專利名稱:一種以污泥為底物生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種脂肪酸,尤其是涉及一種采用預(yù)處理污泥為底物生產(chǎn)高附加值揮 發(fā)性脂肪酸(VFAs)的方法。
背景技術(shù):
污泥是污水處理后的副產(chǎn)物,是一種由有機(jī)殘片、細(xì)菌菌體、無(wú)機(jī)顆粒和膠體等組 成的極其復(fù)雜的非均質(zhì)體。根據(jù)我國(guó)污水處理的建設(shè)規(guī)劃,預(yù)測(cè)到2010年干污泥產(chǎn)量將達(dá) 到約2萬(wàn)噸/日,折合含水率80%的濕污泥約為10萬(wàn)噸/日(全年約3665萬(wàn)噸)。
污泥中有機(jī)物含量很高,且含水率也高,因而在厭氧條件下易發(fā)生厭氧消化。污泥 厭氧消化過(guò)程所產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸(VFAs),如乙酸、丙酸、丁酸及戊酸等,是目前化工行 業(yè)廣泛應(yīng)用的基本化工原料,有著非常廣闊的用途。在厭氧消化過(guò)程中,污泥中的有機(jī)顆粒 水解為可溶性物質(zhì)是限速步驟。從生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的角度看,如果能夠提高污泥的水解 速率,就可以縮短反應(yīng)時(shí)間,提高厭氧產(chǎn)酸的效率。 通過(guò)預(yù)處理的手段可使污泥中顆粒態(tài)的有機(jī)物分解為小分子溶解態(tài)的有機(jī)物,從 而促進(jìn)水解速率,提高污泥產(chǎn)酸效率。為促進(jìn)污泥水解,Yuan等(Yuan et al. Environ. Sci. Technol. 2006, 40, 2025-2029)介紹了一種在堿性條件下促進(jìn)污泥水解產(chǎn)酸的方法。Su等 (Su et al. ChemicalEngineering Journal. 2007, 132, 311—317)介紹了通過(guò)加入表面活性 劑十二烷基硫酸鈉促進(jìn)污泥水解產(chǎn)酸的方法。上述兩種方法均可一定程度上促進(jìn)污泥水解 產(chǎn)酸,但生產(chǎn)周期較長(zhǎng),達(dá)到最大產(chǎn)酸量需6 12d。污泥通過(guò)預(yù)處理的手段可使其顆粒態(tài) 的有機(jī)物分解為小分子溶解態(tài)的有機(jī)物,從而促進(jìn)水解速率,提高污泥產(chǎn)酸效率。提高污泥 水解速率的方法有熱處理、機(jī)械處理、超聲波處理、熱堿處理及酶處理等。與其它方法相 比,熱堿法處理污泥具有操作簡(jiǎn)單方便、處理時(shí)間短、效果好等優(yōu)點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種以污泥為底物生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是利用熱堿法預(yù)處理污泥促進(jìn)污泥生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸。
本發(fā)明包括以下步驟 1)以污水處理廠的初沉污泥和剩余污泥的混合泥為原料,加入氫氧化鈉,攪拌,加 熱處理后自然冷卻至室溫,用鹽酸調(diào)pH值至中性; 2)再以厭氧污泥為接種物,在厭氧條件下攪拌,進(jìn)行厭氧發(fā)酵,得揮發(fā)性脂肪酸。 在步驟i)中,所述氫氧化鈉的用量,按質(zhì)量比,混合泥干重氫氧化鈉可為 i : (o. oi o. 3),混合泥干重氫氧化鈉最好為i : (o. 037 o. 07);所述加熱處理的
溫度可為26 90。C,最好為60 80。C,加熱處理的時(shí)間可為15 120min,最好為30 90min ;所述用鹽酸調(diào)pH值至中性最好調(diào)pH值至7. 5。在步驟2)中,所述厭氧條件下攪拌的時(shí)間可為12 120h,最好為36 84h。
本發(fā)明利用城市污水處理廠的剩余污泥產(chǎn)酸,實(shí)現(xiàn)了污泥的資源化,同時(shí)減小了污泥里有機(jī)物對(duì)環(huán)境的污染,是城市污水處理廠的一種循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式。通過(guò)預(yù)處理的方式, 極大地提高了污泥水解酸化的速率,使揮發(fā)性脂肪酸在短時(shí)間內(nèi)得到累積;同時(shí),由于大幅 提高污泥的水解速率,即縮短污泥厭氧發(fā)酵時(shí)間,這對(duì)改進(jìn)、優(yōu)化現(xiàn)有污泥處理系統(tǒng),降低 投資和運(yùn)行成本也具有一定指導(dǎo)意義。
圖1為不同預(yù)處理?xiàng)l件對(duì)揮發(fā)性脂肪酸的影響。在圖1中,橫坐標(biāo)為時(shí)間(h),縱坐 標(biāo)為揮發(fā)性脂肪酸(g/L);各標(biāo)記分別為0.空白對(duì)照不經(jīng)預(yù)處理;1.溫度室溫、NaOH :
7g/L、時(shí)間:30min ;2.溫度60。C、 NaOH :2g/L、時(shí)間:90min ;3.溫度70。C、 NaOH :0. 5g/L、 時(shí)間15min ;4.溫度80。C、 NaOH :2g/L、時(shí)間60min ;5.溫度90。C、 NaOH :14g/L、時(shí)間 120min。 圖2為不同加堿量對(duì)總揮發(fā)性脂肪酸濃度的影響。在圖2中,橫坐標(biāo)為時(shí)間(h),縱 坐標(biāo)為揮發(fā)性脂肪酸(g/U ;溫度為6(TC,預(yù)處理時(shí)間為90min ;各標(biāo)記為□ lg/L,參2g/ L,A 3g/L,女4g/L,0對(duì)照。 圖3為不同溫度對(duì)總揮發(fā)性脂肪酸產(chǎn)量的影響。在圖3中,橫坐標(biāo)為時(shí)間(h), 縱坐標(biāo)為揮發(fā)性脂肪酸(g/U ;加堿量為2g/L,預(yù)處理時(shí)間為90min ;各標(biāo)記為■ 50°C, 參60。C,女70°C,O 80。C,0對(duì)照。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
實(shí)施例l: 揮發(fā)性脂肪酸的測(cè)定各種VFA的定性和定量分析采用氣相色譜法進(jìn)行,檢測(cè)前 樣品首先經(jīng)15000rpm離心5min后取上清液用0. 45 y m的濾膜過(guò)濾。氣相色譜儀(GC9560)
分析條件色譜柱SE-30毛細(xì)管柱;載氣氮?dú)?;柱前?. 06MPa ;進(jìn)樣器17(TC ;柱溫 140°C ;檢測(cè)器溫度20(TC ;進(jìn)樣量5i! L。乙酸、丙酸、丁酸及戊酸等揮發(fā)性脂肪酸的標(biāo)準(zhǔn) 樣品檢測(cè)條件與上相同。
實(shí)施例2: 將1L MLSS (混合液懸浮固體濃度)為41g/L的污泥作為底物污泥置于1L錐形瓶 中,加入12mL濃度為45g/L作為接種物的厭氧污泥后,在室溫條件下磁力攪拌。反應(yīng)60h 得到濃度為1. 08g/L的揮發(fā)性脂肪酸。結(jié)果如圖1所示(0.空白對(duì)照不經(jīng)預(yù)處理)。
實(shí)施例3: 在1L MLSS為41g/L污泥中加入7g氫氧化鈉,在室溫磁力攪拌的條件下處理 30min。用鹽酸溶液將pH值調(diào)至7. 5,將其作為底物污泥置于1L錐形瓶中,加入12mL濃度 為45g/L作為接種物的厭氧污泥后,在室溫條件下磁力攪拌。反應(yīng)48h得到濃度為2. 13g/ L的揮發(fā)性脂肪酸。結(jié)果如圖1所示(1.溫度:室溫、NaOH :7g/L、時(shí)間:30min)。
實(shí)施例4 : 在1L MLSS為41g/L污泥中加入3g氫氧化鈉,在6(TC、磁力攪拌的條件下加熱 90min。待污泥冷卻至室溫后用鹽酸溶液將pH值調(diào)至7. 5,將其作為底物污泥置于1L錐形 瓶中,加入12mL濃度為45g/L作為接種物的厭氧污泥后,在室溫條件下磁力攪拌。反應(yīng)72h
4得到濃度為3. 44g/L的揮發(fā)性脂肪酸。結(jié)果如圖2所示(3g/L)。
實(shí)施例5 : 在1L MLSS為41g/L污泥中加入0. 5g氫氧化鈉,在70°C 、磁力攪拌的條件下加熱 15min。待污泥冷卻至室溫后用鹽酸溶液將pH值調(diào)至7. 5,將其作為底物污泥置于1L錐形 瓶中,加入12mL濃度為45g/L作為接種物的厭氧污泥后,在室溫條件下磁力攪拌。反應(yīng)24h 得到濃度為1. 91g/L的揮發(fā)性脂肪酸。結(jié)果如圖1所示(3.溫度7(TC、 NaOH :0. 5g/L、時(shí) 間15min)。
實(shí)施例6 : 在1L MLSS為41g/L污泥中加入2g氫氧化鈉,在8(TC、磁力攪拌的條件下加熱 60min。待污泥冷卻至室溫后,將其作為底物污泥置于1L錐形瓶中,加入12mL濃度為45g/ L作為接種物的厭氧污泥后,在室溫條件下磁力攪拌。反應(yīng)72h得到濃度為2. 43g/L的揮發(fā) 性脂肪酸。結(jié)果如圖1所示(4.溫度8(TC、NaOH :2g/L、時(shí)間60min)。
實(shí)施例7 : 在1L MLSS為41g/L污泥中加入14g氫氧化鈉,在90°C 、磁力攪拌的條件下加熱 120min。待污泥冷卻至室溫后用鹽酸溶液將pH值調(diào)至7. 5,將其作為底物污泥置于1L錐 形瓶中,加入12mL濃度為45g/L作為接種物的厭氧污泥后,在室溫條件下磁力攪拌。反應(yīng) 72h得到濃度為1. 89g/L的揮發(fā)性脂肪酸。結(jié)果如圖1所示(5.溫度9(TC、 NaOH :14g/L、 時(shí)間:120min)。
實(shí)施例8: 在1L MLSS為41g/L污泥中加入2g氫氧化鈉,在6(TC、磁力攪拌的條件下加熱 90min。待污泥冷卻至室溫后用鹽酸溶液將pH值調(diào)至7. 5,將其作為底物污泥置于1L錐形 瓶中,加入12mL濃度為45g/L作為接種物的厭氧污泥后,在室溫條件下磁力攪拌。反應(yīng)48h 得到濃度為3. 68g/L的揮發(fā)性脂肪酸。結(jié)果如圖2所示(2g/L)。
實(shí)施例9 : 在1L MLSS為41g/L污泥中加入2g氫氧化鈉,在70°C 、磁力攪拌的條件下加熱 90min。待污泥冷卻至室溫后用鹽酸溶液將pH值調(diào)至7. 5,將其作為底物污泥置于1L錐形 瓶中,加入12mL濃度為45g/L作為接種物的厭氧污泥后,在室溫條件下磁力攪拌。反應(yīng)48h 得到濃度為4. 14g/L的揮發(fā)性脂肪酸。結(jié)果如圖3所示(70°C )。
權(quán)利要求
一種以污泥為底物生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法,其特征在于包括以下步驟1)以污水處理廠的初沉污泥和剩余污泥的混合泥為原料,加入氫氧化鈉,攪拌,加熱處理后自然冷卻至室溫,用鹽酸調(diào)pH值至中性;2)再以厭氧污泥為接種物,在厭氧條件下攪拌,進(jìn)行厭氧發(fā)酵,得揮發(fā)性脂肪酸。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種以污泥為底物生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法,其特征在于在步驟i)中,所述氫氧化鈉的用量,按質(zhì)量比,混合泥干重氫氧化鈉為i : o. oi o. 3。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種以污泥為底物生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法,其特征在于所述氫氧化鈉的用量,按質(zhì)量比,混合泥干重氫氧化鈉為i : o. 037 o. 07。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種以污泥為底物生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法,其特征在于在步 驟1)中,所述加熱處理的溫度為26 9(TC,加熱處理的時(shí)間為15 120min。
5. 如權(quán)利要求4所述的一種以污泥為底物生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法,其特征在于所述 加熱處理的溫度為60 8(TC,加熱處理的時(shí)間為30 90min。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種以污泥為底物生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法,其特征在于在步 驟l)中,所述用鹽酸調(diào)pH值至7.5。
7. 如權(quán)利要求1所述的一種以污泥為底物生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法,其特征在于在步 驟2)中,所述厭氧條件下攪拌的時(shí)間為12 120h。
8. 如權(quán)利要求7所述的一種以污泥為底物生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法,其特征在于,所 述厭氧條件下攪拌的時(shí)間為36 84h。
全文摘要
一種以污泥為底物生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法,涉及一種脂肪酸。提供一種以污泥為底物生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法。以污水處理廠的初沉污泥和剩余污泥的混合泥為原料,加入氫氧化鈉攪拌,加熱處理后自然冷卻至室溫,用鹽酸調(diào)pH值至中性;再以厭氧污泥為接種物,在厭氧條件下攪拌進(jìn)行厭氧發(fā)酵,得揮發(fā)性脂肪酸。利用城市污水處理廠的剩余污泥產(chǎn)酸,實(shí)現(xiàn)污泥的資源化,同時(shí)減小污泥里有機(jī)物對(duì)環(huán)境的污染,是城市污水處理廠的一種循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式。通過(guò)預(yù)處理的方式,極大地提高了污泥水解酸化的速率,使揮發(fā)性脂肪酸在短時(shí)間內(nèi)得到累積;同時(shí),由于大幅提高污泥的水解速率,縮短污泥厭氧發(fā)酵時(shí)間,對(duì)改進(jìn)優(yōu)化現(xiàn)有污泥處理系統(tǒng),降低投資和運(yùn)行成本具有意義。
文檔編號(hào)C12P7/54GK101705256SQ20091011277
公開(kāi)日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月9日
發(fā)明者何寧, 劉正貴, 孫弘, 孫道華, 李清彪, 王海濤, 王遠(yuǎn)鵬 申請(qǐng)人:廈門(mén)大學(xué)