[发明专利]一种强化剩余污泥厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸的联合预处理方法

说明书

本发明属于固体废物处理技术领域，具体涉及一种强化剩余污泥厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸的联合预处理方法。联合预处理方法生产短链挥发性脂肪酸方法如下：以污水处理厂二沉池中的剩余污泥经过重力沉降后作为发酵底物，将适量体积的污泥进行超声处理，超声处理后向污泥中加入一定的氯化铵溶液，调节pH，控制温度，进行游离氨预处理。预处理结束后进行厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸，最大挥发性脂肪酸积累量为255.4mg COD/g VSS，最佳反应时间为总时间的第6天。本发明在对污泥资源化利用，减少环境污染的基础上提高了短链挥发性脂肪酸的含量且缩短了最佳反应时间，该发明具有产物产量高，反应时间短，操作方法简单，运行稳定和节能降耗等优势。

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种超声和游离氨联合预处理剩余污泥生产短链挥发性脂肪酸的方法。

背景技术

随着当今社会的发展和城市化进程的加快，城市生活污水的排放量日益增大，污水厂总处理水量和处理程度将不断扩大和提高，产生的污泥量也日益增加。目前在国内一般污水厂中，用于污泥处理处置的费用约占总基建和运行费用的20％～50％。污水污泥中除了含有大量的有机物和丰富的氮、磷等营养物质，还存在重金属、致病菌和寄生虫等有毒有害成分。为防止污泥造成的二次污染及保证污水处理厂的正常运行和处理效果，污水污泥的处理处置问题在城市污水处理中占有的位置已日益突出。污水处理厂在进行污水生物脱氮除磷的过程中普遍存在碳源不足的问题，严重影响了污水生物脱氮除磷。如果将污水厂产生的剩余污泥进行厌氧发酵可以原位生产短链挥发性脂肪酸，所产生的短链挥发性脂肪酸可以作为污水进水补充碳源，用较低的代价既解决了碳源不足的问题，也实现了污泥的资源化利用。

由于污泥中的有机物大部分是微生物物质，被胞外聚合物以及细胞膜所包裹，其中溶出和水解阶段是将复杂非溶解性聚合物转化为简单溶解性单体和二聚体的过程，上述两阶段是整个厌氧发酵过程中的限速阶段。短链挥发性脂肪酸是酸化过程的产物，进而作为甲烷化过程的底物被消耗产生甲烷、二氧化碳等。若强化溶出、水解和酸化过程，抑制产甲烷过程，则可以提高短链挥发性脂肪酸的积累量。

超声波是频率在20kHz以上的声波，它是一种机械振动，通常以纵波的方式在弹性介质内传播。当超声波辐射液体时，产生空化作用，可以促进污泥细胞分解，释放出有机质，降低污泥的粒径，增加污泥的比表面积，同时还能促进污泥的融胞作用。超声波破解技术具有无污染，能量密度高，分解速度快等优点，但是其降解有机物的能力有限，超过70％的有机物不能被降解。超声预处理对于产甲烷过程抑制不强，产甲烷菌会消耗大量短链挥发性脂肪酸，不利于短链挥发性脂肪酸的积累。发酵液中含有大量的氨氮，回流发酵液可以获得氨氮，在一定的温度和碱性条件下，能够得到一定的游离氨。游离氨是非离子形式的氨，可以在原位获得，对细胞的胞外聚合物及细胞壁均有极强的破坏作用，可以促进胞内物质的溶出，而且游离氨对产甲烷菌的活性有明显的抑制作用，一定程度上阻止了生成的短链挥发性脂肪酸的消耗量，可以最大化地提高剩余污泥生产短链挥发性脂肪酸的产量。因此利用超声波技术和游离氨联合预处理剩余污泥生产短链挥发性脂肪酸，即可以弥补超声预处理剩余污泥产酸效率低下的问题，又可以增加短链挥发性脂肪酸的产量，为污水处理厂提供充足的内碳源。并且该发明还具有运行成本低廉，反应时间短等优点。

发明内容

本发明利用超声和游离氨联合预处理剩余污泥生产短链挥发性脂肪酸，目的是提高短链挥发性脂肪酸产量，缩短达到最大短链挥发性脂肪酸积累量的反应时间，为污泥厌氧发酵提供一种产物产量高、制备方法简单、节能降耗、运行成本低的方法。

本发明提供了一种利用超声和游离氨联合预处理强化污泥厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸的方法。其具体步骤如下：

将城市生活污水处理厂产生的剩余污泥进行重力沉降浓缩，将浓缩后的污泥送入超声波反应器进行超声处理；将超声后的污泥与回流的消化液接触，控制初始氨氮浓度、pH和温度，使其中产生游离氨，进行游离氨预处理污泥；将预处理后的污泥送入厌氧反应器进行中温厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸。