申请日2016.11.29
公开(公告)日2017.05.31
IPC分类号C12P7/52; C12P7/40; C02F3/28
摘要
本发明涉及环境微生物技术领域，具体涉及一种酸性环境下培养厌氧颗粒污泥高效生产丙酸和戊酸的方法。该方法以城市污水处理厂二沉池剩余污泥为接种污泥，人工模拟废水为底物，设定反应温度为37℃，pH维持在5.6‑6.0，在厌氧序批式反应器中培养水解酸化厌氧颗粒污泥。本发明培养的颗粒污泥沉降性好，反应器中污泥含量高。厌氧颗粒污泥形成后，水解酸化液中VFA(以COD计)浓度最高可达8.4g/L，VFA产率(以COD计)达到0.76‑0.84g COD/g COD。水解酸化液中以丙酸和戊酸为主，含量达到65‑70%。该工艺在提高水解酸化反应器运行负荷、产酸效率和运行稳定性的同时，降低了SVI和出水VSS浓度，大大提高反应器运行效率，是一种可广泛适用于污水生物处理的工艺方法，具有良好的应用前景。
权利要求书
1.一种酸性环境下培养厌氧颗粒污泥高效生产丙酸和戊酸的方法，其特征在于该方法为：以城市污水处理厂二沉池剩余污泥为接种污泥，以人工模拟废水为底物，设定反应温度为37℃，pH维持在5.6-6.0，在厌氧序批式反应器(ASBR)中培养厌氧颗粒污泥。
2.根据权利1所述的方法，其特征在于，本发明使用ASBR培养颗粒污泥。反应器高1.7m，直径约10cm，其中内径6.5cm，有效体积约5.6L。运行周期为：进水，反应，沉淀，排水。
3.根据权利1所述的方法，其特征在于，采用的接种污泥取自污水处理厂的二沉池污泥，过80目筛去除污泥中大颗粒无机物，接种前保存至4℃冰箱。
4.根据权利1所述的方法，其特征在于，培养颗粒污泥过程使用人工配水，其组分包括C3H8NO2SCl.H2O 0.106g/L,酵母0.045g/L,葡萄糖9.31g/L,磷酸氢二钾0.226g/L;微量元素：EDTA 0.066g/L，NH4Cl 0.9675g/L，CaCl2·2H2O 0.1247g/L，MgSO4·7H2O 0.1105g/L，NaWO4·2H2O 0.0001g/L，(NH4)6Mo7O24·4H2O 0.0015g/L，HBO3 0.0001g/L，Na2SeO30.0011g/L，FeCl2·4H2O 0.0062g/L，CuCl2·2H2O 0.0007g/L，NiCl2·6H2O 0.0002g/L，ZnCl2 0.0008g/L，CoCl2·6H2O 0.0008g/L，MnCl2·4H2O 0.001g/L，NaCl 0.039g/L。
5.根据权利1所述的方法，其特征在于，在反应器运行过程中进水COD为9-10g/L，反应温度为37℃，pH维持在5.6-6.0。为保证反应器厌氧状态及充分搅拌，在进水和反应阶段从底部向反应器中以2.0-2.5L/min的流速充入氮气，反应器使用体积维持在2.6L左右。在反应器启动初始阶段，循环周期设定8h(进水：15min;反应阶段：459min;沉淀：3min;排水：3min)，水力停留时间(HRT)16h，VFA产率(以COD计)约为0.09g COD/g COD。
6.根据权利1所述的方法，其特征在于，驯化约4周后，肉眼可见少许颗粒污泥，VFA产率(以COD计)增加至0.59-0.65g COD/g COD。循环周期减小到2h(进水：15min;反应阶段：99min;沉淀：3min;排水：3min)，HRT为4h。
7.根据权利1所述的方法，其特征在于，经过8-9周的驯化，得到高效生产丙酸和戊酸的厌氧颗粒污泥，粒径在0.8-1.2mm，VFA产率(以COD计)为0.76-0.84g COD/g COD，丙酸和戊酸占总VFA含量的65-70%，污泥体积指数(SVI)为13.5-20.6ml/g VSS，出水VSS为0.7-1.5g/L。
说明书
一种酸性环境下培养厌氧颗粒污泥高效生产丙酸和戊酸的方法
技术领域
本发明涉及环境微生物技术领域，具体涉及一种酸性环境下培养厌氧颗粒污泥高效生产丙酸和戊酸的方法。
背景技术
在污水处理过程中，厌氧生物处理技术具有能耗低、有机负荷高的特点，且能生产高附加值的能源物质，因此得到广泛应用。厌氧生物处理技术主要分为三个阶段：水解、酸化和产甲烷阶段。其中，在水解和酸化阶段，大分子有机物或不溶性有机物在水解菌胞外酶的作用下分解成小分子溶解性有机物。这些小分子可溶性有机物在产酸菌的作用下转化成更为简单的化合物，这一阶段的主要产物为挥发性脂肪酸(VFA)，同时还有部分醇类、二氧化碳、氢气等产物。在产甲烷阶段，产甲烷菌主要利用VFA生成甲烷，少部分由氢气和二氧化碳等物质合成。
VFA，主要包括乙酸、丙酸、异丁酸、戊酸、异戊酸、正丁酸等小分子有机酸，是水解酸化过程的重要产物。据报道，与厌氧消化最终产物甲烷相比，VFA具有更高的附加值和广阔的应用前景。但是，目前生产VFA的工艺大多采用絮状污泥，污泥结构松散、沉降性能差，不仅延长了出水沉降时间，而且产酸菌容易流失。这直接导致反应器中污泥量下降、运行不稳定、产酸效率低。同时，反应器出水中含有较多生物质，会增加VFA提纯的成本。此外，不同的VFA组成对于VFA的价值具有较大影响，比如与乙酸型发酵相比，利用丙酸和戊酸进一步生产聚羟基脂肪酸酯具有更高的商业价值。目前，对于VFA发酵类型的控制也少有研究。
颗粒污泥通过微生物自凝聚作用形成，已经成功在好氧和厌氧条件下培养，并应用于实际污水处理工艺中。研究表明，颗粒污泥体现出良好的沉降性，更大的表面积减小了物质传递的限制。此外，颗粒污泥的应用，更容易实现泥水分离，延长污泥在反应器中的停留时间，良好的沉降性同时又能缩短沉降时间和减少污泥流失。而且相比于采用膜生物反应器等其他延长污泥停留时间的方法，颗粒污泥技术能够减少投资以及膜清洗等的运行成本。但厌氧颗粒污泥目前还极少应用于VFA的生产，尚未有人尝试利用厌氧颗粒污泥进行丙酸型发酵生产VFA。本专利采用酸性环境下培养厌氧颗粒污泥生产VFA技术，提高水解酸化效率，减少污泥流失，能够获得高附加值的有机酸成分(丙酸、戊酸)。该方法操作方法简单、条件易于控制，可极大地提高VFA产率，具有较高的经济、社会和环境效益。
发明内容
1.发明目的
针对当前水解酸化过程效率偏低且不能有效控制有机酸产物的问题，本发明提供一种酸性环境下培养厌氧颗粒污泥高效生产丙酸和戊酸的方法。
2.技术方案
本发明提供一种在酸性环境下培养厌氧颗粒污泥高效生产丙酸和戊酸的工艺方法，包括以下方面：
(1)反应器：本发明使用厌氧序批式反应器(ASBR)，具体装置如图1所示。反应器高1.7m，直径约10cm，其中内径6.5cm，有效体积约5.6L。运行周期为：进水，反应，沉淀，排水。
(2)接种污泥：接种污泥取自污水处理厂的二沉池污泥，过80目筛去除污泥中无机物大颗粒，接种前保存至4℃冰箱。
(3)人工配水成分：培养颗粒污泥过程使用人工配水，其组分包括：C3H8NO2SCl.H2O0.106g/L,酵母0.045g/L,葡萄糖9.31g/L,磷酸氢二钾0.226g/L;微量元素：EDTA 0.066g/L，NH4Cl 0.9675g/L，CaCl2·2H2O 0.1247g/L，MgSO4·7H2O 0.1105g/L，NaWO4·2H2O0.0001g/L，(NH4)6Mo7O24·4H2O 0.0015g/L，HBO3 0.0001g/L，Na2SeO3 0.0011g/L，FeCl2·4H2O 0.0062g/L，CuCl2·2H2O 0.0007g/L，NiCl2·6H2O 0.0002g/L，ZnCl2 0.0008g/L，CoCl2·6H2O 0.0008g/L，MnCl2·4H2O 0.001g/L，NaCl 0.039g/L。
(4)颗粒污泥在反应器中的培养驯化：厌氧颗粒污泥的培养过程在(1)所述的反应器中进行，取(2)所述的接种污泥100-200ml加入该反应器。在反应器运行过程中进水COD为9-10g/L，反应温度为37℃，pH维持在5.6-6.0。为保证反应器厌氧状态及充分搅拌，在进水和反应阶段从底部向反应器中以2.0-2.5L/min的流速充入氮气，反应器使用体积维持在2.6L左右。在反应器启动初始阶段，循环周期设定8h(进水：15min;反应阶段：459min;沉淀：3min;排水：3min)，水力停留时间(HRT)16h，VFA产率(以COD计)约为0.09g COD/g COD。驯化约4周后，肉眼可见少许颗粒污泥，VFA产率(以COD计)增加至0.59-0.65g COD/g COD。循环周期减至2h(进水：15min;反应阶段：99min;沉淀：3min;排水：3min)，HRT为4h。如图2所示，经过8-9周的驯化，得到高效生产丙酸和戊酸的厌氧颗粒污泥，粒径在0.8-1.2mm，VFA产率(以COD计)达到0.76-0.84g COD/g COD，丙酸和戊酸占总VFA含量的65-70%，污泥体积指数(SVI)为13.5-20.6ml/g VSS，出水VSS为0.7-1.5g/L。
3.本发明的有益效果
本发明在酸性环境下培养的厌氧颗粒污泥在反应器中运行稳定，解决了传统水解酸化池占地面积大、污泥含量低、污泥容易流失的问题。厌氧颗粒污泥形成后，水解酸化液中VFA浓度(以COD计)最高可达8.4g/L，VFA产率(以COD计)达到0.76-0.84g COD/g COD。水解酸化液中以丙酸和戊酸为主，含量达到65-70%。这一发明首次利用厌氧颗粒污泥实现丙酸型发酵。该工艺在提高水解酸化反应器的运行负荷、产酸效率和运行稳定性的同时，降低了SVI和出水VSS浓度，大大提高反应器运行效率，是一种可广泛适用于污水生物处理的工艺方法，具有良好的应用前景。