[发明专利]热碱联合预处理提高剩余污泥产短链脂肪酸的方法

说明书

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及一种热碱联合预处理提高剩余污泥产短链脂肪酸的方法。

背景技术

活性污泥法是现阶段运用最为广泛的污水生物处理方式，但它在净化污水的同时，会产生大量的剩余污泥。城镇污水处理厂产生的剩余污泥里含有较多微生物、悬浮物、胶体以及氮、磷等物质，若得不到妥善的处理与处置，就会对环境产生二次污染。由于剩余污泥中含有大量的有机物质，使用污泥厌氧发酵产沼气，不但能够回收利用其中的有机物质，还可以有效解决污水处理厂产生过量剩余污泥的难题。有机固体的厌氧发酵产甲烷过程可分为四个阶段，即溶解阶段、水解阶段、产酸阶段和产甲烷阶段。通常条件下，污泥的溶解和水解速率较慢，是有机物生物降解过程的限速步骤（例如，文献Bioresour. Technol. 2012, 103, 415-424；Bioresour. Technol. 2011, 102, 10849-10854）。因此，在发酵产酸过程中，如果能够提高污泥的溶解和水解速率，那么就可以缩短系统的水力停留时间，提高有机物的去除率，且能够为后续的产酸过程提供更多的溶解性发酵底物，进而提高甲烷产量。研究者们提出了诸多提高污泥溶解和水解速率的方法，这些方法的基本原理是促使污泥中颗粒态的有机物分解为溶解态的小分子有机物，从而提高这些有机物的生物降解性能。文献较多地报道了各种预处理方法提高剩余污泥的溶解水解效率，而未对如何同时促进剩余污泥水解与产酸效率的方法进行研究。

使用热预处理剩余污泥的方法，就可以促进污泥的水解率，在得到较好的水解效率的基础上应用碱性预处理的方法，又可以促进产生短链脂肪酸的量。因此，通过热碱联合预处理剩余污泥的方法，可同时提高剩余污泥的水解阶段和产酸阶段效率，最终获得最大化的短链脂肪酸。

发明内容

本发明要解决剩余污泥产短链脂肪酸效率不高的技术问题，提供一种热碱联合预处理剩余污泥显著提高污泥产短链脂肪酸的方法。

    本发明的研究表明，剩余污泥经过热预处理后可以显著提高污泥中的蛋白质、多糖等有机物溶解于水中，从而为污泥发酵产酸提供丰富的可溶于水的有机基质。同时，剩余污泥经过初始碱性pH条件预处理后，可以进一步促进污泥溶解、水解并持续产生短链脂肪酸。此外，碱性pH值对产甲烷菌的活性有明显的抑制作用（Environmental Science and Technology, 2006, 40, 2025 -2029），一定程度上阻止了生成的短链脂肪酸的消耗量。因此，可以利用热预处理和碱性pH值条件联合作用最大化地提高剩余污泥生物生产短链脂肪酸的产量。

本发明提出的热碱联合预处理剩余污泥显著提高污泥产短链脂肪酸的方法，具体步骤为：以污水处理厂的剩余污泥为原料，通过热预处理、控制微生物作用的初始pH值以及其中微生物的作用，促进剩余污泥中非溶解性的有机物溶解、水解转化为溶解性的有机物，并使这些溶解性的有机物转化为短链脂肪酸；所述溶解性的有机物为蛋白质或多糖中的一种以上，具体条件为： 

热预处理的温度为60-120℃，时间为15-60min；

微生物作用的初始pH值范围为8-12；

热预处理后，剩余污泥在反应器中的停留时间为1-12天，温度为30-40℃。

进一步：

热预处理的温度为98-102℃，时间28-32min。虽然所述热预处理的温度条件在60-120℃与时间条件在15-60min的范围内，都可以与碱性pH值条件联合作用进一步提高污泥生产短链脂肪酸的产量，并且在一定的时间范围内，随着热预处理温度的上升短链脂肪酸的产量也逐渐升高。综合考虑运行成本和短链脂肪酸的产量，故本发明采用的较合适的热预处理温度为98-102℃，时间为28-32min。

微生物作用的初始pH值为10.5-11.5。

污泥在反应器中的停留时间为6-7天，温度为33-37℃。