[發明專利]一種提高污泥厭氧發酵產酸的方法

無效

• 申請號: 200910194906.0
• 申請日: 2009-09-01
• 公開（公告）號: CN101768609A
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發明（設計）人: 嚴媛媛;馮雷雨;張超杰;朱洪光;周琪
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C12P7/40
• 分類號: C12P7/40
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 吳林松

技術領域

本發明屬于環境保護技術領域，涉及一種提高污泥厭氧發酵產酸的方法。

背景技術

城鎮污水廠污水處理過程中產生的初沉污泥和剩余污泥中既含有N、P、K等營養元素及大量有機物質，同時還有一定量的病原微生物、重金屬和其他有害成分，因此對城鎮污泥的處理不當會造成環境污染和資源浪費。隨著我國社會經濟的迅速發展和城市人口的不斷增加，城市污水廠的規模和數量都在不斷增大。而污水處理過程所產生的污泥量也大大增加，我國污泥處理的形式十分嚴峻。

在眾多的污泥處理方法中，厭氧消化由于其較低的運行費用優勢，是目前國際上應用最為廣泛的污泥穩定化和資源化處理方法。厭氧消化是在無氧的條件下，利用兼性菌和專性厭氧細菌進行厭氧生化反應，降解污水污泥中有機物質的一種污泥處理工藝。污泥厭氧消化是一個極其復雜的過程，可用三階段發酵理論解釋。第一階段，在水解與發酵細菌作用下，碳水化合物、蛋白質和脂肪等高分子物質水解與發酵成單糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及二氧化碳、氫等。第二階段，在產氫、產乙酸菌作用下，將第一階段產物轉化成氫、二氧化碳和乙酸。第三階段，是通過兩組甲烷菌的作用，將氫和二氧化碳轉化成甲烷和將乙酸脫羧產生甲烷。眾所周知，在污泥厭氧消化的產酸段，有機顆粒水解是整個污泥產酸過程的限速步驟，這是因為組成污泥的微生物細胞壁對水解有很強的抑制作用。而被研究較多的堿預處理雖然能促進水解，但是其對細胞壁的破壞作用有限。細胞壁通常難以被一般的化學和機械作用破壞，但是超聲則不同，超聲有很強的細胞破碎作用。當施加超聲作用時將發生空化效應，空化泡的瞬時崩潰將對細胞壁產生強烈的剪切作用，最終導致其結構性破壞，菌膠團吸附的有機物(主要為胞外聚合物)被釋放，表現為污泥上清液中有機物(如蛋白質、糖)的增加。

發明內容

本發明的目的在于提供一種提高污泥厭氧發酵產酸的方法，將超聲與堿性消化耦合提高污泥厭氧發酵生產有機酸的產量。

為達到以上目的，本發明所采用的解決方案是：

本發明提出的超聲波耦合堿性消化提高厭氧發酵產酸的方法，以城市污水處理廠產生的剩余污泥為原料，首先通過超聲對污泥微生物進行破壁作用，使微生物細胞內有機物大量溶出，再通過調節pH值至堿性進一步促進污泥溶解和抑制厭氧發酵過程中產甲烷菌的活性，將污泥由固相轉化為液相，最大程度的將污泥中有機成分轉化為揮發性有機酸。

進一步，具體條件可為：

超聲波頻率調節為：10～20kHz

超聲波能量密度調節為：0.25～4.0kw/L；

超聲時間調節為：1～50min；

pH調節為8～12；

污泥在反應器中停留時間為3小時～15天；

本發明較好的實施條件是：

本發明中，超聲波能量密度調節為0.25～4.0kw/L，調節時間為1～50min。超聲能量密度越大，超聲時間越長，污泥細胞壁破壞程度越深，胞內有機物溶出越多，但是相應的處理費用也不斷增加。綜合考慮，超聲波能量密度選擇在0.5～2kw/L，超聲時間為5～30min為佳。

反應器中pH調節為9～11。

污泥停留時間范圍為1～6天。

本發明主要是將超聲波與堿性消化耦合起來，提高厭氧發酵產酸。其基本原理如下：污泥微生物固體中含有大量由蛋白質、多糖等組成的多聚物，由于細胞壁的存在，這些多聚物很難被產酸微生物所利用。而當施加超聲作用時將發生空化效應，空化泡的瞬時崩潰將對細胞壁產生強烈的剪切作用，最終導致其結構性破壞，菌膠團吸附的有機物(主要為胞外聚合物)被釋放，表現為污泥上清液中有機物如蛋白質、糖的增加，為產酸微生物提供大量的發酵底物。將超聲過的泥水混合液的pH值調節為堿性，利用堿性條件能夠進一步促進水解和有效抑制產甲烷菌等消耗有機酸微生物活性的優勢，達到提高污泥厭氧發酵生產有機酸的目的。

由于采用了以上技術方案，本發明具有以下有益效果：

(1)應用超聲波與堿性消化耦合技術將城市污水處理廠的剩余污泥進行厭氧發酵產酸，不但實現了污泥的減量化，而且極大提高了污泥厭氧發酵產酸的效率，達到了污泥資源化的目的。

(2)應用超聲波與堿性消化耦合工藝，污泥厭氧發酵產生的有機酸量明顯高于它們二者中任何一方單獨厭氧發酵所產生的有機酸的量。

(3)超聲波與堿性消化耦合作用，可以大大提高污泥水解速率，縮短污泥厭氧發酵時間，對降低污泥處理費用有一定的參考價值，對工程實踐有一定的指導意義。

具體實施方式

下面結合實例作進一步詳細說明：