双孢菇菌糠与剩余污泥共发酵生产挥发性脂肪酸的方法,本发明涉及剩余污泥发酵生产挥发性脂肪酸的方法。本发明要解决目前存在剩余污泥单独厌氧发酵酸化效能低及双孢菇菌糠的处置利用问题。方法:一、制备污泥样本;二、制备菌糠样本;三、投加菌糠样本;四、完成双孢菇菌糠与剩余污泥共发酵生产挥发性脂肪酸的方法。本发明方法中的采用双孢菇菌糠作为外加碳源对剩余污泥进行调质,通过提高剩余污泥系统的碳氮比,明显的提高了剩余污泥发酵过程中挥发酸的产量;在提高剩余污泥资源化处理效率的同时,也为菌糠农业废弃物的处置利用提供一条资源化思路。本发明用于双孢菇菌糠与剩余污泥共发酵生产挥发性脂肪酸。
1.双孢菇菌糠与剩余污泥共发酵生产挥发性脂肪酸的方法,其特征在于双孢菇菌糠与剩余污泥共发酵生产挥发性脂肪酸的方法具体是按照以下步骤进行的:一、在温度为4°C的条件下将剩余污泥进行自然沉降,沉降时间为24h~30h,然后排掉上清液,得到污泥样本;二、将双孢菇菌糠弃掉表面浮土,在温度为70°C条件下烘干至恒重,再粉碎成粒径为2mm~10mm的粉末,得到菌糠样本;三、将步骤二制得的菌糠样本投加到步骤一制得的污泥样本中,混合均匀后放入反应瓶中,其中菌糠样本投加量为0.005~1.0g/gVSS;四、将反应瓶驱氧充氮10min后,密封反应瓶,放入空气浴摇床中以100rpm/min~110rpm/min转速,进行厌氧发酵,发酵温度为35°C~38°C、发酵时间为1d~11d,完成双孢菇菌糠与剩余污泥共发酵生产挥发性脂肪酸的方法。
2.根据权利要求1所述双孢菇菌糠与剩余污泥共发酵生产挥发性脂肪酸的方法,其特征在于步骤一中沉降时间为25h~29h。
3.根据权利要求1所述双孢菇菌糠与剩余污泥共发酵生产挥发性脂肪酸的方法,其特征在于步骤三中先向步骤一制得的污泥样本中投加NaOH,常温下混合反应30min,再将步骤二制得的菌糠样本投加到污泥样本中。
4.根据权利要求3所述双孢菇菌糠与剩余污泥共发酵生产挥发性脂肪酸的方法,其特征在于步骤三中NaOH的投加量为0.075g/gTSS,菌糠样本投加量为0.9g/gVSS。
5.根据权利要求1所述双孢菇菌糠与剩余污泥共发酵生产挥发性脂肪酸的方法,其特征在于步骤三中先向步骤一制得的污泥样本中投加NaOH,在温度为80°C下混合反应20min后,再将步骤二制得的菌糠样本投加到污泥样本中。
6.根据权利要求5所述双孢菇菌糠与剩余污泥共发酵生产挥发性脂肪酸的方法,其特征在于步骤三中NaOH的投加量为0.11g/gTSS,菌糠样本投加量为0.82g/gVSS。
7.根据权利要求1所述双孢菇菌糠与剩余污泥共发酵生产挥发性脂肪酸的方法,其特征在于步骤三中先将步骤一制得的污泥样本在能量密度为0.98kW/L的条件下,超声处理30min,再将步骤二制得的菌糠样本投加到污泥样本中。
8.根据权利要求7所述双孢菇菌糠与剩余污泥共发酵生产挥发性脂肪酸的方法,其特征在于步骤三中菌糠样本投加量为0.57g/gVSS。
9.根据权利要求1所述双孢菇菌糠与剩余污泥共发酵生产挥发性脂肪酸的方法,其特征在于步骤四中空气浴摇床的转速为102rpm/min~108rpm/min。
10.根据权利要求1所述双孢菇菌糠与剩余污泥共发酵生产挥发性脂肪酸的方法,其特征在于步骤四中发酵温度为36°C~37°C、发酵时间为3d~10d。技术领域
本发明涉及剩余污泥发酵生产挥发性脂肪酸的方法。
背景技术
近年来伴随我国经济建设的发展,市政污水处理设施的日渐完善,快速高效处理污水的同时产生了大量剩余污泥。目前剩余污泥俨然成为污水处理过程中十分棘手的问题。厌氧消化技术相对于其它处理技术,可以实现污泥的稳定化、减量化,但目前多数该研究均以生物能源为最终目标产物,不仅发酵周期长,且产物附加值低。短链挥发性脂肪酸(SCFAs)作为一种高附加值的生物化学品,不仅是剩余污泥厌氧发酵的重要中间代谢产物,亦可以作为有机碳源回用到污水处理过程中,强化脱氮除磷效率,这对南方污水厂普遍存在碳源不足的问题具有一定的实际意义。另一方面,剩余污泥在污水厂内部实现资源化利用可以节约运输等方面的成本。此外,这些脂肪酸经提取后还可作为原料用于合成很多重要化学物质如醋酸乙烯等。采用一些生物技术策略调控剩余污泥厌氧发酵产酸是实现污泥资源开发的一条具有广阔应用前景的途径。由于微生物菌体是剩余污泥的主要组成物质,蛋白质含量较高。碳源的缺乏严重限制了剩余污泥中蛋白质的转化速率,进而导致其酸化效能低下。菌糠是栽培蘑菇的废料,主要由锯木屑、棉籽壳、稻草、玉米秸秆、麦秸等组成,内含丰富的纤维素及腐殖质,一般占蘑菇鲜重的10%左右。我国是食用菌生产大国,但由于认识和技术条件的限制,大部分蘑菇主产区都未能对菌糠进行有效的利用,随地抛弃的蘑菇栽培废料不仅造成了环境污染,也导致食用菌病虫害猖獗发生。采用双孢菇菌糠作为外加碳源对剩余污泥进行调质,通过提高剩余污泥系统的碳氮比,不仅可以促进剩余污泥中蛋白质的转化,进一步提高剩余污泥的酸化效能,而且也为菌糠的处置利用提供一条资源化思路。而到目前为止,文献中尚未有关于双孢菇菌糠与剩余污泥共发酵生产挥发性脂肪酸的研究报道。因此,目前存在剩余污泥单独厌氧发酵酸化效能低及双孢菇菌糠的处置利用问题。
发明内容
本发明要解决目前存在剩余污泥单独厌氧发酵酸化效能低及双孢菇菌糠的处置利用问题,而提供的双孢菇菌糠与剩余污泥共发酵生产挥发性脂肪酸的方法。双孢菇菌糠与剩余污泥共发酵生产挥发性脂肪酸的方法具体是按照以下步骤进行的:一、在温度为4°C的条件下将剩余污泥进行自然沉降,沉降时间为24h~30h,然后排掉上清液,得到污泥样本;二、将双孢菇菌糠弃掉表面浮土,在温度为70°C条件下烘干至恒重,再粉碎成粒径为2mm~10mm的粉末,得到菌糠样本;三、将步骤二制得的菌糠样本投加到步骤一制得的污泥样本中,混合均匀后放入反应瓶中,其中菌糠样本投加量为0.005~1.0g/gVSS;四、将反应瓶驱氧充氮10min后,密封反应瓶,放入空气浴摇床中以100rpm/min~110rpm/min转速,进行厌氧发酵,发酵温度为35°C~38°C、发酵时间为96h~192h,完成双孢菇菌糠与剩余污泥共发酵生产挥发性脂肪酸的方法。本发明双孢菇菌糠中采用的双孢菇菌,它的拉丁名字是Agaricusxa0bisporus,菌号As2796,购买自福建省农科院食用菌研究所。本发明的有益效果是:本发明方法中的采用双孢菇菌糠作为外加碳源对剩余污泥进行调质,通过提高剩余污泥系统的碳氮比,明显的提高了剩余污泥发酵过程中挥发酸的产量;在提高剩余污泥资源化处理效率的同时,也为菌糠农业废弃物的处置利用提供一条资源化思路;在碱、热碱及超声预处理的剩余污泥中,投加双孢菇箘糠,与单独剩余污泥发酵实验组相比,挥发酸浓度分别提高了44.6%、92.9%和53.4%。本发明用于双孢菇菌糠与剩余污泥共发酵生产挥发性脂肪酸。
附图说明
图1为实施例一和对比实验一的挥发酸浓度与发酵时间的关系图;其中ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="167"/>代表实施例一的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="167"/>代表对比实验一的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线;图2为实施例二和对比实验二的挥发酸浓度与发酵时间的关系图;其中ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="168"/>代表实施例二的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="168"/>代表对比实验二的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线;图3为实施例三和对比实验三的挥发酸浓度与发酵时间的关系图;其中ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="136"/>代表实施例三的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="167"/>代表对比实验三的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式,还包括各具体实施方式之间的任意组合。具体实施方式一:本实施方式双孢菇菌糠与剩余污泥共发酵生产挥发性脂肪酸的方法具体是按照以下步骤进行的:一、在温度为4°C的条件下将剩余污泥进行自然沉降,沉降时间为24h~30h,然后排掉上清液,得到污泥样本;二、将双孢菇菌糠弃掉表面浮土,在温度为70°C条件下烘干至恒重,再粉碎成粒径为2mm~10mm的粉末,得到菌糠样本;三、将步骤二制得的菌糠样本投加到步骤一制得的污泥样本中,混合均匀后放入反应瓶中,其中菌糠样本投加量为0.005~1.0g/gVSS;四、将反应瓶驱氧充氮10min后,密封反应瓶,放入空气浴摇床中以100rpm/min~110rpm/min转速,进行厌氧发酵,发酵温度为35°C~38°C、发酵时间为1d~11d,完成双孢菇菌糠与剩余污泥共发酵生产挥发性脂肪酸的方法。本实施方式的方法中的采用双孢菇菌糠作为外加碳源对剩余污泥进行调质,通过提高剩余污泥系统的碳氮比,明显的提高了剩余污泥发酵过程中挥发酸的产量;在提高剩余污泥资源化处理效率的同时,也为菌糠农业废弃物的处置利用提供一条资源化思路;在碱、热碱及超声预处理的剩余污泥中,投加双孢菇箘糠,与单独剩余污泥发酵实验组相比,挥发酸浓度分别提高了44.6%、92.9%和53.4%。具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是:步骤一中沉降时间为25h~29h。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一不同的是:步骤三中先向步骤一制得的污泥样本中投加NaOH,常温下混合反应30min,再将步骤二制得的菌糠样本投加到污泥样本中。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是:步骤三中NaOH的投加量为0.075g/gTSS,菌糠样本投加量为0.9g/gVSS。其它与具体实施方式一至三之一相同。具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一不同的是:步骤三中先向步骤一制得的污泥样本中投加NaOH,在温度为80°C下混合反应20min后,再将步骤二制得的菌糠样本投加到污泥样本中。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是:步骤三中NaOH的投加量为0.11g/gTSS,菌糠样本投加量为0.82g/gVSS。其它与具体实施方式一至五之一相同。具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式一不同的是:步骤三中先将步骤一制得的污泥样本在能量密度为0.98kW/L的条件下,超声处理30min,再将步骤二制得的菌糠样本投加到污泥样本中。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是:步骤三中菌糠样本投加量为0.57g/gVSS。其它与具体实施方式一至七之一相同。具体实施方式九:本实施方式与具体实施方式一不同的是:步骤四中空气浴摇床的转速为102rpm/min~108rpm/min。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式十:本实施方式与具体实施方式一不同的是:步骤四中发酵温度为36°C~37°C、发酵时间为3d~10d。其它与具体实施方式一相同。采用以下实施例和对比实验验证本发明的有益效果:实施例一:本实施例双孢菇菌糠与剩余污泥共发酵生产挥发性脂肪酸的方法具体是按照以下步骤进行的:一、在温度为4°C的条件下将剩余污泥进行自然沉降,沉降时间为24h,然后排掉上清液,得到污泥样本,其中污泥样本TSS为15.5g/L,VSS为11.2g/L;二、将双孢菇菌糠弃掉表面浮土,在温度为70°C条件下烘干至恒重,再粉碎成粒径为2mm的粉末,得到菌糠样本;三、先向步骤一制得的污泥样本中投加NaOH,常温下混合反应30min后,再将步骤二制得的菌糠样本投加到污泥样本中,混合均匀后放入反应瓶中,其中NaOH的投加量为0.075g/gTSS,菌糠样本投加量为0.9g/gVSS;四、将反应瓶驱氧充氮10min后,密封反应瓶,放入空气浴摇床中以100rpm/min转速,进行厌氧发酵,发酵温度为35°C、发酵时间为11d,完成双孢菇菌糠与剩余污泥共发酵生产挥发性脂肪酸的方法。其中剩余污泥取自哈尔滨太平水处理二沉池,双孢菇菌糠中采用的双孢菇菌,它的拉丁名字是Agaricusxa0bisporus,菌号As2796,购买自福建省农科院食用菌研究所。实施例二:本实施例双孢菇菌糠与剩余污泥共发酵生产挥发性脂肪酸的方法具体是按照以下步骤进行的:一、在温度为4°C的条件下将剩余污泥进行自然沉降,沉降时间为24h,然后排掉上清液,得到污泥样本,其中污泥样本TSS为15.5g/L,VSS为11.2g/L;二、将双孢菇菌糠弃掉表面浮土,在温度为70°C条件下烘干至恒重,再粉碎成粒径为2mm的粉末,得到菌糠样本;三、先向步骤一制得的污泥样本中投加NaOH,在温度为80°C下混合反应20min后,再将步骤二制得的菌糠样本投加到污泥样本中,混合均匀后放入反应瓶中,其中NaOH的投加量为0.11g/gTSS,菌糠样本投加量为0.82g/gVSS;四、将反应瓶驱氧充氮10min后,密封反应瓶,放入空气浴摇床中以100rpm/min转速,进行厌氧发酵,发酵温度为35°C、发酵时间为11d,完成双孢菇菌糠与剩余污泥共发酵生产挥发性脂肪酸的方法。其中剩余污泥取自哈尔滨太平水处理二沉池,双孢菇菌糠中采用的双孢菇菌,它的拉丁名字是Agaricusxa0bisporus,菌号As2796,购买自福建省农科院食用菌研究所。实施例三:本实施例双孢菇菌糠与剩余污泥共发酵生产挥发性脂肪酸的方法具体是按照以下步骤进行的:一、在温度为4°C的条件下将剩余污泥进行自然沉降,沉降时间为24h,然后排掉上清液,得到污泥样本;二、将双孢菇菌糠弃掉表面浮土,在温度为70°C条件下烘干至恒重,再粉碎成粒径为2mm的粉末,得到菌糠样本;三、先将步骤一制得的污泥样本在能量密度为0.98kW/L的条件下,超声处理30min,再将步骤二制得的菌糠样本投加到污泥样本中,混合均匀后放入反应瓶中,其中菌糠样本投加量为0.57g/gVSS;四、将反应瓶驱氧充氮10min后,密封反应瓶,放入空气浴摇床中以100rpm/min转速,进行厌氧发酵,发酵温度为35°C、发酵时间为11d,完成双孢菇菌糠与剩余污泥共发酵生产挥发性脂肪酸的方法。其中剩余污泥取自哈尔滨太平水处理二沉池,双孢菇菌糠中采用的双孢菇菌,它的拉丁名字是Agaricusxa0bisporus,菌号As2796,购买自福建省农科院食用菌研究所。对比实验一:本对比实验剩余污泥发酵生产挥发性脂肪酸的方法具体是按照以下步骤进行的:一、在温度为4°C的条件下将剩余污泥进行自然沉降,沉降时间为24h,然后排掉上清液,得到污泥样本,其中污泥样本TSS为15.5g/L,VSS为11.2g/L;二、向步骤一制得的污泥样本中投加NaOH,常温下混合反应30min后,放入反应瓶中,其中NaOH的投加量为0.075g/gTSS;三、先将反应瓶驱氧充氮10min后,密封反应瓶,放入空气浴摇床中以100rpm/min转速,进行厌氧发酵,发酵温度为35°C、发酵时间为11d,完成剩余污泥发酵生产挥发性脂肪酸的方法。其中剩余污泥取自哈尔滨太平水处理二沉池。对比实验二:本对比实验剩余污泥发酵生产挥发性脂肪酸的方法具体是按照以下步骤进行的:一、在温度为4°C的条件下将剩余污泥进行自然沉降,沉降时间为24h,然后排掉上清液,得到污泥样本,其中污泥样本TSS为15.5g/L,VSS为11.2g/L;二、向步骤一制得的污泥样本中投加NaOH,在温度为80°C下混合反应20min,混合均匀后放入反应瓶中,其中NaOH的投加量为0.11g/gTSS,菌糠样本投加量为0.82g/gVSS;三、将反应瓶驱氧充氮10min后,密封反应瓶,放入空气浴摇床中以100rpm/min转速,进行厌氧发酵,发酵温度为35°C、发酵时间为11d,完成剩余污泥发酵生产挥发性脂肪酸的方法。其中剩余污泥取自哈尔滨太平水处理二沉池。对比实验三:本对比实验剩余污泥发酵生产挥发性脂肪酸的方法具体是按照以下步骤进行的:一、在温度为4°C的条件下将剩余污泥进行自然沉降,沉降时间为24h,然后排掉上清液,得到污泥样本;二、将步骤一制得的污泥样本在能量密度为0.98kW/L的条件下,超声处理30min,混合均匀后放入反应瓶中;三、将反应瓶驱氧充氮10min后,密封反应瓶,放入空气浴摇床中以100rpm/min转速,进行厌氧发酵,发酵温度为35°C、发酵时间为11d,完成剩余污泥发酵生产挥发性脂肪酸的方法。其中剩余污泥取自哈尔滨太平水处理二沉池。图1为实施例一和对比实验一的挥发酸浓度与发酵时间的关系图;其中ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="166"/>代表实施例一的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="165"/>代表对比实验一的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线。从图中可以看出,与碱预处理的剩余污泥厌氧发酵挥发酸浓度相比,投加双孢菇箘糠的实施例,挥发酸浓度有明显的提高,说明双孢菇箘糠的投加对剩余污泥酸化效能有明显的促进作用,发酵时间为7d时,挥发酸浓度均达到最高4477mgCOD/L,比单独剩余污泥发酵产生的挥发酸浓度提高44.6%。图2为实施例二和对比实验二的挥发酸浓度与发酵时间的关系图;其中ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="168"/>代表实施例二的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="167"/>代表对比实验二的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线。从图中可以看出,与热碱预处理的剩余污泥厌氧发酵挥发酸浓度相比,投加双孢菇箘糠明显提高了共发酵的挥发酸产量。发酵时间为7d时,挥发酸浓度均达到最高6398mgCOD/L,比单独剩余污泥发酵产生的挥发酸浓度提高92.9%。图3为实施例三和对比实验三的挥发酸浓度与发酵时间的关系图;其中ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="138"/>代表实施例三的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="165"/>代表对比实验三的挥发酸浓度与发酵时间的关系曲线。从图中可以看出,在超声预处理的条件下,投加双孢菇箘糠的实施例比单独剩余污泥厌氧发酵所产的挥发酸浓度有较明显的提高。发酵时间为7d时,挥发酸浓度均达到最高4500mgCOD/L,比单独剩余污泥发酵产生的挥发酸浓度提高53.4%。综上所述,在碱、热碱及超声预处理的剩余污泥中,投加双孢菇箘糠,与单独剩余污泥发酵实验组相比,挥发酸浓度分别提高了44.6%、92.9%和53.4%。