一種利用富含硫桿菌的種泥調理發(fā)酵產(chǎn)酸污泥以提高有機酸回收的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于固廢資源化利用領域，尤其是污泥資源化利用領域。具體地，本發(fā)明提供一種利用富集有氧化硫硫桿菌和氧化亞鐵硫桿菌的種泥調理發(fā)酵產(chǎn)酸污泥以提高有機酸回收的方法。
【背景技術】
[0002]生物轉化有機廢物為生物能源和生物化學品已成為目前有機固體廢物處置的熱點。城市污泥發(fā)酵產(chǎn)酸是一種污泥資源化利用的新途徑，通過促進污泥的水解產(chǎn)酸作用和抑制產(chǎn)甲烷作用，將污泥中富有的有機物轉化為有機酸，既可作為工業(yè)原料，如生活污水脫氮除磷的外加碳源，且污泥發(fā)酵過程中產(chǎn)生的乙酸、丙酸、異丁酸、丁酸、異戊酸和戊酸，其經(jīng)濟價值不僅要大于氫氣，更高于甲烷，因此具有更高的經(jīng)濟效益，同時有利于實現(xiàn)碳減排。
[0003]污泥經(jīng)過預處理以及發(fā)酵后，需要將發(fā)酵液和污泥進行分離回收有機酸。然而，由于污泥絮狀結構受到破壞，污泥粒徑減小，液相中有機質濃度升高，溶解性的蛋白質和多糖的增加使污泥粘度增加，造成發(fā)酵后污泥脫水困難，影響有機酸的回收。因此，提高發(fā)酵產(chǎn)酸污泥脫水性能，可增加有機酸回收率，對污泥資源化利用具有重要的推動意義。
[0004]目前我國污泥脫水以化學法為主，污泥脫水中主要添加混凝劑如氯化鐵、聚合硫酸鋁或聚合三氯化鋁和助凝劑如石灰等實現(xiàn)固液分離，但是投加量大，不僅成本高，而且由于絮凝劑的吸附作用使發(fā)酵液中有機酸損失嚴重。
[0005]氧化硫硫桿菌和氧化亞鐵硫桿菌，作為對亞鐵和還原態(tài)的硫具有氧化活性的微生物，廣泛存在于自然界中，例如，在污泥中，具體地，在來自污水處理廠的污泥中。氧化硫硫桿菌和氧化亞鐵硫桿菌的實例有，但不限于，硫桿菌屬(Acidith1bacillus)、鐵氧化鉤端螺旋菌(Leptospirillumferrooxidans)、硫化桿菌屬(Sulfobacillus)、酸菌屬(Acidianus)、嗜酸菌屬(Acidiphilium)、微酸菌屬(Acidimicrobium ferrooxidans)等。
[0006]污泥生物調理法在改善污泥脫水性能的目的，從而提高有機酸的回收。該技術在常溫常壓下通過富集的氧化硫硫桿菌和氧化亞鐵硫桿菌等復合微生物作用完成，其優(yōu)點在于:成本低廉、操作簡便、效果顯著、污泥有益成分得到保全，且無需添加任何絮凝劑，調理結束后污泥PH下降，在弱酸性環(huán)境下發(fā)酵液中有機酸從鹽的轉變成酸的形式，利于后續(xù)利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種利用富集有氧化硫硫桿菌和氧化亞鐵硫桿菌的污泥作為種泥來調理發(fā)酵產(chǎn)酸污泥以提高有機酸回收的方法。通過所述調理，能夠提高發(fā)酵產(chǎn)酸污泥的脫水性能，從而實現(xiàn)高效的發(fā)酵污泥的固液分離，提高有機酸回收率。本發(fā)明有助于污泥發(fā)酵產(chǎn)酸技術的規(guī)?；瘧?，對污泥資源化利用具有重要的推動意義。
[0008]本發(fā)明的特征在于:通過向污泥中添加亞鐵和還原態(tài)的硫使廣泛存在于自然界具體地是污泥中的氧化硫硫桿菌和氧化亞鐵硫桿菌得到富集，從而得到富集有氧化硫硫桿菌和氧化亞鐵硫桿菌的種泥，然后將所述種泥添加到發(fā)酵產(chǎn)酸污泥中并進行培養(yǎng)，從而提高發(fā)酵產(chǎn)酸污泥的脫水性能。
[0009]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的方法處理效率高，處理時間短，在1.6Mpa的壓力下，泥餅含水率能降至60%，提高了固液分離效率，使有機酸能夠得到最大程度的回收。這有利于促進污泥發(fā)酵產(chǎn)酸技術的推廣應用。
[0010]更具體地，本發(fā)明提供以下各項:
[0011]1、一種提高發(fā)酵產(chǎn)酸污泥脫水性能的方法，所述方法包括:
[0012]a)提供污泥；
[0013]b)向所述污泥中添加Fe2+和還原態(tài)的硫，并進行培養(yǎng)直至所述污泥的pH下降；
[0014]c)將上一步獲得的酸化的污泥加入到新鮮污泥中，并且重復上一步；
[0015]d)重復步驟c)若干次從而獲得種泥；和
[0016]e)將所獲得的種泥接種到發(fā)酵產(chǎn)酸污泥中，并向接種有所述種泥的發(fā)酵產(chǎn)酸污泥加入Fe2+和還原態(tài)的硫，并以與步驟b)相同的方式進行培養(yǎng)直至所述發(fā)酵產(chǎn)酸污泥的比阻下降。
[0017]2.根據(jù)I所述的方法，其中所述污泥來自污水處理廠濃縮池。
[0018]3.根據(jù)I所述的方法，其中所述Fe2+是作為FeSO 4.7H20或FeS添加的。
[0019]4.根據(jù)I所述的方法，其中所述還原態(tài)的硫包括硫粉、硫代硫酸鈉和金屬硫化物。
[0020]5.根據(jù)I所述的方法，其中步驟b)中的培養(yǎng)進行至所述污泥的pH下降至4.5以下，例如下降至2.0o
[0021]6.根據(jù)I所述的方法，其中在步驟b)中，培養(yǎng)溫度為常溫或中溫，即15-40?，例如 28 0C ο
[0022]7.根據(jù)I所述的方法，其中在步驟b)中，所述培養(yǎng)是在振蕩加曝氣條件下進行的。
[0023]8.根據(jù)I所述的方法，其中在步驟c)中，所述酸化的污泥被以適當比例，例如1-20% (V/V)的比例加入到所述新鮮污泥中。
[0024]9.根據(jù)I所述的方法，其中所述Fe2+的添加量為2g/L。
[0025]10.根據(jù)I所述的方法，其中所述還原態(tài)的硫的添加量為2g/L。
【附圖說明】
[0026]圖1:40g/L發(fā)酵污泥比阻變化曲線。
[0027]圖2:40g/L發(fā)酵污泥濾液回收率變化曲線。
[0028]圖3:20g/L發(fā)酵污泥比阻變化曲線。
[0029]圖4:調理前后污泥抽濾的照片。
[0030]圖5: 20g/L發(fā)酵污泥濾液回收率變化曲線。
[0031]圖6:濾液含酸量變化曲線。
【具體實施方式】
[0032]以下結合具體實施例說明及幫助理解本發(fā)明的本質，但是實施例中所述的具體細節(jié)僅是為了說明本發(fā)明，并不代表本發(fā)明的全部技術方案。在業(yè)內(nèi)技術人員看來，在不偏離本發(fā)明主體思想的前提下，做出非實質性的變動，例如稍微改變添加藥劑的濃度，調理的溫度，培養(yǎng)前調節(jié)污泥的PH，污泥的濃度，F(xiàn)e2+的種類等均屬本發(fā)明的保護范圍。
[0033]下述實施例中所述實驗方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法；所需試劑和材料，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑獲得。
[0034]由于氧化硫硫桿菌和氧化亞鐵硫桿菌極為廣泛地存在于自然界中，所以在本發(fā)明中，可以作為用于制備富集有氧化硫硫桿菌和氧化亞鐵硫桿菌的種泥的原料的污泥可以是來自任何地方的污泥，具體地，所述污泥可以是取自污水處理廠濃縮池的剩余污泥。
[0035]當在本文中使用時，種泥是指富集有氧化硫硫桿菌和氧化亞鐵硫桿菌的污泥。
[0036]當在本文中使用時，發(fā)酵污泥，即發(fā)酵產(chǎn)酸污泥，是指經(jīng)發(fā)酵產(chǎn)酸過程后的污泥。以下實施例中所用的發(fā)酵污泥，為利用剩余污泥經(jīng)過預處理后厭氧發(fā)酵所得，其僅是作為一個實例，本領域技術人員應理解本發(fā)明的方法可以用于任何發(fā)酵產(chǎn)酸污泥。
[0037]實施例1、富集有氧化硫硫桿菌和氧化亞鐵硫桿菌的種泥的制備
[0038]將250mL獲得自污水處理廠濃縮池的剩余污泥裝入500mL三角瓶中，同時加入2g/L的Fe2+(FeS04.7H20，也可以使用FeS或及其他還原性鐵)和2g/L的硫粉(也可以使用FeS或其他還原性硫)。將三角瓶置于恒溫水浴振蕩器中振蕩培養(yǎng)富集土著菌種，搖床轉速lOOrpm，溫度為常溫或中溫，S卩15_40°C，例如28°C。待污泥酸化pH降低至4.5以下時，一個周期結束。以2% (V/V)的比例將酸化污泥接種至新鮮剩余污泥中，在相同條件下培養(yǎng)至PH降到4.5以下。重復上述步驟3次，所得酸化污泥作為種泥用于以下實驗。經(jīng)分子生物學鑒定氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌得到富集。
[0039]實施例2、利用本發(fā)明的種泥調理濃度為40g/L的發(fā)酵產(chǎn)酸污泥
[0040]在振蕩加曝氣條件下培養(yǎng)接種有實施例1中制備的種泥的發(fā)酵污泥。用搖床與曝氣器進行試驗，反應器有效體積為500mL，取適量種泥接種到40g/L的發(fā)酵產(chǎn)酸污泥中，接種量體積為2 % (V/V)，并且加入2g/L的FeSO4.7H20和2g/L的硫粉，培養(yǎng)溫度為15-40°C。搖床振蕩培養(yǎng)，lOOrpm，培養(yǎng)96h。在第24h，污泥比阻從1.75 X 11Vkg下降至8.66X10nm/kg，96h后降至5.01X10n(圖1)。在常壓過濾下，濾液回收率從O增至20%(圖2)，有機酸回收率提高到20.47%。
[0041]實施例3、利用本發(fā)明的種泥調理濃度為20g/L的發(fā)酵產(chǎn)酸污泥
[0042]在振蕩加曝氣條件下培養(yǎng)接種有實施例1中制備的種泥的發(fā)酵污泥。用搖床與曝氣器進行試驗，反應器有效體積為500mL，取適量種泥接種到20g/L的發(fā)酵污泥中，接種量體積為2% (V/V)，并且加入2g/L的FeSO4.7H20和2g/L的硫粉，培養(yǎng)溫度為15-40°C。搖床振蕩培養(yǎng)，lOOrpm，培養(yǎng)72h。污泥比阻從9.72 XlO1Vkg下降至3.22X 1012m/kg(圖3)。調理前污泥抽濾效果很差，抽濾調理后污泥可形成泥餅(圖4)，含水率為75.17%。濾液得到有效回收，在常壓過濾下，72h達到50% (圖5)，并且有機酸回收率提高到53.20% (圖
6) ο
[0043]雖然本發(fā)明已以較佳實例公開如上，但其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術的人，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做各種改動與修飾，因此本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求書所界定的為準。
【主權項】
1.一種提高發(fā)酵產(chǎn)酸污泥脫水性能的方法，所述方法包括: a)提供污泥； b)向所述污泥中添加Fe2+和還原態(tài)的硫，并進行培養(yǎng)直至所述污泥的pH下降； c)將上一步獲得的酸化的污泥加入到新鮮污泥中，并且重復上一步； d)重復步驟c)若干次從而獲得種泥；和 e)將所獲得的種泥接種到發(fā)酵產(chǎn)酸污泥中，并向接種有所述種泥的發(fā)酵產(chǎn)酸污泥加入Fe2+和還原態(tài)的硫，并以與步驟b)相同的方式進行培養(yǎng)直至所述發(fā)酵產(chǎn)酸污泥的比阻下降。2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述污泥來自污水處理廠濃縮池。3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述Fe2+是作為FeSO 4.7H20或FeS添加的。4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述還原態(tài)的硫包括硫粉、硫代硫酸鈉和金屬硫化物。5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中步驟b)中的培養(yǎng)進行至所述污泥的pH下降至4.5以下。6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中在步驟b)中，培養(yǎng)溫度為常溫或中溫，例如15-40。。。7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中在步驟b)中，所述培養(yǎng)是在振蕩加曝氣條件下進行的。8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中在步驟c)中，所述酸化的污泥被以1-20%(V/V)的比例加入到所述新鮮污泥中。9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述Fe2+的添加量為2g/L。10.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述還原態(tài)的硫的添加量為2g/L。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種提高發(fā)酵產(chǎn)酸污泥脫水性能的方法，所述方法包括：a)提供污泥；b)向所述污泥中添加Fe2+和還原態(tài)的硫，并進行培養(yǎng)直至所述污泥的pH下降；c)將上一步獲得的酸化的污泥加入到新鮮污泥中，并且重復上一步；d)重復步驟c)若干次從而獲得種泥；和e)將所獲得的種泥接種到發(fā)酵產(chǎn)酸污泥中，并向接種有所述種泥的發(fā)酵產(chǎn)酸污泥加入Fe2+和還原態(tài)的硫，并以與步驟b)相同的方式進行培養(yǎng)直至所述發(fā)酵產(chǎn)酸污泥的比阻下降。
【IPC分類】C02F11/02, C02F11/14
【公開號】CN104909537
【申請?zhí)枴緾N201510249111
【發(fā)明人】劉和, 徐曉宇, 楊碩, 劉宏波, 符波
【申請人】江南大學
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年5月15日