CN113072276A - 一种利用过氧化钙降解污泥中的四环素并提高发酵短链脂肪酸产量的方法 - Google Patents

一种利用过氧化钙降解污泥中的四环素并提高发酵短链脂肪酸产量的方法 Download PDF

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Abstract

目前含四环素的污泥在厌氧发酵过程中由于四环素的难降解性以及四环素会影响与短链脂肪酸产生有关的微生物的多样性和丰度，导致较差的厌氧发酵效率，同时也存在污泥残留四环素对环境具有潜在威胁的问题。本发明属于固体废物无害化资源化处理领域，公开一种利用过氧化钙降解污泥中的四环素、提高发酵短链脂肪酸产量、且同步提高发酵污泥脱水的方法。所述方法具体过程为：将含有四环素的剩余污泥浓缩后送入过氧化钙预处理装置，搅拌使装置中物质混合均匀，然后送至厌氧发酵装置进行发酵，最后送至固液分离装置进行脱水处理。实验表明，此方法可以有效降解四环素，消除了四环素对污泥厌氧发酵的抑制，缓解四环素对环境的污染，同时提高发酵短链脂肪酸的产量和发酵污泥的脱水性能。本发明达到了污泥无害化、资源化和减量化的目的，同时该发明还具有成本低、操作简单、便于管理等优势。

Description

一种利用过氧化钙降解污泥中的四环素并提高发酵短链脂肪 酸产量的方法
技术领域
本发明是一种利用过氧化钙降解污泥中的四环素、提高发酵短链脂肪酸产量，且同步提高发酵污泥脱水的方法，涉及固体废物无害化资源化处理领域。
技术背景
随着城市发展，人们产生的生活污水越来越多，也越来越复杂，因此如何科学有效地对生活污水进行处理已经成为了一个亟待解决的问题。活性污泥法是目前污水处理厂的常用方法，该方法具有很多的优点，但是在处理污水的过程中不可避免地会产生大量的剩余活性污泥。剩余活性污泥中含有大量的有机物，可以利用厌氧发酵过程将其转化为短链脂肪酸。但同时剩余活性污泥中含有病原体、重金属和持久性有机物等有毒有害物质，例如四环素，它们会对污泥厌氧发酵过程产生影响，若被排放到环境中也可能会对环境和公众健康造成直接或间接的威胁。
四环素是一种广谱的抗生素，因成本较低、抗菌活性好而被广泛应用。四环素难以在动物或人类体内被消化和吸收，大约有50％到80％会以动物尿液或粪便的形式进入环境中并未被有效降解，而且大多最终会进入城市污水处理系统。有文献表明，在污水处理厂的进水、出水和剩余污泥中可以检测到其的存在。四环素会抑制污泥厌氧发酵过程，对剩余活性污泥在厌氧发酵的过程中产生的短链脂肪酸的产量和结构都产生了不利的影响。四环素降低了短链脂肪酸的产量，并且使乙酸的比例降低。四环素在发酵过程中不易被降解，可能会随着发酵污泥的后续处理而进入环境中从而对环境造成潜在威胁。
本发明中利用加入一定量的过氧化钙解决含四环素的剩余污泥在厌氧发酵过程中产生的问题。过氧化钙在含水介质中会释放出羟基自由基和超氧自由基，它们具有很强的氧化能力，能够氧化分解污泥，增强有机物的生物转化，已被广泛地用于有机物的降解。中国专利CN104031949A公布了一种利用过氧化钙提高剩余污泥厌氧发酵产酸的方法，该方法表明过氧化钙可以促进颗粒性有机物的溶解，提高溶解性有机物的酸化程度。过氧化钙在水相中会缓慢释放过氧化氢，这可避免污水脱水调理过程中高浓度、集中投加的过氧化氢在污泥复杂有机体系中稳定性较差的问题，提高脱水性能。因此本发明将过氧化钙引入含四环素的剩余污泥厌氧发酵系统中达到降解污泥中的四环素、提高发酵短链脂肪酸产量，且同步提高发酵污泥脱水的目的。
发明内容
针对含四环素的剩余污泥厌氧发酵过程中存在的问题，本发明建立了一个利用过氧化钙降解污泥中的四环素、提高发酵短链脂肪酸产量，且同步提高发酵污泥脱水的体系作为一种经济高效、节能环保的解决措施，通过向厌氧发酵装置中投加一定量的过氧化钙，降解污泥中的四环素，同时提高发酵短链脂肪酸产量和污泥脱水效果。
该含四环素污泥的无害化资源化处理体系由浓缩装置1、预处理装置2、厌氧发酵装置3和固液分离装置4组成。浓缩装置1与预处理装置2连接，预处理装置2与厌氧发酵装置3连接，厌氧发酵装置3与固液分离装置4连接。浓缩装置1设有进泥管、出水阀、出水管、排泥阀、排泥管、均匀分散装置等，预处理装置2设有过氧化钙储掷装置、均匀分散装置等，厌氧发酵装置3设有风机、控温装置、过氧化钙储掷装置、均匀分散装置等，固液分离装置4设有调理搅拌室和带式压滤机。
该方法包括以下步骤：
(1)将市政污水处理厂产生的二沉池剩余污泥在4℃的浓缩装置中进行沉降24h，然后排出部分上清液体，获得浓缩后的污泥样品；
(2)将浓缩后的剩余污泥输送至预处理装置，向污泥中投加过氧化钙，同时打开均匀分散装置，5-10min后加入FeSO4·7H2O作为引发剂，活化过氧化钙，促进产生更多的自由基以降解污泥中的四环素，预处理时间为30-35min；
(3)预处理后污泥送至厌氧发酵装置进行产脂肪酸，同时在发酵2-3天后向污泥中投加一定量的过氧化钙；
(4)发酵结束后，将发酵后的污泥进行固液分离得到泥饼和含有短链脂肪酸的发酵液。
本发明所述的方法简单高效、节能环保。从实施角度，设备简单，运行管理方便，极易操作；从经济角度，所涉及投加的过氧化钙廉价易得并且投加量小；从环保角度，过氧化钙无毒无害，不会对环境造成二次污染。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图，其中1-浓缩装置，2-预处理装置，3-厌氧发酵装置，4-固液分离装置，5-过氧化钙储掷装置，6-均匀分散装置。
图2为本发明厌氧发酵过程中过氧化钙降解四环素的示意图。
图3为本发明厌氧发酵过程中短链脂肪酸的产量和组成的示意图。
具体实施例
以下结合具体实施例对本发明进行说明，应当被认为所举实例只是为了更好的阐述本发明，不包括本发明的所有内容，也不限制本发明的保护范围。
实施例1：
(1)将300mL含1.27mg/L四环素的合成废水送入预处理装置，投加0.06g/g VSS过氧化钙，搅拌。
(2)将(1)中预处理后的300mL废水和未进行预处理的300mL含1.27mg/L四环素的合成废水分别送至两个厌氧发酵装置，曝氮气5min后置于25±2℃，120r/min的摇床反应24小时。
(3)实验结果表明，本发明可以有效降解四环素，24小时后降解率达到了97.6％，是对照组(未进行过氧化钙处理)的33倍(见图2)。
实施例2：
(1)将含四环素的污泥进行浓缩，挥发性总固体VSS占悬浮总固体TSS的比例为53％-56％。
(2)取300mL浓缩后污泥送入预处理装置，过氧化钙的投加量为0.03g/g VSS，搅拌均匀后送至厌氧发酵装置，曝氮气5min后置于25±2℃，120r/min的摇床发酵7天。在发酵第3天加入0.02g/g VSS过氧化钙。
(3)取300mL浓缩污泥直接送至厌氧发酵装置中，曝氮气5min后置于25±2℃，120r/min的摇床发酵7天。
(4)实验结果表明，0.03+0.02g/g VSS过氧化钙使最大短链脂肪酸的的产量达106.9±3.8mg COD/g VSS，是对照组(未进行过氧化钙处理)的1.2倍。
实施例3：
(1)将含四环素的污泥进行浓缩，挥发性总固体VSS占悬浮总固体TSS的比例为53％-56％。
(2)取300mL浓缩后污泥送入预处理装置，过氧化钙的投加量为0.06g/g VSS，搅拌均匀后送至厌氧发酵装置，曝氮气5min后置于25±2℃，120r/min的摇床发酵7天。在发酵第3天加入0.04g/g VSS过氧化钙。
(3)取300mL浓缩污泥直接送至厌氧发酵装置中，曝氮气5min后置于25±2℃，120r/min的摇床发酵7天。
(4)实验结果表明，本发明可以显著提高短链脂肪酸的产量和质量，发酵第5天短链脂肪酸的的产量可达147.5±4.5mg COD/g VSS，是对照组(未进行过氧化钙处理)的1.6倍，而过氧化钙的添加使乙酸的含量从12.9％增加到了42.7％(见图3)。
实施例4：
(1)将含四环素的污泥进行浓缩，挥发性总固体VSS占悬浮总固体TSS的比例为53％-56％。
(2)取300mL浓缩后污泥送入预处理装置，过氧化钙的投加量为0.12g/g VSS，搅拌均匀后送至厌氧发酵装置，曝氮气5min后置于25±2℃，120r/min的摇床发酵7天。在发酵第3天加入0.08g/g VSS过氧化钙。
(3)取300mL浓缩污泥直接送至厌氧发酵装置中，曝氮气5min后置于25±2℃，120r/min的摇床发酵7天。
(4)实验结果表明，0.12+0.08g/g VSS过氧化钙使最大短链脂肪酸的的产量为43.4±3.4mg COD/g VSS。

Claims (7)

1.一种利用过氧化钙降解污泥中的四环素并提高发酵短链脂肪酸产量的方法，其特征在于：该含四环素污泥的无害化资源化处理体系由浓缩装置、预处理装置、厌氧发酵装置和固液分离装置组成。所述浓缩装置设有进泥管、出水阀、出水管、排泥阀、排泥管、均匀分散装置等。所述预处理装置设有过氧化钙储掷装置、均匀分散装置等，过氧化钙储掷装置主要是暂时存储和定量添加过氧化钙，以降解污泥中的四环素；均匀分散装置主要是使投加的过氧化钙能均匀分布在体系中，增大与四环素的接触。所述厌氧发酵装置设有风机、控温装置、过氧化钙储掷装置、均匀分散装置等，风机主要是充氮驱氧，控温装置主要是控制发酵温度，过氧化钙储掷装置主要是为了进一步提高污泥的发酵效率和脱水性能。所述固液分离装置设有调理搅拌室和带式压滤机。其中，预处理装置为该体系主要处理设备，设置目的在于一方面利用过氧化钙的加入，释放出羟基自由基和超氧自由基，促进污泥中四环素的降解，消除四环素对污泥厌氧发酵的抑制。另一方面利用过氧化钙的强氧化性和碱性促进污泥细胞的破裂，提高污泥中有机物的溶出，同时过氧化钙在水中释放出的钙离子、过氧化氢和自由基有利于强化污泥脱水。
2.一种利用过氧化钙降解污泥中的四环素并提高发酵短链脂肪酸产量的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(1)将市政污水处理厂产生的二沉池剩余污泥在4℃的浓缩装置中进行沉降24h，然后排出部分上清液体，获得浓缩后的污泥样品；
(2)将浓缩后的剩余污泥输送至预处理装置，向污泥中投加过氧化钙，同时打开均匀分散装置，5-10min后加入FeSO4·7H2O作为引发剂，活化过氧化钙，促进产生更多的自由基以降解污泥中的四环素，预处理时间为30-35min；
(3)预处理后污泥送至厌氧发酵装置进行产脂肪酸，同时在发酵2-3天后向污泥中投加一定量的过氧化钙；
(4)发酵结束后，将发酵后的污泥进行固液分离得到泥饼和含有短链脂肪酸的发酵液。
3.根据权利要求2所述的利用过氧化钙降解污泥中的四环素并提高发酵短链脂肪酸产量的方法，其特征在于：步骤(2)所述的预处理为投加过氧化钙，过氧化钙与污泥固体含量的质量比为0.10-0.15。投加的过氧化钙的粒径为10-40目，纯度为60％-65％。均匀分散装置的搅拌强度为130-150rpm。
4.根据权利要求2所述的利用过氧化钙降解污泥中的四环素并提高发酵短链脂肪酸产量的方法，其特征在于：步骤(2)投加的FeSO4·7H2O与投加过氧化钙的质量比为3.3-3.5。
5.根据权利要求2所述的利用过氧化钙降解污泥中的四环素并提高发酵短链脂肪酸产量的方法，其特征在于：步骤(3)投加过氧化钙与污泥固体含量的质量比为0.05-0.10，以实现更好的产酸和脱水效果。
6.根据权利要求2所述的利用过氧化钙降解污泥中的四环素并提高发酵短链脂肪酸产量的方法，其特征在于：步骤(3)中厌氧发酵的温度控制在22-25℃，发酵周期为7-8天，搅拌强度设为100-120rpm，厌氧发酵开始之前打开风机向发酵装置充氮气5-10min，氮气流速控制在0.5-1L/min，确保发酵装置处于厌氧。
7.根据权利要求2所述的利用过氧化钙降解污泥中的四环素并提高发酵短链脂肪酸产量的方法，其特征在于：步骤(4)所述的固液分离首先是向发酵污泥中加入3-4kg/t(干污泥)的高分子絮凝剂聚丙烯酰胺，同时开启均匀分散装置，2-5min后将充分调理搅拌的污泥送至带式压滤机对污泥进行脱水处理。
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