CN114455681B - 一种诱导蛋白质盐析沉淀的沼液高效固液分离处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种诱导蛋白质盐析沉淀的沼液高效固液分离处理方法，包括：首先将沼液与酸性溶液混合，得到酸处理沼液；再向酸处理沼液中加入盐析剂，搅拌混合，得到盐析处理沼液；最后离心处理盐析处理沼液，得到含盐析剂的上清液与沼渣。与现有技术相比，本发明利用强酸使沼液中细胞裂解同时中和蛋白质的质子结合位点，此时加入盐析剂夺取已酸化蛋白质的水化层使其聚集并沉淀析出，从而提高沼液的固液分离性能，所得沼渣泥饼含水率低于60％，出水SS低于2000mg/L，高效降低沼渣含水率、实现出水处理水量大幅削减。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，涉及一种诱导蛋白质盐析沉淀的沼液高效固液分离处理方法。
背景技术
随着人民生活水平的日益提高和国家废弃物资源化政策的大力推进，日常生活水中产量巨大有机餐厨垃圾业已被单独收集，易腐败、高含水的特点使其无法直接被填埋、焚烧处理。因此，有机餐厨垃圾处理对我国环境污染防治及社会资源的可持续利用构成了严峻挑战，而发酵技术可以实现易腐败物质降解，高含水物质减容。
有机餐厨垃圾经厌氧消化后，厌氧微生物将有机物充分利用转化为二氧化碳和甲烷，有机固废的体量和危害性大大降低，然而，在此过程中产生了大量的厌氧消化沼液。厌氧消化沼液具有高含固率，高化学需氧量以及高氮、高磷。其中，悬浮型固体在总固体中占比较高，且贡献了大部分的化学需氧量、氮、磷。一般来说，需在厌氧消化液进入后续生化单元前对其进行固液分离处理，避免高有机负荷对处理单元的冲击和破坏，造成微生物生态系统崩溃和出水水质恶化。然而，厌氧消化过程中微生物代谢产生的溶解性残余物以及微生物为了适应环境而分泌出的外层包被物共同形成了厌氧消化沼液中持水性的胞外聚合物，其带有大量负电荷和高度亲水，导致了厌氧消化沼液结合水含量高，粘度大，难于机械脱水，过滤性能极差。大量高度亲水的悬浮型固体固液分离问题严重限制了厌氧消化在有机餐厨垃圾领域的工程化应用。
传统的基于混凝/絮凝的沼液脱水技术手段包括以聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化铁(PFC)、聚丙烯酰胺(PAM)为代表的混凝剂、絮凝剂仍是广泛使用的沼液混/絮凝调理剂，其通过电性中和与吸附架桥作用改变沼液固体颗粒的表面电性与聚集状态，使得沼液中稳定存在的胶体体系失稳，失稳胶体颗粒聚集，进一步形成大絮体聚沉，但采用上述传统调理剂后，再进行机械离心，出水SS仅能降低至6000～8000mg/L。再者，焚烧因其减量化、稳定化、能源化效益显著而逐渐成为我国固废终处置的发展方向，但聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化铁(PFC)的投加向污泥中引入大量氯离子，加剧了沼渣焚烧工艺中的二噁英生成风险，Fe3+的引入则会造成沼液处理设备的腐蚀，上述缺陷严重限制了传统混/絮凝调理剂在沼液固液分离+焚烧工艺中的可持续推广应用。另外，对于沼液固液分离工艺而言，生石灰作为混凝调理药剂而得以广泛使用，但投加量通常达污泥湿重的10-15wt.％，投加量高、增容比大、调节沼液pH值至碱性等构成了传统混凝调理剂制约沼液后续资源化利用与处理效率的主要因素。因此，开发一种低成本、环境友好的厌氧消化沼液脱水调理技术可以助力有机固废安全处理处置与资源化，构建生态循环的城市有机固废消纳体系。
发明内容
本发明的目的就是提供一种诱导蛋白质盐析沉淀的沼液高效固液分离处理方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种诱导蛋白质盐析沉淀的沼液高效固液分离处理方法，包括以下步骤：
1)将沼液与酸性溶液混合，得到酸处理沼液；
2)向酸处理沼液中加入盐析剂，搅拌混合，得到盐析处理沼液；
3)离心处理盐析处理沼液，得到含盐析剂的上清液与沼渣。
进一步地，步骤1)中，所述的沼液为有机餐厨垃圾发酵产生的沼液。
进一步地，步骤1)中，所述的沼液的含水率为80-96.5％。
进一步地，步骤1)中，所述的酸性溶液为硫酸溶液或盐酸溶液中的一种或两种混合。
进一步地，步骤1)中，所述的酸性溶液的浓度为5mol/L。
进一步地，步骤1)中，所述的沼液与酸性溶液的质量比为1:(0.01-0.02)。
进一步地，步骤1)中，混合过程为搅拌5-10min。
进一步地，步骤2)中，所述的盐析剂为硫酸铵。硫酸铵在水中溶解度为0℃时70.6g，100℃时103.8g；而硫酸钠在水中溶解度为0℃时4.9g，100℃时42.9g。因此硫酸铵溶液较高的浓度可以降低液体体积增加，同时其溶解度随温变化较小，使用效果更加稳定。
进一步地，步骤2)中，所述的盐析剂以60-80wt％硫酸铵溶液的形式加入酸处理沼液中。
进一步地，步骤2)中，所述的酸处理沼液与硫酸铵溶液的质量比为1:(0.04-0.08)。
进一步地，步骤2)中，搅拌混合过程中，搅拌时间为5-10min。
进一步地，步骤3)中，离心过程中，离心转速为2000-4500rpm，离心时间为1-5min。
进一步地，步骤3)中，所述的上清液在30-50℃、0.001-0.002MPa的真空度下低温蒸发，蒸气冷凝温度20～22℃，即可回收得到盐析剂。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1)本发明利用强酸使沼液中细胞裂解同时中和蛋白质的质子结合位点，此时加入盐析剂夺取已酸化蛋白质的水化层使其聚集并沉淀析出，从而提高沼液的固液分离性能，所得沼渣泥饼含水率低于60％，出水SS低于2000mg/L，高效降低沼渣含水率、实现出水处理水量大幅削减；
2)本发明的处理方法简单易行，且无需消耗沼液混/絮凝调理剂，可以克服传统沼液固液分离-焚烧工艺药剂投加量大、固液分离效率低、干化能耗高等缺点，不仅减少大量沼液混/絮凝调理剂投加可能产生的二次环境污染风险，而且还可以高效降低沼渣含水率、实现出水处理水量大幅削减；同时所用盐析剂还可通过低温蒸发的方法高效回收可重复利用，盐析回收率大于90％，降低了固液分离物耗和工艺运行成本，因此，本发明的处理方法具有较高的社会环境效益、经济效益和广阔的市场应用前景。
附图说明
图1为本发明中一种诱导蛋白质盐析沉淀的沼液高效固液分离处理方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
一种诱导蛋白质盐析沉淀的沼液高效固液分离处理方法，包括以下步骤：
1)将沼液与酸性溶液搅拌混合5-10min，得到酸处理沼液；
其中，沼液优选为有机餐厨垃圾发酵产生的沼液，含水率为80-96.5％；酸性溶液为硫酸溶液或盐酸溶液中的一种或两种混合，浓度为5mol/L；沼液与酸性溶液的质量比为1:(0.01-0.02)；
2)向酸处理沼液中加入60-80wt％硫酸铵溶液，搅拌混合5-10min，得到盐析处理沼液；其中，酸处理沼液与硫酸铵溶液的质量比为1:(0.04-0.08)；
3)将盐析处理沼液以2000-4500rpm的转速离心处理1-5min，得到含盐析剂的上清液与沼渣。
作为优选的技术方案，将上清液在30-50℃、0.001-0.002MPa的真空度下低温蒸发，蒸气冷凝温度20～22℃，即可回收得到盐析剂。
本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
对比例1：
上海市某餐厨垃圾处理厂沼液的高效固液分离处理，包括以下步骤：
1)初始含水率95.5％的沼液(SS为15789mg/L、COD为14200mg/L、BOD为5723mg/L)；
2)采用机械离心方式进行固液分离，离心转速为2000rpm，离心时长1min；
3)沼渣最终含水率为88％，出水SS为9485mg/L、COD为15600mg/L、BOD为5663mg/L。
对比例2：
上海市某餐厨垃圾处理厂沼液的高效固液分离处理，包括以下步骤：
1)将初始含水率95.5％的沼液(SS为15789mg/L、COD为14200mg/L、BOD为5723mg/L)与质量分数为60％硫酸铵盐溶液混合搅拌5min；其中，混合液与硫酸铵盐溶液的混合质量比为1:0.04；
2)采用机械离心方式进行固液分离，离心转速为2000rpm，离心时长1min；
3)沼渣最终含水率为71％，出水SS为8485mg/L、COD为12200mg/L、BOD为5616mg/L。
对比例3：
上海市某餐厨垃圾处理厂沼液的高效固液分离处理，包括以下步骤：
1)将初始含水率95.5％的沼液(SS为15789mg/L、COD为14200mg/L、BOD为5723mg/L)与盐酸(5mol/L)以质量比1:0.01混合搅拌5min，得到混合液；
2)采用机械离心方式进行固液分离，离心转速为2000rpm，离心时长1min；
3)沼渣最终含水率为74％，出水SS为8584mg/L、COD为11100mg/L、BOD为5036mg/L。
实施例1：
上海市某餐厨垃圾处理厂沼液的高效固液分离处理，包括以下步骤：
1)将初始含水率95.5％的沼液(SS为15789mg/L、COD为14200mg/L、BOD为5723mg/L)与盐酸(5mol/L)以质量比1:0.01混合搅拌5min，得到混合液；
2)向混合液中加入质量分数为60％硫酸铵盐溶液，并混合搅拌5min；其中，混合液与硫酸铵盐溶液的混合质量比为1:0.04；
3)采用机械离心方式进行固液分离，离心转速为2000rpm，离心时长1min；
4)从离心后上清液中低温蒸发回收盐析剂，操作温度30℃，真空度为0.001MPa，溶剂蒸气冷凝温度20℃；最终上清液中盐析剂回收率为92.2％，
5)沼渣最终含水率为52％，出水SS为1954mg/L、COD为5400mg/L、BOD为3213mg/L。
实施例2：
上海市某餐厨垃圾处理厂沼液的高效固液分离处理，包括以下步骤：
1)将初始含水率85.5％的沼液(SS为14723mg/L、COD为11300mg/L、BOD为4956mg/L)与盐酸(5mol/L)以质量比1:0.01混合搅拌8min，得到混合液；
2)向混合液中加入质量分数为70％硫酸铵盐溶液，并混合搅拌5min；其中，混合液与硫酸铵盐溶液的混合质量比为1:0.06，
3)采用机械离心方式进行固液分离，离心转速为2750rpm，离心时长2min；
4)从离心后上清液中低温蒸发回收盐析剂，操作温度35℃，真空度为0.002MPa，溶剂蒸气冷凝温度20℃；最终上清液中盐析剂回收率为93.7％，
5)沼渣最终含水率为57％，出水SS为1894mg/L、COD为5200mg/L、BOD为3621mg/L。
实施例3：
上海市某餐厨垃圾处理厂沼液的高效固液分离处理，包括以下步骤：
1)将初始含水率91.5％的沼液(SS为14378mg/L、COD为12100mg/L、BOD为4516mg/L)与盐酸(5mol/L)以质量比1:0.02混合搅拌10min，得到混合液；
2)向混合液中加入质量分数为70％硫酸铵盐溶液，并混合搅拌10min；其中，混合液与硫酸铵盐溶液的混合质量比为1:0.06，
3)采用机械离心方式进行固液分离，离心转速为3400rpm，离心时长1min；
4)从离心后上清液中低温蒸发回收盐析剂，操作温度40℃，真空度为0.002MPa，溶剂蒸气冷凝温度21℃；最终上清液中盐析剂回收率为96.2％，
5)沼渣最终含水率为53％，出水SS为2022mg/L、COD为5120mg/L、BOD为3226mg/L。
实施例4：
上海市某餐厨垃圾处理厂沼液的高效固液分离处理，包括以下步骤：
1)将初始含水率81.5％的沼液(SS为16578mg/L、COD为11000mg/L、BOD为4165mg/L)与盐酸(5mol/L)以质量比1:0.02混合搅拌10min，得到混合液；
2)向混合液中加入质量分数为80％硫酸铵盐溶液，并混合搅拌5min；其中，混合液与硫酸铵盐溶液的混合质量比为1:0.08，
3)采用机械离心方式进行固液分离，离心转速为4500rpm，离心时长2min；
4)从离心后上清液中低温蒸发回收盐析剂，操作温度50℃，真空度为0.002MPa，溶剂蒸气冷凝温度20℃；最终上清液中盐析剂回收率为98.2％，
5)沼渣最终含水率为50％，出水SS为1567mg/L、COD为4670mg/L、BOD为3262mg/L。
实施例5：
上海市某餐厨垃圾处理厂沼液的高效固液分离处理，包括以下步骤：
1)将初始含水率81.5％的沼液(SS为17865mg/L、COD为15000mg/L、BOD为5566mg/L)与盐酸(5mol/L)以质量比1:0.01混合搅拌8min，得到混合液；
2)向混合液中加入质量分数为67％硫酸铵盐溶液，并混合搅拌10min；其中，混合液与硫酸铵盐溶液的混合质量比为1:0.06，
3)采用机械离心方式进行固液分离，离心转速为4000rpm，离心时长1min；
4)从离心后上清液中低温蒸发回收盐析剂，操作温度50℃，真空度为0.002MPa，溶剂蒸气冷凝温度22℃；最终上清液中盐析剂回收率为91.3％，
5)沼渣最终含水率为58％，出水SS为1854mg/L、COD为5970mg/L、BOD为4626mg/L。
实施例6：
上海市某餐厨垃圾处理厂沼液的高效固液分离处理，包括以下步骤：
1)将初始含水率98.5％的沼液(SS为16458mg/L、COD为12300mg/L、BOD为5061mg/L)与盐酸(5mol/L)以质量比1:0.02混合搅拌5min，得到混合液；
2)向混合液中加入质量分数为70％硫酸铵盐溶液，并混合搅拌10min；其中，混合液与硫酸铵盐溶液的混合质量比为1:0.08，
3)采用机械离心方式进行固液分离，离心转速为4250rpm，离心时长2min；
4)从离心后上清液中低温蒸发回收盐析剂，操作温度45℃，真空度为0.002MPa，溶剂蒸气冷凝温度21℃；最终上清液中盐析剂回收率为93.2％，
5)沼渣最终含水率为49％，出水SS为1976mg/L、COD为5043mg/L、BOD为5266mg/L。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种诱导蛋白质盐析沉淀的沼液高效固液分离处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1）将沼液与酸性溶液以质量比1:(0.01-0.02)混合搅拌5-10min，得到酸处理沼液；
其中，所述的酸性溶液为浓度5mol/L的硫酸溶液或盐酸溶液中的一种或两种混合；
2）向酸处理沼液中加入60-80wt%硫酸铵溶液，搅拌混合5-10min，得到盐析处理沼液；
其中，所述的酸处理沼液与硫酸铵溶液的质量比为1:(0.04-0.08)；
3）离心处理盐析处理沼液，得到含盐析剂的上清液与沼渣。
2.根据权利要求1所述的一种诱导蛋白质盐析沉淀的沼液高效固液分离处理方法，其特征在于，步骤3）中，离心过程中，离心转速为2000-4500rpm，离心时间为1-5min。
3.根据权利要求1所述的一种诱导蛋白质盐析沉淀的沼液高效固液分离处理方法，其特征在于，步骤3）中，所述的上清液在30-50℃、0.001-0.002MPa的真空度下低温蒸发，即可回收得到盐析剂。
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2022
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114455681A (zh) | 2022-05-10 |
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