一種利用茶皂素促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用茶皂素(TS，Tea?Saponin)促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的方法。目前化學(xué)表面活性劑對(duì)剩余污泥厭產(chǎn)酸效果的提高不夠顯著，且化學(xué)表面活性劑生物可降解性較差、容易造成二次污染，而通過(guò)微生物代謝合成的生物表面活性劑成本較高。本發(fā)明采用茶皂素是一種植物提取物，對(duì)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的促進(jìn)效果顯著，產(chǎn)酸量高，對(duì)環(huán)境無(wú)二次污染，原料來(lái)源廣泛，成本低廉，適合于在剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸過(guò)程中的規(guī)模化應(yīng)用。
【專利說(shuō)明】一種利用茶皂素促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用茶皂素(TS，Tea Saponin)促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前生活污水處理廠多采用活性污泥法進(jìn)行污水處理，然而活性污泥法會(huì)產(chǎn)生大量的剩余污泥，其處理處置成本較高，且處置不當(dāng)會(huì)給環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重影響。污泥的厭氧消化是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的污泥穩(wěn)定化與資源化的方法，而由于污泥中含有大量的有機(jī)物如蛋白質(zhì)和多糖等，近年來(lái)也有研究者利用污泥中的這些生物質(zhì)資源通過(guò)厭氧發(fā)酵的方式制取揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)，該產(chǎn)物可作為制取生物高分子材料(PHA)或污水處理廠生物脫碳、除磷的優(yōu)質(zhì)碳源。
[0003]剩余污泥的厭氧發(fā)酵過(guò)程主要可分為四個(gè)步驟，即顆粒態(tài)有機(jī)物的溶解、水解、酸化和甲烷化，其中顆粒態(tài)有機(jī)物的溶解及水解是污泥厭氧過(guò)程的主要限速步驟。為了提高污泥厭氧發(fā)酵速率，常采用一些物理或化學(xué)方法對(duì)剩余污泥進(jìn)行預(yù)處理，如超聲、微波、加熱、酶解、加酸、加堿等。近年來(lái)有研究者發(fā)現(xiàn)剩余污泥中化學(xué)表面活性劑的存在可以提高剩余污泥的水解速率并提高短鏈脂肪酸的產(chǎn)量，然而多數(shù)化學(xué)合成的表面活性劑生物可降解性較差，會(huì)對(duì)環(huán)境帶來(lái)不利的影響，且僅使用化學(xué)表面活性劑(如十二烷基硫酸鈉或十二烷基苯磺酸鈉)對(duì)剩余污泥厭氧產(chǎn)酸效果的提高不夠顯著。此外，也有研究者利用微生物代謝合成的鼠李糖脂促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸，但微生物發(fā)酵的成本較高，與化學(xué)表面活性劑相比不具有經(jīng)濟(jì)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種利用茶皂素促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的方法。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0006](I)將剩余污泥沉淀濃縮；
[0007](2)將茶皂素溶解后投加到經(jīng)步驟(1)濃縮后的剩余污泥中；
[0008](3)對(duì)剩余污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵；
[0009](4)對(duì)步驟(3)的發(fā)酵液進(jìn)行固液分離得到含有揮發(fā)性脂肪酸的清液。
[0010]步驟(1)所述的剩余污泥來(lái)源于采用生物法處理污水的污水處理廠，剩余污泥沉淀時(shí)間為12~24h，經(jīng)沉淀濃縮后污泥干重為10~20g/L。
[0011]步驟⑵所述的茶皂素的投加劑量為0.02~0.1Og (茶皂素)/g(干污泥)。
[0012]步驟(3)所述的對(duì)剩余污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵，在發(fā)酵開(kāi)始前向厭氧反應(yīng)器中通入氮?dú)庵练磻?yīng)器中無(wú)氧氣存在，對(duì)剩余污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵的發(fā)酵溫度為28~30°C，發(fā)酵時(shí)進(jìn)行攪拌，混合攪拌的速度為100~120rpm,發(fā)酵時(shí)間為5~12天。
[0013]步驟(4)所述的對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行固液分離所采用的方式為離心，離心分離的離心力為5000~lOOOOg，離心時(shí)間為20min。
[0014]本發(fā)明采用的茶皂素來(lái)源于茶樹籽的提取物。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0016]1.所采用的茶皂素為植物提取物，具有低毒、易生物降解且在較大的溫度、pH等范圍內(nèi)均可保持良好表面活性的特點(diǎn)，對(duì)環(huán)境無(wú)二次污染。
[0017]2.對(duì)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的促進(jìn)效果顯著，產(chǎn)酸量最高可較不投加表面活性劑的對(duì)照組提高近4倍。
[0018]3.茶皂素的工業(yè)提取方法簡(jiǎn)單，原料來(lái)源廣泛，與一般的通過(guò)生物發(fā)酵制取的生物表面活性劑相比成本低廉，適合于在剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸過(guò)程中的規(guī)模化應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為實(shí)施例1~3及對(duì)比實(shí)施例中，發(fā)酵液清液中揮發(fā)性脂肪酸的濃度隨發(fā)酵時(shí)間變化的關(guān)系圖；其中“代表對(duì)比實(shí)施例中揮發(fā)性脂肪酸隨發(fā)酵時(shí)間的變化，
代表實(shí)施例1中揮發(fā)性脂肪酸隨發(fā)酵時(shí)間的變化，“f”.代表實(shí)施例2中揮發(fā)性脂肪酸隨發(fā)酵時(shí)間的變化，代表實(shí)施例3中揮發(fā)性脂肪酸隨發(fā)酵時(shí)間的變化；
[0020]圖2為實(shí)施例1~3及對(duì)比實(shí)施例中，發(fā)酵液清液中揮發(fā)性脂肪酸含量達(dá)到最高時(shí)的濃度；
[0021]圖3為實(shí)施例1~3及對(duì)比實(shí)施例中，累積甲烷產(chǎn)量隨發(fā)酵時(shí)間變化的關(guān)系圖；其中代表對(duì)比實(shí)施例中累積甲烷產(chǎn)量隨發(fā)酵時(shí)間的變化，“ O夂代表實(shí)施例1中累積甲烷產(chǎn)量隨發(fā)酵時(shí)間的變化`，“ + 代表實(shí)施例2中累積甲烷產(chǎn)量隨發(fā)酵時(shí)間的變化，“4-”代表實(shí)施例3中累積甲烷產(chǎn)量隨發(fā)酵時(shí)間的變化。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明采用的茶皂素來(lái)源于茶樹籽的提取物。
[0023]本發(fā)明適用于促進(jìn)采用生物法的污水處理廠剩余污泥的厭氧產(chǎn)酸。實(shí)施例中的污泥采用上海市某污水處理廠二沉池剩余污泥，該污水處理廠進(jìn)水主要為生活污水，采用A/A/0(Anaerobic-Anoxic-0xic,厭氧-缺氧-好氧法)工藝,其中厭氧段停留時(shí)間1.5h、缺氧段1.5h、好氧段4.7h，污泥泥齡8~10d，污泥負(fù)荷0.2kg(BOD5)/(kg MLSS -d)。實(shí)施例中污泥的 MLVSS(揮發(fā)性懸浮固體濃度,Mixed Liquor Volatile Suspended Solids)/MLSS(總懸浮固體濃度，Mixed Liquid Suspended Solids)為 0.67 ~0.7。
[0024]實(shí)施例1
[0025]將剩余污泥在4°C下靜置沉淀12~24h至下層濃縮污泥的濃度在10~20g/L之間，移除上清液，取300mL濃縮污泥至IL體積的厭氧發(fā)酵罐中；
[0026]用上一步得到的上清液將茶皂素溶解并配制成40g/L的濃度；
[0027]根據(jù)濃縮污泥的實(shí)際濃度按照0.02g (茶皂素)/g(干污泥)的劑量向發(fā)酵罐中投加茶皂素，并快速混合均勻；
[0028]向發(fā)酵罐中通入10倍罐體積的氮?dú)庖匀コ拗械难鯕猓S后開(kāi)始對(duì)剩余污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵，并在厭氧發(fā)酵過(guò)程中始終保持發(fā)酵罐的密閉；
[0029]發(fā)酵過(guò)程中維持發(fā)酵罐中的溫度在28~30°C之間，混合攪拌的速度在100~120rpm之間，發(fā)酵反應(yīng)共進(jìn)行12天；
[0030]發(fā)酵過(guò)程中每天取樣10mL，在5000~1000Og的條件下(離心力的選擇視固液分離的難易程度而定，發(fā)酵初期為5000g，隨著發(fā)酵的進(jìn)行逐漸升高至1000Og)離心20min得到發(fā)酵清液，對(duì)清液中的VFAs濃度進(jìn)行測(cè)定；
[0031]發(fā)酵過(guò)程中每天對(duì)發(fā)酵罐中的甲烷產(chǎn)量進(jìn)行測(cè)定。
[0032]實(shí)施例2
[0033]將剩余污泥在4°C下靜置沉淀12~24h至下層濃縮污泥的濃度在10~20g/L之間，移除上清液，取300mL濃縮污泥至IL體積的厭氧發(fā)酵罐中；
[0034]用上一步得到的上清液將茶皂素溶解并配制成40g/L的濃度；
[0035]根據(jù)濃縮污泥的實(shí)際濃度按照0.05g (茶皂素)/g(干污泥)的劑量向發(fā)酵罐中投加茶皂素，并快速混合均勻；
[0036]向發(fā)酵罐中通入10倍罐體積的氮?dú)庖匀コ拗械难鯕猓S后開(kāi)始對(duì)剩余污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵，并在厭氧發(fā)酵過(guò)程中始終保持發(fā)酵罐的密閉；
[0037]發(fā)酵過(guò)程中維持發(fā)酵罐中的溫度在28~30°C之間，混合攪拌的速度在100~120rpm之間，發(fā)酵反應(yīng)共進(jìn)行12天；
[0038]發(fā)酵過(guò)程中每天取 樣10mL，在5000~1000Og的條件下(離心力的選擇視固液分離的難易程度而定，發(fā)酵初期為5000g，隨著發(fā)酵的進(jìn)行逐漸升高至1000Og)離心20min得到發(fā)酵清液，對(duì)清液中的VFAs濃度進(jìn)行測(cè)定；
[0039]發(fā)酵過(guò)程中每天對(duì)發(fā)酵罐中的甲烷產(chǎn)量進(jìn)行測(cè)定。
[0040]實(shí)施例3
[0041]將剩余污泥在4°C下靜置沉淀12~24h至下層濃縮污泥的濃度在10~20g/L之間，移除上清液，取300mL濃縮污泥至IL體積的厭氧發(fā)酵罐中；
[0042]用上一步得到的上清液將茶皂素溶解并配制成40g/L的濃度；
[0043]根據(jù)濃縮污泥的實(shí)際濃度按照0.1Og (茶皂素)/g (干污泥)的劑量向發(fā)酵罐中投加茶皂素，并快速混合均勻；
[0044]向發(fā)酵罐中通入10倍罐體積的氮?dú)庖匀コ拗械难鯕猓S后開(kāi)始對(duì)剩余污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵，并在厭氧發(fā)酵過(guò)程中始終保持發(fā)酵罐的密閉；
[0045]發(fā)酵過(guò)程中維持發(fā)酵罐中的溫度在28~30°C之間，混合攪拌的速度在100~120rpm之間，發(fā)酵反應(yīng)共進(jìn)行12天；
[0046]發(fā)酵過(guò)程中每天取樣10mL，在5000~1000Og的條件下(離心力的選擇視固液分離的難易程度而定，發(fā)酵初期為5000g，隨著發(fā)酵的進(jìn)行逐漸升高至1000Og)離心20min得到發(fā)酵清液，對(duì)清液中的VFAs濃度進(jìn)行測(cè)定；
[0047]發(fā)酵過(guò)程中每天對(duì)發(fā)酵罐中的甲烷產(chǎn)量進(jìn)行測(cè)定。
[0048]對(duì)比實(shí)施例
[0049]將剩余污泥在4°C下靜置沉淀12~24h至下層濃縮污泥的濃度在10~20g/L之間，移除上清液，取300mL濃縮污泥至IL體積的厭氧發(fā)酵罐中；
[0050]向發(fā)酵罐中通入10倍罐體積的氮?dú)庖匀コ拗械难鯕猓S后開(kāi)始對(duì)剩余污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵，并在厭氧發(fā)酵過(guò)程中始終保持發(fā)酵罐的密閉；
[0051]發(fā)酵過(guò)程中維持發(fā)酵罐中的溫度在28~30°C之間，混合攪拌的速度在100~120rpm之間，發(fā)酵反應(yīng)共進(jìn)行12天；
[0052]發(fā)酵過(guò)程中每天取樣10mL，在5000~1000Og的條件下(離心力的選擇視固液分離的難易程度而定，發(fā)酵初期為5000g，隨著發(fā)酵的進(jìn)行逐漸升高至1000Og)離心20min得到發(fā)酵清液，對(duì)清液中的VFAs濃度進(jìn)行測(cè)定；
[0053]發(fā)酵過(guò)程中每天對(duì)發(fā)酵罐中的甲烷產(chǎn)量進(jìn)行測(cè)定。
[0054]實(shí)施例1~3及對(duì)比實(shí)施例中對(duì)VFAs的日監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖1，各實(shí)施例中VFAs的最高濃度如圖2。投加茶皂素可以顯著提高污泥厭氧產(chǎn)酸的效果，其中未投加茶皂素的對(duì)照組最高的VFAs濃度出現(xiàn)在發(fā)酵的第5天，產(chǎn)酸量為54mg/g DS (Dry Sludge，干污泥)；投加了 0.02~0.10&茶皂素)/& DS)的各組實(shí)施例最高的VFAs濃度同樣出現(xiàn)在第5天，而產(chǎn)酸量分別提高至74~207mg/g DS，相比于對(duì)照組最高提高了近4倍，且隨著投加劑量的提高，對(duì)污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的促進(jìn)效果逐漸增強(qiáng)。
[0055]實(shí)施例1~3及對(duì)比實(shí)施例中 對(duì)甲烷的日監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖3。該結(jié)果顯示投加茶皂素對(duì)剩余污泥厭氧發(fā)酵過(guò)程的甲烷產(chǎn)量沒(méi)有顯著影響，各組實(shí)施例的甲烷產(chǎn)量在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中均與對(duì)照組相近。說(shuō)明投加茶皂素在顯著促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的同時(shí)并沒(méi)有對(duì)甲烷的產(chǎn)生進(jìn)行抑制，因此可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)甲烷進(jìn)行回收和利用。
【權(quán)利要求】
1.一種利用茶皂素促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: (1)將剩余污泥沉淀濃縮； (2)將茶皂素溶解后投加到濃縮的剩余污泥中； (3)對(duì)剩余污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵； (4)對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行固液分離得到含油揮發(fā)性脂肪酸的清液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用茶皂素促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的方法，其特征在于，步驟(1)所述的剩余污泥來(lái)源于采用生物法處理污水的污水處理廠。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用茶皂素促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的方法，其特征在于，步驟(1)所述的剩余污泥沉淀時(shí)間為12~24h，經(jīng)沉淀濃縮后污泥干重為10~20g/L0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用茶皂素促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的方法，其特征在于，步驟(2)所述的茶皂素的投加劑量為0.02~0.1Og (茶皂素)/g(干污泥)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用茶皂素促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的方法，其特征在于，步驟(3)所述的對(duì)剩余污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵，在發(fā)酵開(kāi)始前向厭氧反應(yīng)器中通入氮?dú)庵练磻?yīng)器中無(wú)氧氣存在。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用茶皂素促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的方法，其特征在于，步驟(3)所述的對(duì)剩余污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵的發(fā)酵溫度為28~30°C，發(fā)酵時(shí)進(jìn)行攪拌，混合攪拌的速度為100~120rpm,發(fā)酵時(shí)間為5~12天。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用茶皂素促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的方法，其特征在于，步驟(4)所述的對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行固液分離所采用的方式為離心，離心分離的離心力為5000~lOOOOg，離心時(shí)間為20min。
【文檔編號(hào)】C12P7/40GK103773817SQ201410012111
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月10日
【發(fā)明者】黃翔峰, 陸麗君, 劉佳, 申昌明 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)