一種利用皂角粉促進(jìn)剩余污泥水解酸化的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于城市污泥資源化技術(shù)領(lǐng)域，涉及城市污泥中有機(jī)質(zhì)的厭氧生物轉(zhuǎn)化的方法，具體涉及一種利用阜角粉sinensis pod powder)促進(jìn)剩余污泥水解酸化的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前城市污水處理廠多采用活性污泥法工藝進(jìn)行污水處理，會產(chǎn)生大量的剩余污泥，污泥處理處置已成為城市污水廠所面臨的沉重負(fù)擔(dān)。剩余污泥中含大量的有機(jī)質(zhì)與氮、磷等營養(yǎng)元素，對污泥進(jìn)行資源化與能源化利用成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)。水解酸化可獲得揮發(fā)性脂肪酸VFAs (Volatile Fatty Acids), VFAs可用于低C/N比污水處理的外加碳源，聚羥基烷酸酯(PHA)的合成底料，可用于強(qiáng)化生物除磷。水解酸化在實(shí)現(xiàn)污泥資源化的同時(shí)可實(shí)現(xiàn)污泥的減量化和穩(wěn)定化。
[0003]剩余污泥的厭氧消化過程主要可分為三個(gè)階段，即污泥中顆粒態(tài)有機(jī)物的水解發(fā)酵階段、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段和產(chǎn)甲烷階段。水解發(fā)酵階段中水解菌將污泥中多糖類、蛋白質(zhì)、脂肪等水解為脂肪酸、氨基酸、甘油等小分子有機(jī)物質(zhì)；產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段中，產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌群再將前一階段的小分子有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為乙酸、&、0)2等；產(chǎn)甲烷階段中，產(chǎn)甲烷菌利用乙酸、H2XO2產(chǎn)生甲烷。由于污泥中微生物細(xì)胞膜的天然屏障作用，有機(jī)物水解往往是污泥厭氧消化的限速步驟。強(qiáng)化污泥裂解/水解是促進(jìn)污泥發(fā)酵的關(guān)鍵。目前研宄與應(yīng)用較多的污泥發(fā)酵預(yù)處理方法有機(jī)械法、加熱法、超聲波法、酸堿調(diào)節(jié)法、投加表面活性劑法與菌株改良法等。
[0004]孫弘等指出熱處理可提高溶液中的SCOD及碳水化合物含量，經(jīng)90°C處理的活性污泥在缺氧條件下水解酸化30h后，VFAs的產(chǎn)量達(dá)到最大為946mg/L ;王曉青等研宄表明超聲作用強(qiáng)度越大，水解酸化的效果越好，SCOD的增加量就越大；孫慶瑤等指出0.6W/mL、5min的超聲預(yù)處理?xiàng)l件對污泥水解酸化過程SCOD的釋放、VFAs的產(chǎn)生以及氮和磷的釋放有顯著的促進(jìn)效果；Chen等研宄表明，在前8天的發(fā)酵時(shí)間里，在pH=9或10的條件下總SCFAs的產(chǎn)生量遠(yuǎn)大于酸性或中性pH條件的產(chǎn)生量Ji等添加十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)至活性污泥與初沉污泥的混合物中，污泥水解、SCFAs積累、NH/-N釋放、P043_釋放和VSS消耗都大幅度增加；Zhou等投加鼠李糖脂(RL)使活性污泥的增溶和酸化作用明顯增強(qiáng)，VFAs產(chǎn)量明顯增大。
[0005]目前常用于促進(jìn)污泥水解酸化的方法都取得了很好的效果，但是都存在一定的弊端。熱處理法設(shè)備要求高且能耗高；超聲法同樣耗能巨大；酸堿調(diào)節(jié)法會在水解酸化液中引入過多陰陽離子，不利于水解酸化液的后續(xù)利用；投加表面活性劑法中化學(xué)表面活性劑易產(chǎn)生二次污染，而生物表面活性劑費(fèi)用高。開發(fā)節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟(jì)節(jié)約的污泥水解酸化的促進(jìn)方法與技術(shù)具有重要意義。
[0006]筆襄iGleditsia sinensis Lam.)是豆科蘇木亞科多年生木本植物，是廣泛分布于我國的特有種，其分布面積約占我國國土面積的50%，皂莢資源豐富。皂角粉由皂莢粉碎而得，其主要化學(xué)成分有皂苷類、黃酮類、留體類和多糖等；皂莢具有起泡沫、乳化、去污的特性，在日用品化學(xué)工業(yè)中常用于制作純天然清潔劑與起泡劑；皂莢還具有祛除頑痰、通竅開閉、祛風(fēng)殺蟲、抗癌等作用，是中醫(yī)治療乳腺癌、肺癌等多種癌癥的常用藥物；同時(shí)皂莢中含有多種多肽和糖類化合物，且脂肪含量不高，在飼料、保健食品以及一些化工原材料中運(yùn)用較多且較廣泛；從皂莢中分離提取得到的多糖膠具有與瓜爾膠、葫蘆巴膠等植物膠相似的性質(zhì)，可作為增稠劑、粘合劑、穩(wěn)定劑等應(yīng)用于食品、石油、造紙、印染和選礦等多種工業(yè)中。蔣煜峰等研宄指出皂苷與重金屬可直接形成配位化合物或通過與其他金屬的架橋作用形成穩(wěn)定的可溶性絡(luò)合物，對污染土樣中重金屬具有較好的淋洗去除效果；楊娟娟等指出在低PH和高離子強(qiáng)度下皂角苷對芘有明顯的增溶作用，皂角苷對芘的增溶作用比TritonX、Brij\ Tween等非離子表面活性劑更強(qiáng)；劉芳等提取了皂莢多糖，發(fā)現(xiàn)皂莢多糖有明顯的輕自由基(.0H)清除作用和一定的抑制超氧陰離子自由基(.02_)的能力。
[0007]皂角粉來源廣泛，價(jià)格低廉，環(huán)境友好。目前的研宄表明皂莢中含有皂苷、纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、果膠、親質(zhì)、酚性物質(zhì)、生物堿、有機(jī)酸、糖類、油脂等多種化學(xué)成分，這為皂莢的綜合利用提供了依據(jù)。而且目前我國對皂莢已經(jīng)進(jìn)行了系統(tǒng)化的研宄和品種改良，皂莢資源的數(shù)量將大幅提升，有利于皂莢資源的進(jìn)一步開發(fā)和大規(guī)模的工業(yè)化利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明目的:針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種利用皂角粉促進(jìn)剩余污泥水解酸化的方法，采用投加皂角粉來促進(jìn)污泥水解酸化，是一種環(huán)境友好的促進(jìn)污泥水解酸化的新技術(shù)。
[0009]技術(shù)方案:為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種利用皂角粉促進(jìn)剩余污泥水解酸化的方法，包括以下步驟:
(1)將皂莢去除表皮后，機(jī)械破碎，過篩，烘干得到皂角粉；
(2)剩余污泥通過沉降與濃縮，得到VSS含量為20?30g/L的濃縮污泥；
(3)將步驟(I)獲得的皂角粉加入步驟(2)獲得的濃縮污泥中，快速混勻，得到混合濃縮污泥，皂角粉投加量為0.04?0.30g皂角粉/g濃縮污泥(以VSS計(jì))；
(4)取步驟(3)所獲的混合濃縮污泥置于水解酸化裝置中，進(jìn)行水解酸化，發(fā)酵條件控制厭氧，溫度為20?35°C，轉(zhuǎn)速為180?250rpm，發(fā)酵時(shí)間為O?20d，獲得發(fā)酵后的水解酸化體系；
(5)對步驟(4)所述的發(fā)酵后的水解酸化體系進(jìn)行固液分離，得到含有揮發(fā)性脂肪酸VFAs的水解酸化上清液；
步驟(I)中，所述的皂角粉由皂莢去皮后破碎，獲得目數(shù)范圍為140?200目的皂角粉，于60°C下烘干2h。
[0010]步驟(2 )中，所述的剩余污泥來源于城市污水處理廠，剩余污泥經(jīng)沉淀濃縮后的濃縮污泥VSS含量為21?29g/L。
[0011]步驟(3)中，所述的皂角粉的投加劑量為0.1?0.25g皂角粉/g濃縮污泥(以VSS
i+)o
[0012]步驟(4)中，所述的發(fā)酵時(shí)間為3~15d。
[0013]步驟(5)中，所述的發(fā)酵后的水解酸化體系固液分離采用的是離心分離方式，離心力為5000 X g，離心時(shí)間為30min。
[0014]有益效果:
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
I)投加皂角粉促進(jìn)污泥水解酸化的方法，操作簡單易行，與加熱法和超聲波法相比，對設(shè)備要求低，處理過程耗能小，運(yùn)行成本低。
[0015]2)皂角粉易生物降解，適用于含酸、堿和鹽的發(fā)酵體系。與酸堿調(diào)節(jié)法和使用化學(xué)表面活性劑法相比，無二次污染，有利于水解酸化液的后續(xù)利用。與生物表面活性劑法相比，皂角粉來源廣泛，使用前無需提取與合成，獲取途徑簡單，價(jià)廉易得，適于在促進(jìn)剩余污泥水解酸化過程中的規(guī)模化應(yīng)用。
[0016]3)皂角粉的投加對污泥顆粒物中有機(jī)質(zhì)的釋放有明顯的促進(jìn)作用，當(dāng)皂角粉投加量為0.20g皂角粉/g濃縮污泥(以VSS計(jì))，可溶性化學(xué)需氧量SCOD含量和溶解性有機(jī)碳DOC含量最大值，分別為不投加皂角粉的對比實(shí)施例中SCOD含量和DOC含量最大值的近3倍和4倍。
[0017]4)皂角粉的投加對剩余污泥發(fā)酵產(chǎn)酸的促進(jìn)效果顯著，皂角粉投加量為0.20g皂角粉/g濃縮污泥(以VSS計(jì))，揮發(fā)性脂肪酸理論需氧量ThODv-最大值，為不投加皂角粉的對比實(shí)施例中ThODVFAs最大值的近10倍。
[0018]5)投加皂角粉在促進(jìn)污泥水解酸化的同時(shí)，對污泥中營養(yǎng)元素氮磷的釋放也有明顯的促進(jìn)作用。
[0019]6)皂角粉可用于促進(jìn)投配混合濃縮污泥的連續(xù)水解酸化。在皂角粉投加量為0.1Og皂角粉/g濃縮污泥(以VSS計(jì))的條件下進(jìn)行污泥水解酸化，獲得發(fā)酵后的水解酸化體系；在此基礎(chǔ)上，按混合濃縮污泥投配率為10%，其中皂角粉投加量為0