[發(fā)明專利]利用還原鐵粉促進(jìn)污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)短鏈脂肪酸的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310257563.4
• 申請(qǐng)日: 2013-06-25
• 公開（公告）號(hào): CN103343145A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮雷雨;羅景陽;楊蘭琴;陳銀廣;李暮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): C12P7/40
• 分類號(hào): C12P7/40;C12P7/52;C12P7/54
• 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(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)以及資源化技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種促進(jìn)污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)短鏈脂肪酸的方法。

背景技術(shù)

生物處理法作為一種城市污水處理的二級(jí)處理方法，利用系統(tǒng)中微生物完成對(duì)有機(jī)污染物的降解，以去除懸浮物和溶解性可生物降解有機(jī)物為主要目的的工藝，目前已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。然而在生物處理工藝中會(huì)產(chǎn)生大量富含有機(jī)物的污泥（包括初沉污泥和剩余污泥）。據(jù)估計(jì)，截止到2010年底，我國(guó)的污泥產(chǎn)量已達(dá)400萬噸（干重），產(chǎn)生的環(huán)境污染日益嚴(yán)重，對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚硖幹每滩蝗菥彙?/p>

厭氧發(fā)酵利用厭氧微生物的作用，能夠有效地將污泥中大量存在的有機(jī)物降解轉(zhuǎn)化為甲烷（CH₄）、氫氣（H₂）等可再次利用的能源物質(zhì)。短鏈脂肪酸（包括乙酸，丙酸，正丁酸，異丁酸，正戊酸和異戊酸等）也是污泥厭氧發(fā)酵過程中一類重要的中間產(chǎn)物，其應(yīng)用范圍廣泛，不僅是合成油漆、涂料以及化妝品等不可缺少的原料，而且能夠?yàn)槲鬯忻摰孜⑸锾峁┍夭豢缮俚挠袡C(jī)碳源。研究證明，在污水強(qiáng)化生物除磷系統(tǒng)（EBPR）中，每去除1mg磷需要消耗6-9mg的短鏈脂肪酸（Water?Science?and?Technology,1992,25(4-5):185-194）。因此，為有效去除污水中的磷，防止出水磷過高引起的環(huán)境水體富營(yíng)養(yǎng)化，污水處理廠必須提供大量的易被微生物利用的有機(jī)碳源。然而，絕大部分情況下，污水中的短鏈脂肪酸的含量都不能滿足要求，尤其是在南方城市污水中，有機(jī)碳源更加的不足，導(dǎo)致出水中磷含量過高，引起環(huán)境水體的富營(yíng)養(yǎng)化。

在污水處理廠的生物脫氮除磷系統(tǒng)中，一種經(jīng)濟(jì)有效地提高污水有機(jī)碳源濃度的方法是利用生物處理系統(tǒng)中本身存在的有機(jī)物質(zhì)，經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚恚D(zhuǎn)化成脫氮除磷微生物所需碳源。污泥是污水處理廠污水處理后形成的廢棄物質(zhì)，其中含有的有毒有害物質(zhì)，如重金屬離子以及病原菌等將對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較大污染，但是污泥中卻富含有機(jī)物質(zhì)，含量在50%以上（特別是剩余污泥，其有機(jī)質(zhì)含量更高），主要以蛋白質(zhì)及多糖等易被微生物利用降解的有機(jī)組分，它們能在厭氧發(fā)酵條件下被微生物代謝轉(zhuǎn)化為可再次利用的能源產(chǎn)物，如甲烷（CH₄）、氫氣（H₂）以及短鏈脂肪酸（SCFAs）等。因此，如果能夠有效地將污泥中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為短鏈脂肪酸，將實(shí)現(xiàn)對(duì)污泥處理的減量化、無害化以及資源化，同時(shí)提高污水處理廠的脫氮除磷的效果。本課題組已有研究表明，剩余污泥能夠在一定的條件下被微生物利用轉(zhuǎn)化為有機(jī)酸（中國(guó)發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)?00410067292.7）。

污泥的厭氧發(fā)酵主要可分為三個(gè)階段，即水解酸化、產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷階段。短鏈脂肪酸的生產(chǎn)主要是由前兩個(gè)階段控制產(chǎn)生，而且一般認(rèn)為水解酸化階段速率較慢，是污泥發(fā)酵產(chǎn)酸的限速階段。因此，大部分的研究側(cè)重于探尋提高污泥水解速率的方法來縮短發(fā)酵系統(tǒng)的污泥停留時(shí)間，提高短鏈脂肪酸的產(chǎn)量。目前，已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可的用于提高污泥水解速率的方法主要有：高溫?zé)崽幚恚瑑鋈谔幚恚瑱C(jī)械處理，超聲波處理，化學(xué)處理（包括pH的調(diào)節(jié)，表面活性劑的投加），其基本原理都是使污泥中那些非溶解性顆粒態(tài)的有機(jī)物分解轉(zhuǎn)化為小分子的溶解性物質(zhì)被微生物利用，然而針對(duì)提高產(chǎn)酸階段速率的方法較少。

還原鐵粉具有較強(qiáng)的還原能力，一方面能夠與污泥中的有機(jī)物質(zhì)形成鐵-碳電極，破壞顆粒有機(jī)物的結(jié)構(gòu)使其易被微生物轉(zhuǎn)化利用；另一方面也能夠降低系統(tǒng)的氧化還原電位，提供微生物所需的鐵元素，提高產(chǎn)酸微生物的活性，從而提高污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)短鏈脂肪酸的速率和產(chǎn)量。目前為止，有關(guān)利用還原鐵粉促進(jìn)污泥發(fā)酵生產(chǎn)短鏈脂肪酸的研究尚未有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于為克服現(xiàn)有及的缺陷而提供一種利用還原鐵粉促進(jìn)污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)短鏈脂肪酸的方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種促進(jìn)污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)短鏈脂肪酸的方法，包括以下步驟：

（1）將污泥放入容器中自然靜沉，然后排掉上清液體，獲得污泥樣品；

（2）向污泥樣品中投加還原鐵粉，并且將反應(yīng)器充氮驅(qū)氧，密封反應(yīng)器，將反應(yīng)體系物質(zhì)混合均勻，控制發(fā)酵溫度，進(jìn)行厭氧發(fā)酵。

步驟（2）在發(fā)酵過程中不調(diào)節(jié)pH（發(fā)酵過程中pH在6.5-8.0范圍內(nèi)波動(dòng)），通過還原鐵粉與污泥中的產(chǎn)酸微生物聯(lián)合作用將污泥中非溶解狀態(tài)的有機(jī)物（主要為蛋白質(zhì)和多糖等物質(zhì)）轉(zhuǎn)化為短鏈脂肪酸（包括乙酸，丙酸，異丁酸，正丁酸，異戊酸和正戊酸等），完成還原鐵粉促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的過程。