申请日2017.01.13
公开(公告)日2017.06.20
IPC分类号C02F11/04; C05F7/00
摘要
本发明提供一种主要利用蒽醌‑2,6‑二磺酸盐(AQDS)作为电子穿梭物质和电子受体的功能来强化剩余污泥厌氧消化中微生物间互养代谢，加快水解酸化过程，利用构造简单造价低廉的装置经以下步骤提高甲烷的产量：将含固率低于10%的剩余污泥与接种污泥和AQDS混合均匀，并在厌氧发酵罐中发酵20至25天，最佳为22天，发酵过程中，定期用氮气对发酵罐内的污泥曝气，搅拌和去除氧气，并收集产生的甲烷气体。试验表明AQDS浓度为0.2mmoL/L时甲烷累计产量比空白(不加AQDS)增加了24.05%。发酵结束后，污泥静置进行泥水分离，上清液回流至调节池，富含大量氮磷元素的泥渣可用于农业生产。本发明促进剩余污泥产甲烷的方法技术简单、易操作，用于新建的和现有的污泥处理工艺中，可有效地增加甲烷的产量。
权利要求书
1.一种利用蒽醌‐2,6‐二磺酸盐(AQDS)促进剩余污泥产甲烷的装置，其特征在于：包括侧壁上方设有进料口(4)而下方设有排泥口(8)的发酵罐(5)，所述发酵罐(5)的上盖设有出气管(7)而罐底设有曝气装置(6);设有搅拌器(2)的调节池(1)的下侧经蠕动泵(3)与所述发酵罐(5)侧壁下方设有的排泥口(8)相连接。
2.一种使用权利要求1所述装置促进剩余污泥产甲烷的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将取自污水处理厂的待处理高固剩余活性污泥、AQDS使用液(0.1mmoL/L)、水以及接种污泥在调节池(1)中充分混合;其中：引种污泥与待处理污泥体积比为8:1混合后，污泥含固率低于10%;AQDS的浓度在0.1‐0.3mmoL/L之间，最佳浓度为0.2mmoL/L;开启搅拌器(2)进行搅拌，使待处理活性污泥、微生物与AQDS充分混合。
2)启动蠕动泵(3)将调节池(1)中的污泥经进样口(4)排入厌氧发酵罐(5)中进行厌氧发酵;用时8‐12天，第10天达到如期效果;当发酵罐中污泥产甲烷稳定后，调节池(1)中不必再应用引种污泥;污泥在发酵罐(5)中的水力停留时间为22天;发酵罐底部设置曝气孔均匀分布的氮气曝气装置(6)，其中，N2流量为5L/min，每4h启动一次，每次曝气30min;发酵罐上部的出气口(7)进行对发酵气体进行收集。
3)经排泥管(8)排出的处理后的污泥，进行泥水充分分离，液体回流至调节池(1)。
说明书
利用蒽醌‐2,6‐二磺酸盐(AQDS)促进剩余污泥产甲烷的方法
技术领域
本发明属于剩余污泥处理领域。
技术背景
由于产量大、处理成本高及潜在的环境危害性，来自污水处理厂的剩余活性污泥越来越受到人们的重视。污泥的厌氧生物处理可以利用微生物处理污泥，降低污泥中有机物含量，减少污泥填埋对地下水的危害，与此同时，厌氧消化成本相对较低，并且产生甲烷等可燃气体，所以厌氧消化被认为是目前最节能、最有潜力的剩余活性污泥处理方式之一。
然而，一个限制污泥厌氧消化效率的重要因素是其相对较缓慢的水解酸化过程。污泥中含有成分比较复杂的物质(如，多糖、蛋白)，它们必须分解为小分子物质才可以进行产氢产乙酸进而产甲烷，但是这些复杂的大分子物质的分解速率相对缓慢，进而会影响后续的产甲烷。目前主要应用酸处理、碱处理、机械处理及热处理等预处理手段提高水解酸化速率，但是这些技术成本高，而且操作复杂，很难应用在实际中。
腐殖质及其模式物由于其结构上具有接受电子的醌类基团的特点，可以作为末端电子受体，支持有机酸盐、氯代化合物、芳香族化合物等有机化合物的厌氧生物氧化。但是由于腐殖质结构复杂，实验室中常用其同类物质蒽醌-2,6-二磺酸盐(AQDS)，如AQDS可以直接作为乙酸和丁酸的电子受体，
Acetate-+4H2O+4AQDS→4AH2QDS+2HCO3-+H+
Lactate-+2H20+2AQDS→2AH2QDS+aeetate-+HCO3-+H+
并且，这种结构特点，使其还可以作为电子穿梭物质，在生物或非生物降解有机污染物如偶氮染料、多卤取代化合物、硝基取代芳香族化合物等以及还原无机化合物如Fe(Ⅲ)、Cr(VI)、U(VI)等过程中起到极其重要的传递电子的作用。在这过程中，腐殖质类物质(如，AQDS)结构中的醌类基团的氧化态形式可以结合来自电子供体的电子转化为还原态的羟醌，又可以将电子转移给亲电子物质使之还原，还原态的腐殖质即重新转化为氧化态，其氧化态/还原态的循环形成实现对污染物质持续的还原转化。因此以腐殖质及其模式物作为电子受体或电子穿梭物质，利用腐殖质还原微生物厌氧降解有机污染物技术及其原理在环境生物修复领域具有巨大的应用前景。本发明就是运用上述AQDS作为电子受体和电子穿梭体的功能，在污泥的厌氧消化中，利用腐殖质还原微生物氧化污泥中的某些有机物，尤其是难降解物质，加快污泥的水解酸化过程，进而强化产甲烷过程。
发明内容
为克服现有技术中的缺陷，本发明提出以下技术方案：一种利用蒽醌-2,6-二磺酸盐(AQDS)促进剩余污泥产甲烷的装置，其特征在于：包括侧壁上方设有进料口而下方设有排泥口的发酵罐。发酵罐的上盖设有出气管而罐底设有曝气装置。设有搅拌器的调节池的下侧经蠕动泵与发酵罐侧壁下方设有的排泥口相连接。
一种使用上述装置促进剩余污泥产甲烷的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将取自污水处理厂的待处理高固剩余活性污泥、AQDS使用液(0.1mmoL/L)、水以及接种污泥在调节池1中充分混合。其中：引种污泥与待处理污泥体积比为8:1。混合后，污泥含固率低于10%;AQDS的浓度在0.1‐0.3mmoL/L之间，最佳浓度为0.2mmoL/L。开启搅拌器2进行搅拌，使待处理活性污泥、微生物与AQDS充分混合。
2)启动蠕动泵3将调节池1中的污泥经进样口4排入厌氧发酵罐5中进行厌氧发酵，用时8‐12天，第10天达到如期效果。当发酵罐中污泥产甲烷稳定后，调节池1中不必再应用引种污泥。污泥在发酵罐5中的水力停留时间为22天。发酵罐底部设置曝气孔均匀分布的氮气曝气装置6，其中，N2流量为5L/min，每4h启动一次，每次曝气30min。发酵罐上部的出气口7进行对发酵气体进行收集。
3)经排泥管8排出的处理后的污泥，进行泥水充分分离，液体回流至调节池1。
采用本发明上述技术方案即应用AODS作为电子穿梭物质和电子受体的主要功能促进剩余污泥厌氧发酵后的减量化，并且提高了甲烷产量，发酵后的泥渣含有大量的氮磷元素，可用于农业生产。该方法方便、易操作。
