申请日2013.12.10
公开(公告)日2014.03.19
IPC分类号C12P7/54
摘要
一种促进剩余污泥厌氧发酵生产乙酸的方法，属于污泥资源化领域。本方法的步骤：(1)以剩余污泥为原料，选取ZnSO4·7H2O、CoCl2·6H2O、CuCl2·2H2O、MnCl2·4H2O和FeSO4·7H2O五个因素为自变量，分别设计不同水平，以乙酸浓度为因变量，根据Box-Benhnken中心组合原则设计响应面实验方案;(2)根据实验方案，在发酵初期添加水合金属化合物进行厌氧发酵实验，产生以乙酸为主的目标产品，利用响应面分析软件进行数据分析;(3)根据分析结果，建立剩余污泥厌氧发酵生产乙酸的模型方程，确立乙酸达到最大浓度时水合金属化合物最优组合条件，在此条件下乙酸产量提高了61.8%。
权利要求书
1.一种促进剩余污泥厌氧发酵生产乙酸的方法，其包括以下步骤：
(1)以剩余污泥为原料，选取ZnSO4·7H2O、CoCl2·6H2O、CuCl2·2H2O、MnCl2·4H2O 和FeSO4·7H2O五个因素为自变量，分别设计不同的水平，以乙酸浓度为因变量，根据 Box-Benhnken中心组合设计原则，得到响应面实验设计;
(2)根据响应面设计组合方案，添加水合金属化合物，进行剩余污泥厌氧发酵生产乙 酸实验，测定并计算发酵液中乙酸的浓度，利用响应面分析软件，进行数据分析;
(3)根据响应面分析结果，建立剩余污泥厌氧发酵生产乙酸的模型方程，确立可达到 乙酸最大浓度的最优水合金属化合物组合条件。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(1)采用城镇污水处理厂的脱水污泥， 风干10天，加入自来水调节污泥的固体质量浓度为15%，按照1g干污泥加入0.05g 的量添加NaOH，在90℃下处理4h，4000rpm离心10min，取上清液作为厌氧发酵产 乙酸的底物。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(2)水合金属化合物在发酵初期添加， ZnSO4·7H2O添加量为0.0022%～0.044%，CoCl2·6H2O添加量为0.008%～0.032%， CuCl2·2H2O添加量为0.0013～0.016%，MnCl2·4H2O添加量为0.14%～0.54%和FeSO4·7H2O 的添加量为0.20%～0.74%，接入12gVSS/L的厌氧产酸种泥，发酵初始pH值为10.0， 温度为35℃，发酵时间为10天。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(3)根据响应面软件分析结果，得到 乙酸浓度的回归方程方差分析，进而得到剩余污泥厌氧发酵生产乙酸的预测模型，并得 到ZnSO4·7H2O、CoCl2·6H2O、CuCl2·2H2O、MnCl2·4H2O和FeSO4·7H2O五个因素两两 因素交互作用对乙酸浓度的影响，根据预测模型及因素交互作用的影响，最后得到发酵 初期添加的水合金属化合物的最优组合条件。
说明书
一种促进剩余污泥厌氧发酵生产乙酸的方法
技术领域
一种促进剩余污泥厌氧发酵生产乙酸的方法，属于污泥资源化领域，涉及一种通过在厌 氧反应器中添加产乙酸菌群必需的微量水合金属化合物将剩余污泥中的有机物质最大限度转 化为以乙酸为主的目标产品。
技术背景
目前，剩余污泥的产生量随着城镇污水处理能力的高速发展而增长迅速。2010年，我国 剩余污泥的产生量已达到3000万t，其中大部分未得到合理安全的处理处置。剩余污泥富含 氮、磷、钾等营养元素，有机质含量可达60%左右，这使得剩余污泥的资源化开发成为当前 国内外污泥处理处置技术研究的热点之一。这其中，应用厌氧混合菌群将剩余污泥中的有机 质转化为乙酸业已引起众多研究者关注。乙酸是一种重要的工业原料，具有较为广泛的用途， 如可进一步化学合成醋酸乙烯、醋酸纤维素等。因此，剩余污泥厌氧发酵生产乙酸不仅可实 现污泥减量化、资源化的目的，而且收获了高附加值的乙酸产品，是一条具有较广阔应用前 景的途径。
因此，本领域一直期望不断提高剩余污泥发酵生产乙酸的产量。
发明内容
本发明的目的是提供一种促进剩余污泥厌氧发酵生产乙酸的方法。
本发明人发现，在厌氧发酵生产乙酸过程中，Zn、Co、Cu、Mn和Fe等微量金属元素可 促进产乙酸微生物细胞的合成，并促使产乙酸代谢途径关键酶的合成及激活酶在生化反应中 的催化作用。因此，向厌氧生物反应器中投加适量的金属元素可以大幅度提高乙酸的产量， 增强反应器的运行效果和提升反应器的运行稳定性。
本方法是通过向生物反应器中投加能够改善产乙酸菌群活性的微量金属水合化合物，促 使剩余污泥中的有机物质最大限度地以乙酸的形式回收，从而在消除剩余污泥对环境污染的 同时，实现高附加值生物化学品的生产，为剩余污泥的处理处置提供一条更有价值的减量化 与资源化之路。
本发明的技术方案：一种促进剩余污泥厌氧发酵生产乙酸的方法，其包括以下步骤：
(1)以剩余污泥为原料，选取ZnSO4·7H2O、CoCl2·6H2O、CuCl2·2H2O、MnCl2·4H2O 和FeSO4·7H2O五个因素为自变量，分别设计不同的水平，以乙酸浓度为因变量，根据 Box-Behnken中心组合设计原则，得到响应面实验设计;
(2)根据响应面设计组合方案，添加水合金属化合物，进行剩余污泥厌氧发酵产乙酸实 验，测定并计算发酵液中乙酸的浓度，利用响应面分析软件，进行数据分析;
(3)根据响应面分析结果，建立剩余污泥厌氧发酵生产乙酸的模型方程，确立可达到乙 酸最大浓度的最优水合金属化合物组合条件。
所述步骤(1)采用城镇污水处理厂的脱水污泥，风干10天，加入自来水调节污泥的固 体质量浓度为15%，按照1g干污泥加入0.05g的量添加NaOH，在90℃下处理4h，4000rpm 离心10min，取上清液作为厌氧发酵产乙酸的底物。
所述步骤(2)水合金属化合物在发酵初期添加，ZnSO4·7H2O添加量为0.0022%～0.044%， CoCl2·6H2O添加量为0.008%～0.032%，CuCl2·2H2O添加量为0.0013～0.016%，MnCl2·4H2O 添加量为0.14%～0.54%和FeSO4·7H2O的添加量为0.20%～0.74%，接入12gVSS/L的厌氧产酸 种泥，发酵初始pH值为10.0，温度为35℃，发酵时间为10天。
所述步骤(3)根据响应面软件分析结果，得到乙酸浓度的回归方程方差分析，进而得到 剩余污泥厌氧发酵产乙酸的预测模型，并得到ZnSO4·7H2O、CoCl2·6H2O、CuCl2·2H2O、 MnCl2·4H2O和FeSO4·7H2O五个因素两两交互作用对乙酸浓度的影响，根据预测模型及因素 交互作用的影响，最后得到发酵初期添加的水合金属化合物的组合条件。
本发明的有益效果：以污水处理厂的副产物即剩余污泥作为原料，通过添加产乙酸菌所 必需的微量水合金属化合物促进微生物的新陈代谢及生长，增强细胞活性与大分子有机物质 逐级降解产乙酸代谢途径中关键酶的反应速率，从而提高剩余污泥中有机物质生成乙酸的转 化率。第一大优点是可实现剩余污泥资源化的目标，回收高附加值产品即乙酸;第二大优点 是促使剩余污泥中的有机质高效转化为乙酸，大幅度增强乙酸的浓度，与未添加水合金属化 合物的普通厌氧发酵产乙酸对照实验相比，乙酸的产量可提高61.8%以上;第三大优点是可 实现剩余污泥减量化，达到缓解日益严峻的环境污染压力的目的;第四大优点是只需在发酵 初期添加微量的金属水合化合物，具有操作简便、成本低廉、转化率高和发酵周期短等特点。