[发明专利]利用还原铁粉促进污泥厌氧发酵生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以及资源化技术领域，涉及一种促进污泥厌氧发酵生产短链脂肪酸的方法。

背景技术

生物处理法作为一种城市污水处理的二级处理方法，利用系统中微生物完成对有机污染物的降解，以去除悬浮物和溶解性可生物降解有机物为主要目的的工艺，目前已经得到了广泛的应用。然而在生物处理工艺中会产生大量富含有机物的污泥（包括初沉污泥和剩余污泥）。据估计，截止到2010年底，我国的污泥产量已达400万吨（干重），产生的环境污染日益严重，对其进行适当的处理处置刻不容缓。

厌氧发酵利用厌氧微生物的作用，能够有效地将污泥中大量存在的有机物降解转化为甲烷（CH₄）、氢气（H₂）等可再次利用的能源物质。短链脂肪酸（包括乙酸，丙酸，正丁酸，异丁酸，正戊酸和异戊酸等）也是污泥厌氧发酵过程中一类重要的中间产物，其应用范围广泛，不仅是合成油漆、涂料以及化妆品等不可缺少的原料，而且能够为污水中脱氮除磷微生物提供必不可少的有机碳源。研究证明，在污水强化生物除磷系统（EBPR）中，每去除1mg磷需要消耗6-9mg的短链脂肪酸（Water Science and Technology,1992,25(4-5):185-194）。因此，为有效去除污水中的磷，防止出水磷过高引起的环境水体富营养化，污水处理厂必须提供大量的易被微生物利用的有机碳源。然而，绝大部分情况下，污水中的短链脂肪酸的含量都不能满足要求，尤其是在南方城市污水中，有机碳源更加的不足，导致出水中磷含量过高，引起环境水体的富营养化。

在污水处理厂的生物脱氮除磷系统中，一种经济有效地提高污水有机碳源浓度的方法是利用生物处理系统中本身存在的有机物质，经过适当的处理，转化成脱氮除磷微生物所需碳源。污泥是污水处理厂污水处理后形成的废弃物质，其中含有的有毒有害物质，如重金属离子以及病原菌等将对环境产生较大污染，但是污泥中却富含有机物质，含量在50%以上（特别是剩余污泥，其有机质含量更高），主要以蛋白质及多糖等易被微生物利用降解的有机组分，它们能在厌氧发酵条件下被微生物代谢转化为可再次利用的能源产物，如甲烷（CH₄）、氢气（H₂）以及短链脂肪酸（SCFAs）等。因此，如果能够有效地将污泥中的有机物转化为短链脂肪酸，将实现对污泥处理的减量化、无害化以及资源化，同时提高污水处理厂的脱氮除磷的效果。本课题组已有研究表明，剩余污泥能够在一定的条件下被微生物利用转化为有机酸（中国发明专利，申请号200410067292.7）。

污泥的厌氧发酵主要可分为三个阶段，即水解酸化、产酸和产甲烷阶段。短链脂肪酸的生产主要是由前两个阶段控制产生，而且一般认为水解酸化阶段速率较慢，是污泥发酵产酸的限速阶段。因此，大部分的研究侧重于探寻提高污泥水解速率的方法来缩短发酵系统的污泥停留时间，提高短链脂肪酸的产量。目前，已经得到广泛认可的用于提高污泥水解速率的方法主要有：高温热处理，冻融处理，机械处理，超声波处理，化学处理（包括pH的调节，表面活性剂的投加），其基本原理都是使污泥中那些非溶解性颗粒态的有机物分解转化为小分子的溶解性物质被微生物利用，然而针对提高产酸阶段速率的方法较少。

还原铁粉具有较强的还原能力，一方面能够与污泥中的有机物质形成铁-碳电极，破坏颗粒有机物的结构使其易被微生物转化利用；另一方面也能够降低系统的氧化还原电位，提供微生物所需的铁元素，提高产酸微生物的活性，从而提高污泥厌氧发酵生产短链脂肪酸的速率和产量。目前为止，有关利用还原铁粉促进污泥发酵生产短链脂肪酸的研究尚未有报道。

发明内容

本发明的目的在于为克服现有及的缺陷而提供一种利用还原铁粉促进污泥厌氧发酵生产短链脂肪酸的方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种促进污泥厌氧发酵生产短链脂肪酸的方法，包括以下步骤：

（1）将污泥放入容器中自然静沉，然后排掉上清液体，获得污泥样品；

（2）向污泥样品中投加还原铁粉，并且将反应器充氮驱氧，密封反应器，将反应体系物质混合均匀，控制发酵温度，进行厌氧发酵。

步骤（2）在发酵过程中不调节pH（发酵过程中pH在6.5-8.0范围内波动），通过还原铁粉与污泥中的产酸微生物联合作用将污泥中非溶解状态的有机物（主要为蛋白质和多糖等物质）转化为短链脂肪酸（包括乙酸，丙酸，异丁酸，正丁酸，异戊酸和正戊酸等），完成还原铁粉促进剩余污泥厌氧发酵产酸的过程。