[發(fā)明專利]一種提高污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)短鏈揮發(fā)性脂肪酸的方法

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• 申請日: 2017-09-25
• 公開（公告）號: CN109554405A
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王冬波;帥昆;徐秋翔;段玉瑩;張丹;秦玉格;黎一夫;何丹丹;劉旭冉
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 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(fā)明一種提高污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)短鏈揮發(fā)性脂肪酸的方法，屬于污泥資源化技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種過氧化鈣(CaO₂)聯(lián)合游離氨(FA)提高污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)短鏈揮發(fā)性脂肪酸的方法，該方法包括以下步驟：以城鎮(zhèn)污水處理廠的剩余污泥經(jīng)自然靜沉棄上清液得到的污泥作為發(fā)酵底物，將發(fā)酵底物與過氧化鈣(CaO₂)、氯化銨(NH₄Cl)混合均勻，在一定溫度下，調(diào)節(jié)PH使氨氮形成游離氨(FA)，預(yù)處理反應(yīng)72h，在攪拌的條件下繼續(xù)進(jìn)行厭氧發(fā)酵。發(fā)酵底物在過氧化鈣(CaO₂)聯(lián)合游離氨(FA)的預(yù)處理下，水解速率顯著提高，促進(jìn)酸化階段，同時抑制產(chǎn)甲烷菌的活性，能夠使短鏈揮發(fā)性脂肪酸大量累積。本發(fā)明實現(xiàn)了短鏈揮發(fā)性脂肪酸的顯著提高，產(chǎn)生的短鏈揮發(fā)性脂肪酸可以繼續(xù)應(yīng)用在污水處理過程中，提高污水脫氮除磷的效果，達(dá)到污泥的減量化、無害化和資源化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及環(huán)境保護(hù)以及資源化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種提高污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)短鏈揮發(fā)性脂肪酸的方法。

技術(shù)背景

生物脫氮除磷工藝作為城市污水生物處理的重要手段，利用活性污泥中微生物的新陳代謝作用，完成對有機(jī)污染物的降解，以去除具有懸浮性或溶解性的可生物降解的有機(jī)污染物，從而達(dá)到污水的排放要求。由于生物處理技術(shù)處理效率高，運(yùn)行成本低的優(yōu)勢，我國污水生物處理廠的數(shù)量逐年上升。然而，污水生物處理工藝雖然能夠有效的去除污水中的有機(jī)污染物但也會產(chǎn)生大量的剩余污泥。污泥中含有大量的病原體、重金屬、不可降解的有機(jī)污染物，如果污泥處置不當(dāng)將會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。目前，我國對污泥的處理與處置方式包括填埋、焚燒等，然而污泥中同時也含有大量的蛋白質(zhì)等能被微生物利用的有機(jī)物，這些資源可以再次被利用，避免資源的浪費(fèi)與環(huán)境污染。

污水生物脫氮除磷過程中的微生物需要足夠的有機(jī)碳源。研究表明，在強(qiáng)化生物除磷系統(tǒng)中，每除去1mg的磷需要6～9mg的短鏈脂肪酸。然而，在我國城市污水中的有機(jī)物濃度非常匱乏，為保證水中的氮磷達(dá)到污水的排放標(biāo)準(zhǔn)，往往需要投加額外的碳源，如乙醇、葡萄糖等，導(dǎo)致污水處理廠運(yùn)營成本的增加。污泥厭氧發(fā)酵利用厭氧發(fā)酵微生物的作用，能有效的將污泥中大量存在的有機(jī)物降解轉(zhuǎn)化為短鏈揮發(fā)性脂肪酸(如乙酸、丙酸、正丁酸等)、甲烷、氫氣等可以再次利用的能源物質(zhì)。產(chǎn)生的短鏈揮發(fā)性脂肪酸正好可以補(bǔ)充生物脫氮除磷過程中的微生物所需要的碳源，減少污水處理廠的運(yùn)營成本。

污泥的厭氧發(fā)酵分三個階段，即水解、酸化、產(chǎn)甲烷階段，短鏈揮發(fā)性脂肪酸的產(chǎn)生屬于前兩個階段。一般認(rèn)為產(chǎn)生短鏈揮發(fā)性脂肪酸較低的原因有兩個:水解階段的緩慢和產(chǎn)生的短鏈揮發(fā)性脂肪酸快速被產(chǎn)甲烷菌所消耗。若能夠促進(jìn)污泥水解的速率，促進(jìn)酸化和抑制產(chǎn)甲烷菌的活性，就可以使得短鏈揮發(fā)性脂肪酸進(jìn)行大量的積累。目前，得到認(rèn)可的提高污泥水解速率的方法有:超聲波處理、高溫?zé)崽幚怼C(jī)械處理等，這些處理方法需要投入較高能耗，并且不能促進(jìn)產(chǎn)酸率的提高和抑制產(chǎn)甲烷菌的活性，因此，不能累積到較多的短鏈揮發(fā)性脂肪酸。

過氧化鈣(CaO₂)具有較強(qiáng)的氧化性，溶于水會形成過氧化氫(H₂O₂)和氫氧化鈣(Ca(OH)₂)。過氧化鈣對污泥的胞外聚合物和細(xì)胞壁具有很強(qiáng)的破壞作用，可以提高污泥厭氧發(fā)酵的水解速率，同時過氧化鈣可以促進(jìn)酸化，抑制產(chǎn)甲烷菌的活性。游離氨(銨鹽的分子化形態(tài))在一定的溫度、堿性條件下由銨鹽形成，銨鹽在污水中大量存在，過氧化鈣形成的堿性環(huán)境能夠使銨鹽形成游離氨。游離氨能夠促進(jìn)污泥的水解，抑制產(chǎn)甲烷菌的活性。然而關(guān)于過氧化鈣聯(lián)合游離氨發(fā)酵提高短鏈揮發(fā)性脂肪酸的研究至今尚未報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的現(xiàn)有的技術(shù)問題是短鏈揮發(fā)性脂肪酸的產(chǎn)量低和發(fā)酵時間長等缺點(diǎn)，提供一種短鏈揮發(fā)性脂肪酸的產(chǎn)量高、操作簡單、運(yùn)營成本低，利用過氧化鈣聯(lián)合游離氨預(yù)處理生產(chǎn)短鏈揮發(fā)性脂肪酸的方法。

為解決上述技術(shù)問題，提供一種短鏈揮發(fā)性脂肪酸的制備方法，該方法包括以下步驟: