一种采用高能电磁辅助生物制剂促进污泥发酵产酸的方法与流程

1.本发明涉及污泥发酵技术领域，特别涉及一种采用高能电磁辅助生物制剂促进污泥发酵产酸的方法。


背景技术：

2.污泥处理已成为当下备受关注的问题之一，国外污泥处理技术较为完善，如美国针对污泥处理已经建立了630多个氧化处理设施和680多个发酵处理设施，整体的污泥处理量可以达到85％。相比之下，我国污泥处理技术还不够完善，而且我国污水处理厂的污泥具有有机质低，含沙量大，产量大等特点。我国的污泥处理发展过程中，污泥处理手段有污泥填埋法，污泥焚烧法，热水解法和微生物发酵法等，但是这些方法存在很多缺点，如污泥填埋法会对植物产生毒害，也会对土壤和地下水造成污染；又如污泥焚烧法会消耗大量的能源，同时也会对大气造成污染。
3.所以，传统的污泥处理方式会对环境造成大量的污染，对环境很不利，同时也会消耗过量的能源，处理后的污泥无法再利用。因此，提供一种尽可能清洁，污染和消耗少，可以将污泥再利用的污泥处理方式具有重要意义。


技术实现要素：

4.本发明为了解决上述技术问题，提供一种采用高能电磁辅助生物制剂促进污泥发酵产酸的方法，该方法不仅对环境污染小，成本较低，而且还真正意义上实现了污泥的减量化和再利用。
5.本发明是采用以下技术方案得以实现的。
6.一种采用高能电磁辅助生物制剂促进污泥发酵产酸的方法，包括以下步骤：
7.s1.将污泥进行高能电磁预处理，设定频率为140-500khz，振幅为20-90％，高能电磁处理时间为15-45min，功率为1000-5000w；
8.s2.将预处理后的污泥与复合生物酶制剂按质量比为(1200-3000):1的比例混合，搅拌混合30-60分钟，得到污泥和复合生物酶制剂的混合液；
9.s3.向污泥和复合生物酶制剂的混合液中加入复合菌株，在反应温度为35-60℃，ph值为6.5-9.5的条件下进行厌氧发酵，复合菌株与预处理后的污泥的质量比为1:(600-1000)；反应5-20小时后得到可利用碳源和甲烷、氢气副产物。
10.进一步的，步骤s1中，所述污泥的mlss为4000-8000mg/l，含水率90％-98％，scod为200-1000mg/l，ph为6-9。
11.进一步的，步骤s1中，高能电磁频率为300-500khz，振幅为40-80％，高能电磁处理时间为25-45min，功率为3000-4500w。
12.进一步的，步骤s2中，所述复合生物酶制剂的各组分质量百分数为：蛋白酶5-35％，淀粉酶8-35％，纤维素酶8-35％，溶菌酶5-30％，脂肪酶8-25％，糖化酶5-25％，β-葡聚糖酶5-20％。
13.进一步的，步骤s3中，所述复合菌株的各组分质量百分数为：产乙酸嗜蛋白质菌(proteiniphium)20-35％，拟杆菌(bacteroides)10-20％，丙酸杆菌(propionibacterium)10-30％，乳酸杆菌(lactobacillus)10-25％，氨基酸杆菌(acidaminobacter)5-25％。
14.进一步的，步骤s3中，所述可利用碳源为挥发性脂肪酸，所述挥发性脂肪酸包括乙酸，丙酸，丁酸、正戊酸和异戊酸。
15.本技术具有以下有益效果。
16.本发明首先将污泥经过高能电磁波处理，利用高能电磁波机械剪切力和热效应，将污泥中的微生物细胞破壁促使内容物流出，使微生物中的大分子有机物流入到液相中，之后加入生物酶制剂对流出的大分子有机物进行处理并加入复合菌株进行厌氧发酵，发酵一段时间后产生大量的挥发性脂肪酸(vfas)。与现有技术相比，本技术方法采用高效的污泥破壁技术，更高效的促进污泥发酵产挥发性脂肪酸，不仅清洁环保，对环境污染小，还高效地实现了污泥减量和污泥的二次利用。另外，本技术通过高能电磁辅助生物制剂促进污泥发酵产酸比单独使用高能电磁波处理污泥或者生物酶制剂处理污泥的处理效果好，缩短了发酵周期，提高了产酸量。
附图说明
17.图1为本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
18.以下结合实施例对本专利申请进行进一步的说明。
19.以下制备例和实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；以下制备例和实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
20.实施例1
21.某污水处理厂的剩余污泥，mlss为4000mg/l，含水率98％，scod为200mg/l，ph为7.5。
22.步骤1)所取的剩余污泥经过高能电磁预处理，设定频率为300khz，振幅为40％，高能电磁处理时间为25min，功率为3000w，将剩余污泥中微生物细胞璧破碎。
23.步骤2)将预处理后的剩余污泥与复合生物酶制剂按质量比为1200:1的比例加入到污泥厌氧发酵反应器中，通过搅拌将污泥和生物酶混合30分钟，得到污泥和复合生物酶制剂的混合液。所述复合生物酶制剂的各组分质量百分数为：蛋白酶25％，淀粉酶15％，纤维素酶15％，溶菌酶5％，脂肪酶10％，糖化酶10％，β-葡聚糖酶20％。
24.步骤3)将复合菌株按照质量比为600:1的比例(预处理后的剩余污泥：复合菌株＝600:1)加入污泥厌氧发酵反应器中进行厌氧发酵，设定反应温度为60℃，ph值为9.5，反应20小时，促进污泥减量，产生挥发性脂肪酸作为可利用的碳源，同时产生甲烷、氢气副产物。所述复合菌株的各组分质量百分数为产乙酸嗜蛋白质菌(proteiniphium)35％，拟杆菌(bacteroides)20％，丙酸杆菌(propionibacterium)30％，乳酸杆菌(lactobacillus)10％，氨基酸杆菌(acidaminobacter)5％。
25.经上述处理后，所获得的可利用的碳源vfas为5380mg cod/l。
26.实施例2
27.某炼化企业污水厂的剩余污泥，mlss为8000mg/l，含水率95％，scod为1000mg/l，ph为9。
28.步骤1)所取的剩余污泥经过高能电磁预处理，设定频率为500khz，振幅为80％，高能电磁处理时间为45min，功率为4500w，将剩余污泥中微生物细胞璧破碎。
29.步骤2)将预处理后的剩余污泥与复合生物酶制剂按质量比为1500:1的比例加入到污泥厌氧发酵反应器中，通过搅拌将污泥和生物酶混合45分钟，得到污泥和复合生物酶制剂的混合液。所述复合生物酶制剂的各组分质量百分数为：蛋白酶5％，淀粉酶9％，纤维素酶8％，溶菌酶30％，脂肪酶18％，糖化酶25％，β-葡聚糖酶5％。
30.步骤3)将复合菌株按照质量比为700:1的比例(预处理后的剩余污泥：复合菌株＝700:1)加入污泥厌氧发酵反应器中进行厌氧发酵，设定反应温度为50℃，ph值为8.0，反应5小时，促进污泥减量，产生挥发性脂肪酸作为可利用的碳源，同时产生甲烷、氢气副产物。所述复合菌株的各组分质量百分数为产乙酸嗜蛋白质菌(proteiniphium)20％，拟杆菌(bacteroides)10％，丙酸杆菌(propionibacterium)20％，乳酸杆菌(lactobacillus)25％，氨基酸杆菌(acidaminobacter)25％。
31.经上述处理后，所获得的可利用的碳源vfas为8300mg cod/l。
32.实施例3
33.某煤化企业污水厂的剩余污泥，mlss为6000mg/l，含水率90％，scod为800mg/l，ph为7.5。
34.步骤1)所取的剩余污泥经过高能电磁预处理，设定频率为400khz，振幅为60％，高能电磁处理时间为35min，功率为4200w，将剩余污泥中微生物细胞璧破碎。
35.步骤2)将预处理后的剩余污泥与复合生物酶制剂按质量比为2000:1的比例加入到污泥厌氧发酵反应器中，通过搅拌将污泥和生物酶混合50分钟，得到污泥和复合生物酶制剂的混合液。所述复合生物酶制剂的各组分质量百分数为：蛋白酶25％，淀粉酶20％，纤维素酶25％，溶菌酶10％，脂肪酶10％，糖化酶5％，β-葡聚糖酶5％。
36.步骤3)将复合菌株按照质量比为1000:1的比例(预处理后的剩余污泥：复合菌株＝1000:1)加入污泥厌氧发酵反应器中进行厌氧发酵，设定反应温度为50℃，ph值为6.5，反应10小时，促进污泥减量，产生挥发性脂肪酸作为可利用的碳源，同时产生甲烷、氢气副产物。所述复合菌株的各组分质量百分数为产乙酸嗜蛋白质菌(proteiniphium)30％，拟杆菌(bacteroides)15％，丙酸杆菌(propionibacterium)10％，乳酸杆菌(lactobacillus)20％，氨基酸杆菌(acidaminobacter)25％。
37.经上述处理后，所获得的可利用的碳源vfas为6210mg cod/l。
38.实施例4
39.某油田污水处理站的剩余污泥，mlss为7000mg/l，含水率93％，scod为700mg/l，ph为8.2。
40.步骤1)所取的剩余污泥经过高能电磁预处理，设定频率为430khz，振幅为65％，高能电磁处理时间为40min，功率为4300w，将剩余污泥中微生物细胞璧破碎。
41.步骤2)将预处理后的剩余污泥与复合生物酶制剂按质量比为3000:1的比例加入到污泥厌氧发酵反应器中，通过搅拌将污泥和生物酶混合60分钟，得到污泥和复合生物酶制剂的混合液。所述复合生物酶制剂的各组分质量百分数为：蛋白酶10％，淀粉酶12％，纤
维素酶28％，溶菌酶8％，脂肪酶12％，糖化酶15％，β-葡聚糖酶15％。
42.步骤3)将复合菌株按照质量比为900:1的比例(预处理后的剩余污泥：复合菌株＝900:1)加入污泥厌氧发酵反应器中进行厌氧发酵，设定反应温度为53℃，ph值为8.1，反应17小时，促进污泥减量，产生挥发性脂肪酸作为可利用的碳源，同时产生甲烷、氢气副产物。所述复合菌株的各组分质量百分数为产乙酸嗜蛋白质菌(proteiniphium)24％，拟杆菌(bacteroides)16％，丙酸杆菌(propionibacterium)27％，乳酸杆菌(lactobacillus)23％，氨基酸杆菌(acidaminobacter)10％。
43.经上述处理后，所获得的可利用的碳源vfas为4535mg cod/l。
44.实施例5
45.某印染企业污水厂的剩余污泥，mlss为7520mg/l，含水率94％，scod为930mg/l，ph为8.8。
46.步骤1)所取的剩余污泥经过高能电磁预处理，设定频率为370khz，振幅为74％，高能电磁处理时间为43min，功率为3800w，将剩余污泥中微生物细胞璧破碎。
47.步骤2)将预处理后的剩余污泥与复合生物酶制剂按质量比为1200:1的比例加入到污泥厌氧发酵反应器中，通过搅拌将污泥和生物酶混合30分钟，得到污泥和复合生物酶制剂的混合液。所述复合生物酶制剂的各组分质量百分数为：蛋白酶5％，淀粉酶16％，纤维素酶24％，溶菌酶13％，脂肪酶22％，糖化酶5％，β-葡聚糖酶15％。
48.步骤3)将复合菌株按照质量比为600:1的比例(预处理后的剩余污泥：复合菌株＝600:1)加入污泥厌氧发酵反应器中进行厌氧发酵，设定反应温度为57℃，ph值为7.8，反应13小时，促进污泥减量，产生挥发性脂肪酸作为可利用的碳源，同时产生甲烷、氢气副产物。所述复合菌株的各组分质量百分数为产乙酸嗜蛋白质菌(proteiniphium)30％，拟杆菌(bacteroides)12％，丙酸杆菌(propionibacterium)23％，乳酸杆菌(lactobacillus)18％，氨基酸杆菌(acidaminobacter)17％。
49.经上述处理后，所获得的可利用的碳源vfas为5560mg cod/l。
50.对比例1
51.某污水处理厂的剩余污泥，mlss为4000mg/l，含水率98％，scod为200mg/l，ph为7.5。
52.步骤1)所取的剩余污泥加入到污泥厌氧发酵反应器中，进行搅拌混合，设定反应温度为60℃，ph值为9.5，反应20小时，产生挥发性脂肪酸作为可利用的碳源，同时产生甲烷、氢气副产物。
53.经上述处理后，所获得的可利用的碳源vfas为720mg cod/l。
54.对比例2
55.某炼化企业污水厂的剩余污泥，mlss为8000mg/l，含水率95％，scod为1000mg/l，ph为9。
56.步骤1)所取的剩余污泥加入到污泥厌氧发酵反应器中，进行搅拌混合，设定反应温度为50℃，ph值为8.0，反应5小时，产生挥发性脂肪酸作为可利用的碳源，同时产生甲烷、氢气副产物。
57.经上述处理后，所获得的可利用的碳源vfas为455mg cod/l。
58.对比例3
59.某煤化企业污水厂的剩余污泥，mlss为6000mg/l，含水率90％，scod为800mg/l，ph为7.5。
60.步骤1)所取的剩余污泥加入到污泥厌氧发酵反应器中，进行搅拌混合，设定反应温度为50℃，ph值为6.5，反应10小时，促进污泥减量，产生挥发性脂肪酸作为可利用的碳源，同时产生甲烷、氢气副产物。
61.经上述处理后，所获得的可利用的碳源vfas为571mg cod/l。
62.对比例4
63.某油田污水处理站的剩余污泥，mlss为7000mg/l，含水率93％，scod为700mg/l，ph为8.2。
64.步骤1)所取的剩余污泥加入到污泥厌氧发酵反应器中，进行搅拌混合，设定反应温度为53℃，ph值为8.1，反应17小时，促进污泥减量，产生挥发性脂肪酸作为可利用的碳源，同时产生甲烷、氢气副产物。
65.经上述处理后，所获得的可利用的碳源vfas为648mg cod/l。
66.对比例5
67.某印染企业污水厂的剩余污泥，mlss为7520mg/l，含水率94％，scod为930mg/l，ph为8.8。
68.步骤1)所取的剩余污泥加入到污泥厌氧发酵反应器中，进行搅拌混合，设定反应温度为57℃，ph值为7.8，反应13小时，促进污泥减量，产生挥发性脂肪酸作为可利用的碳源，同时产生甲烷、氢气副产物。
69.经上述处理后，所获得的可利用的碳源vfas为718mg cod/l。
70.以上实验结果可以看出，与传统的采用厌氧发酵的方法处理污泥相比，本技术技术方案最终得到的碳源vfas量较高，这是因为本技术方法是通过高能电磁的机械力剪碎微生物细胞，显著提高了微生物细胞内容物流出。加之配制的生物制剂采用的是绿色生物酶和生物菌剂，不仅促进了污泥减量，也促进了vfas的形成，因此，高能电磁辅助生物制剂促进污泥发酵产酸技术是一种高效的环境友好型技术。
71.本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种采用高能电磁辅助生物制剂促进污泥发酵产酸的方法，其特征在于：包括以下步骤：s1.将污泥进行高能电磁预处理，设定频率为140-500khz，振幅为20-90％，高能电磁处理时间为15-45min，功率为1000-5000w；s2.将预处理后的污泥与复合生物酶制剂按质量比为(1200-3000):1的比例混合，搅拌混合30-60分钟，得到污泥和复合生物酶制剂的混合液；s3.向污泥和复合生物酶制剂的混合液中加入复合菌株，在反应温度为35-60℃，ph值为6.5-9.5的条件下进行厌氧发酵，复合菌株与预处理后的污泥的质量比为1:(600-1000)；反应5-20小时后得到可利用碳源和甲烷、氢气副产物。2.根据权利要求1所述的一种采用高能电磁辅助生物制剂促进污泥发酵产酸的方法，其特征在于：步骤s1中，所述污泥的mlss为4000-8000mg/l，含水率90％-98％，scod为200-1000mg/l，ph为6-9。3.根据权利要求1所述的一种采用高能电磁辅助生物制剂促进污泥发酵产酸的方法，其特征在于：步骤s1中，高能电磁频率为300-500khz，振幅为40-80％，高能电磁处理时间为25-45min，功率为3000-4500w。4.根据权利要求1所述的一种采用高能电磁辅助生物制剂促进污泥发酵产酸的方法，其特征在于：步骤s2中，所述复合生物酶制剂的各组分质量百分数为：蛋白酶5-35％，淀粉酶8-35％，纤维素酶8-35％，溶菌酶5-30％，脂肪酶8-25％，糖化酶5-25％，β-葡聚糖酶5-20％。5.根据权利要求1所述的一种采用高能电磁辅助生物制剂促进污泥发酵产酸的方法，其特征在于：步骤s3中，所述复合菌株的各组分质量百分数为：产乙酸嗜蛋白质菌20-35％，拟杆菌10-20％，丙酸杆菌10-30％，乳酸杆菌10-25％，氨基酸杆菌5-25％。6.根据权利要求1所述的一种采用高能电磁辅助生物制剂促进污泥发酵产酸的方法，其特征在于：步骤s3中，所述可利用碳源为挥发性脂肪酸，所述挥发性脂肪酸包括乙酸，丙酸，丁酸、正戊酸和异戊酸。

技术总结
本发明公开了一种采用高能电磁辅助生物制剂促进污泥发酵产酸的方法，步骤如下：将污泥进行高能电磁预处理，设定频率为140-500kHz，振幅为20-90％，高能电磁处理时间为15-45min，功率为1000-5000W；将预处理后的污泥与复合生物酶制剂按质量比为(1200-3000):1的比例混合，搅拌混合30-60分钟，随后加入复合菌株在反应温度为35-60℃，pH值为6.5-9.5的条件下进行厌氧发酵，得到挥发性脂肪酸。本申请方法对环境友好，成本较低，不仅促进污泥减量，还生成了可以利用的碳源挥发性脂肪酸。还生成了可以利用的碳源挥发性脂肪酸。还生成了可以利用的碳源挥发性脂肪酸。


技术研发人员：王昊龙 赵瑜涵 周立山 孙建阳 刘丽强 蔡巷 肖彩英 李亮 靳晓霞
受保护的技术使用者：中海油能源发展股份有限公司
技术研发日：2023.02.28
技术公布日：2023/7/13