申請(qǐng)日2016.05.05
公開(kāi)(公告)日2016.08.24
IPC分類號(hào)C12P7/54; C12P7/52; C12P7/40; C02F11/04
摘要
一種利用剩余污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)短鏈脂肪酸的方法。本發(fā)明公開(kāi)了一種利用Mg2+促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)短鏈脂肪酸的方法。該方法為了解決剩余污泥發(fā)酵過(guò)程中短鏈脂肪酸積累不足及發(fā)酵后污泥脫水性能差的問(wèn)題，采用在污泥發(fā)酵初始投加MgCl2·6H2O的方法，利用Mg2+在發(fā)酵過(guò)程中與污泥中其它金屬離子進(jìn)行交換的特性，促使污泥絮體紊亂，釋放大量微生物可利用的有機(jī)物，從而提高產(chǎn)酸量;同時(shí)Mg2+能夠改變污泥中微生物群落的組成，改善污泥中微生物的多樣性及物種總數(shù)。本方法采用價(jià)廉易得的MgCl2·6H2O，提高了污泥的短鏈脂肪酸的產(chǎn)量，與此同時(shí)污泥的脫水性能也得到改善，有利于污泥的后續(xù)處理，有效地實(shí)現(xiàn)了污泥的資源化及減量化。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種利用剩余污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)短鏈脂肪酸的方法，其特征在于，包括以下步驟：將剩余污泥加入?yún)捬醴磻?yīng)器中，投加0.05～0.2mol/L的MgCl2·6H2O，充分混合后充氮去氧，恒溫振蕩下進(jìn)行厭氧發(fā)酵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用剩余污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)短鏈脂肪酸的方法，其特征在于，所述的發(fā)酵溫度為20～50℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用剩余污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)短鏈脂肪酸的方法，其特征在于，發(fā)酵時(shí)間為9～16天。
說(shuō)明書(shū)
一種利用剩余污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)短鏈脂肪酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于固體廢棄物資源化技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用剩余污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)短鏈脂肪酸的方法，具體涉及一種利用Mg2+促進(jìn)污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)短鏈脂肪酸的方法。
背景技術(shù)
活性污泥法處理污水過(guò)程中產(chǎn)生大量的剩余污泥。剩余污泥是微生物在污水中進(jìn)行有機(jī)物代謝，由于細(xì)胞自身增殖而形成，含有大量可溶性糖和蛋白。如何有效利用剩余污泥中的有機(jī)物并實(shí)現(xiàn)污泥的減量化是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。
污泥厭氧消化技術(shù)成本較低，生物質(zhì)產(chǎn)出率高，致病菌破壞率高，可產(chǎn)生甲烷，是最常用的污泥生物處理方法。污泥厭氧消化利用厭氧微生物分解作用，使污泥中的有機(jī)物分解并趨于穩(wěn)定。水解酸化過(guò)程能夠有效的實(shí)現(xiàn)污泥的減量，同時(shí)回收酸化產(chǎn)物中的短鏈脂肪酸。
目前結(jié)合污泥厭氧消化技術(shù)進(jìn)行污泥處理的方法日益增多。文獻(xiàn)1(Aijuan Zhou etal，Biochemical Engineering Journal，2013，77，240–245)報(bào)道了生物表面活性劑鼠李糖脂對(duì)污泥發(fā)酵產(chǎn)酸的促進(jìn)作用，雖然產(chǎn)酸效果顯著，但鼠李糖脂成本太高難以進(jìn)行推廣使用。文獻(xiàn)2(P.J.Strong et al，Waste Management，2012，32，1669–1677)采用了熱處理和熱化學(xué)處理對(duì)污泥發(fā)酵產(chǎn)乙酸以及產(chǎn)甲烷進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)熱處理能夠有效地破壞污泥和微生物結(jié)構(gòu)，促進(jìn)甲烷的產(chǎn)量，但是熱處理能量消耗較高，大大增加了剩余污泥處理成本。文獻(xiàn)3(Gaoqiang Su et al，Journal of Bioscience and Bioengineering，2015，121(3)，293-298)采用投加NaCl的方式促進(jìn)剩余污泥厭氧產(chǎn)酸，結(jié)果表示，Na+通過(guò)與污泥中的二價(jià)金屬離子(Ca2+、Mg2+)發(fā)生交換，促進(jìn)污泥水解過(guò)程，大量有機(jī)物溶出，同時(shí)NaCl的加入抑制了產(chǎn)甲烷菌的活性，產(chǎn)酸量因此提高，但是在Na+與Ca2+、Mg2+發(fā)生交換的過(guò)程中，釋放有機(jī)物的同時(shí)釋放了大量的氨氮、磷，不利于積累的短鏈脂肪酸的直接應(yīng)用。
因此，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)剩余污泥的處理方法，對(duì)環(huán)境保護(hù)及固體廢棄物資源化具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有的剩余污泥發(fā)酵過(guò)程中短鏈脂肪酸積累不足及發(fā)酵后污泥脫水性能差的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種工藝成本低、產(chǎn)酸量提高、污泥脫水性能改善、后處理簡(jiǎn)單的利用剩余污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)短鏈脂肪酸的方法。該方法利用Mg2+與污泥中的金屬離子發(fā)生交換的特性，促使污泥絮體紊亂，進(jìn)而增加了微生物可利用的有機(jī)物的含量，同時(shí)Mg2+能夠增加污泥中細(xì)菌的多樣性，抑制產(chǎn)甲烷菌，促進(jìn)短鏈脂肪酸的積累，另外Mg2+作為二價(jià)金屬離子能夠顯著改善發(fā)酵污泥的脫水性能，同時(shí)去除部分的磷及氨氮。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：
一種利用剩余污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)短鏈脂肪酸的方法，包括以下步驟：將剩余污泥加入?yún)捬醴磻?yīng)器中，投加0.05～0.2mol/L的MgCl2·6H2O，充分混合后充氮去氧，恒溫振蕩下進(jìn)行厭氧發(fā)酵。
優(yōu)選地，所述的發(fā)酵溫度為20～50℃，發(fā)酵時(shí)間為9～16天。
Mg2+能與污泥絮體中含有的大量的Ca2+以及少量的Fe3+、Mn2+、K+等金屬離子發(fā)生交換，促使污泥絮體紊亂，有效地破壞了污泥絮體結(jié)構(gòu)，使微生物可利用的有機(jī)物得到大量釋放，發(fā)酵產(chǎn)生的短鏈脂肪酸隨之增加。同時(shí)發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，Mg2+的加入改變了污泥中微生物群落的結(jié)構(gòu)與組成，提高了污泥中微生物的多樣性，使產(chǎn)酸菌的比例增加，進(jìn)而提高了產(chǎn)酸量。Mg2+作為正二價(jià)金屬離子，可提高污泥的氧化還原電位，抑制產(chǎn)甲烷菌的活性，從而減少了短鏈脂肪酸的消耗，促進(jìn)短鏈脂肪酸的積累。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：
(1)有效改善了發(fā)酵后污泥的脫水性能，有利于后續(xù)處理，節(jié)省人力物力;
(2)促進(jìn)了微生物可利用的有機(jī)物的釋放，提高了污泥中產(chǎn)酸菌的比例，顯著提高了產(chǎn)酸量;
(3)抑制了污泥中產(chǎn)甲烷菌的活性，從而減少了短鏈脂肪酸的消耗，促進(jìn)短鏈脂肪酸的積累;
(4)Mg2+能夠與污泥中的PO43-結(jié)合形成沉淀，去除部分PO43-，有利于污泥的脫氮除磷。
