CN110204161A - 一种利用十二烷基苯磺酸钠（sdbs）提高污泥产生氢气的方法 - Google Patents

一种利用十二烷基苯磺酸钠（sdbs）提高污泥产生氢气的方法 Download PDF

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王冬波
杨静楠
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    • C02F11/121—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening by mechanical de-watering

Abstract

本发明涉及一种以加入十二烷基苯磺酸钠(一种典型的阴离子表面活性剂)提高污泥厌氧发酵产生氢气的方法。具体方法包括：(1)对城市污水处理厂产生的初沉污泥和剩余污泥经自然沉降处理，去除上清液进行浓缩，得到发酵原料；(2)将十二烷基苯磺酸钠加入到上述得到的发酵原料中，在厌氧条件下处理，产生氢气。污泥经过表面活性剂处理之后，不仅促进了污泥的破胞，使蛋白质、糖等有机物大量溶出，而且严重的限制了嗜氢产甲烷等微生物的活性，因而能够极大的促进污泥产生氢气的量。通过简单、便宜而有效的操作，实现了污泥减量化并一步促进了污泥的资源化利用，对污泥的处理处置具有重要的意义。

Description

一种利用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)提高污泥产生氢气的方法
技术领域
本发明属于环境保护以及污泥处理资源化技术领域，具体涉及一种以加入十二烷基苯磺酸钠(一种典型的阴离子表面活性剂)提高污泥厌氧发酵产生氢气的方法。
技术背景
目前，我国城镇污水处理厂的数量快速增长，伴随着大量初沉污泥和剩余污泥的产生。由于城镇居民生活排放的污水中含有各种各样的污染物，其经过市政管网进入到污水处理厂，这些污染物不能够被污泥中的微生物降解，被大量附着于浓缩的污泥中。如果污泥处理与处置不恰当，将会导致污泥和地下水、地表水等接触，剩余污泥絮体中包含了大量病毒、重金属、难被微生物降解的物质等其他有毒有害的物质将会进入到地下水和地表水中，严重污染地下水和地表水，进而对人类健康带来重大危害。此外，由于污泥的处理与处置费用占整个污水处理厂总成本的60％以上，快速增长的活性污泥已经成为了污水处理厂重要的挑战之一。
剩余污泥中富集了大量的蛋白质、糖等有机物。厌氧发酵处理污泥是污泥资源化利用的一种常见方法，但此前的厌氧发酵、消化主要集中在甲烷、短链脂肪酸的产生，而对于产氢鲜有涉及。而由于目前的全球变暖加剧以及能源短缺，迫使人们寻找一种清洁的能源。氢气作为一种无污染可再生且具有高热值的理想燃料,已在世界范围内得到广泛重视。利用污泥厌氧发酵产生氢气，反应条件温和，具有开发新能源、节省能量消耗及净化环境的重要意义，不仅解决了污泥的处理问题，而且产生大量的有价值的清洁能源—氢气。
污泥厌氧发酵分为六个阶段，即溶解、水解、酸化、乙酸化、同型产乙酸化和甲烷化阶段。氢气，是厌氧消化中的一种中间代谢产物，主要在厌氧发酵的酸化、乙酸化过程中产生，在同型产乙酸和甲烷化过程中被嗜氢甲烷菌、硫酸盐还原菌等耗氢细菌消耗。因此，增加污泥溶出，为产氢细菌提供更多底物以及抑制耗氢细菌的活性是提高污泥厌氧发酵产氢的关键。研究发现，通过超声、加热、微波等预处理能够显著提高污泥的溶出，提高氢气的产量，但是这些预处理手段操作复杂、能源消耗大且容易造成二次污染，使其应用受到很大的限制，因此，寻找一种操作简便、安全便宜且高效的污泥厌氧发酵产氢的方法成为研究的热门。
十二烷基苯磺酸钠是一种典型的被广泛使用的阴离子表面活性剂，具有亲水和亲油的性质，能够有效的促进污泥细胞的破碎，增加有机物的释放，此外，十二烷基苯磺酸钠能够显著的抑制耗氢细菌，从而大幅度的提高污泥厌氧发酵产生氢气，然而，到目前为止，利用十二烷基苯磺酸钠提高污泥厌氧发酵产氢的研究还没有被报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高污泥厌氧发酵产生氢气的方法，即投加十二烷基苯磺酸钠促进污泥厌氧发酵产氢。
为了达到上述目的，本发明的方案为：
一种利用十二烷基苯磺酸钠强化污泥厌氧发酵产氢的方法，包括如下步骤：
(1)对城市污水处理厂的初沉污泥和剩余污泥进行自然沉降，后去除上清液进行浓缩，得到发酵原料
(2)将上述污泥与十二烷基苯磺酸钠混合处理，并在厌氧环境下发酵产生氢气。
上述步骤(1)中污泥沉降时间为24h，温度为4℃。
上述步骤(2)中，十二烷基苯磺酸钠的投加量为0.01～0.05g/g TSS,优选为0.02～0.05g/g TSS。
上述步骤(2)中，发酵环境为厌氧环境，即向加有十二烷基苯磺酸钠的污泥中通入氮气5min，直至反应器中没有氧气的存在，密封之后将反应器放入到35℃，震荡速度为120rpm/min的摇床中。
上述步骤(2)中，污泥厌氧发酵的时间为10～12d。
在一个优选的实施案例中，十二烷基苯磺酸钠投加量为0.02～0.05g/g TSS。虽然十二烷基苯磺酸钠用量在一定范围内都能促进污泥厌氧发酵产生氢气，并且在一定范围内，随着十二烷基苯磺酸钠的用量的增加，对污泥厌氧发酵产氢的促进效果越明显。但是考虑到原料成本和氢气产量的关系，本发明采用的较理想的十二烷基苯磺酸钠的用量范围在0.02～0.05g/g TSS。
由于采用了以上的技术方案，本发明具有以下成果：
1.本发明采用十二烷基苯磺酸钠来促进污泥厌氧发酵产氢，它能够显著的破碎污泥细胞，使污泥中的蛋白质、糖等有机物质释放出来，从而为产氢微生物提供更充足的底物，提高产氢的速率，此外，十二烷基苯磺酸钠能够抑制耗氢微生物，减少氢气的损耗，增加氢气的累积，对实现污泥的减量化和资源化具有重要的意义。
2.本发明产生的氢气是一种清洁、可持续具有高热值的能源，能够有效的缓解能源短缺和全球变暖的局面，利用污泥这种废弃物产生氢气这种高附加值的产物，既有效的减少了环境污染，又从中回收了清洁的能源。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图
具体实施方式
以下结合具体实际案例对本发明做进一步的描述，但并不限制本发明的保护范围。
实施案例1
(1)在工作体积为4L的有机玻璃容器中，将城市污水处理厂产生的污泥放在4℃下自然沉降1d，除去上清液后得到发酵的原料。
(2)将500mL(1)中得到的污泥加入反应器中，并投加0.02g/g TSS的十二烷基苯磺酸钠，搅拌均匀。往反应器中充入氮气，持续5min以去除氧气，密封反应器放入摇床进行厌氧发酵，其中，摇床发酵温度为35±1℃，震荡速度为120rpm/min，发酵时间(即污泥在反应器中的停留时间)为6d，氢气的产量为6.3mL/g VSS。
实施案例2
(1)在工作体积为4L的有机玻璃容器中，将城市污水处理厂产生的污泥放在4℃下自然沉降1d，除去上清液后得到发酵的原料。
(2)将500mL(1)中得到的污泥加入反应器中，并投加0.02g/g TSS的十二烷基苯磺酸钠，搅拌均匀。往反应器中充入氮气，持续5min以去除氧气，密封反应器放入摇床进行厌氧发酵，其中，摇床发酵温度为35±1℃，震荡速度为120rpm/min，发酵时间(即污泥在反应器中的停留时间)为12d，氢气的产量为10.4mL/g VSS。
实施案例3
(1)在工作体积为4L的有机玻璃容器中，将城市污水处理厂产生的污泥放在4℃下自然沉降1d，除去上清液后得到发酵的原料。
(2)将500mL(1)中得到的污泥加入反应器中，并投加0.04g/g TSS的十二烷基苯磺酸钠，搅拌均匀。往反应器中充入氮气，持续5min以去除氧气，密封反应器放入摇床进行厌氧发酵，其中，摇床发酵温度为35±1℃，震荡速度为120rpm/min，发酵时间(即污泥在反应器中的停留时间)为6d，氢气的产量为12.3mL/g VSS。
实施案例4
(1)在工作体积为4L的有机玻璃容器中，将城市污水处理厂产生的污泥放在4℃下自然沉降1d，除去上清液后得到发酵的原料。
(2)将500mL(1)中得到的污泥加入反应器中，并投加0.04g/g TSS的十二烷基苯磺酸钠，搅拌均匀。往反应器中充入氮气，持续5min以去除氧气，密封反应器放入摇床进行厌氧发酵，其中，摇床发酵温度为35±1℃，震荡速度为120rpm/min，发酵时间(即污泥在反应器中的停留时间)为12d，氢气的产量为14.5mL/g VSS。
对比例1
(1)(1)在工作体积为4L的有机玻璃容器中，将城市污水处理厂产生的污泥放在4℃下自然沉降1d，除去上清液后得到发酵的原料。
(2)将500mL(1)中得到的污泥加入反应器中，不投加十二烷基苯磺酸钠。往反应器中充入氮气，持续5min以去除氧气，密封反应器放入摇床进行厌氧发酵，其中，摇床发酵温度为35±1℃，震荡速度为120rpm/min发酵时间(即污泥在反应器中的停留时间)为12d，氢气的产量为1.5mL/g VSS。
实施案例和对比例的氢气产量如表1所示：
表1实施例与对比例的发酵比较表
从表中可以看出，实施例1至实施例4的氢气产量比对比例1的氢气产量有了很大的提高，尤其是，最优条件下的实施例4的氢气产量比对比例1的氢气产量提高最大。
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。虽然本发明已以较佳的实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，熟悉本领域技术的人员可以对本发明技术方案做出许多可能的修改，或者修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是不脱离本发明范畴所做任何简单的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种利用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)提高污泥产生氢气的方法，其特征在于，主要包含以下步骤：
取城市污水处理厂产生的活性污泥，经自然沉降去除上清液后，进行浓缩处理得到厌氧发酵原料，将所得到的污泥与十二烷基苯磺酸钠(SDBS)混合，在厌氧环境下发酵，产生氢气。
2.根据权利要求1所述的一种利用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)提高污泥产生氢气的方法，其特征在于：所述污泥为城市污水厂产生的活性污泥，静置温度为4℃，沉淀时间为1天。
3.根据权利要求1所述的一种利用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)提高污泥产生氢气的方法，其特征在于：所述的SDBS的投加剂量为0.01～0.05g/g TSS，优选为0.02～0.05g/gTSS。
4.根据权利要求1所述的一种利用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)提高污泥产生氢气的方法，其特征在于：向经过预处理后的污泥中通入氮气5min至反应器中无氧气存在。
5.根据权利要求1所述的一种利用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)提高污泥产生氢气的方法，其特征在于：将反应器密封放入温度为35±1℃，震荡速度为120rpm/min的摇床中进行厌氧发酵。
6.根据权利要求1所述的一种利用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)提高污泥产生氢气的方法，其特征在于：所述污泥发酵的时间为10-12d。
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