專利名稱：一種微波循環(huán)污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于污泥資源化處理領(lǐng)域，涉及一種微波循環(huán)污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法。
背景技術(shù)：
城鎮(zhèn)污水廠污水處理過程中產(chǎn)生的剩余污泥中既含有一定量的病原微生物、重金屬和其他有害成分，同時也含有N、P、K等營養(yǎng)元素及大量有機物質(zhì)，它們既是一種環(huán)境污染物，也是一種有效的生物資源。隨著我國社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展和城市人口的不斷增加，城市污水廠的規(guī)模和數(shù)量都在不斷增大，污水處理過程所產(chǎn)生的污泥量也大大增加，因此如何對我國污水廠產(chǎn)生的污泥進行合理的資源化利用將是一個亟待解決的問題。污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸是一種常用的污泥資源化方法。利用該種方法產(chǎn)生的有機酸 (特別是短鏈脂肪酸，包括乙酸、丙酸等)，不但可以用于農(nóng)藥、油漆和涂料等化工原料的制備，在污水生物脫氮除磷過程中也是微生物必需的重要有機碳源。研究表明，在強化生物除磷系統(tǒng)中，每去除Img的磷就需要6-9mg的短鏈脂肪酸。然而，在多數(shù)情況下，廢水中的短鏈脂肪酸都不能夠滿足較低的出水磷濃度，尤其是南方城市污水中的有機物濃度更是不足，這就使得大量的磷排放到環(huán)境中，引發(fā)了水體的富營養(yǎng)化。為了使出水中的磷濃度達到污水排放標(biāo)準(zhǔn)，就需要在生物處理系統(tǒng)中投加有機酸這種易于生物利用的碳源，而污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸正好可以提供這種碳源。污泥厭氧消化包括水解、酸化和產(chǎn)甲烷三個過程，發(fā)酵產(chǎn)酸屬于前兩階段。從生產(chǎn)有機酸的角度來看，如果能夠提高污泥的水解速率，同時抑制產(chǎn)甲烷菌的活性，就可以在縮短系統(tǒng)水力停留時間的基礎(chǔ)上使得大量有機酸進行積累。據(jù)研究報道，產(chǎn)甲烷菌最適的生存PH環(huán)境是在中性左右，而較高的pH(如pH = 9或10)能夠抑制產(chǎn)甲烷菌的活性。眾所周知，在污泥厭氧發(fā)酵的產(chǎn)酸階段，有機顆粒水解是整個污泥產(chǎn)酸過程的限速步驟。然而組成污泥的微生物細(xì)胞壁對水解有很強的抑制作用，這就導(dǎo)致了傳統(tǒng)的厭氧發(fā)酵技術(shù)難以達到高效產(chǎn)酸的目的。特別在當(dāng)前我國，由于我國污水廠排放的污泥的VS/TS 較低，進一步限制了污泥的水解酸化。

發(fā)明內(nèi)容
針對我國污泥中有機物含量較低，水解酸化較困難，難以高效產(chǎn)酸的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種微波循環(huán)污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供了一種微波循環(huán)污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法，該方法包括以下步驟將濃縮污泥和脫水污泥配成混合污泥，取上述混合污泥作為進料進行堿性厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸，同時回流污泥進行微波預(yù)處理，再循環(huán)進行堿性厭氧發(fā)酵，出料收集高含酸量混合液。
所述的進料或出料是指每日進料量=每日出料量=消化污泥總量/污泥停留時間。所述的回流污泥的回流比為5 20%。所述的堿性厭氧發(fā)酵是指在密閉厭氧的條件下，控制溫度為20 55°C，攪拌速度為30 250rpm，投加堿性試劑調(diào)節(jié)pH為9. O 11. O。所述的堿性試劑為氫氧化鈉或生石灰。所述的微波預(yù)處理的操作條件為微波頻率為2450MHz，微波輻射功率為200 lOOOw，輻射時間為I 20min。所述的堿性厭氧發(fā)酵的污泥停留時間為3 8d。所述的混合污泥的含水率為88 98 %。本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和有益效果I、本發(fā)明所提供的系統(tǒng)將堿性調(diào)節(jié)、微波強化破壁、循環(huán)回流等技術(shù)有機結(jié)合起來，實現(xiàn)了物理化學(xué)強化處理技術(shù)和微生物處理技術(shù)結(jié)合，真正實現(xiàn)了有機底物的高效利用，提高整個系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。2、本發(fā)明利用城市污水廠產(chǎn)生的污泥來生產(chǎn)有機酸，不僅降低了污泥中的有機物對環(huán)境的危害，而且生產(chǎn)出了對污水廠有利用價值的有機酸，真正地實現(xiàn)了污染物的資源化利用。本發(fā)明所提供的系統(tǒng)通過污泥回流強化裝置在系統(tǒng)中的有機設(shè)置，可以保證產(chǎn)甲烷發(fā)酵段在高有機物濃度下的穩(wěn)定運行，具有很高的有機負(fù)荷和有機物去除率，沼氣產(chǎn)量和產(chǎn)率高，提高了整個系統(tǒng)的處理效率。3、本發(fā)明生產(chǎn)出的有機酸可用于污水廠內(nèi)補充生物脫氮除磷工藝中碳源的不足， 滿足脫氮除磷微生物對碳源的需求，從而可以降低出水中氮、磷等營養(yǎng)元素的濃度，防止水體富營養(yǎng)化的發(fā)生。4、本發(fā)明提供的系統(tǒng)不僅處理效率高，而且結(jié)構(gòu)緊湊、相互配合運作，運行穩(wěn)定， 適合在大中小污水處理廠中推廣應(yīng)用。


圖I表示本發(fā)明的微波循環(huán)污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法的流程圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明。實施例I如圖I所示，圖I表示本發(fā)明的微波循環(huán)污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法的流程圖。取某地污水處理廠脫水污泥(含水率為79.23 % )和濃縮污泥(含水率為 98. 12% )在污泥調(diào)配池中配成含水率為98. 0%的混合污泥，此時其揮發(fā)性有機固體濃度占總固體濃度的比例是65. 2%。每日通過污泥泵泵入10. OL(對應(yīng)的污泥停留時間為3d) 至厭氧發(fā)酵室中，其中厭氧發(fā)酵室總有效體積為30L，厭氧發(fā)酵室通過投加NaOH控制pH在 9. O 11.0之間，并控制溫度201，攪拌速度50印111。并在發(fā)酵室邊上設(shè)置旁路每日出料 3L(回流比為10% )至微波輻射裝置中，微波頻率為2450MHz，600W微波輻射IOmin后再循環(huán)投入到厭氧發(fā)酵室中。同時每日出料IOL得到高含酸量混合液。連續(xù)運行后可穩(wěn)定產(chǎn)酸， 出料中總揮發(fā)性脂肪酸的濃度為1100 1200mg/L。比較例I取某地污水處理廠脫水污泥(含水率為79.23 % )和濃縮污泥(含水率為 98. 12% )在污泥調(diào)配池中配成含水率為98. 0%的混合污泥，此時其揮發(fā)性有機固體濃度占總固體濃度的比例是65. 2%。每日通過污泥泵泵入10. OL(對應(yīng)的污泥停留時間為3d) 至厭氧發(fā)酵室中，其中厭氧發(fā)酵室總有效體積為30L，厭氧發(fā)酵室通過投加NaOH控制pH在 9. O 11. O之間，并控制溫度20°C，攪拌速度50rpm。同時每日出料IOL得到高含酸量混合液。連續(xù)運行后可穩(wěn)定產(chǎn)酸，出料中總揮發(fā)性脂肪酸的濃度為800 900mg/L。由此可見，實施例I相對比較例I出料中總揮發(fā)性脂肪酸的濃度提高了 33. 3
37.5%。實施例2取某地污水處理廠脫水污泥(含水率為80.31 % )和濃縮污泥(含水率為 98. 03% )在污泥調(diào)配池中配成含水率為92. 0%的混合污泥，此時其揮發(fā)性有機固體濃度占總固體濃度的比例是60.3%。每日通過污泥泵泵入IOL(污泥停留時間為5d)至厭氧發(fā)酵室中，其中厭氧發(fā)酵室總有效體積為50L，厭氧發(fā)酵室通過投加生石灰控制pH在9. O 11. O之間，并控制溫度36°C，攪拌速度lOOrpm。并在發(fā)酵室邊上設(shè)置旁路每日出料IOL (回流比為20% )至微波輻射裝置中，微波頻率為2450MHz，1000W微波輻射Imin后再循環(huán)投入到厭氧發(fā)酵室中。同時每日出料IOL得到高含酸量混合液。連續(xù)運行后可穩(wěn)定產(chǎn)酸，出料中總揮發(fā)性脂肪酸的濃度為2300 2500mg/L。比較例2取某地污水處理廠脫水污泥(含水率為80.31 % )和濃縮污泥(含水率為 98. 03% )在污泥調(diào)配池中配成含水率為92. 0%的混合污泥，此時其揮發(fā)性有機固體濃度占總固體濃度的比例是60.3%。每日通過污泥泵泵入IOL(污泥停留時間為5d)至厭氧發(fā)酵室中，其中厭氧發(fā)酵室總有效體積為50L，厭氧發(fā)酵室通過投加生石灰控制pH在9. O 11. O之間，并控制溫度36°C，攪拌速度lOOrpm。同時每日出料IOL得到高含酸量混合液。 連續(xù)運行后可穩(wěn)定產(chǎn)酸，出料中總揮發(fā)性脂肪酸的濃度為1900 2100mg/L。由此可見，實施例2相對比較例2出料中總揮發(fā)性脂肪酸的濃度提高了 19. O 211%。實施例3取某地污水處理廠脫水污泥(含水率為82. 11%)和濃縮污泥(含水率為
97.89% )在污泥調(diào)配池中配成含水率為88. 0%的混合污泥，此時其揮發(fā)性有機固體濃度占總固體濃度的比例是38. 3%。每日通過污泥泵泵入2. 5L(對應(yīng)的污泥停留時間為8d) 至厭氧發(fā)酵室中，其中厭氧發(fā)酵室總有效體積為20L，厭氧發(fā)酵室通過投加NaOH控制pH在 9. O 11. O之間，并控制溫度40°C，攪拌速度150rpm。并在發(fā)酵室邊上設(shè)置旁路每日出料 1L(回流比為5% )至微波輻射裝置中，微波頻率為2450MHz，800W微波輻射5min后再循環(huán)投入到厭氧發(fā)酵室中。同時每日出料2. 5L得到高含酸量混合液。連續(xù)運行后可穩(wěn)定產(chǎn)酸， 出料中總揮發(fā)性脂肪酸的濃度為2000 2200mg/L。比較例3
取某地污水處理廠脫水污泥(含水率為82. 11%)和濃縮污泥(含水率為
97.89% )在污泥調(diào)配池中配成含水率為88. 0%的混合污泥，此時其揮發(fā)性有機固體濃度占總固體濃度的比例是38. 3%。每日通過污泥泵泵入2. 5L(對應(yīng)的污泥停留時間為8d) 至厭氧發(fā)酵室中，其中厭氧發(fā)酵室總有效體積為20L，厭氧發(fā)酵室通過投加NaOH控制pH在 9. O 11. O之間，并控制溫度40°C，攪拌速度150rpm。同時每日出料2. 5L得到高含酸量混合液。連續(xù)運行后可穩(wěn)定產(chǎn)酸，出料中總揮發(fā)性脂肪酸的濃度為1600 1800mg/L。由此可見，實施例3相對比較例3出料中總揮發(fā)性脂肪酸的濃度提高了 22. 2 25. 0%。實施例4取某地污水處理廠脫水污泥(含水率為82.69 % )和濃縮污泥(含水率為
98.03% )在污泥調(diào)配池中配成含水率為92. 0%的混合污泥，此時其揮發(fā)性有機固體濃度占總固體濃度的比例是59.4%。每日通過污泥泵泵入IOL(對應(yīng)的污泥停留時間為5d)至厭氧發(fā)酵室中，其中厭氧發(fā)酵室總有效體積為50L，厭氧發(fā)酵室通過投加生石灰控制pH在 9. O 11. O之間，并控制溫度55°C，攪拌速度lOOrpm。并在發(fā)酵室邊上設(shè)置旁路每日出料 5L(回流比為10% )至微波輻射裝置中，微波頻率為2450MHz，200W微波輻射20min后再循環(huán)投入到厭氧發(fā)酵室中。同時每日出料IOL得到高含酸量混合液。連續(xù)運行后可穩(wěn)定產(chǎn)酸， 出料中總揮發(fā)性脂肪酸的濃度為2400 2600mg/L。比較例4取某地污水處理廠脫水污泥(含水率為82.69 % )和濃縮污泥(含水率為 98. 03% )在污泥調(diào)配池中配成含水率為92. 0%的混合污泥，此時其揮發(fā)性有機固體濃度占總固體濃度的比例是59.4%。每日通過污泥泵泵入IOL(對應(yīng)的污泥停留時間為5d)至厭氧發(fā)酵室中，其中厭氧發(fā)酵室總有效體積為50L，厭氧發(fā)酵室通過投加生石灰控制pH在 9. O 11. O之間，并控制溫度55°C，攪拌速度lOOrpm。同時每日出料IOL得到高含酸量混合液。連續(xù)運行后可穩(wěn)定產(chǎn)酸，出料中總揮發(fā)性脂肪酸的濃度為1800 2000mg/L。由此可見，實施例4相對比較例4出料中總揮發(fā)性脂肪酸的濃度提高了 30. O 33. 3%。實施例5取某地污水處理廠脫水污泥(含水率為80.03 % )和濃縮污泥(含水率為 98. 32% )在污泥調(diào)配池中配成含水率為90. 0%的混合污泥，此時其揮發(fā)性有機固體濃度占總固體濃度的比例是39. 3%。每日通過污泥泵泵入4. OL(對應(yīng)的污泥停留時間為5d) 至厭氧發(fā)酵室中，其中厭氧發(fā)酵室總有效體積為20L，厭氧發(fā)酵室通過投加NaOH控制pH在 9. O 11. O之間，并控制溫度35°C，攪拌速度150rpm。并在發(fā)酵室邊上設(shè)置旁路每日出料 500mL(回流比為12. 5% )至微波輻射裝置中，微波頻率為2450MHz，800W微波輻射5min后再循環(huán)投入到厭氧發(fā)酵室中。同時每日出料4. OL得到高含酸量混合液。連續(xù)運行后可穩(wěn)定產(chǎn)酸，出料中總揮發(fā)性脂肪酸的濃度為1700 1900mg/L。比較例5取某地污水處理廠脫水污泥(含水率為80.03 % )和濃縮污泥(含水率為
98.32% )在污泥調(diào)配池中配成含水率為90. 0%的混合污泥，此時其揮發(fā)性有機固體濃度占總固體濃度的比例是39. 3%。每日通過污泥泵泵入4. OL(對應(yīng)的污泥停留時間為5d)至厭氧發(fā)酵室中，其中厭氧發(fā)酵室總有效體積為20L，厭氧發(fā)酵室通過投加NaOH控制pH 在9. O 11. O之間，并控制溫度35°C，攪拌速度150rpm。并且每日出料500mL(回流比為 12.5%)至微波輻射裝置中，800W微波輻射5min后再循環(huán)投入到厭氧發(fā)酵室中。同時每日出料4. OL得到高含酸量混合液。連續(xù)運行后可穩(wěn)定產(chǎn)酸，出料中總揮發(fā)性脂肪酸的濃度為 1300 1500mg/L。由此可見，實施例5相對比較例5出料中總揮發(fā)性脂肪酸的濃度提高了 26. 7
38.5%。上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種微波循環(huán)污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法，其特征在于該方法包括以下步驟將濃縮污泥和脫水污泥配成混合污泥，取上述混合污泥作為進料進行堿性厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸，同時回流污泥進行微波預(yù)處理，再循環(huán)進行堿性厭氧發(fā)酵，出料收集高含酸量混合液。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微波循環(huán)污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法，其特征在于所述的進料或出料是指每日進料量=每日出料量=消化污泥總量/污泥停留時間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微波循環(huán)污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法，其特征在于所述的回流污泥的回流比為5 20%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微波循環(huán)污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法，其特征在于所述的堿性厭氧發(fā)酵是指在密閉厭氧的條件下，控制溫度為20 55°C，攪拌速度為 30 250rpm，投加堿性試劑調(diào)節(jié)pH為9. O 11. O。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微波循環(huán)污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法，其特征在于所述的堿性試劑為氫氧化鈉或生石灰。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微波循環(huán)污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法，其特征在于所述的微波預(yù)處理的操作條件為微波頻率為2450MHz，微波輻射功率為200 lOOOw， 福射時間為I 20min。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微波循環(huán)污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法，其特征在于所述的堿性厭氧發(fā)酵的污泥停留時間為3 8d。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微波循環(huán)污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法，其特征在于所述的混合污泥的含水率為88 98%。
全文摘要
本發(fā)明屬于污泥資源化處理領(lǐng)域，公開了一種微波循環(huán)污泥厭氧發(fā)酵生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法，該方法包括以下步驟將濃縮污泥和脫水污泥配成混合污泥，取上述混合污泥作為進料進行堿性厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸，同時回流污泥進行微波預(yù)處理，再循環(huán)進行堿性厭氧發(fā)酵，出料收集高含酸量混合液。本發(fā)明所提供的系統(tǒng)將堿性調(diào)節(jié)、微波強化破壁、循環(huán)回流等技術(shù)有機結(jié)合起來，實現(xiàn)了物理化學(xué)強化處理技術(shù)和微生物處理技術(shù)結(jié)合，真正實現(xiàn)了有機底物的高效利用，提高整個系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。
文檔編號C12P7/40GK102586345SQ20121007322
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月19日
發(fā)明者嚴(yán)媛媛, 周琪, 戴曉虎, 羅景陽, 陳漢龍 申請人:同濟大學(xué)