申请日2014.04.14
公开(公告)日2014.07.30
IPC分类号C12P7/40; C12P7/52; C12P7/54
摘要
本发明公开一种利用氧化还原介体促进剩余污泥发酵产酸的方法。该方法是将剩余污泥在厌氧条件下用潜流搅拌器搅拌1～6h，搅拌速度为30～100转/分钟，加入氧化还原介体储备液，使发酵体系中氧化还原介体的浓度为0.5～200mg/L，在发酵罐或厌氧反应器中进行发酵产酸;发酵条件如下：控制发酵温度为15～35℃，调节发酵系统pH值至6.0～12.0，控制氧化还原电位低于-100mV，采用潜流搅拌器进行搅拌，搅拌速度设为50～200转/分钟，发酵时间为3～30d。剩余污泥无需进行碱、热碱或超声预处理，可以直接与氧化还原介体混合，通过控制本发明所述的操作条件，就可快速、高效产生挥发性脂肪酸。
权利要求书
1. 一种利用氧化还原介体促进剩余污泥发酵产酸的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
步骤(1).将经重力浓缩和机械脱水后的污水处理厂剩余污泥放入发酵罐或厌氧反应器，用水稀释至剩余污泥的污泥浓度为10～70 g/L;
所述的剩余污泥来源于城市污水处理厂、工业废水处理厂生化工艺中的一种或多种，当为多种混合时，比例为任意比;
步骤(2).将氧化还原介体加入到pH值为10～12的碱性水溶液中，配制成氧化还原介体浓度为1.0～50 g/L的氧化还原介体储备液;
步骤(3).步骤(1)中调节污泥浓度后的剩余污泥在厌氧条件下用潜流搅拌器搅拌1～6 h，搅拌速度为30～100转/分钟，然后加入氧化还原介体储备液，使发酵体系中氧化还原介体的浓度为0.5～200 mg/L，然后在发酵罐或厌氧反应器中进行发酵产酸;
所述的发酵罐或厌氧反应器中发酵条件如下：控制发酵温度为15～35℃，利用磷酸盐缓冲液、碳酸氢钠缓冲液或碱性溶液调节发酵系统pH值至6.0～12.0，控制氧化还原电位低于-100 mV，采用潜流搅拌器进行搅拌，搅拌速度设为50～200转/分钟，发酵时间为3～30 d。
2.如权利要求1所述的一种利用氧化还原介体促进剩余污泥发酵产酸的方法，其特征在于氧化还原介体为2,6-二磺酸蒽醌、2-磺酸蒽醌、胡桃醌、指甲花醌、甲萘醌、核黄素中的一种或多种，当为多种时，比例为任意比。
3.如权利要求1所述的一种利用氧化还原介体促进剩余污泥发酵产酸的方法，其特征在于厌氧反应器为厌氧序批式反应器或厌氧消化池。
4.如权利要求1所述的一种利用氧化还原介体促进剩余污泥发酵产酸的方法，其特征在于厌氧反应器采用污泥循环泵设置内回流，回流比设为100﹪～200﹪。
5.如权利要求1所述的一种利用氧化还原介体促进剩余污泥发酵产酸的方法，其特征在于碱性水溶液为NaOH溶液、KOH溶液或Ca(OH)2溶液，pH值为10～12。
6.如权利要求1所述的一种利用氧化还原介体促进剩余污泥发酵产酸的方法，其特征在于碱性溶液为NaOH溶液、KOH溶液或Ca(OH)2溶液。
说明书
一种利用氧化还原介体促进剩余污泥发酵产酸的方法
技术领域
本发明属于环境保护中污水处理厂污泥处理处置领域，具体地说是涉及一种利用氧化还原介体促进剩余污泥发酵产酸的方法。
背景技术
污水处理厂是实现污染物减排、控制水体污染、提升区域水环境质量的重要手段之一。然而，在处理污水过程中会产生大量剩余污泥，经污水厂内带式压滤机、离心脱水机或板框压滤机脱水后形成含水率约为80﹪的胶凝态物质，具有体积大、易腐败、恶臭、高物理稳定性、有机物和氮、磷等营养物质含量高等基本特点。因此，必须对剩余污泥进行减量化、稳定化和无害化处理，并实现能量和物质的最大化回收。
剩余污泥中含有大量有机物，其水解发酵过程不仅能实现污泥减量，而且能够产生乙酸、丙酸等挥发性脂肪酸(VFAs)。VFAs是进行城市污水脱氮除磷和工业废水中氧化态污染物高效去除的重要碳源之一。我国剩余污泥有机物含量相对较低，导致厌氧消化技术在剩余污泥的处理处置中的应用率普遍偏低。
氧化还原介体(RM)在生物、化学还原过程中可以起到传递自由电子的作用，能催化介导化学还原和生物还原过程。报道和应用较多的RM包括：醌基型的RM，如2,6-二磺酸蒽醌(AQDS)、2-磺酸蒽醌(AQS)、胡桃醌、指甲花醌、甲萘醌(维生素K);部分溶解性天然有机物(NOM)，如腐植酸(HA)等;以及黄素型的RM，如黄素单核苷酸(FMN)、黄素腺嘌呤二核苷酸 (FAD)和核黄素(RF)等。目前，RM主要应用于氧化态污染物，如偶氮类化合物、硝基类化合物、硝酸盐、Cr(VI)等污染物的还原去除，常见的醌基类及黄素类RM均能起到催化还原的效果。但是，RM对发酵产酸过程的促进作用鲜见文献报道。
发明内容
本发明的目的是为了克服我国污水处理厂剩余污泥有机物含量少、产酸水平低的限制因子，提供一种利用氧化还原介体促进剩余污泥发酵产酸的方法。该方法可以加快剩余污泥发酵产酸速率、提高产酸量，实现其资源化利用。
本发明方法包括如下步骤：
步骤(1).将经重力浓缩和机械脱水后的污水处理厂剩余污泥放入发酵罐或厌氧反应器，用水稀释至剩余污泥的污泥浓度(TSS)为10～70 g/L;
所述的剩余污泥来源于城市污水处理厂、工业废水处理厂生化工艺中的一种或多种，当为多种混合时，比例为任意比;
步骤(2).将氧化还原介体加入到pH值为10～12的碱性水溶液中，配制成氧化还原介体浓度为1.0～50 g/L的氧化还原介体储备液;
作为优选，所述的碱性水溶液为NaOH溶液、KOH溶液或Ca(OH)2溶液，pH值为10～12;
所述的氧化还原介体为2,6-二磺酸蒽醌(AQDS)、2-磺酸蒽醌(AQS)、胡桃醌、指甲花醌、甲萘醌(维生素K)、核黄素(RF)中的一种或多种，当为多种时，比例为任意比;
步骤(3).步骤(1)中调节污泥浓度后的剩余污泥在厌氧条件下用潜流搅拌器搅拌1～6 h，搅拌速度为30～100转/分钟，然后迅速加入氧化还原介体储备液，使发酵体系中氧化还原介体的浓度为0.5～200 mg/L，然后在发酵罐或厌氧反应器中进行发酵产酸;
所述的发酵罐或厌氧反应器中发酵条件如下：控制发酵温度为15～35℃，利用磷酸盐缓冲液、碳酸氢钠缓冲液或碱性溶液调节发酵系统pH值至6.0～12.0，控制氧化还原电位低于-100 mV，发酵过程中为加快传质速率，采用潜流搅拌器进行搅拌，搅拌速度设为50～200转/分钟，发酵时间为3～30 d;
作为优选，所述的碱性溶液为NaOH溶液、KOH溶液或Ca(OH)2溶液;所述的厌氧反应器为厌氧序批式反应器(ASBR)或厌氧消化池;
所述的厌氧反应器采用污泥循环泵设置内回流，回流比设为100﹪～200﹪，保障系统内水流紊动，提高传质效果。
本发明的有益效果是：采用氧化还原介体作为胞外电子传递体，通过厌氧发酵系统，可以提高胞外水解酶的活性，为剩余污泥发酵产酸提供更多的基质，加快产酸速率，显著提高发酵产酸量。本发明的技术优点在于：剩余污泥无需进行碱、热碱或超声预处理，可以直接与氧化还原介体混合，通过控制本发明所述的操作条件，就可快速、高效产生VFAs，与对照组相比，添加氧化还原介体的剩余污泥发酵系统中VFAs的产生量可提高1.60～4.50倍。本发明技术具有良好的环境和经济效益，可实现污水厂剩余污泥的减量化，并能产生高品质的碳源，实现其资源化利用途径。