一種短時低溫熱預處理秸稈調質污泥共發酵產揮發酸的方法與流程

本發明屬于固體廢棄物處理技術領域，具體涉及一種短時低溫熱預處理秸稈調質的污泥共發酵產揮發酸的方法。

背景技術：

隨著生活污水水量逐年增加和處理標準日趨嚴格，剩余污泥的產生量顯著增加。污泥厭氧消化技術是目前針對污泥處理應用最廣泛的技術，但是水解階段嚴重限制了污泥厭氧發酵周期，同時剩余污泥普遍碳源含量過低，大都通過外加碳源來調節污泥的c/n比，促進污泥厭氧發酵的進程。為了加快污泥消化周期，實現污泥資源化利用，必需強化水解步驟，提高污泥中c/n。

對污泥進行預處理使細胞溶胞裂解是一種可行且高效的手段。目前，諸多研究表明，對剩余污泥進行預處理后可以有效縮短污泥發酸時間，顯著提高揮發酸（vfas）的濃度。研究表明熱解可有效提高污泥的厭氧消化性能和微生物降解率。其中，高溫(130～210℃)、短時(15～60min)預處理是一種常用的預處理方法，對污泥破壞程度大，但高溫作業缺點甚多，如能耗大、對設備要求高、操作運行危險等；低溫(50～100℃)熱解也是一種提升有機物降解性能的有效方式。采用低溫熱預處理可以有效利用工業廢熱資源。

秸稈是重要的生物質能源，我國每年衍生而來的農作物秸稈量相當龐大，最主要成分是碳水化合物，像粗蛋白和粗脂肪等只占很少的一部分。碳水化合物主要有纖維素類物質和可溶性糖類，這一點是秸稈可以作為污泥厭氧發酵外加碳源的關鍵。但是目前階段秸稈的利用方式單一，利用效率不高。如何經濟、環保、高效的利用秸稈是目前主要研究方向。

技術實現要素：

本發明提供了一種短時低溫熱預處理秸稈調質的污泥共發酵產揮發酸的方法，針對傳統污泥厭氧消化周期時間長、c/n比過低、發酵產酸效率低的缺點和為了達到高效回收污泥和秸稈生物質資源的目的，外加秸稈作為碳源，可以提高污泥中的c/n比，進行熱預處理操作可以破解污泥細胞，釋放有機質，加速水解過程，實現城市污水處理廠污泥的減量化、資源化和秸稈資源的有效利用。

本發明采用的技術方案如下：

一種短時低溫熱預處理秸稈調質污泥共發酵產揮發酸的方法，包括以下步驟：對作為外加碳源的玉米秸稈進行稀堿預處理；采用熱預處理技術處理經過秸稈調制的剩余污泥；將經過熱預處理后的泥漿進行中溫厭氧發酵，制取揮發性脂肪酸。

上述的一種短時低溫熱預處理秸稈調質污泥共發酵產揮發酸的方法，所述的稀堿預處理秸稈：將秸稈洗滌，于70℃下烘干至恒重，之后用電動粉碎機將其粉碎成粉末狀，對粉末狀玉米秸稈進行稀堿預處理，具體為首先按一定固液比混合，粉碎后的玉米秸稈：naoh溶液（質量分數為2%）=1g:10ml；接著將混合物放入70-100℃溫度下恒溫水浴，加熱1h后，再離心；然后除去混合液中的上清液，剩下的濾渣放入60-80℃烘箱中，烘干至恒重；再粉碎，常溫保存待用。

上述的一種短時低溫熱預處理秸稈調質污泥共發酵產揮發酸的方法，包括污泥的前處理：將污泥在4℃溫度下靜置沉淀24h，除去上清液，之后過濾至40目篩子，去除污泥中的沙礫等雜質顆粒。

上述的一種短時低溫熱預處理秸稈調質污泥共發酵產揮發酸的方法，所述的熱預處理秸稈調質的污泥方法是：將上述的剩余污泥與玉米秸稈按vss比例為1.5-3.0之間均勻混合，然后在40-60℃的恒定溫度下加熱25-40min。

上述的一種短時低溫熱預處理秸稈調質污泥共發酵產揮發酸的方法，將經過熱預處理后的調質污泥送入到中溫厭氧消化裝置中，通氮氣去除裝置中的氧，在35℃下進行中溫厭氧發酵，同時過程中以100r/min轉速攪拌，在反應進行到第五天提取揮發酸。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

（一）可以有效地回收農作物秸稈和剩余污泥生物質資源，同時可以采用工業廢熱資源作為低溫熱預處理的能量來源，避免資源能源浪費。

（二）在第五天揮發酸的產量達到最大值9822.49mgcod/l，相比較采用其他方式得到的酸產量有了顯著地增加，同時揮發酸組成上也發生了變化，乙酸丙酸含量明顯升高。產物具有很好的經濟價值。

附圖說明

圖1粉碎秸稈圖（實物圖）。

圖2scod的變化情況。

圖3總揮發酸變化情況。

圖4乙酸的變化情況。

圖5揮發酸最大產量時成分組成。

具體實施方式

下面通過具體實施例對本發明做進一步說明，但本發明并不局限于此。由于各地污水水質及所采用的處理工藝有所差別，預處理參數也會產生相應變化，因此在不違背本發明的實質和所附權利要求范圍的前提下，可對本發明中關鍵參數做適當調整。

實施例1

1、污泥前處理

所用污泥來源于哈爾濱市文昌污水處理廠的二沉池，取回后，在4℃下靜置沉淀24h，除去上清液，之后過濾至40目篩子，去除污泥中的沙礫等雜質顆粒。

2、玉米秸稈預處理

玉米秸稈來源于哈爾濱郊區田地，將秸稈剪成段狀，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，常溫保存。采用稀堿預處理玉米秸稈，操作如下：首先按以下固液比混合，粉碎后的玉米秸稈：質量分數為2%的naoh溶液=1:10（1g秸稈:10ml堿液）。接著將混合物放入85℃恒溫水浴鍋內，加熱1h后，再放入轉速10000rpm/min的離心機中離心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；再粉碎，常溫保存待用；處理后秸稈中三種成分物質的占干重比例變化為：纖維素從45%提高到57%，半纖維素從22%降低為16%，木質素從20%降低到6%。

3、短時低溫熱預處理過程

玉米秸稈投加比例為1:2gvss秸稈/gvss污泥，實際投加量約為300ml污泥：2.8g秸稈，在55℃恒溫水浴中加熱30min。

4、中溫厭氧消化過程

之后放入35℃中溫厭氧消化裝置進行發酵。其中，攪拌器轉速為100r/min。

結果表明在發酵時間第5天總揮發酸產量達到最大值9823mgcod/l。同時乙酸是最主要的揮發酸組分，最大產量5028mgcod/l，占總揮發酸含量的51.86%，丙酸產量為2678mgcod/l，占總揮發酸含量的27.26%。

實施例2

方法同實施例1，只是在污泥中混合秸稈后不經過熱預處理，即was+秸稈直接進行中溫厭氧發酵過程。

結果表明was+秸稈的方法scod含量在第6天達到最大值4053mgcod/l，同時總揮發酸產量也在第6天達到最大值8443mgcod/l，其中乙酸是最主要的揮發酸成分，最大產量3970mgcod/l，占總揮發酸含量的47.02%，丙酸產量為3413mgcod/l，占總揮發酸含量的40.42%。

實施例3

方法同實施例1，只是污泥經過前處理后不投加玉米秸稈混合，然后污泥單獨進行熱預處理，即was+55℃再進行中溫厭氧發酵過程。

結果表明was+55℃的方法scod含量在第3天達到最大值1155mgcod/l，總揮發酸產量在發酵時間第5天達到最大值2236mgcod/l，其中丙酸是最主要的揮發酸成分，最大產量1023mgcod/l，占總揮發酸的45.75%，乙酸產量為720mgcod/l，占總揮發酸的32.2%。

實施例4

方法同實施例1，不同的是污泥經過前處理后不投加玉米秸稈混合，也不進行熱預處理，即was直接進行中溫厭氧發酵過程。

結果表明was方法scod含量在第3天達到最大值626mgcod/l，揮發酸在發酵時間3天達到最大值為1206mgcod/l，其中丙酸是最主要的揮發酸成分，最大產量493mgcod/l，占總揮發酸的40.9%，乙酸產量為380mgcod/l，占總揮發酸的31.5%。