本發明涉及一種短時高效naoh預處理污泥和玉米秸稈中溫共發酵產酸的方法，屬于固體廢棄物處理技術領域。

背景技術：

當前，環境問題日益受到人們的關注，已經成為世界各國面臨的主要問題之一。如何將廢棄物有效的再利用，是各國關注的焦點。剩余污泥厭氧發酵產揮發酸技術，能夠有效利用污泥中的有機質，產生具有廣闊經濟價值的揮發酸產品。然而，限制污泥資源化利用的主要因素就是污泥的絮體結構和細胞壁的屏蔽作用，使得胞內糖類、蛋白質等有機質等很難溶出。因此如何對污泥進行適當的預處理，提高污泥絮體和細胞的破裂水平，提高污泥厭氧消化的速度，是需要解決的一大難題。另一方面，由于剩余污泥的c/n比較低，必須通過適當地投加外加碳源進行調質，而作為農業廢棄物的玉米秸稈，其含著豐富的纖維素、半纖維素等碳水化合物。近幾年，利用剩余污泥和玉米秸稈共發酵生產揮發性短鏈脂肪酸已經成為國內外專家的研究熱點。

技術實現要素：

本發明創造的目的是提出一種短時高效naoh預處理污泥和玉米秸稈中溫共發酵產酸的方法，通過對剩余污泥進行naoh預處理，再與玉米秸稈進行中溫共發酵，促進污泥絮體和細胞破解，進一步提高污泥可生化性以及污泥厭氧發酵產酸的效率，縮短反應時間，實現剩余污泥和玉米秸稈的減量化、資源化。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種短時高效naoh預處理污泥和玉米秸稈中溫共發酵產酸的方法，包括如下步驟：

1)秸稈與污泥的預處理：

1a)將玉米秸稈進行稀堿前處理；

1b)將污泥進行naoh預處理；

2)厭氧共發酵產酸：將經過步驟1b)處理后的污泥和經過1a)后處理的秸稈按比例置于中溫厭氧消化裝置中，作為基質，密封容器，攪拌器轉速為90-110r/min，發酵溫度為30-40℃，連續培養8-10d。

步驟1a)將玉米秸稈進行稀堿前處理，具體為：按1g秸稈：10ml堿液的比例，取秸稈粉碎后的秸稈粉和堿液混合，接著將混合物放入85℃恒溫水浴鍋內，加熱1h后，再放入離心機中離心以9000-11000r/min離心作用9-11min；然后除去混合液中的上清液，剩下的濾渣放入65-72℃烘箱中，烘干至恒重，粉碎。

所述的堿液具體是質量分數為2％的naoh溶液。

所述的將污泥進行naoh預處理具體為：取污泥靜置沉淀，去除上清液，再進行過濾，向通過過濾篩過濾后的物質中加入naoh溶液，調節ph值至9.5-10.5，穩定后置于恒溫搖床進行震蕩。

所述的污泥為污水處理廠二沉池中的污泥，取回后在4℃環境下沉淀24h，去除上清液，再使用40目的篩子進行過濾。

所述的通過過濾篩過濾后的物質中加入naoh溶液，調節ph值至9.5-10.5后，需要穩定2min，然后置于空溫下的恒溫搖床中進行100r/min的震蕩，震蕩時間為6h。

步驟2)中，經過步驟1b)處理后的污泥和經過1a)后處理的秸稈比例為300ml：2.8g秸稈。

本發明創造帶來的有益效果為：

將剩余污泥naoh預處理后，可以促進污泥絮體和細胞破裂，胞內有機物有效釋放，提高了蛋白質和糖類等有機質在發酵液中的含量，有效縮短污泥發酸時間，進而提高厭氧發酵產揮發酸的產量。并且，現有堿預處理技術一般用時為12或24h，相比較而言，本發明的naoh預處理具有時間短、效率高的特點。另外，naoh預處理后提供給污泥系統一個堿性環境，乙酸、丙酸等小分子酸能夠與堿中和后破壞酸堿反應平衡，促進產酸，也就使得厭氧發酵過程更為迅速。而在污泥體系中加入玉米秸稈作為外加碳源可以提高體系c/n比，也促進了污泥的厭氧發酵產酸過程。

本發明的剩余污泥預處理方法提高了污泥的破裂水平，明顯提高了污泥厭氧消化速度。naoh預處理后的剩余污泥與稀堿前處理后的玉米秸稈中溫共發酵的方法有效提高了產酸量和產酸效率，可以同時高效地處理兩種固體廢棄物。為進一步實現剩余污泥和玉米秸稈的減量化、無害化、資源化，提供了一種新的途徑。

附圖說明

圖1：中溫厭氧靜態消化裝置。

圖2：總揮發酸變化情況。

圖3：scod的變化情況。

具體實施方式

一種短時高效naoh預處理污泥和玉米秸稈中溫共發酵產酸的方法，其特征在于包括如下步驟：

1)秸稈與污泥的預處理：

1a)將玉米秸稈進行稀堿前處理：

按1g秸稈：10ml堿液的比例，取秸稈粉碎后的秸稈粉和堿液混合，接著將混合物放入85℃恒溫水浴鍋內，加熱1h后，再放入離心機中離心以9000-11000r/min離心作用9-11min；然后除去混合液中的上清液，剩下的濾渣放入65-72℃烘箱中，烘干至恒重，粉碎。

所述的堿液具體是質量分數為2％的naoh溶液。

1b)將污泥進行naoh預處理：

取污泥靜置沉淀，去除上清液，再進行過濾，向通過過濾篩過濾后的物質中加入naoh溶液，調節ph值至9.5-10.5，穩定后置于恒溫搖床進行震蕩。

所述的污泥為污水處理廠二沉池中的污泥，取回后在4℃環境下沉淀24h，去除上清液，再使用40目的篩子進行過濾。

所述的通過過濾篩過濾后的物質中加入naoh溶液，調節ph值至9.5-10.5后，需要穩定2min，然后置于室溫下的恒溫搖床中進行100r/min的震蕩，震蕩時間為6h。

2)厭氧共發酵產酸：將經過步驟1b)處理后的污泥和經過1a)后處理的秸稈按比例置于中溫厭氧消化裝置中，作為基質，密封容器，攪拌器轉速為90-110r/min，發酵溫度為30-40℃，連續培養8-10d。其中經過步驟1b)處理后的污泥和經過1a)后處理的秸稈比例為300ml：2.8g秸稈。

實施例1：

1)秸稈的前處理：

玉米秸稈取自沈陽市郊區。秸稈剪成段狀，清洗滌，于70℃下烘干至恒重，之后用電動粉碎機將其粉碎成粉末狀。按1g秸稈：10ml堿液固液比取秸稈粉和堿液混合，堿液為naoh溶液，質量分數為2％，接著將混合物放入85℃恒溫水浴鍋內，加熱1h后，再放入離心機中離心轉速為10000rpm/min，時間為10min。然后，除去混合液中的上清液，剩下的濾渣放入70℃烘箱中，烘干至恒重，粉碎。

2)污泥的預處理：

污泥取自污水處理廠二沉池，取回后將污泥靜置沉淀溫度為4℃，時間為24h，除去上清液，之后采用40目篩子過濾，去除污泥中的沙礫等雜質顆粒，4℃下冷藏保存。將污泥用naoh溶液調節ph至10，穩定2min，然后置于室溫下的恒溫搖床以100r/min速率振蕩6h。

3)厭氧發酵產酸

如圖1所示，為中溫厭氧靜態消化實驗裝置。將預處理后的秸稈和污泥，投加比例為300ml污泥：2.8g秸稈，置于中溫厭氧消化實驗裝置中，密封容器，攪拌器轉速為100r/min，發酵溫度為35℃，連續培養9d，定時檢測各個指標。

同時，做對比試驗。

只改變步驟2)中的預處理方法，采用熱預處理溫度55℃以及ph10的naoh預處理對投加秸稈調質的剩余污泥和未投加秸稈的污泥進行組合預處理，即形成6個實驗組：投加秸稈的二個實驗組：was+秸稈，was+秸稈+ph10、was+秸稈+55℃和未投加秸稈的三組was、was+ph10、was+55℃。

結果如下：

如圖2所示，總揮發酸的變化情況。總體來看，各實驗組的總揮發酸含量都是呈現先增后減的趨勢。這是由于發酵初始階段，中溫靜態發酵環境適宜大量水解菌和產酸菌的聚集、生長和繁殖。進而將污泥中的大分子有機物分解為簡單的小分子有機物，促進產酸的進行。揮發酸產量在達到峰值后下降，主要原因是系統不可抑制地進入到了厭氧三階段的產甲烷階段，產甲烷菌消耗揮發酸等有機底物釋放出甲烷，從而使得揮發酸積累量開始顯著下降。

由圖中曲線可以看出，投加秸稈調質的實驗組較未投加秸稈的實驗組揮發酸產量增加顯著，主要是因為秸稈對污泥的調質作用，造成系統溶解性有機質的顯著提升，為揮發酸的產生奠定了基礎。未投加秸稈的三個實驗組(was、was+ph10、was+55℃)的總揮發酸產量在0～4d呈增長趨勢，并分別在發酵時間3d、3d、5d達到最大值，而was+秸稈，was+秸稈+ph10、was+秸稈+55℃的總揮發酸產量分別在發酵時間6d、7d、5d達到最大值。各實驗組總揮發酸濃度最大日產酸量如表1。可以看出，投加秸稈作為外投碳源，提高了污泥系統中的c/n比，從而使其更易被產酸菌利用，顯著提高了揮發酸產量。熱、naoh預處理都不同程度的對污泥發酵產酸起到了促進作用，但是naoh預處理得到的效果要明顯優于熱預處理。

表1

如圖3所示，為系統scod的變化情況，scod的含量是預處理效果的重要表征。由圖可知，scod整體上呈現先上升后下降的趨勢。未投加秸稈的三組(was、was+ph10、was+55℃)的scod分別在第3d、2d、3d達到最大值626、2075、1155mgcod/l，投加秸稈的三組(was+秸稈、was+秸稈+ph10、was+秸稈+55℃)scod則分別在第6d、5d、6d達到最大值4053、4805、4356mgcod/l，系統scod先增大后減小的趨勢表現了系統內的平衡過程。由于污泥細胞絮體脫落、細胞壁破碎內溶物大量溢出以及玉米秸稈中的還原性物質溶出等，使得scod在發酵前期的水解階段不斷升高。而在產酸階段，有機質轉化為揮發酸，scod有所下降，同時水解將scod維持在一定水平。

從圖中可以看出，處理效果由好到壞依次為was+秸稈+ph10、was+秸稈+55℃、was+秸稈、was+ph10、was+55℃。相較于空白組was，naoh預處理后最高日scod提高了870％，水解效果最好。

如表2所示，為各組總揮發酸濃度最大日的各揮發酸所占百分比。可以看出，加秸稈進行調質的污泥組，無論是naoh預處理的污泥，還是熱預處理的污泥，乙酸都是最主要的揮發酸組分。而沒有加秸稈調質的污泥丙酸所占的百分比都是最高的，基本在50％-60％之間。很多研究表明短鏈揮發酸是污泥產乙酸的主要產物，它們可直接從碳水化合物、蛋白質和脂類水解發酵中得到，同時也是工業上重要的化學試劑，是許多生物處理過程中最適合的底物。naoh預處理獲得的乙酸含量明顯高于熱預處理，在各組總揮發酸濃度最大日時，was+秸稈+ph10產乙酸量高達6867mgcod/l，是was+秸稈+55℃產乙酸含量的1.59倍。

表2

結合圖2、圖3、表1和表2可知，加入秸稈進行調質的污泥組有機物的溶出效果明顯高于末加秸稈的污泥組，naoh預處理的效果明顯優于熱預處理。所以naoh預處理剩余污泥和玉米秸稈共發酵產揮發性短鏈脂肪酸的效果較其他方法是最好的。