其他物质的用量比为1：2-3。本发明使用的吸附除臭剂对获得的促进剂不仅具有较强的吸附作用，而且吸附容量很大，有助于形成一种“负载型”的复合促进剂，使负载于“载体”上的促进剂在污泥混合液中并不像单纯的促进剂那样会迅速“溶解”，而以相对较低的速率缓慢释放，因此可将这种“负载型”的复合促进剂视作“缓释的”促进剂。这样使得污泥胶团内能获得较高和较长时间的促进剂浓度。

污泥高温热水解

污泥高温水解一般经过污泥浆化、污泥热水解和污泥泄压闪蒸等步骤，研究表明，污泥的高温热水解可以细分为以下4个过程：污泥絮体结构的解体、污泥细胞破碎、有机物的释放、有机物的水解。污泥受热后，其絮体内部及表面的胞外聚合物(EPS)溶解并转移到液相；同时，絮体结构中的氢键受到破坏，絮体解体，污泥因此变得松散；此外，絮体结构中的间隙水释放出来成为游离水，使污泥的脱水性能得到改善。一般通过离心脱水，可使污泥的脱水率提高20％以上。随着温度的升高和热处理的深化，污泥微生物的细胞结构(包括细胞壁和细胞膜)被破坏。胞内的有机化合物释放出来转化为溶解性物质。这些有机物包括蛋白质、碳水化合物和脂类等，它们在热处理过程中进一步发生水解，生成溶解性的中间产物(如高级脂肪酸和氨基酸等)，并可能进一步转化为分子量更小的其他化合物，如挥发性脂肪酸(VFA)；蛋白质可水解成多肽、二肽和氨基酸，氨基酸进一步水解成低分子有机酸、氨和二氧化碳；碳水化合物水解成小分子的多糖、甚至单糖；脂类水解成甘油和脂肪酸；核酸发生脱氨、脱嘌呤或降解，从而使污泥的溶解性化学需氧量(SCOD)增加。水解出来还原糖的醛基和氨基酸中的氨基在长时间的高温高压下会发生美拉德反应(Maillard Reaction)，生成一种难降解的褐色多聚氮，造成系统内pH降低，从而影响污泥厌氧消化。通常而言，温度越高压力越大，热水解效率越高，但为了避免美拉德反应和过高的能耗，通常热水解的反应条件一般控制在155℃-170℃和-6bar。

为了进一步提高污泥的热水解效率，本发明在脱水污泥进入污泥浆化罐的同时加入上述本发明提供的促进剂，以脱水污泥的总重量计，促进剂的投加量为0.1-0.5％；优选为0.2-0.4％。

本发明提到的上述特征，或实施例提到的特征可以任意组合。本案说明书所揭示的所有特征可与任何组合物形式并用，说明书中所揭示的各个特征，可以任何可提供相同、均等或相似目的的替代性特征取代。因此除有特别说明，所揭示的特征仅为均等或相似特征的一般性例子。

本发明的主要优点在于：

1、本发明提供的污泥溶胞促进剂，可直接投入脱水污泥中，配合污泥高温热水解工艺条件，促进污泥中微生物细胞破碎、溶胞，从而改善污泥高温热水解污泥负荷、有机物转化效率和传质稳定等技术问题。

2、相对于物理法、化学法和生物法等其它污泥处理技术，复合溶胞促进剂不但可以达到水解污泥胞外聚合物(EPS)，破坏大颗粒污泥的絮体结构的目的，且其与微生物接触的表面积增加，污泥固体可以得到更高效彻底地水解。同时污泥流动性显著改善，降低了热水解反应器的制造难度。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则所有的百分数、比率、比例、或份数按重量计。本发明中的重量体积百分比中的单位是本领域技术人员所熟知的，例如是指在100毫升的溶液中溶质的重量。除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。

以下各个实施例、试验例和比较例中为污泥高温水解而配制的组合物采用以下方法进行试验测试：

试验的污泥为金山第二工业区污水处理厂经离心脱水后的污泥，污泥的理化性质为：

污泥采用批式污泥热水解进行处理，反应流程包括污泥浆化、污泥热水解、污泥泄压闪蒸(参见图1)。浆化罐内温度保持在97℃,反应时间30min；污泥热水解过程中，通过电加热热水解罐，使其温度升至165℃，压力0.6MPa,热水解反应约30min；闪蒸过程中，闪蒸罐压力保持在0.1MPa，平衡温度为102℃。

配制的组合物与脱水污泥的投加质量比为0.3％，随脱水污泥同时投加入污泥浆化罐。污泥热水解效率通过含固率(灼烧法HJ 761-2015)、SCOD(哈希法HACH)、可溶性蛋白(考马斯亮蓝G-250染色法)、可溶性糖(蒽酮比色法)和污泥粘度(SNB-1数字粘度计)的变化来表征处理效果的差异。

以下实施例、对比例和比较例中所用的鼠李糖脂购自河南富茂化工产品有限公司；植酸酶(≥20000U)购自夏盛实业集团有限公司；耐高温淀粉酶(≥10000U)购自河南佑康化工产品有限公司；沸石粉(粒度40-100目)购自蓝科净水材料有限公司；硅藻土(比表面积30-60m2/g)购自天津市鼎盛鑫化工有限公司；粉末活性炭(粒度100-200目)购自平顶山市绿之源活性炭有限公司；木聚糖酶购自上海康达食品工程有限公司；SDS(十二烷基硫酸钠)购自天津市鼎盛鑫化工有限公司；蔗糖酯购自河南千志商贸有限公司。

实施例1-10

实施例1-10污泥溶胞促进剂按比例进行配制，其中30％氢氧化钠溶液均为50重量份，其它组分的配比见表1。

表1单位：重量份

试验测试结果见表2。表中为各实施例促进剂投加试验后出水的水质，其中比较例为不投加促进剂，其余试验条件同实施例1-10。

表2

采用人直接闻的方式判断是否有臭味。结果见表3。其中“1号吸附除臭剂”项下的结果来自实施例1-10提供的促进剂，“2号吸附除臭剂”项下的结果来自仅将实施例1-10提供的促进剂中的吸附除臭剂换成该配方后所得的促进剂。比较例为不投加除臭吸附剂。

表3

“-”表示无臭味。

试验例1-10

将实施例1-10配方中的木聚糖酶的试验测试结果见表4，除臭剂为沸石粉﹕硅藻土＝2﹕5，表中为各实施例促进剂投加试验后出水的水质，其中比较例为不投加任何试剂，其余试验条件同实施例。

表4

试验例11-20

植酸酶的试验测试结果见表5，表面活性剂为SDS，除臭剂为沸石粉﹕硅藻土＝2﹕5，表中为各实施例促进剂投加试验后出水的水质，其中比较例为不投加任何试剂，其余试验条件同实施例。

表5

试验例21-30

耐高温淀粉酶的试验测试结果见表6，表面活性剂为SDS，除臭剂为沸石粉﹕硅藻土＝2﹕5，表中为各实施例促进剂投加试验后出水的水质，其中比较例为不投加任何试剂，其余试验条件同实施例。

表6

表4-7的结果表明，木聚糖酶效果不佳，植酸酶作用在中温段，不耐高温，而耐高温淀粉酶中低温下效果一般。

试验例31

现将植酸酶与耐高温淀粉酶混配试验测试结果见表7，表面活性剂为SDS，除臭剂为沸石粉﹕硅藻土＝2﹕5，1号配方：植酸酶﹕耐高温淀粉酶＝1﹕3，2号配方：植酸酶﹕耐高温淀粉酶＝2﹕3，3号配方：配方：植酸酶﹕耐高温淀粉酶＝1﹕1，4号配方：配方：植酸酶﹕耐高温淀粉酶＝3﹕2，5号配方：配方：植酸酶﹕耐高温淀粉酶＝3﹕1，投加量安实施例4的重量份加入，表中为各促进剂投加试验后出水的水质，其中比较例为不投加任何试剂，其余试验条件同实施例。

表7

试验例32-41

将实施例1-10提供的促进剂中的表面活性剂改为蔗糖酯，耐高温复合酶采用试验例31中的3号配方，投加试验后出水的水质的测试结果见表8，其中比较例为不投加任何试剂。

表8

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的实质技术内容范围，本发明的实质技术内容是广义地定义于申请的权利要求范围中，任何他人完成的技术实体或方法，若是与申请的权利要求范围所定义的完全相同，也或是一种等效的变更，均将被视为涵盖于该权利要求范围之中。

Claims (11)

1.一种组合物，其特征在于，所述组合物含有下述组分：

（a）碱液 50重量份

（b）鼠李糖脂 0.2-3重量份

（c）耐高温复合酶 0.1-1.5重量份

（d）吸附除臭剂 1-8重量份；

其中组分（a）＋（b）＋（c）＋（d）为组合物总重量的80％-100％；

所述耐高温复合酶包括植酸酶和耐高温淀粉酶；植酸酶和耐高温淀粉酶的重量比为1：0.3-3；

所述吸附除臭剂中含有沸石粉和下述的一种或两种：硅藻土和活性炭。

2.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，以所述碱液的总重量计，其中碱的浓度为28％-32％。

3.如权利要求2所述的组合物，其特征在于，以所述碱液的总重量计，其中碱的浓度为30％。

4.如权利要求2所述的组合物，其特征在于，所述碱选自下述的至少一种：氢氧化钠、氧化钙、氢氧化钾、碳酸钠和碳酸氢钠。

5.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述植酸酶和耐高温淀粉酶的重量比为1：0.5-2。

6.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述吸附除臭剂中沸石粉和硅藻土的用量比为1：2-3；或沸石粉和活性炭的用量比为1：2-3。

7.如权利要求1-6任一项所述的组合物，其特征在于，所述组合物由下述组分构成：

（a）碱液 50重量份

（b）鼠李糖脂 0.2-3重量份

（c）耐高温复合酶 0.1-1.5重量份 和

（d）吸附除臭剂 1-8重量份。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的组合物的制备方法，其特征在于，所述方法包括步骤：将组分（a）、组分（b）、组分（c）和组分（d）混合得到如权利要求1-7任一项所述的组合物。

9.一种如权利要求1-7任一项所述的组合物的用途，其特征在于，所述组合物用作或用于制备污泥溶胞促进剂。

10.一种污泥热水解的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：将如权利要求1-7任一项所述的组合物与脱水污泥混合进行污泥浆化；所述的组合物的投加量为0.1-0.5％。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述的组合物的投加量为0.2-0.4％。

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