一種強化污泥厭氧發(fā)酵生產短鏈揮發(fā)性脂肪酸的聯合預處理方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境保護技術領域，具體涉及一種聯合游離亞硝酸和十二烷基苯磺酸鈉預處理污泥生產短鏈揮發(fā)性脂肪酸及其制備方法
【背景技術】
[0002]剩余污泥作為污水廠運行中產生的副產物，其含有大量的有機物。與此同時，剩余污泥的處理與處置費用一般占到整個污水廠運行和管理總費用的50-60%。因此如何實現污泥的資源化、穩(wěn)定化與減量化是學者的研究重點。此外，污水處理廠在進行生物脫氮除磷的過程中普遍存在碳源不足的問題，嚴重限制了生物脫氮除磷的效果。若是能夠污水廠產生的污泥進行厭氧發(fā)酵生產短鏈揮發(fā)性脂肪酸，再用生產的短鏈揮發(fā)性脂肪酸補給，一方面解決了碳源不足的問題，同時也實現了污泥的資源化利用。
[0003]污泥厭氧發(fā)酵包括水解、酸化和產甲烷三個連續(xù)過程，短鏈揮發(fā)性脂肪酸是酸化過程的產物，并作為產甲烷的底物在甲烷化過程中被消耗產生甲烷，二氧化碳等氣體。為了提高短鏈揮發(fā)性脂肪酸在此過程中的積累量，前兩個反應步驟應得到強化，最后一個反應步驟應得到抑制。以前的促進污泥厭氧發(fā)酵的預處理包括:熱處理，機械預處理(微波，超聲，高壓等)，化學試劑預處理(堿，酸等)和生物預處理(酶，接種細菌等)。上述方法隨能提高污水的水解速率和降解程度，但是存在資金投入大，運行不穩(wěn)定和產酸效果低下等缺點。因此亟待發(fā)明一種價格低廉(最后污水廠原位生產)，運行可靠穩(wěn)定且產酸效率較高的預處理手段。
[0004]游離亞硝酸(亞硝酸鹽的質子化形態(tài))對細胞的胞外聚合物及細胞壁均有極強的破壞作用，進而可以釋放胞內的物質，加速污泥厭氧的水解速率。但是其破壞程度仍存在一定的限制。同時，十二烷基苯磺酸鈉也是污水廠中常用的發(fā)泡劑與乳化劑，其在污泥中具有一定的含量，十二烷基苯磺酸鈉對污泥甲烷化均具有嚴重的抑制作用，這樣就可以減少短鏈揮發(fā)性脂肪酸的消耗。然而利用游離亞硝酸和十二烷基苯磺酸鈉強化污泥厭氧發(fā)酵生產短鏈揮發(fā)性脂肪酸的研究至今尚未報道。此外，游離亞硝酸和十二烷基苯磺酸鈉都能在污水廠中原位獲得，因此本發(fā)明可以實現污泥原位生產短鏈會發(fā)想脂肪酸，該發(fā)明具有運行成本低廉，產酸效率高，反應時間段等優(yōu)點。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術問題是克服現有技術中短鏈揮發(fā)性脂肪酸效率產量有限且發(fā)酵時間長等缺陷，提供一種產物產量高、制備方法簡單、節(jié)能降耗、運行成本低，利用游離亞硝酸和十二烷基苯磺酸鈉聯合預處理強化厭氧發(fā)酵處理污泥生產短鏈揮發(fā)性脂肪酸的方法。
[0006]本發(fā)明提供了一種利用游離亞硝酸和十二烷基苯磺酸鈉聯合預處理強化污泥厭氧發(fā)酵生產短鏈揮發(fā)性脂肪酸的方法。其具體步驟如下:
[0007](1)采用城市污水處理廠二沉池污泥做為發(fā)酵基物；
[0008](2)向發(fā)酵基物中接種厭氧活性污泥作為接種物；
[0009](3)向發(fā)酵體系中投加亞硝酸鹽和十二烷基苯磺酸鈉并控制反應pH = 6.0進行2天預處理。
[0010](4)預處理完成后，調節(jié)pH = 7.0進行厭氧發(fā)酵生產短鏈揮發(fā)性脂肪酸。
[0011]上述的制備方法，優(yōu)選的，步驟(1)中將污泥在4°C下自然沉淀24h后，去除上清液得到發(fā)酵基物；污泥主要為城市污水處理廠二沉池的剩余污泥。
[0012]上述的制備方法，優(yōu)選的，步驟(2)中接種污泥取自長沙某UASB反應器中的接種污泥，該污泥中富含厭氧發(fā)酵微生物，接種污泥與發(fā)酵基物的質量比為1:9。
[0013]上述的制備方法，優(yōu)選的，步驟(3)中，向發(fā)酵基物中加入亞硝酸鈉后，控制游離亞硝酸的濃度為0?3.08mg HN02-N/L，pH為6±0.1。十二烷基苯磺酸鈉的質量控制在0.02g/g DS.游離亞硝酸的投加量是該系統(tǒng)中污泥發(fā)酵的重點參數，當游離亞硝酸的濃度控制在0-1.54mgHN02-N/L時，污泥發(fā)酵液中短鏈揮發(fā)性脂肪酸的含量隨著游離亞硝酸的量增大而增大。當游離亞硝酸的濃度超過1.54mg HN02-N/L時，發(fā)酵液中短鏈揮發(fā)性脂肪酸的含量隨著游離亞硝酸濃度的增加而降低。因此該聯合預處理中最佳游離亞硝酸的投加量為 1.54mgHN02-N/Lo
[0014]上述的制備方法，優(yōu)選的，步驟(3)中預處理步驟為將發(fā)酵基物，接種物，游離亞硝酸和十二燒基苯磺酸鈉機械均勾攪拌48h，并控制轉速為100?130rpm/min，更進一步確定轉速為120rpm/min。
[0015]上述的制備方法，優(yōu)選的，攪拌溫度為20±0.1°C。
[0016]上述的制備方法，優(yōu)選的，厭氧發(fā)酵的溫度為30?40°C，進一步的，厭氧發(fā)酵的溫度為33?37°C。
[0017]上述的制備方法，優(yōu)選的，厭氧發(fā)酵的時間為3?8d。
[0018]本發(fā)明的創(chuàng)新點在于:
[0019]游離亞硝酸是亞硝酸鹽(N02 )的質子化形態(tài)，其對污泥中微生物的胞外聚合物及細胞壁均有較強的破壞作用，進而加速胞內物質的釋放。而十二烷基苯磺酸鈉是一種化學類的表面活性劑，其對污泥厭氧發(fā)酵體系中產甲烷菌具有極強的抑制作用，能夠抑制產甲烷菌的生長是亞硝酸鹽在水體的質子化形態(tài)，且十二烷基苯磺酸鈉本身在污泥中就存在一定的含量。本發(fā)明聯合游離亞硝酸和十二烷基苯磺酸鈉來強化短鏈揮發(fā)性脂肪酸的積累。游離亞硝酸與十二烷基苯磺酸鈉的聯合能夠更好的促進蛋白質及多糖的溶出，進而被產酸菌所利用，又因為十二烷基苯磺酸鈉能夠抑制產甲烷菌的活性，減少了短鏈揮發(fā)性脂肪酸的消耗。進而使得短鏈揮發(fā)性脂肪酸得到積累，且縮短了發(fā)酵時間。聯合作用要不單獨FNA和單獨十二烷基苯磺酸鈉預處理產生的短鏈揮發(fā)性脂肪的量都要大。
[0020]此外，游離亞硝酸和十二烷基苯磺酸鈉都可以從污水廠中得到。游離亞硝酸可以從污泥發(fā)酵液中回收，而十二烷基苯磺酸鈉被常用于發(fā)泡劑和乳化劑，進而十二烷基苯磺酸鈉會轉移到污泥體系中。利用游離亞硝酸和十二烷基苯磺酸鈉強化污泥厭氧發(fā)酵生產短鏈揮發(fā)性脂肪酸可以實現污泥的資源化利用，此外生產的富含短鏈揮發(fā)性脂肪酸經過處理之后可以回流到污水處理廠的進水作為外碳源強化生物脫氮除磷，提高污水的處理效率，實現能源的循環(huán)利用。
[0021]在本發(fā)明中游離亞硝酸主要起到破壞污泥的胞外聚合物及細胞壁，進而加速污泥的水解過程，游離亞硝酸的濃度進而會影響短鏈揮發(fā)性脂肪酸的積累。實驗結果表明當游離亞硝酸的濃度在0-1.54mg HN02-N/L時，隨著游離亞硝酸濃度的升高，短鏈揮發(fā)性脂肪酸的積累量也會升高，但當游離亞硝酸的濃度超過1.54mg HN02-N/L時，游離亞硝酸會對短鏈揮發(fā)性脂肪酸的積累有抑制作用。在本聯合發(fā)明中十二烷基苯磺酸鈉的量選取0.02g/gDS,兩者的聯合產生課協同效果，大大增加了短鏈揮發(fā)性脂肪酸的積累。且最大短鏈揮發(fā)性脂肪酸的產量為334.5mg COD/g VSS，最佳發(fā)酵時間為4天。
[0022]與現有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0023](1)本發(fā)明利用利用污水廠運行過程中紅的副產物污泥為發(fā)酵基質進行厭氧發(fā)酵生產短鏈揮發(fā)性脂肪酸，實現了污泥的資源化、減量化與穩(wěn)定化。此外污泥發(fā)酵生產的短鏈揮發(fā)性脂肪酸可以應用到進水中提高進水有機碳的含量。該發(fā)明是城市污水處理廠的一種循環(huán)經濟模式。
[0024](2)本發(fā)明采用游離亞硝酸和十二烷基苯磺酸鈉聯合預處理污泥來制備短鏈揮發(fā)性脂肪酸。聯合作用下制備的短鏈揮發(fā)性脂肪酸的最大含量明顯高于兩者各自制備。且聯合作用下最佳發(fā)酵時間也明顯短于兩者單獨發(fā)酵。
[0025](3)游離亞硝酸和十二烷基苯磺酸鈉這兩種物質均可在污水廠中獲取，不用額外投加，應用改聯合發(fā)酵技術對改進和優(yōu)化現有污泥處理系統(tǒng)，有一定指導意義。
【具體實施方式】
[0026]以下結合具體優(yōu)選的實施例對本發(fā)明作進一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護范圍。
[0027]實施例
[0028]以下實施例中所采用的材料和儀器均為市售。污泥取自長沙市第二污水處理廠二沉池的剩余污泥。接種厭氧污泥中含有蛋白菌(Proteobacteria)，擬桿菌(Bacteroidetes)和放線菌(Actinobateria)等微生物。
[0029]實施例1
[0030](1)制備發(fā)酵基物:取污水處理廠的剩余污泥(含水率為98.9%，pH = 7.0)放置在實驗室4°C的冰箱中自然沉淀24h。排出上層液體后得到剩余污泥作為發(fā)酵基物。
[0031](2)預處理:向步驟(1)中得到的發(fā)酵基物中投加亞硝酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉，控制游離亞硝酸的濃度為0.51mg HN02-N/L，十二烷基苯磺酸鈉的濃度為0.02g/g DS, pH =6.0并維持2d，期間溫度控制在20±0.1°C，污泥機械攪拌的轉速為120rpm/min。
[0032](3)厭氧發(fā)酵:在發(fā)酵第3d，將反應器中pH調至7.0，并充氮氣驅氧15min，溫度控制在35土 1°C進行厭氧發(fā)酵生產短鏈揮發(fā)性脂肪酸。當總時間在第4天時，生產的短鏈揮發(fā)性脂肪酸的量達到最大且為284.lmg C0D/g VSS。
[0033]實施例2
[0034](1)制備發(fā)酵基物:取污水處理廠的剩余污泥(含水率為98.9%，pH = 7.0)放置在實驗室4°C的冰箱中自然沉淀24h。排出上層液體后得到剩余污泥作為發(fā)酵基物。
[0035](2)預處理:向步驟(1)中得到的發(fā)酵基物中投加亞硝酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉，控制游離亞硝酸的濃度為0.77mg HN02-N/L，十二烷基苯磺酸鈉的濃度為0.02g/g DS，pH =6.0并維持2d，期間溫度控制在20±0.1°C，污泥機械攪拌的轉速為120rpm/min。
[0036](3)厭氧發(fā)酵:在發(fā)酵第3d，將反應器中pH調至7.0，并充氮氣驅氧15min，溫度控制在35土 1°C進行厭氧發(fā)酵生產短鏈揮發(fā)性脂肪酸。當總時間在第4天時，生產的短鏈揮發(fā)性脂肪酸的量達到最大且為308.2mg COD/g VSS。
[0037]實施例3
[0038](1)制備發(fā)酵基物:取污水處理廠的剩余污泥(含水率為98.9%，pH = 7.0)放置在實驗室4°C的冰箱中自然沉淀24h。排出上層液體后得到