CN106967759A - 一种短时低温热预处理秸秆调质污泥共发酵产挥发酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种短时低温热预处理秸秆调质污泥共发酵产挥发酸的方法，属于固体废弃物处理技术领域。包括如下步骤：1）对作为外加碳源的玉米秸秆进行稀碱预处理；2）对经过秸秆调质的剩余污泥进行短时低温热预处理；3）将经过处理后的泥浆进行中温厌氧发酵。该方法首次将热预处理技术与采用秸秆调质污泥方法相结合，既达到良好的破裂污泥细胞效果，大量的蛋白质、多糖等胞内高分子物质在破胞后转移到了液相中，实现污泥减量化，同时又调节污泥C/N比，形成一个共发酵体系，高效制取挥发酸，达到污泥和秸秆生物质的资源化利用目的。
Description
技术领域
本发明属于固体废弃物处理技术领域，具体涉及一种短时低温热预处理秸秆调质的污泥共发酵产挥发酸的方法。
背景技术
随着生活污水水量逐年增加和处理标准日趋严格，剩余污泥的产生量显著增加。污泥厌氧消化技术是目前针对污泥处理应用最广泛的技术，但是水解阶段严重限制了污泥厌氧发酵周期，同时剩余污泥普遍碳源含量过低，大都通过外加碳源来调节污泥的C/N比，促进污泥厌氧发酵的进程。为了加快污泥消化周期，实现污泥资源化利用，必需强化水解步骤，提高污泥中C/N。
对污泥进行预处理使细胞溶胞裂解是一种可行且高效的手段。目前，诸多研究表明，对剩余污泥进行预处理后可以有效缩短污泥发酸时间，显著提高挥发酸（VFAs）的浓度。研究表明热解可有效提高污泥的厌氧消化性能和微生物降解率。其中，高温(130～210℃)、短时(15～60min)预处理是一种常用的预处理方法，对污泥破坏程度大，但高温作业缺点甚多，如能耗大、对设备要求高、操作运行危险等；低温(50～100℃)热解也是一种提升有机物降解性能的有效方式。采用低温热预处理可以有效利用工业废热资源。
秸秆是重要的生物质能源，我国每年衍生而来的农作物秸秆量相当庞大，最主要成分是碳水化合物，像粗蛋白和粗脂肪等只占很少的一部分。碳水化合物主要有纤维素类物质和可溶性糖类，这一点是秸秆可以作为污泥厌氧发酵外加碳源的关键。但是目前阶段秸秆的利用方式单一，利用效率不高。如何经济、环保、高效的利用秸秆是目前主要研究方向。
发明内容
本发明提供了一种短时低温热预处理秸秆调质的污泥共发酵产挥发酸的方法，针对传统污泥厌氧消化周期时间长、C/N比过低、发酵产酸效率低的缺点和为了达到高效回收污泥和秸秆生物质资源的目的，外加秸秆作为碳源，可以提高污泥中的C/N比，进行热预处理操作可以破解污泥细胞，释放有机质，加速水解过程，实现城市污水处理厂污泥的减量化、资源化和秸秆资源的有效利用。
本发明采用的技术方案如下：
一种短时低温热预处理秸秆调质污泥共发酵产挥发酸的方法，包括以下步骤：对作为外加碳源的玉米秸秆进行稀碱预处理；采用热预处理技术处理经过秸秆调制的剩余污泥；将经过热预处理后的泥浆进行中温厌氧发酵，制取挥发性脂肪酸。
上述的一种短时低温热预处理秸秆调质污泥共发酵产挥发酸的方法，所述的稀碱预处理秸秆：将秸秆洗涤，于70℃下烘干至恒重，之后用电动粉碎机将其粉碎成粉末状，对粉末状玉米秸秆进行稀碱预处理，具体为首先按一定固液比混合，粉碎后的玉米秸秆：NaOH溶液（质量分数为2%）=1g:10mL；接着将混合物放入70-100 ℃温度下恒温水浴，加热1 h后，再离心；然后除去混合液中的上清液，剩下的滤渣放入60-80℃烘箱中，烘干至恒重；再粉碎，常温保存待用。
上述的一种短时低温热预处理秸秆调质污泥共发酵产挥发酸的方法，包括污泥的前处理：将污泥在4℃温度下静置沉淀24 h，除去上清液，之后过滤至40目筛子，去除污泥中的沙砾等杂质颗粒。
上述的一种短时低温热预处理秸秆调质污泥共发酵产挥发酸的方法，所述的热预处理秸秆调质的污泥方法是：将上述的剩余污泥与玉米秸秆按VSS比例为1.5-3.0之间均匀混合，然后在40-60℃的恒定温度下加热25-40min。
上述的一种短时低温热预处理秸秆调质污泥共发酵产挥发酸的方法，将经过热预处理后的调质污泥送入到中温厌氧消化装置中，通氮气去除装置中的氧，在35℃下进行中温厌氧发酵，同时过程中以100r/min转速搅拌，在反应进行到第五天提取挥发酸。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（一）可以有效地回收农作物秸秆和剩余污泥生物质资源，同时可以采用工业废热资源作为低温热预处理的能量来源，避免资源能源浪费。
（二）在第五天挥发酸的产量达到最大值9822.49mgCOD/L，相比较采用其他方式得到的酸产量有了显著地增加，同时挥发酸组成上也发生了变化，乙酸丙酸含量明显升高。产物具有很好的经济价值。
附图说明
图1 粉碎秸秆图（实物图）。
图2 SCOD的变化情况。
图3总挥发酸变化情况。
图4乙酸的变化情况。
图5挥发酸最大产量时成分组成。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于此。由于各地污水水质及所采用的处理工艺有所差别，预处理参数也会产生相应变化，因此在不违背本发明的实质和所附权利要求范围的前提下，可对本发明中关键参数做适当调整。
实施例1
1、污泥前处理
所用污泥来源于哈尔滨市文昌污水处理厂的二沉池，取回后，在4℃下静置沉淀24 h，除去上清液，之后过滤至40目筛子，去除污泥中的沙砾等杂质颗粒。
2、玉米秸秆预处理
玉米秸秆来源于哈尔滨郊区田地，将秸秆剪成段状，清洗涤，于70℃下烘干至恒重，之后用电动粉碎机将其粉碎成粉末状，常温保存。采用稀碱预处理玉米秸秆，操作如下：首先按以下固液比混合，粉碎后的玉米秸秆：质量分数为2%的NaOH溶液=1:10（1g秸秆:10mL碱液）。接着将混合物放入85 ℃恒温水浴锅内，加热1 h后，再放入转速10000 rpm/min的离心机中离心10 min；然后除去混合液中的上清液，剩下的滤渣放入70℃烘箱中，烘干至恒重；再粉碎，常温保存待用；处理后秸秆中三种成分物质的占干重比例变化为：纤维素从45%提高到57%，半纤维素从22%降低为16%，木质素从20%降低到6%。
3、短时低温热预处理过程
玉米秸秆投加比例为1:2gVSS秸秆/gVSS污泥，实际投加量约为300mL污泥：2.8g秸秆，在55℃恒温水浴中加热30min。
4、中温厌氧消化过程
之后放入35℃中温厌氧消化装置进行发酵。其中，搅拌器转速为100r/min。
结果表明在发酵时间第5天总挥发酸产量达到最大值9823mgCOD/L。同时乙酸是最主要的挥发酸组分，最大产量5028mgCOD/L，占总挥发酸含量的51.86%，丙酸产量为2678mgCOD/L，占总挥发酸含量的27.26%。
实施例2
方法同实施例1，只是在污泥中混合秸秆后不经过热预处理，即WAS+秸秆直接进行中温厌氧发酵过程。
结果表明WAS+秸秆的方法SCOD含量在第6 天达到最大值4053mgCOD/L，同时总挥发酸产量也在第6天达到最大值 8443mgCOD/L，其中乙酸是最主要的挥发酸成分，最大产量3970mgCOD/L，占总挥发酸含量的47.02%，丙酸产量为3413mgCOD/L，占总挥发酸含量的40.42%。
实施例3
方法同实施例1，只是污泥经过前处理后不投加玉米秸秆混合，然后污泥单独进行热预处理，即WAS+55℃再进行中温厌氧发酵过程。
结果表明WAS+55℃的方法SCOD含量在第3 天达到最大值1155mgCOD/L，总挥发酸产量在发酵时间第5 天达到最大值2236mgCOD/L，其中丙酸是最主要的挥发酸成分，最大产量1023mgCOD/L，占总挥发酸的45.75%，乙酸产量为720mgCOD/L，占总挥发酸的32.2%。
实施例4
方法同实施例1，不同的是污泥经过前处理后不投加玉米秸秆混合，也不进行热预处理，即WAS直接进行中温厌氧发酵过程。
结果表明WAS方法SCOD含量在第3天达到最大值626mgCOD/L，挥发酸在发酵时间3天达到最大值为1206mgCOD/L，其中丙酸是最主要的挥发酸成分，最大产量493mgCOD/L，占总挥发酸的40.9%，乙酸产量为380mgCOD/L，占总挥发酸的31.5%。
Claims (4)
1.一种短时低温热预处理秸秆调质污泥共发酵产挥发酸的方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）对作为外加碳源的玉米秸秆进行稀碱预处理：首先，将玉米秸秆和NaOH溶液按一定固液比混合后在恒温下水浴加热一定时间，离心，除去混合液中的上清液，将剩下的滤渣放入烘箱中烘干至恒重，常温待用；
2）对经过秸秆调制剩余污泥进行短时低温热预处理：剩余污泥经过步骤1）处理后，利用碱预处理后的秸秆调质剩余污泥，然后在40-60℃的恒定温度下加热处理25-40min；
3）将步骤2）中经过热处理后的调质污泥进行中温厌氧发酵，在第4-6天提取挥发性脂肪酸。
2.根据权利要求1所述的短时低温热预处理秸秆调质污泥共发酵产挥发酸的方法，其特征在于：所述的步骤1）对玉米秸秆进行物理化学处理，将秸秆剪成段状，清水洗涤，于60-80℃下烘干至恒重，之后用电动粉碎机将其粉碎成粉末状；按照粉碎后玉米秸秆：NaOH溶液（质量分数为2%）=1g:10mL的固液比例混合；接着将混合物放入70-100 ℃温度下水浴，加热40-60min后，离心，除去混合液中的上清液，剩下的滤渣放入60-80℃烘箱中，烘干至恒重，常温保存待用。
3.根据权利要求1所述的短时低温热预处理秸秆调质污泥共发酵产挥发酸的方法，其特征在于：所述的步骤2）对利用秸秆调制的剩余污泥进行热预处理，首先对剩余污泥进行静置沉降，过滤前处理，然后把经稀碱预处理后的秸秆和剩余污泥按VSS比例1.5-3.0之间混合，在40-60℃的恒定温度下加热处理25-40min。
4.根据权利要求1所述的一种短时低温热预处理秸秆调质的污泥共发酵产挥发酸的方法，其特征在于：所述的步骤3) 将经过热处理后的调质污泥进行中温厌氧发酵制取挥发性脂肪酸，在30-40℃下进行中温厌氧发酵，同时过程中进行搅拌，在进行到第4-6天提取挥发酸的。
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