[發明專利]游離氨(FA)作為預處理手段強化污泥厭氧發酵提高短鏈脂肪酸產量的方法

在審

• 申請號: 201710869477.7
• 申請日: 2017-09-23
• 公開（公告）號: CN109554404A
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 張長;秦玉格;王冬波;徐秋翔;楊忠柱;魏靜靜;馬馳;李子豪;段玉瑩;帥昆;黎學誠
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: C12P7/40
• 分類號: C12P7/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種利用游離氨(FA)作為預處理手段強化污泥厭氧發酵提高短鏈脂肪酸產量的方法，包括如下步驟：以城市污水廠剩余污泥為原料，經自然沉淀棄去上清液得到發酵底物，向發酵底物中加入氯化銨，在堿性環境下(pH＝9)進行預處理，預處理完成后進行厭氧發酵產生短鏈脂肪酸，最大短鏈脂肪酸的產量為271.86mg COD/g VSS。本發明能夠以污水廠污泥為原料，通過控制體系中游離氨的濃度，預處理時間，促進污泥中有機物溶出以及抑制污泥產甲烷的能力來最大程度提高短鏈脂肪酸的產量，對污泥處理的減量化、無害化以及資源化，具有產酸產量高、制備方法簡單、運行成本低等優勢。

技術領域

本發明屬于環境保護以及資源化技術領域，具體涉及一種游離氨作為預處理手段強化污泥厭氧發酵提高短鏈脂肪酸產量的方法。

背景技術

在城市污水處理過程中產生大量的剩余污泥，據報道2015年中國產生約3400萬噸剩余污泥，剩余污泥的處理與處置費用高。但剩余污泥中富含大量有機物能夠被微生物所利用，直接對其進行填埋、焚燒等方式處理處置將造成極大的資源浪費。因此如何實現剩余污泥的資源化、無害化和減量化成為學者研究的重點。此外，我國南方城市污水處理廠普遍存在有機碳源不足的問題，這嚴重限制了污水處理廠中生物脫氮除磷的效果。若將污水處理過程中產生的大量剩余污泥進行厭氧發酵生產短鏈脂肪酸，再將其補給到生物脫氮除磷的過程中，不僅解決了生物脫氮除磷的過程中有機碳源不足的問題，而且也實現了剩余污泥的資源化、無害化和減量化。

污泥的厭氧發酵主要分為以下階段，即溶解和水解、酸化和產甲烷階段。短鏈脂肪酸的產生是在酸化階段，短鏈脂肪酸將在產甲烷階段被消耗生成甲烷和二氧化碳氣體。因此，強化溶解、水解和酸化中的任一階段，同時抑制產甲烷階段是提高短鏈脂肪酸產量的關鍵。此前有學者用過多種預處理方法，如高溫熱處理，化學試劑預處理(堿、酸等)，生物處理等都能有效的加快污泥溶解水解速率，提高短鏈脂肪酸產量。然而，由于需要較高的投資和運行費用，并且運行不穩定，產酸量低，這些預處理方法的應用受到了極大的限制。因此亟待發明一種價格低廉、運行穩定且產酸量大的預處理手段。

游離氨是分子態的氨氮，對細胞的胞外聚合物及細胞自身有極強的破壞作用，進而可以釋放胞內的物質，為水解、酸化提供更多可利用的物質。同時，其對污泥甲烷化有一定的抑制作用，這樣就可以減少短鏈脂肪酸的消耗。然而，利用游離氨強化污泥厭氧發酵生產短鏈脂肪酸的研究至今尚未報道。此外，游離氨(FA)是污水處理廠的發酵液中原位產生的，可以直接獲得，因此本發明在實現污泥原位生產短鏈脂肪酸的同時又節約了運行成本，提高了產酸效率。

發明內容

本發明是為了解決現有技術中的問題，提供一種利用游離氨作為預處理手段強化污泥厭氧發酵提高短鏈脂肪酸產量的方法，有利于實現污泥的減量化、資源化和無害化。

為了達到上述目的，本發明的解決方案是：

一種利用游離氨(FA)作為預處理手段強化污泥厭氧發酵提高短鏈脂肪酸產量的方法，包括如下步驟：以城市污水處理所得污泥為發酵原料，經自然沉淀棄去上清液得到發酵底物，向發酵底物中加入氯化銨，在堿性環境下(pH＝9)進行預處理，預處理完成后在厭氧環境下發酵生產短鏈脂肪酸。

根據上述所述的方法，本發明的具體實施步驟為：

(1)先將污泥在4℃下自然沉淀24h后，去除上清液得到發酵底物。

(2)向體系中投加氯化銨后，控制預處理階段的pH＝9.0±0.1,控制游離氨的濃度為190 ±30mg/L。

(3)向體系中充入適量的氮氣，為發酵提供厭氧環境。

(4)將反應置于20±1℃，120rpm/min的水浴振蕩器中進行厭氧發酵。

(5)厭氧發酵體系運行的時間為4-8d。

(6)游離氨預處理的時間為72±1h。