專利名稱：：一種剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法，屬于有機(jī)固體廢棄物資源化領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：廢水的好氧生物處理中一個(gè)亟需解決的問題是大量剩余污泥的產(chǎn)生，隨著污水處理廠在各主要城市相繼建成并投入運(yùn)行，剩余污泥的產(chǎn)量大大增加，如果處理不當(dāng)，會(huì)引起一系列的環(huán)境問題和社會(huì)問題。目前，國(guó)內(nèi)處理剩余污泥的方法主要采用濃縮、消化、脫水、干化等工藝處理后有效利用(主要為農(nóng)用)、填埋及焚燒等方法處置，或是采用其中某幾種方法組合處理，即其主要方法是減量化處理后回到環(huán)境中去，而不是資源化利用，因而經(jīng)濟(jì)效益較低。另一方面，由于可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)需求和政府的政策扶持，當(dāng)今固體廢物處理的重心已從污染控制轉(zhuǎn)向資源開發(fā)。應(yīng)用生物技術(shù)策略將有機(jī)廢物轉(zhuǎn)化為生物能源和生物化學(xué)品業(yè)已成為目前有機(jī)固體廢物處置的熱點(diǎn)。在生物轉(zhuǎn)化過程中，即使需要加熱耗能，這些策略也被認(rèn)為最終能實(shí)現(xiàn)收支平衡，甚至產(chǎn)能大于耗能。然而，目前在應(yīng)用生物技術(shù)策略將污泥中有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物能源和生物化學(xué)品方面，大部分研究者集中于生物能源，如利用厭氧發(fā)酵法產(chǎn)生甲垸和氫氣，但該產(chǎn)物的附加值含量都比較低，導(dǎo)致污泥資源化的經(jīng)濟(jì)效益不容樂觀。因此，利用剩余污泥這種廉價(jià)的底物開發(fā)生產(chǎn)附加值更高的生物化學(xué)品將成為污泥資源化的新途徑。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法，為剩余污泥提供一種更有價(jià)值的資源化之路。為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法，包括如下步驟在剩余污泥中加入表面活性劑，然后進(jìn)行厭氧發(fā)酵處理，在敞開式反應(yīng)器中攪拌發(fā)酵4~15天，即得到以乙酸為主的目標(biāo)產(chǎn)品揮發(fā)性脂肪酸的發(fā)酵液。上文中，所述表面活性劑是現(xiàn)有技術(shù)，包括陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、兩性離子表面活性劑和非離子表面活性劑；所述厭氧發(fā)酵處理也是現(xiàn)有技術(shù)，即在剩余污泥中通過培養(yǎng)厭氧微生物進(jìn)行反應(yīng)，所述厭氧發(fā)酵反應(yīng)可以是連續(xù)或間歇反應(yīng)。在厭氧發(fā)酵反應(yīng)過程中，可以定時(shí)測(cè)定上清液中揮發(fā)性脂肪酸的含量，直至反應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。揮發(fā)性脂肪酸是剩余污泥厭氧消化過程中產(chǎn)生的重要的中間代謝產(chǎn)物，主要包括乙酸、丙酸、異丁酸、丁酸、異戊酸和戊酸等；其附加值要高于生物氫和甲垸，例如在污水處理廠可作為內(nèi)源碳被脫氮除磷菌利用以去除富營(yíng)養(yǎng)化污水中的氮和磷，使污水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)；丁酸和丙酸等脂肪酸經(jīng)提取分離或者經(jīng)過耦合系統(tǒng)可作為發(fā)酵工業(yè)的生產(chǎn)原料被微生物進(jìn)一步利用來獲得生物可降解塑料；此外，這些脂肪酸經(jīng)提取后還可在其它行業(yè)上作為原料用于合成其它的化學(xué)品。上述技術(shù)方案中，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉，其質(zhì)量用量占剩余污泥中干污泥總量的2~20%。與之相應(yīng)的另一種技術(shù)方案，所述表面活性劑為十六烷基三甲基氯化銨，其質(zhì)量用量占剩余污泥中干污泥總量的2~30%。與之相應(yīng)的另一種技術(shù)方案，所述表面活性劑為咪唑啉，其質(zhì)量用量占剩余污泥中干污泥總量的2~30%。上述技術(shù)方案中，所述厭氧發(fā)酵的反應(yīng)條件為pH為911，室溫下攪拌反應(yīng)。本發(fā)明的反應(yīng)機(jī)理是表面活性劑對(duì)剩余污泥中的有機(jī)物(例如蛋白質(zhì)等)具有"增溶"作用；此外，在一定條件下，表面活性劑對(duì)微生物的細(xì)胞還有破碎作用。由此可以推測(cè)，在表面活性劑的作用下剩余污泥水解速率將得到提高，并且表面活性劑還可以抑制產(chǎn)甲烷菌的活性，因此，利用表面活性劑來提髙剩余污泥的水解速率并抑制產(chǎn)甲烷過程，可以大幅度提高污泥生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的量。由于上述技術(shù)方案的采用，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明在反應(yīng)物中加入了合適的表面活性劑，有效控制了厭氧微生物的活性，得到了揮發(fā)性脂肪酸含量較高的發(fā)酵液，為其資源化利用奠定了基礎(chǔ)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。2.本發(fā)明可在敞開式反應(yīng)器中直接進(jìn)行發(fā)酵反應(yīng)，操作方便、簡(jiǎn)單易行，具有良好的應(yīng)用前景。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述實(shí)施例一一種剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法，采用蘇州某污水廠的剩余污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸，處理規(guī)模為lm3/d,投加十二垸基苯磺酸鈉，其屬于陰離子表面活性劑。本實(shí)施例試驗(yàn)了十二烷基苯磺酸鈉的不同添加量，分別占剩余污泥中干污泥總量的2%、5%、10%、20。/。，測(cè)定了不同反應(yīng)時(shí)間下的揮發(fā)性脂肪酸的含量，并與未添加表面活性劑的空白試驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果如表l所示表l不同十二烷基苯磺酸鈉添加量下的揮發(fā)性脂肪酸的值發(fā)酵時(shí)間/天十二垸基苯磺酸鈉添加量/%空白試驗(yàn)25102011.581.241.981.740.5922.472.362.622.540.7534.563.704.343.781.0346.926.546.405.571.0659.257.918.026.981.1669.048.218.217.291.3478.649.098.537.571.4788.598.099.148.121.5698.427.639.408.351.68107.216.259.348.301.65115.735.879.738.321.59124.215.2710.178.311.58133.734.1710.688.831.40從表l可以看出，在十二垸基苯磺酸鈉的不同添加量下，均能產(chǎn)生較高5濃度的揮發(fā)性脂肪酸，優(yōu)選的方案是當(dāng)添加量為2%時(shí)，發(fā)酵5天后即可產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸濃度為9.25mmol/L;而在未添加表面活性劑的空白試驗(yàn)中，其最高揮發(fā)性脂肪酸濃度為1.68mmol/L，且需反應(yīng)9天。實(shí)施例二一種剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法，采用蘇州某污水廠的剩余污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸，處理規(guī)模為lm3/d，投加十六烷基三甲基氯化銨，其屬于陽離子表面活性劑。試驗(yàn)了十六垸基三甲基氯化銨的不同添加量，分別占剩余污泥中干污泥總量的2%、10%、20%、30%,測(cè)定了不同反應(yīng)時(shí)間下的揮發(fā)性脂肪酸的含量，并與未添加表面活性劑的空白試驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果如表2所示<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>從表2可以看出，在十六垸基三甲基氯化銨的不同添加量下，均能產(chǎn)生較高濃度的揮發(fā)性脂肪酸，優(yōu)選的方案是當(dāng)添加量為10%時(shí)，發(fā)酵5天后即可產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸濃度為3.28mmol/L;而在未添加表面活性劑的空白試驗(yàn)中，其最高揮發(fā)性脂肪酸濃度為1.53mmol/L，且需反應(yīng)910天。實(shí)施例三一種剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法，采用蘇州某污水廠的剩余污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸，處理規(guī)模為lm3/d，投加咪唑啉，其屬于兩性離子表面活性劑。試驗(yàn)了咪唑啉的不同添加量，分別占剩余污泥中干污泥總量的2%、10%、20%、30%,測(cè)定了不同反應(yīng)時(shí)間下的揮發(fā)性脂肪酸的含量，并與未添加表面活性劑的空白試驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果如表3所示表3不同咪唑啉添加量下的揮發(fā)性脂肪酸的值發(fā)酵時(shí)間/天咪唑啉/%空白試驗(yàn)210203011.301.482.611.910.622.262.334.633.400.833.543.256.176.701.0043.934.178.508.481.1053.453.817.9711.671.2063.163.277.489.521.3073.102.816.357.921.5082.342.555.235.481.6091.661.663.343.141.70100.520.481.212.451.70110.470.471.001.681.60120.420.490.710.961.60130.380.460.650.861.40從表3可以看出，在咪唑啉的不同添加量下，均能產(chǎn)生較髙濃度的揮發(fā)性脂肪酸，優(yōu)選的方案是當(dāng)添加量為30%時(shí)，發(fā)酵5天后即可產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸濃度為11.67mmol/L;而在未添加表面活性劑的空白試驗(yàn)中，其最高揮發(fā)性脂肪酸濃度為1.70mmol/L，且需反應(yīng)910天。權(quán)利要求1.一種剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法，其特征在于，包括如下步驟在剩余污泥中加入表面活性劑，然后進(jìn)行厭氧發(fā)酵處理，在敞開式反應(yīng)器中攪拌發(fā)酵4～15天，即得到以乙酸為主的目標(biāo)產(chǎn)品揮發(fā)性脂肪酸的發(fā)酵液。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法，其特征在于所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉，其質(zhì)量用量占剩余污泥中干污泥總量的2~20%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法，其特征在于所述表面活性劑為十六垸基三甲基氯化銨，其質(zhì)量用量占剩余污泥中干污泥總量的2~30%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法，其特征在于所述表面活性劑為咪唑啉，其質(zhì)量用量占剩余污泥中干污泥總量的2~30%。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法，其特征在于，所述厭氧發(fā)酵的反應(yīng)條件為pH為911，室溫下攪拌反應(yīng)。全文摘要本發(fā)明公開了一種剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法，包括如下步驟在剩余污泥中加入表面活性劑，然后進(jìn)行厭氧發(fā)酵處理，在敞開式反應(yīng)器中攪拌發(fā)酵4～15天，即得到以乙酸為主的目標(biāo)產(chǎn)品揮發(fā)性脂肪酸的發(fā)酵液。本發(fā)明得到了揮發(fā)性脂肪酸含量較高的發(fā)酵液，為其資源化利用奠定了基礎(chǔ)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。文檔編號(hào)C12P7/54GK101665810SQ20091018240公開日2010年3月10日申請(qǐng)日期2009年9月14日優(yōu)先權(quán)日2009年9月14日發(fā)明者陳銀廣,勇黃,黃天寅申請(qǐng)人:蘇州科技學(xué)院