專利名稱：一種城市污水廠剩余污泥資源化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及剩余污泥資源化方法。
背景技術(shù)：
活性污泥法是目前世界上應(yīng)用最廣泛的污水生物處理技術(shù)。在活性污泥微生物的代謝作用下，污水中的有機物得到降解去除，同時活性污泥得到增長。增殖的活性污泥微生物從系統(tǒng)中排出，稱為“剩余污泥”。剩余污泥產(chǎn)量多，可達到達到污水處理量的0.3%-0.5% ；處理難度大，污泥中的有機物大部分為細(xì)胞物質(zhì)，這些有機物為細(xì)胞壁所包裹，難以為微生物所利用；處理設(shè)施投資高，可占污水處理廠投資和運行費用的25%-65%。污泥的處理處置成為城市環(huán)境和污水處理廠所面臨的沉重負(fù)擔(dān)。剩余污泥的常規(guī)處理處置方法主要有衛(wèi)生填埋，焚燒熱能利用以及傳統(tǒng)的好氧消化和厭氧消化。污泥的填埋是最為方便直接的剩余污泥處置方法，它投資少，容量大，見效快，但占地量大，運輸成本高，且造成填埋場周圍的環(huán)境惡化，遭受滲浙水，臭氣的困擾。焚燒可以使剩余污泥的體積減少到最小，是一種相對安全的處置方式，但是投資費用高，消耗大量能源，而且還存在煙氣二次污染問題。當(dāng)產(chǎn)生的污泥量不大時可以考慮采用好氧消化，而多數(shù)情況下，采用好氧消化處理是不經(jīng)·濟的。污泥的厭氧消化，不但能夠減少污泥的重量和體積，而且能以沼氣的形式回收污泥中生物質(zhì)能。但污泥中的有機物大部分為細(xì)胞物質(zhì)，這些有機物為細(xì)胞壁所包裹，難以為微生物所利用程造成污泥消化過程停留時間長。剩余污泥主要為污泥微生物細(xì)胞，含有豐富的有機物(蛋白質(zhì)、糖類、脂類)、營養(yǎng)元素(磷、鉀等屬離子)。蛋白質(zhì)和多糖為主要成分，在揮發(fā)性有機物中，蛋白和多糖占約90%，其中蛋白約為75.6%，多糖約為15%。以剩余污泥為生物質(zhì)進行生物產(chǎn)氫，既能夠處理剩余污泥又能夠產(chǎn)生清潔能源，具有良好的環(huán)境和經(jīng)濟效益，因此近年來受到了廣泛關(guān)注。然而，目前剩余污泥存在難于培養(yǎng)產(chǎn)氫菌，且獲得的氫氣產(chǎn)量少，導(dǎo)致剩余污泥培養(yǎng)微生物的成本高，污泥資源化利用效率低，而未被很好的利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決目前剩余污泥存在難于培養(yǎng)產(chǎn)氫菌，獲得的氫氣產(chǎn)量少，導(dǎo)致剩余污泥培養(yǎng)微生物的成本高，污泥資源化利用效率低的問題，而提供的一種城市污水廠剩余污泥資源化方法。一種城市污水廠剩余污泥資源化方法，具體是按照以下步驟完成的:一、將污水處理廠二沉池的剩余污泥進行濃縮，得到含水率為95% 98%的剩余污泥；二、采用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)濃縮的剩余污泥的pH值至12,反應(yīng)30min 90min,然后將剩余污泥在超聲條件下破碎IOmin 25min，其中超聲頻率為20KHz 44KHz，超聲強度為 0.5ff/mL 4W/mL ；三、將步驟二處理后的剩余污泥放入微波反應(yīng)釜中，進行微波輻照，微波功率為200W 700W，微波輻照時間為Imin lOmin，得到混合液；四、將步驟三得到的混合液離心分離，取上清液，即為污泥水解液；五、將步驟四得到的污泥水解液加入葡萄糖，再調(diào)節(jié)pH值至6.8 7.0，然后在氮氣氣氛下保持厭氧環(huán)境，再經(jīng)高壓滅菌，得到污泥水解液培養(yǎng)基，其中葡萄糖投放量為Ig/L 20g/L ；六、在步驟五得到的污泥水解液培養(yǎng)基中按體積百分含量為10%的比例接種對數(shù)生長期的產(chǎn)氫微生物，在溫度為37°C條件下連續(xù)培養(yǎng)，培養(yǎng)時間為36h 48h，完成一種城市污水廠剩余污泥資源化方法；其中產(chǎn)氫微生物為哈工大產(chǎn)乙醇桿菌B49 (Ethanologenbacterium hit B49),它的保藏編號為CGMCC N0.1153，保藏地址為北京市朝陽區(qū)北辰西路I號院，保藏單位為中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心。上述所用的產(chǎn)氫微生物為哈工大產(chǎn)乙醇桿菌B49 (Ethanologenbacterium hitB49)購買得到。本發(fā)明的有益效果是:1、剩余污泥經(jīng)過本發(fā)明處理后，含有豐富的蛋白質(zhì)、多糖和營養(yǎng)鹽類，可以微生物的培養(yǎng)提供充足的氮源、鹽類和微量元素等，為污泥資源化提供了新的途徑；2、污泥水解液可以有效的替代微生物培養(yǎng)基的基本成分，有效降低微生物培養(yǎng)成本；3、在污泥水解液培養(yǎng)基中按體積百分含量為10%的比例接種對數(shù)生長期的產(chǎn)氫微生物，在溫度為37°C條件下連續(xù)培養(yǎng)，測定累計產(chǎn)氫量，累計產(chǎn)氫量達到2215ml H2/L培養(yǎng)基，達到標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)基產(chǎn)氫效果的92.72 %，降低了微生物培養(yǎng)的成本，提高污泥資源化利用效率。本發(fā)明用于城市污水廠剩余污泥資源化。


圖1為實施例一和對比實驗中哈工大產(chǎn)乙醇桿菌B49產(chǎn)氫效能曲線圖，其中 代表對比實驗中哈工大產(chǎn)乙醇桿菌B49的產(chǎn)氫效能曲線，代表實施例一中
哈工大產(chǎn)乙醇桿菌B49的產(chǎn)氫效能曲線。
具體實施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉的具體實施方式
，還包括各具體實施方式
之間的任意組合。
具體實施方式
一:本實施方式一種城市污水廠剩余污泥資源化方法，具體是按照以下步驟完成的:一、將污水處理廠二沉池的剩余污泥進行濃縮，得到含水率為95% 98%的剩余污泥；二、采用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)濃縮的剩余污泥的pH值至12,反應(yīng)30min 90min,然后將剩余污泥在超聲條件下破碎IOmin 25min，其中超聲頻率為20KHz 44KHz，超聲強度為 0.5ff/mL 4W/mL ；三、將步驟二處理后的剩余污泥放入微波反應(yīng)釜中，進行微波輻照，微波功率為200W 700W，微波輻照時間為Imin lOmin，得到混合液；四、將步驟三得到的混合液離心分離，取上清液，即為污泥水解液；
五、將步驟四得到的污泥水解液加入葡萄糖，再調(diào)節(jié)pH值至6.8 7.0，然后在氮氣氣氛下保持厭氧環(huán)境，再經(jīng)高壓滅菌，得到污泥水解液培養(yǎng)基，其中葡萄糖投放量為Ig/L 20g/L ；六、在步驟五得到的污泥水解液培養(yǎng)基中按體積百分含量為10%的比例接種對數(shù)生長期的產(chǎn)氫微生物，在溫度為37°C條件下連續(xù)培養(yǎng)，培養(yǎng)時間為36h 48h，完成一種城市污水廠剩余污泥資源化方法；其中產(chǎn)氫微生物為哈工大產(chǎn)乙醇桿菌B49 (Ethanologenbacterium hit B49),它的保藏編號為CGMCC N0.1153，保藏地址為北京市朝陽區(qū)北辰西路I號院，保藏單位為中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心。本實施方式中所用的產(chǎn)氫微生物為哈工大產(chǎn)乙醇桿菌B49(Ethanologenbacterium hitB49)購買得到。本實施方式的有益效果是:1、剩余污泥經(jīng)過本實施方式處理后，含有豐富的蛋白質(zhì)、多糖和營養(yǎng)鹽類，可以微生物的培養(yǎng)提供充足的氮源、鹽類和微量元素等，為污泥資源化提供了新的途徑；2、污泥水解液可以有效的替代微生物培養(yǎng)基的基本成分，有效降低微生物培養(yǎng)成本；3、在污泥水解液培養(yǎng)基中按體積百分含量為10%的比例接種對數(shù)生長期的產(chǎn)氫微生物，在溫度為37°C條件下連續(xù)培養(yǎng)，測定累計產(chǎn)氫量，累計產(chǎn)氫量達到2215mlH2/L培養(yǎng)基，達到標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)基產(chǎn)氫效果的92.72%，降低了微生物培養(yǎng)的成本，提高污泥資源化利用效率。
具體實施方式
二:本實施方式與具體實施方式
一不同的是:步驟二中氫氧化鈉溶液的濃度為5mol/L。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三:本實施方式與具體實施方式
一不同的是:步驟二中超聲強度為
0.8W/mL 2W/mL。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四:本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是:步驟二中超聲強度為lW/mL 1.5W/mL。其它與具體實施方式
一至三之一相同。
具體實施方式
五:本實施方式與具體實施方式
一不同的是:步驟三中微波功率為300W 400W。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
六:本實施方式與具體實施方式
一至五之一不同的是:步驟三中微波功率為350W。其它與具體實施方式
一至五之一相同。
具體實施方式
七:本實施方式與具體實施方式
一不同的是:步驟五中高壓滅菌的溫度為121°C，高壓滅菌的時間為15min。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
八:本實施方式與具體實施方式
一不同的是:步驟五中采用濃度為lmol/L的稀鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
九:本實施方式與具體實施方式
一不同的是:步驟五中葡萄糖投放量為5g/L 15g/L。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十:本實施方式與具體實施方式
一至九之一不同的是:步驟五中葡萄糖投放量為10g/L。其它與具體實施方式
一至九之一相同。采用以下實施例和對比實驗驗證本發(fā)明的有益效果:實施例一:本實施例一種城市污水廠剩余 污泥資源化方法，具體是按照以下步驟完成的:
一、將污水處理廠二沉池的剩余污泥進行濃縮，得到含水率為98%的剩余污泥；二、采用濃度為5mol/L的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)濃縮的剩余污泥的pH值至12,反應(yīng)90min，然后將剩余污泥在超聲條件下破碎25min，其中超聲頻率為20KHz，超聲強度為IW/mL ；三、將步驟二處理后的剩余污泥放入微波反應(yīng)釜中，進行微波輻照，微波功率為350W，微波輻照時間為lOmin，得到混合液；四、將步驟三得到的混合液離心分離，取上清液，即為污泥水解液；五、將步驟四得到的污泥水解液加入葡萄糖，再調(diào)節(jié)pH值至7.0，然后在氮氣氣氛下保持厭氧環(huán)境，再經(jīng)高壓滅菌，得到污泥水解液培養(yǎng)基，其中葡萄糖投放量為10g/L，高壓滅菌的溫度為121 °C，高壓滅菌的時間為15min ；六、在步驟五得到的污泥水解液培養(yǎng)基中按體積百分含量為10%的比例接種對數(shù)生長期的產(chǎn)氫微生物，在溫度為37°C條件下連續(xù)培養(yǎng),培養(yǎng)時間為48h,完成一種城市污水廠剩余污泥資源化方法；其中產(chǎn)氫微生物為哈工大產(chǎn)乙醇桿菌B49 (Ethanologenbacterium hit B49),它的保藏編號為CGMCC N0.1153，保藏地址為北京市朝陽區(qū)北辰西路I號院，保藏單位為中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心。本實施例中所用的產(chǎn)氫微生物為哈工大產(chǎn)乙醇桿菌B49 (EthanologenbacteriumhitB49)購買得到。對比實驗:本對比實驗中哈工大產(chǎn)乙醇桿菌B49標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)氫培養(yǎng)基采用葡萄糖10g，胰蛋白陳4g，牛肉膏 2g，酵母汁 lg, NaC14g, K2HPO4L 5g，L-半膚氨酸 0.5g，F(xiàn)eSO4.7H200.lg，MgCl20.lg，微量元素I ml，維生素溶液1ml，pH值為7.0，蒸餾水1000ml ；上述微量元素為:FeCl.4Η201.8g, CoCl2.6Η200.01g, CuCl2.2Η200.0lg,MnCl2.4Η200.7g, ZnCl20.lg，硼酸 H3BO30.5g, NaSeO3.5Η200.01g，蒸餾水 1.0L ；上述維生素溶液成分為:生物素0.lg，煙酸0.35g，鹽酸硫胺素0.3g，對氨基苯甲酸0.2g,泛酸 丐0.1g,維生素B120.05g,鹽酸卩比卩多銨0.1g,蒸懼水IOOOrnl ；在上述哈工大產(chǎn)乙醇桿菌B49標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)氫培養(yǎng)基中按體積百分含量為10%的比例接種對數(shù)生長期的產(chǎn)氫微生物，在溫度為37°C條件下連續(xù)培養(yǎng)，培養(yǎng)時間48h，其中產(chǎn)氫微生物為哈工大產(chǎn)乙醇桿菌B49 (Ethanologenbacterium hit B49),它的保藏編號為CGMCCN0.1153，保藏地址為北京市朝陽區(qū)北辰西路I號院，保藏單位為中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心。本對比實驗中所用的產(chǎn)氫微生物為哈工大產(chǎn)乙醇桿菌B49(Ethanologenbacterium hitB49)購買得到。上述實施例和對比實驗中哈工大產(chǎn)乙醇桿菌B49的發(fā)酵類型為乙醇型發(fā)酵，產(chǎn)氫能力較高居國際前列。上述實施例一和對比實驗中哈工大產(chǎn)乙醇桿菌B49產(chǎn)氫效能曲線圖如圖1所示，其中代表對比實驗中哈工大產(chǎn)乙醇桿菌B49的產(chǎn)氫效能曲線，代表實施例一中哈工大產(chǎn)乙醇桿菌B49的產(chǎn)氫效能曲線，從圖中可知在實施例一的污泥水解液培養(yǎng)基中按體積百分含量為10%的比例接種對數(shù)生長期的產(chǎn)氫微生物， 在溫度為37°C條件下連續(xù)培養(yǎng)，培養(yǎng)時間為48h，測定累計產(chǎn)氫量達到2215ml H2/L培養(yǎng)基，達到標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)基產(chǎn)氫效果的92.72%，降低了微生物培養(yǎng)的成本，提高污泥資源化利用效率。本發(fā)明的有益效果是:1、剩余污泥經(jīng)過本發(fā)明處理后，含有豐富的蛋白質(zhì)、多糖和營養(yǎng)鹽類，可以微生物的培養(yǎng)提供充足的氮源、鹽類和微量元素等，為污泥資源化提供了新的途徑；2、污泥水解液可以有效的替代微生物培養(yǎng)基的基本成分，有效降低微生物培養(yǎng)成本；3、在污泥水解液培養(yǎng)基中按體積百分含量為10%的比例接種對數(shù)生長期的產(chǎn)氫微生物，在溫度為37°C條件下連續(xù)培養(yǎng)，測定累計產(chǎn)氫量，累計產(chǎn)氫量達到2215ml H2/L培養(yǎng)基，達到標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)基產(chǎn)氫效果的92.72%， 降低了微生物培養(yǎng)的成本，提高污泥資源化利用效率。
權(quán)利要求
1.一種城市污水廠剩余污泥資源化方法，其特征在于一種城市污水廠剩余污泥資源化方法，具體是按照以下步驟完成的: 一、將污水處理廠二沉池的剩余污泥進行濃縮，得到含水率為95% 98%的剩余污泥； 二、采用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)濃縮的剩余污泥的pH值至12,反應(yīng)30min 90min,然后將剩余污泥在超聲條件下破碎IOmin 25min，其中超聲頻率為20KHz 44KHz，超聲強度為0.5ff/mL 4W/mL ； 三、將步驟二處理后的剩余污泥放入微波反應(yīng)釜中，進行微波輻照，微波功率為200W 700W，微波輻照時間為Imin lOmin，得到混合液； 四、將步驟三得到的混合液離心分離，取上清液，即為污泥水解液； 五、將步驟四得到的污泥水解液加入葡萄糖，再調(diào)節(jié)PH值至6.8 7.0，然后在氮氣氣氛下保持厭氧環(huán)境，再經(jīng)高壓滅菌，得到污泥水解液培養(yǎng)基，其中葡萄糖投放量為lg/L 20g/L ； 六、在步驟五得到的污泥水解液培養(yǎng)基中按體積百分含量為10%的比例接種對數(shù)生長期的產(chǎn)氫微生物，在 溫度為37°C條件下連續(xù)培養(yǎng)，培養(yǎng)時間為36h 48h，完成一種城市污水廠剩余污泥資源化方法； 其中產(chǎn)氫微生物為哈工大產(chǎn)乙醇桿菌B49 (Ethanologenbacterium hit B49),它的保藏編號為CGMCC N0.1153，保藏地址為北京市朝陽區(qū)北辰西路I號院，保藏單位為中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城市污水廠剩余污泥資源化方法，其特征在于步驟二中氫氧化鈉溶液的濃度為5mol/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城市污水廠剩余污泥資源化方法，其特征在于步驟二中超聲強度為0.8ff/mL 2W/mL。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種城市污水廠剩余污泥資源化方法，其特征在于步驟二中超聲強度為lW/mL 1.5W/mL。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城市污水廠剩余污泥資源化方法，其特征在于步驟三中微波功率為300W 400W。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種城市污水廠剩余污泥資源化方法，其特征在于步驟三中微波功率為350W。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城市污水廠剩余污泥資源化方法，其特征在于步驟五中高壓滅菌的溫度為121°C，高壓滅菌的時間為15min。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城市污水廠剩余污泥資源化方法，其特征在于步驟五中采用濃度為lmol/L的稀鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城市污水廠剩余污泥資源化方法，其特征在于步驟五中葡萄糖投放量為5g/L 15g/L。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種城市污水廠剩余污泥資源化方法，其特征在于步驟五中葡萄糖投放量為10g/L。
全文摘要
一種城市污水廠剩余污泥資源化方法，本發(fā)明涉及剩余污泥資源化方法。本發(fā)明要解決目前剩余污泥存在難于培養(yǎng)產(chǎn)氫菌，獲得的氫氣產(chǎn)量少，導(dǎo)致剩余污泥培養(yǎng)微生物的成本高，污泥資源化利用效率低的問題。方法一、濃縮；二、破碎；三、制備混合液；四、制備污泥水解液；五、制備污泥水解液培養(yǎng)基；六、培養(yǎng)。本發(fā)明產(chǎn)氫效果達到標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)基產(chǎn)氫效果的92.72%，降低了微生物培養(yǎng)的成本，提高污泥資源化利用效率。本發(fā)明用于城市污水廠剩余污泥資源化。
文檔編號C12R1/01GK103159386SQ20131008791
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月19日
發(fā)明者任南琪, 謝國俊, 劉冰峰, 丁杰, 任宏宇 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)