申请日2018.11.27
公开(公告)日2019.01.29
IPC分类号C02F11/00; C02F11/04; C02F11/12; C02F11/18; C02F3/30
摘要
本发明公开了一种同步提高污泥厌氧产甲烷及抗性基因削减的方法，其特征在于，污水经厌氧处理后，在零价铁作用下进行好氧处理，在曝气条件下反应，提高污水的处理效率，降低系统中抗生素的含量，减少抗性基因的富集量，且污泥的EPS含量减少;然后进行二沉，其中，含铁剩余污泥再经过重力沉降浓缩;将浓缩后的污泥先预热，再进行水热反应;反应结束，待水热混合液降温后，将水热混合液投加入厌氧消化系统进行高温厌氧消化。本发明使污泥胞外聚合物含量降低，实现污泥中抗性基因的削减，将水热液加入污泥厌氧消化系统，高有机物含量的含铁水热液有助于污泥的厌氧消化产甲烷及抗性基因的进一步削减去除。
权利要求书
1.一种同步提高污泥厌氧产甲烷及抗性基因削减的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)：污水经厌氧处理后，在零价铁作用下进行好氧处理，在曝气条件下反应，提高污水的处理效率，降低系统中抗生素的含量，减少抗性基因的富集量，且污泥的EPS含量减少;
步骤2)：然后进行二沉，其中，含铁剩余污泥再经过重力沉降浓缩;
步骤3)：将浓缩后的污泥先预热，再进行水热反应;
步骤4)：反应结束，待水热混合液降温后，将水热混合液投加入厌氧消化系统进行高温厌氧消化。
2.如权利要求1所述的同步提高污泥厌氧产甲烷及抗性基因削减的方法，其特征在于，采用污水生化处理系统，所述步骤1)中的厌氧处理在厌氧池中进行，好氧处理在好氧池中进行，好氧池出水的硝化液内回流至厌氧池进行反硝化脱氮处理，所述步骤2)中的二沉在二沉池中进行，重力沉降浓缩在污泥浓缩池中进行，所述步骤3)中的预热在预热反应罐中进行，水热反应在水热反应罐中进行，所述步骤4)中的高温厌氧消化在厌氧发酵罐中进行。
3.如权利要求1所述的同步提高污泥厌氧产甲烷及抗性基因削减的方法，其特征在于，所述步骤1)中零价铁的来源采用铁刨花，其为车床切割废料长度为5～10厘米和螺旋弯曲形状的工业铁屑，使用前，将铁刨花洗净，用0.2M的氢氧化钠浸泡除去其表面油渍。
4.如权利要求3所述的同步提高污泥厌氧产甲烷及抗性基因削减的方法，其特征在于，所述铁刨花的投加量为20～100g/L，投加后，污水的COD降解率提高15～50%，总氮去除率提高25～50%，污泥中的抗生素含量减少30～80%，抗性基因的富集含量减少5-100倍。
5.如权利要求1所述的同步提高污泥厌氧产甲烷及抗性基因削减的方法，其特征在于，所述步骤2)中浓缩后污泥的浓度为15～25g/L，污泥的含铁量为150～300mg/g TSS，污泥EPS减少15～50%，浓缩过程产生的上清液排放至厌氧池。
6.如权利要求2所述的同步提高污泥厌氧产甲烷及抗性基因削减的方法，其特征在于，所述预热反应罐加热至60～80℃，预热时间为0.5～5h;所述水热反应罐加热至140～200℃，加热时间为60～180min，加热方式采用蒸汽加热、导热油加热或电加热方式;预热反应罐、水热反应罐中污泥的注入量均为反应罐容积的40%～85%。
7.如权利要求1所述的同步提高污泥厌氧产甲烷及抗性基因削减的方法，其特征在于，所述步骤4)中水热混合液降温至50～70℃后，与厌氧消化罐中的混合液按体积比0.3～2:1混合后，在55℃条件下，厌氧消化反应10～30d;反应结束，甲烷产率提高20～60%，抗性基因的削减效率提高20-60%。
说明书
一种同步提高污泥厌氧产甲烷及抗性基因削减的方法
技术领域
本发明涉及一种同步提高污泥厌氧产甲烷及抗性基因削减的方法，属于环保技术领域。
背景技术
抗生素被广泛用作人类和动物传染性疾病的预防和治疗药品以及动物的生长促进剂。近年来，抗生素的大量使用导致抗性微生物大量增殖和抗性基因的富集和传播，研究表明抗性基因在水体环境中普遍存在，对人类健康已构成严重威胁，抗生素抗性基因的去除和消减刻不容缓。污水处理厂接收各污染源排放的抗性基因(ARGs)，并通过不同途径排放到自然水体和土壤中，是环境中主要的抗性基因的重要储存库及排放源，同时也是消减抗性基因的重要途径。污水处理厂中的活性污泥是抗性基因存在的重要场所，对某污水处理厂抗性基因(tet A、tet C、tet E、tet M、tet O、tet W和sul I)的污染水平研究结果表明，抗性基因在活性污泥中检出频率最高(0.86)(Water Res,2007,41(5):1143-1151)。抗性基因在剩余污泥的处置过程中可能会进入环境中，对生态环境及人类健康造成严重的威胁。因此，高效削减污泥中抗性基因势在必行。
厌氧发酵作为污泥处置的重要技术，不仅能够解决产量日益增长的污泥所造成的环境问题，而且能够缓解当前日益紧张的能源供需矛盾，此外还可一定程度上削减污泥中的抗性基因。然而，我国污泥中有机质含量相对较低、C/N比低、生物降解性能差，污泥厌氧发酵时产气量和挥发性固体含量(VS)的去除率都较低，且污泥中携带的抗生素会抑制污泥的厌氧发酵效率。有研究者报道，当阿莫西林浓度为60mg/L和120mg/L时，猪场废水厌氧发酵150h后，产甲烷速率分别是对照的75%和68%(Bioresource Technology,2002,82:205-208)。因此，若能降低抗生素在污泥中的浓度以及污泥中抗性基因的富集含量，且同时提高污泥发酵过程的有机质含量，并同时提高抗生素的去除，将成为剩余污泥处理的重要途径。
高温高压水热预处理能够减少污泥中的抗生素，且能通过破坏微生物的细胞壁，将胞内有机物释放，使不溶性有机物转化为可溶性有机物大大缩短水解过程，从而加速污泥的水解酸化产气，提高剩余污泥厌氧发酵产沼气的效能。同时能够有效的削减污泥中的抗性基因，从而阻止其进一步向环境扩散。
发明内容
本发明所要解决的问题是：如何同步提高污泥厌氧产甲烷及抗性基因削减。
为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种同步提高污泥厌氧产甲烷及抗性基因削减的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)：污水经厌氧处理后，在零价铁作用下进行好氧处理，在曝气条件下反应，提高污水的处理效率，降低系统中抗生素的含量，减少抗性基因的富集量，且污泥的EPS含量减少;
步骤2)：然后进行二沉，其中，含铁剩余污泥再经过重力沉降浓缩;
步骤3)：将浓缩后的污泥先预热，再进行水热反应;经水热预处理后的污泥有机物的释放量提高，较不加零价铁的污水处理系统剩余污泥水热同条件预处理，水热液中溶解性有机物(SCOD)含量提高10～35%，溶出蛋白质含量提高10～30%，溶解性糖含量提高15～35%。
步骤4)：反应结束，待水热混合液降温后，将水热混合液投加入厌氧消化系统进行高温厌氧消化。
优选地，采用污水生化处理系统，所述步骤1)中的厌氧处理在厌氧池中进行，好氧处理在好氧池中进行，好氧池出水的硝化液内回流至厌氧池进行反硝化脱氮处理，所述步骤2)中的二沉在二沉池中进行，重力沉降浓缩在污泥浓缩池中进行，所述步骤3)中的预热在预热反应罐中进行，水热反应在水热反应罐中进行，所述步骤4)中的高温厌氧消化在厌氧发酵罐中进行。
优选地，所述步骤1)中零价铁的来源采用铁刨花，其为车床切割废料长度为5～10厘米和螺旋弯曲形状的工业铁屑，使用前，将铁刨花洗净，用0.2M的氢氧化钠浸泡除去其表面油渍。
更优选地，所述铁刨花的投加量为20～100g/L，投加后，污水的COD降解率提高15～50%，总氮去除率提高25～50%，污泥中的抗生素含量减少30～80%，抗性基因的富集含量减少5-100倍。
优选地，所述步骤2)中浓缩后污泥的浓度为15～25g/L，污泥的含铁量为150～300mg/g TSS，污泥EPS减少15～50%，浓缩过程产生的上清液排放至厌氧池。
更优选地，所述预热反应罐加热至60～80℃，预热时间为0.5～5h;所述水热反应罐加热至140～200℃，加热时间为60～180min，加热方式采用蒸汽加热、导热油加热或电加热方式;预热反应罐、水热反应罐中污泥的注入量均为反应罐容积的40%～85%。
优选地，所述步骤4)中水热混合液降温至50～70℃后，与厌氧消化罐中的混合液按体积比0.3～2:1混合后，在55℃条件下，厌氧消化反应10～30d;反应结束，甲烷产率提高20～60%，抗性基因的削减效率提高20-60%。图中，二沉池、污泥浓缩池的出水都返回之乐厌氧池，还有内回流的部分，请说明
本发明在活性污泥系统中加入零价铁强化生物处理，提高污水的脱氮效率，减少系统中抗生素的浓度及抗性基因在污泥中的富集，且使污泥胞外聚合物含量降低，再利用高温高压水热处理剩余污泥，实现污泥中抗性基因的削减，且使污泥中的微生物细胞壁破裂，释放出有机物，将水热液加入污泥厌氧消化系统，高有机物含量的含铁水热液有助于污泥的厌氧消化产甲烷及抗性基因的进一步削减去除。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本方法通过在生化处理好氧段投加经济易得的零价铁，可降低污水处理系统中的抗生素含量及污泥中抗性基因的富集，从源头上减少污泥中抗生素的含量。
(2)本方法利用零价铁可减少污泥EPS含量的特点，使水热过程污泥微生物的细胞更易破损，以提高水热液中有机物的含量，且可强化水热过程抗性基因的削减。
(3)本方法利用高有机物含量的含铁水热混合液加入至污泥高温厌氧发酵系统，可同步提高甲烷产量及抗性基因的进一步削减。