硫酸銅聯(lián)合堿性pH促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)短鏈脂肪酸的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用硫酸銅聯(lián)合堿性pH促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)短鏈脂肪酸的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前城鎮(zhèn)污水處理廠多采用活性污泥法處理污水。一方面，城鎮(zhèn)生活污水中碳源嚴(yán)重不足已成為當(dāng)今污水處理廠能否進(jìn)行深度脫氮除磷的主要限制因素之一；另一方面，污水處理廠利用活性污泥法進(jìn)行污水處理過程中將會(huì)產(chǎn)生大量的剩余污泥，其處理處置費(fèi)用較高。而剩余污泥中含有大量的有機(jī)物如蛋白質(zhì)、多糖等，可通過厭氧發(fā)酵技術(shù)將其轉(zhuǎn)化為短鏈脂肪酸，作為優(yōu)質(zhì)碳源供微生物脫氮除磷利用。
[0003]剩余污泥厭氧發(fā)酵主要分為三個(gè)階段。第一階段，在水解細(xì)菌的作用下，將復(fù)雜的有機(jī)物質(zhì)(包括碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪等)轉(zhuǎn)化為單糖、氨基酸、脂肪酸等；第二階段，在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的作用下，將第一階段的產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為氫、二氧化碳和乙酸；第三階段，在產(chǎn)甲烷菌的作用下，將乙酸、氫氣、碳酸、甲酸和甲醇等轉(zhuǎn)化為甲烷、碳酸以及新的細(xì)胞物質(zhì)。其中水解過程相對(duì)緩慢，被認(rèn)為是厭氧發(fā)酵的限速步驟，進(jìn)一步研宄中，學(xué)者發(fā)現(xiàn)顆粒態(tài)有機(jī)物質(zhì)的溶解是厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸階段的限速步驟。
[0004]本發(fā)明中涉及的銅離子被廣泛應(yīng)用于電鍍、冶金、化工等方面，這些工業(yè)排放的廢水中含有銅離子，由此產(chǎn)生的污染問題亟待解決。然而，銅離子可作為殺菌劑的原料之一，其作用原理是:銅離子主要與細(xì)菌細(xì)胞壁的肽聚糖結(jié)構(gòu)作用，使其蛋白質(zhì)變性、沉淀，使酶失去活性，損傷細(xì)胞壁而使細(xì)菌變性或殺傷細(xì)菌。結(jié)合以上兩點(diǎn)，本發(fā)明利用“以廢制廢”的思想，將工業(yè)含銅廢水引入?yún)捬跷勰喟l(fā)酵系統(tǒng)，聯(lián)合堿性pH促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)短鏈脂肪酸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)短鏈脂肪酸的方法，將硫酸銅與堿性PH聯(lián)合起來提高剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)短鏈脂肪酸的量。
[0006]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明所采用的解決方案是:
[0007]本發(fā)明提出一種利用硫酸銅破壁聯(lián)合堿性pH促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)短鏈脂肪酸的方法，以城鎮(zhèn)污水處理廠產(chǎn)生的剩余污泥為原料，首先投加硫酸銅對(duì)剩余污泥中的微生物進(jìn)行破壁，使微生物細(xì)胞內(nèi)大量有機(jī)物溶出，然后淘洗剩余污泥去除銅離子，最后調(diào)節(jié)剩余污泥厭氧發(fā)酵的PH值為堿性，進(jìn)一步促進(jìn)剩余污泥中的微生物破壁并有效抑制厭氧發(fā)酵過程中產(chǎn)甲烷菌的活性，最大程度地將剩余污泥中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為短鏈脂肪酸，同時(shí)避免短鏈脂肪酸被轉(zhuǎn)化為甲烷，使短鏈脂肪酸積累，該方法包括以下步驟:
[0008](I)將剩余污泥沉淀濃縮；
[0009](2)將硫酸銅溶解后投加到濃縮的剩余污泥中浸泡；
[0010](3)將浸泡后的剩余污泥混合物進(jìn)行淘洗；
[0011](4)將淘洗后的剩余污泥作為底泥，接種水解發(fā)酵產(chǎn)酸種泥；
[0012](5)將淘洗后的剩余污泥與水解發(fā)酵產(chǎn)酸種泥的混合物進(jìn)行厭氧發(fā)酵，并調(diào)節(jié)pH值為堿性；
[0013](6)對(duì)發(fā)酵混合物進(jìn)行固液分離得到含有短鏈脂肪酸的上清液。
[0014]步驟(I)所述的剩余污泥來源于采用生物法處理污水的城鎮(zhèn)污水處理廠，剩余污泥沉淀時(shí)間為6?12h。
[0015]步驟(2)所述的硫酸銅的投加劑量為0.25?2.50mgCu2+/gVSS，濃縮的剩余污泥浸泡時(shí)間為8?48h。
[0016]步驟(3)所述的對(duì)浸泡后的剩余污泥進(jìn)行淘洗，至泥水混合物中無銅離子存在，避免銅離子在厭氧發(fā)酵過程中，與水解產(chǎn)酸菌的細(xì)胞壁作用，使其蛋白質(zhì)變性，酶失去活性，最終導(dǎo)致水解產(chǎn)酸菌細(xì)胞裂解失活。
[0017]步驟(4)所述的水解發(fā)酵產(chǎn)酸種泥取自30±2°C和pH = 10±0.5條件下剩余污泥厭氧發(fā)酵混合物，厭氧發(fā)酵時(shí)間大于30d，經(jīng)淘洗去除短鏈脂肪酸，保留水解發(fā)酵產(chǎn)酸菌作為種泥；將步驟(3)中淘洗后的剩余污泥作為底泥，接種水解發(fā)酵產(chǎn)酸種泥，增加水解產(chǎn)酸菌的量，促進(jìn)厭氧污泥發(fā)酵產(chǎn)短鏈脂肪酸，提高產(chǎn)短鏈脂肪酸的效率，底泥與種泥的體積比為 1:1 ?5:1。
[0018]步驟(5)所述的對(duì)淘洗后的剩余污泥與水解發(fā)酵產(chǎn)酸種泥的混合物進(jìn)行厭氧發(fā)酵，在發(fā)酵開始前向厭氧反應(yīng)器中通入氮?dú)庵练磻?yīng)器中無氧氣存在，對(duì)剩余污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵，調(diào)節(jié)pH值為10±0.5，產(chǎn)甲烷菌對(duì)pH值要求嚴(yán)格，堿性條件下能很好地抑制產(chǎn)甲烷菌的活性，使短鏈脂肪酸積累，達(dá)到提高短鏈脂肪酸產(chǎn)量的目的，厭氧發(fā)酵時(shí)間為4?15d。
[0019]本發(fā)明主要是將硫酸銅破壁與堿性pH聯(lián)合起來促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)短鏈脂肪酸。其基本原理如下:第一，剩余污泥微生物中含有大量由蛋白質(zhì)、多糖等組成的多聚物，由于細(xì)胞壁的存在，這些多聚物很難被水解產(chǎn)酸菌所利用，從而轉(zhuǎn)化為短鏈脂肪酸。當(dāng)投加硫酸銅時(shí)，銅離子主要與細(xì)胞壁的肽聚糖結(jié)構(gòu)作用，致使蛋白質(zhì)變性，酶失去活性，最終導(dǎo)致微生物的結(jié)構(gòu)性破壞，大量有機(jī)物被釋放，為水解產(chǎn)酸菌提供厭氧發(fā)酵底物。第二，將被硫酸銅浸泡過的泥水混合物進(jìn)行淘洗，去除銅離子，避免銅離子在厭氧發(fā)酵過程中對(duì)水解產(chǎn)酸菌造成破壁，保證水解產(chǎn)酸菌的活性。第三，接種水解發(fā)酵產(chǎn)酸種泥，增加水解產(chǎn)酸菌的量，促進(jìn)厭氧污泥發(fā)酵產(chǎn)短鏈脂肪酸，提高產(chǎn)短鏈脂肪酸的效率。第四，調(diào)節(jié)剩余污泥厭氧發(fā)酵的PH值為堿性，進(jìn)一步促進(jìn)剩余污泥中的微生物破壁，同時(shí)由于產(chǎn)甲烷菌對(duì)pH值要求嚴(yán)格，在中性條件下具有較好的活性，而在堿性條件下能有效地抑制厭氧發(fā)酵過程中產(chǎn)甲烷菌的活性，最大程度地將剩余污泥中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為短鏈脂肪酸，同時(shí)避免短鏈脂肪酸被轉(zhuǎn)化為甲烷，使短鏈脂肪酸積累。在較低硫酸銅投加量的情況下有效地促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)短鏈脂肪酸，同時(shí)達(dá)到污泥減量的效果。
[0020]由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0021](I)應(yīng)用硫酸銅聯(lián)合堿性pH，將城鎮(zhèn)污水處理廠的剩余污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)短鏈脂肪酸，不但實(shí)現(xiàn)了剩余污泥的減量化，而且極大程度地提高了剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)短鏈脂肪酸的量，實(shí)現(xiàn)了剩余污泥資源化的目的。
[0022](2)應(yīng)用硫酸銅聯(lián)合堿性pH，可以大大提高剩余污泥水解效率，縮短剩余污泥厭氧發(fā)酵時(shí)間，并使剩余污泥減量，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明適用于促進(jìn)采用生物法的城鎮(zhèn)污水處理廠剩余污泥的厭氧發(fā)酵產(chǎn)短鏈脂肪酸。實(shí)施例中的剩余污泥取自中試規(guī)模的SBR反應(yīng)器，每天反應(yīng)2個(gè)周期，每個(gè)周期反應(yīng)時(shí)間為10?12h，其中好氧段2.5?3.5h，缺氧段I?2h，厭氧段4?6h，沉淀排水時(shí)間為2.5?4.5h，污泥齡為10?12do
[0024]實(shí)施例
[0025]將剩余污