專利名稱：一種強(qiáng)化污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的城市污泥預(yù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高污泥厭氧發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)量的城市污泥預(yù)處理方法，屬于污泥處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國每年產(chǎn)干污泥大約為900萬噸，約占總垃圾量的0. 3 %，并以每年10 %以上的速度遞增，而污泥處理與處置費(fèi)用占污水處理的50-60%左右，因此城市污泥的妥善處置迫在眉睫。污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸是一種很好的解決方式，但由于污泥中的有機(jī)物大部分是微生物細(xì)胞，為細(xì)胞壁所包裹，污泥細(xì)胞內(nèi)有機(jī)質(zhì)的溶出及其優(yōu)質(zhì)轉(zhuǎn)化成為限制污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的關(guān)鍵步驟。對于污泥的預(yù)處理方法國內(nèi)外已有報(bào)道，但是大多是物理和化學(xué)方法(Carrere et al, 2010),其能耗大，費(fèi)用高,且易產(chǎn)生惡臭氣體等二次污染物(如硫化氫等)，不利于工業(yè)化生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)。目前，國內(nèi)外對污泥的酶法預(yù)處理研究主要集中在嗜熱菌酶、纖維素酶和堿性蛋白酶等，且效果都不太理想，這主要是因?yàn)槭葻峋负蛪A性纖維素酶需要在堿性條件及較高溫度才能發(fā)揮其最大酶活。同時(shí)污泥內(nèi)的有機(jī)物組成也會影響上述酶的處理效果，污泥中的有機(jī)物主要是蛋白質(zhì)和多糖等碳水化合物，而蛋白質(zhì)的含量通?？梢赃_(dá)到70%左右 (ffen-rong Hu et al, 2010),所以纖維素酶等酶制劑的作用效果非常有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種提高污泥厭氧發(fā)酵有機(jī)酸產(chǎn)量的城市污泥預(yù)處理方法，利用中性蛋白酶和EDTA-2Na的聯(lián)合作用，破壞污泥細(xì)胞結(jié)構(gòu)，最大程度地促進(jìn)污泥中有機(jī)物的融出，為提高剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸效率提供一種高效、條件溫和、環(huán)保的污泥預(yù)處理方法及運(yùn)行參數(shù)。本發(fā)明提出采用中性蛋白酶催化水解預(yù)處理方法，使污泥細(xì)胞發(fā)生裂解，細(xì)胞內(nèi)有機(jī)質(zhì)能最大化地釋放，并實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)轉(zhuǎn)化，以提高污泥有機(jī)物的可利用性，增加污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸產(chǎn)量；蛋白酶反應(yīng)條件溫和、效果顯著、耗能較??；同時(shí)，作為一種生物處理方法，蛋白酶法預(yù)處理對環(huán)境的影響很小或者沒有。中性蛋白酶是由枯草芽孢桿菌發(fā)酵并提取所得，屬于一種內(nèi)切酶，所需反應(yīng)條件溫和，可用于各種蛋白質(zhì)水解處理，具有較高的活性，有利于污泥的水解，對污泥發(fā)酵產(chǎn)酸資源化利用具有重要意義。蛋白酶的價(jià)格比較昂貴，為了減少處理費(fèi)用，發(fā)揮酶的最大活性，本發(fā)明推出了聯(lián)合投加中溫蛋白酶和EDTA-2Na鹽的污泥預(yù)處理的方法。EDTA_2Na鹽是一種強(qiáng)效螯合劑， 具有很高的穩(wěn)定常數(shù)。它能夠改變微生物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，促進(jìn)細(xì)胞胞外物質(zhì)與污泥細(xì)胞的分離，并溶解在水相中；進(jìn)而減輕了蛋白酶與污泥細(xì)胞的結(jié)合強(qiáng)度，提高了蛋白酶再次與其他底物結(jié)合并發(fā)生水解反應(yīng)的效率。因此聯(lián)合投加中性蛋白酶和EDTA-2Na鹽能夠顯著促進(jìn)蛋白酶對污泥的催化水解作用，對污泥中有機(jī)物的水解有重要意義。綜上所述，利用中性蛋白酶和EDTA_2Na聯(lián)合預(yù)處理剩余污泥，能夠最大程度地促進(jìn)污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸，為解決目前污泥處理處置難、成本高以及資源化利用效率低等問題， 提供了一種新的方法。本發(fā)明所提供的城市污泥預(yù)處理方法，其步驟為首先將城市污泥調(diào)節(jié)到 70. 0-80. OgTS/L,然后加入EDTA-2Na溶液，混勻，接著加入中性蛋白酶，混勻，并調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度為45. 0-55. 0°C, pH為6. 5-7. 5，低速攪拌反應(yīng)。中性蛋白酶的活力在85000-95000PU/g，投加量為15_25mg/gTS，其中中性蛋白酶投加量優(yōu)選為1800PU/gTS。將EDTA-2Na配制成2. 0-3. Og/ml的溶液，投加量為0. 1-0. 3g/gTS，其中優(yōu)選投加量為 0. 25g/gTS。污泥預(yù)處理的運(yùn)行方式間歇進(jìn)、出泥，反應(yīng)時(shí)間為lh。本發(fā)明提供的方法可大大提高污泥中可生物利用性有機(jī)酸的含量，污泥中的 SCOD (溶解性C0D)濃度提高了 18. 0-20.0倍，多糖濃度提高了 11. 0-13. 0倍，蛋白質(zhì)濃度提高了 I. 5-2. 5倍；且此污泥預(yù)處理方法具有反應(yīng)條件溫和、效率高等特點(diǎn)。此外，通過液化污泥固體物質(zhì)，使得污泥總量下降，可以實(shí)現(xiàn)約40%的污泥總固體(TS)減量化，為最終實(shí)現(xiàn)剩余污泥的資源化、減量化和無害化，提供了一種新的方法和思路。


圖I不同濃度中性蛋白酶對污泥釋放SCOD的影響圖2不同濃度的EDTA-Na鹽和溫度對中性蛋白酶污泥預(yù)處理的作用效果影響，
2-a :污泥液相中SCOD的變化，2-b :污泥液相中多糖濃度的變化，2_c :污泥液相中蛋白質(zhì)濃度的變化圖3不同的pH對中性蛋白酶預(yù)處理污泥液相中SCOD濃度的影響
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不局限于此。下述實(shí)施例中所述實(shí)驗(yàn)方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法；所述試劑和材料，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑獲得。實(shí)施例I、蛋白酶濃度和酶解時(shí)間對污泥預(yù)處理效果的影響污泥取自無錫蘆村污水處理廠二沉池脫水后的污泥，濃度為75gTS/L，分別置于5 個(gè)相同的用錐形瓶中，然后依次加入中性蛋白酶0、5、10、15和20mg/gTS，在轉(zhuǎn)速為120r/ min的攪拌條件下反應(yīng)2. 0h，且各自分別在0. 5、I. O、I. 5和2. Oh的反應(yīng)時(shí)間點(diǎn)取樣，測量水樣的SC0D。結(jié)果表明，當(dāng)中性蛋白酶濃度為20mg/gTS，攪拌時(shí)間為I. Oh時(shí)，污泥上清液中SCOD可以達(dá)到1118. 8mg/L，較預(yù)處理的污泥溶液提高了 I. 8倍。實(shí)施例2、溫度和EDTA_2Na鹽濃度對污泥預(yù)處理的影響污泥來源和其它實(shí)驗(yàn)條件同例1，且酶濃度和攪拌時(shí)間分別固定在20mg/gTS和 I. Oh, EDTA-2Na濃度設(shè)置為五個(gè)水平:0、0. 05,0. 1、02和0. 4g/gTS，各個(gè)水平分別都在溫度35、45、55和65°C下攪拌反應(yīng)I. Oh。結(jié)果表明，當(dāng)EDTA_2Na的濃度為0. 2g/gTS，溫度為55°C時(shí)，污泥中SCOD濃度可以達(dá)到8470. Omg/L，多糖達(dá)到2695. lmg/L，蛋白質(zhì)濃度達(dá)到 156. 7mg/L，較未預(yù)處理污泥溶液分別提高了 20. O、12. 5和2. I倍。
實(shí)施例3、pH對污泥預(yù)處理效果的影響污泥來源和其它實(shí)驗(yàn)條件均同例1，設(shè)置溫度為55°C，EDTA-2Na鹽濃度為0. 2g/ gTS，酶濃度為20mg/gTS，攪拌時(shí)間為Ih，在不同的初始pH(4. 0，5. 0，6. 0，7. 0，8. 0)條件下預(yù)處理污泥。結(jié)果表明，當(dāng)初始pH為7. 0時(shí)，污泥中SCOD濃度達(dá)到8621. 32mg/L，較未預(yù)處理污泥溶液提高了 20. 4倍。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)例公開如上，但其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)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(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種強(qiáng)化污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的城市污泥預(yù)處理方法，其步驟包括首先將城市污泥調(diào)節(jié)到70. 0-80. Og TS/L，然后加入EDTA-2Na溶液，混勻，接著加入中性蛋白酶，混勻，并調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度為45. 0-55. 0°C, pH為6. 5-7. 5，低速攪拌反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的城市污泥預(yù)處理方法，其特征是中性蛋白酶的活力在 85000-95000PU/g,投加量為 1350_2250PU/gTS。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的城市污泥預(yù)處理方法，其特征是中性蛋白酶投加量為 90000PU/gTS。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的城市污泥預(yù)處理方法，其特征是將EDTA-2Na配制成2.0-3. Og/ml 的溶液，投加量為 O. 1-0. 3g/gTS。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的城市污泥預(yù)處理方法，其特征是將EDTA-2Na投加量為O.2g/gTS。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的城市污泥預(yù)處理方法，其特征是PH為7，溫度為55°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種強(qiáng)化污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的城市污泥預(yù)處理方法。該方法通過聯(lián)合投加中性蛋白酶和乙二胺四乙酸二鈉鹽(EDTA-2Na)，并調(diào)節(jié)pH和反應(yīng)溫度，使污泥細(xì)胞破裂，有機(jī)物得到最大程度的釋放和優(yōu)質(zhì)轉(zhuǎn)化，顯著提高了后續(xù)厭氧發(fā)酵所產(chǎn)有機(jī)酸量。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用本發(fā)明的城市污泥預(yù)處理方法，污泥中的SCOD濃度提高了18.0-20.0倍，多糖濃度提高了11.0-13.0倍，蛋白質(zhì)濃度提高了1.5-2.5倍；且此污泥預(yù)處理方法具有反應(yīng)條件溫和、效率高和污泥減量化程度深等特點(diǎn)。為最終實(shí)現(xiàn)剩余污泥的資源化、減量化和無害化，提供了一種新的方法和思路。
文檔編號C02F11/04GK102583917SQ20121003261
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月14日
發(fā)明者劉和, 劉宏波, 祖葉品, 符波 申請人:江南大學(xué)