CN105177066A - 一种污水除臭降解污泥用短链脂肪酸的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污水除臭降解污泥用短链脂肪酸的制备方法，包括：将谷物豆类植物蛋白研磨成浆，并高温消毒，并降温至35-40度；利用植物源培养液将动物源微生物发酵驯化为植物源微生物，并添加到植物蛋白液中，在35-40度温度下混合发酵24-72小时，获取短链脂肪酸；将浓度为1％-5％海藻酸钠溶液与5％氯化钙溶液混合，并与负载趋磁性植物源微生物的矿化水质净化剂和短链脂肪酸一起搅拌，形成短链脂肪酸微胶囊体。本发明在保证低成本的情况下迅速获取高品质、高纯度的短链脂肪酸；并利用微胶囊技术，避免河涌污泥中重金属及其它有害物质对链脂肪酸降解污泥和对污水脱氮解磷除臭产生影响，从而提高河涌净化效率，促进河涌自洁能力，而且使用操作简单。

Description

一种污水除臭降解污泥用短链脂肪酸的制备方法

技术领域

本发明涉及微生物发酵技术领域，具体涉及一种污水除臭降解污泥用短链脂肪酸的制备方法。

背景技术

通常我们根据碳链中碳原子的多少，把碳原子数为1-6的有机脂肪酸成为短链脂肪酸(short-chainfattyacids，SCFA)，又称挥发性脂肪酸(Volatilefattyacids，VFA)，短链脂肪酸主要包括乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸、异戊酸、戊酸。

短链脂肪酸SCFA可以降解大量的病原体、寄生虫、重金属元素以及一些难降解的有毒有害物质，并在降解过程中将机物转变为有机酸而不是温室气体二氧化碳和甲烷,无碳排放，无臭气排放；同时降解的有机质80％左右转化为可溶COD(ChemicalOxygenDemand，化学需氧量)，可见，短链脂肪酸SCFA及其适合用于污水污泥脱氮解磷除臭。

目前，获取短链脂肪酸SCFA是通过用厌氧微生物发酵污泥得到的，这种用厌氧微生物发酵污泥获得的短链脂肪酸SCFA有以下缺点：

(1)发酵污泥的微生物受污水污泥中的重金属、化学有机物等由害物质，以及污水、污泥性质、环境因素(如温度、pH、氧化还原电位等)、运行参数(如水力停留时间、固体停留时间等)的影响很大，降低了污水污泥的脱氮解磷除臭效率；

(2)污泥的种类、污泥粒径、生产短链脂肪酸SCFAs采用的工艺类型及反应器构造等在一定程度上会影响污泥酸化产物短链脂肪酸SCFAs的形成，致使无法对短链脂肪酸SCFAs的形成过程进行有效掌控，不利于规模生产应用；

(3)厌氧微生物发酵污泥得到的短链脂肪酸SCFAs杂质多，不利于贮藏；

(4)在污泥厌氧发酵的三阶段中，污泥中颗粒有机物质水解为溶解性物质的速率较慢，使整个厌氧发酵过程的速率降低，为了提高厌氧发酵的效率，提出了提高污泥水解速率的方法，这种方法的基本原理是促使发酵污泥中颗粒态的有机物分解为小分子和溶解态的有机物，从而提高有机物的生物降解性能；目前，提高污泥水解速率的方法有热处理、化学法、机械法、氧化法、生物法等，这些方法操作复杂，工程浩大，成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有方法获得的短链脂肪酸SCFA存在受外界因素影响大、杂质多、不易存储等缺点，不仅不适合用于污水污泥环境下使用，而且存在污泥降解效率低等问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种污水除臭降解污泥用短链脂肪酸的制备方法，包括以下步骤：

将30-40份的谷物豆类植物蛋白加入在100份的纯净水中研磨成浆，并在90-120度高温下消毒，再将温度降至35-40度；

利用植物源培养液将动物源微生物发酵驯化为植物源微生物，将1份植物源微生物添加到100份植物蛋白液中，均匀搅拌，在35-40度温度下密封发酵24-72小时，获取短链脂肪酸；

将浓度为1％-5％海藻酸钠溶液与浓度为5％氯化钙溶液按照质量份数比1：1混合，再将上述混合溶液、负载趋磁性植物源微生物的矿化水质净化剂和获取的短链脂肪酸按照质量份数比1:1:100混合，均匀搅拌，获得短链脂肪酸微胶囊体。

在上述方法中，所述植物源微生物为厌氧微生物。

在上述方法中，根据微生物生理代谢功能，由动物源驯化为植物源的微生物包括但不限于：

蛋白质分解菌：丁酸梭菌；

碳水化合物分解菌：酵母菌；

脂肪分解菌：粪链球菌、乳酸菌、植物乳杆菌和嗜酸乳杆菌；

纤维素分解菌：EM菌；

产氢产乙酸菌及同型产乙酸菌。

本发明利用植物源微生物对谷物豆类植物蛋白进行厌氧发酵，使厌氧发酵获得短链脂肪酸SCFAs时的温度、pH、氧化还原电位和发酵时间可恒定，避免外界影响，在保证低成本的情况下迅速获取高品质、高纯度的短链脂肪酸SCFAs；同时通过微胶囊技术把短链脂肪酸SCFAs与负载趋磁性植物源微生物的矿化水质净化剂融合为一体，在使用时，只需直接撒施投放河涌，不仅使其迅速沉入河涌底污泥不被流失，使用操作简便，并且避免河涌污泥中重金属及其它有害物质对链脂肪酸SCFAs产生影响，提高河涌净化效率，促进河涌自洁能力。

具体实施方式

在本发明中，利用植物源微生物对谷物豆类植物蛋白进行厌氧发酵，并通过微胶囊技术获得一种适用于污水污泥环境的污泥降解用短链脂肪酸SCFAs，不仅创造性的将SCFAs应用于河涌降解污泥，达到脱氮解磷除臭的效果；而且利用该短链脂肪酸SCFAs进行降解河涌污泥，还有以下益处：

(1)、短链脂肪酸SCFAs(如乙酸、丙酸、丁酸及戊酸等)在厌氧微生物作用下将有机物转变为有机酸而不是温室气体二氧化碳和甲烷,对碳减排有重要的意义。

(2)、短链脂肪酸SCFAs可补充微生物在降解有机物时碳源的不足，实现对河水COD浓度低的污水的除磷脱氮；并且短链脂肪酸SCFAs在生物降解污泥有机质时，可将80％左右有机质转化为可溶COD。

(3)、短链脂肪酸SCFAs可降解污泥中含有的大量病原体、寄生虫、重金属元素以及一些难降解的有毒有害物质，再进行无害化处理，可降低无害化处理成本，避免河涌污泥用于其它用途时给其它土壤和水环境带来二次污染。

(4)、采用短链脂肪酸SCFAs对河涌污泥进行降解，可降低污泥填埋场地和运输费用的成本。

(5)、短链脂肪酸SCFAs只需密封厌氧，贮藏、运输方便。

(6)、短链脂肪酸SCFAs和负载趋磁性植物源微生物的矿化水质净化剂经微胶囊技术合为一体后，在使用时，只需直接撒施投放河涌，就会迅速沉入河涌底污泥不被流失，操作简便；再联合短链脂肪酸SCFAs和负载趋磁性植物源微生物的矿化水质净化剂对河涌污泥水解和产酸的影响，发现污泥水解过程中产生的可溶性蛋白质和碳水化合物基本随发酵时间而变化，剩余污泥水解的效率要高，可使污泥中挥发性悬浮固体(VSS)减量，其减量化程度为30-40％。

(7)、短链脂肪酸SCFAs和负载趋磁性植物源微生物的矿化水质净化剂的微胶囊体促进了河通常污泥中颗粒态有机物的溶解、溶解态大分子有机物(蛋白质和碳水化合物)的水解以及水解后小分子有机物(氨基酸和单糖)的降解和酸化过程，并降低了产甲烷菌的活性，从而使得剩余污泥厌氧发酵过程的中间产物短链脂肪酸SCFAs得以大量积累，抑制河涌臭气产生。

下面结合具体实施例对本发明做出详细的说明。

本发明提供的一种污水除臭降解污泥用短链脂肪酸的制备方法，包括以下步骤：

第一步、配制植物蛋白液；

将30-40份的谷物豆类等植物蛋白加入在100份的纯净水中研磨成浆，并在90-120度高温下消毒，再将温度降至35-40度备用。

第二步、利用植物源微生物对植物蛋白液进行厌氧发酵，获取短链脂肪酸SCFAs；

利用植物源培养液将动物源微生物发酵驯化为植物源微生物，此时植物源微生物全部为厌氧微生物；

将1份植物源微生物添加到100份植物蛋白液中，均匀搅拌，在35-40度温度下密封发酵24-72小时，利用植物蛋白的水解和酸化获取短链脂肪酸SCFAs。

本发明利用植物源微生物对谷物豆类植物蛋白进行厌氧发酵的方法不仅发酵可恒定温度、pH、氧化还原电位和发酵时间；而且可以避免外界影响，在保证低成本的情况下获取高品质、高纯度的短链脂肪酸SCFAs。

第三步、利用微胶囊技术得到短链脂肪酸SCFAs微胶囊体，以适应污水污泥净化环境；

将浓度为1％-5％海藻酸钠溶液与浓度为5％氯化钙溶液按照1：1的比例混合，再将1份混合溶液、1份负载趋磁性植物源微生物的矿化水质净化剂和100份获取的短链脂肪酸SCFAs混合，均匀搅拌，获得短链脂肪酸SCFAs微胶囊体。

在本发明中，负载趋磁性植物源微生物的矿化水质净化剂的制备方法为：

利用植物源培养液把动物源微生物发酵驯化为植物源微生物，其中，动物源微生物包括重量份数比为1：1的厌氧微生物和好氧微生物；

将植物源微生物发酵驯化为植物源趋磁性微生物，再负载于沙状矿物石粉上，生成微生物水质净化菌剂。

将上述获得的短链脂肪酸SCFAs微胶囊体按一定的比例(每平方米50-150克)撒于河涌，降解河涌污泥的有机物，达到脱氮解磷除臭的效果，由于该短链脂肪酸SCFAs为微胶囊体，从而避免了河涌污泥中重金属及其它有害物质对短链脂肪酸SCFAs影响，提高河涌净化效率，促进河涌自洁能力；同时该种短链脂肪酸SCFAs微胶囊包体也可用于空气污染处理除臭和垃圾填埋场，原理与降解污泥一致。

在本发明中，在第二步中，利用植物源培养液将动物源微生物发酵驯化为植物源微生物，具体步骤如下：

在100份的纯净水中加入30-40份的植物源培养基，再加入3-10份的厌氧微生物，搅拌均匀，恒温35℃密封发酵24—48小时；

再加入30-40份的植物源培养基和3-10份的好氧微生物，搅拌均匀，恒温30℃发酵12-24小时，每15-30分钟充氧曝气一次；然后，恒温25℃发酵8-12小时，每30-60分钟充氧曝气一次；最后自然发酵12-24小时，每120--240分钟充氧曝气一次。

在本发明中，根据微生物生理代谢功能，由动物源驯化为植物源的微生物包括但不限于：

a、蛋白质分解菌丁酸梭菌，这类细菌的作用是水解蛋白质形成氨基酸，再进一步分解成有机酸、硫醇、氨和硫化氢。

b、碳水化合物分解菌酵母菌，这类细菌的作用是水解碳水化合物成葡萄糖，以具有内生孢子的杆状菌占优势；例如丙酮、丁醇梭状芽孢杆菌，它们能分解碳水化合物产生丙酮、丁醇、乙酸和氢等，而且这些梭状芽孢杆菌是厌氧的、产芽孢的细菌，因此它们能在恶劣的环境条件下存活。

c、脂肪分解菌粪链球菌，包括乳酸菌、植物乳杆菌和嗜酸乳杆菌，这类细菌的功能是将脂肪分解成脂肪酸，脂肪酸再进一步分解成短链脂肪酸SCFAs和二氧化碳。

d、纤维素分解菌EM菌，这类细菌参与对纤维素的分解，纤维素的分解是厌氧消化的重要一步，对消化速度起着制约的作用。这类细菌利用纤维素并将其转化为CO₂、H₂、乙醇和乙酸。

e、产氢产乙酸菌及同型产乙酸菌，产氢产乙酸菌在消化池中会降解芳香族酸和其它有机酸生成乙酸和H₂，在降解奇数碳素时还形成CO₂；丙酮酸是微生物降解碳水化合物的主要中间产物，一些产氢菌能在厌氧条件下将丙酮酸转化成乙酸和CO₂，并放出H₂；同型产乙酸菌会将一碳化合物(如H₂/CO₂或甲酸等)或多碳化合物代谢为乙酸。

可见，在上述微生物中，丁酸梭菌、酵母菌、乳酸菌、植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌、EM菌是完成水解酸化作用的微生物，可以统称为水解厌氧发酵细菌；产氢产乙酸菌及同型产乙酸菌为专门分解或合成乙酸的细菌，这里可以把它们一起统称为发酵产酸细菌，而以上两种细菌全部为专性厌氧菌。

在理论上，厌氧发酵的水解和酸化阶段是可以区分的，而在实际的混合微生物***中，除采用水解酶工艺外，即使严格控制条件，水解和酸化阶段也是无法截然分开的，这主要是因为水解菌是一种具有水解能力的发酵细菌，水解是耗能过程，发酵细菌付出能量进行水解的目的就是为了获取进行发酵的水溶性基质，并通过胞内的生化反应取得，同时排出代谢产物短链脂肪酸SCFAs。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种污水除臭降解污泥用短链脂肪酸的制备，其特征在于，包括以下步骤：

将30-40份的谷物豆类植物蛋白加入在100份的纯净水中研磨成浆，并在90-120度高温下消毒，再将温度降至35-40度；

利用植物源培养液将动物源微生物发酵驯化为植物源微生物，将1份植物源微生物添加到100份植物蛋白液中，均匀搅拌，在35-40度温度下密封发酵24-72小时，获取短链脂肪酸；

将浓度为1％-5％海藻酸钠溶液与浓度为5％氯化钙溶液按照质量份数比1：1混合，再将上述混合溶液、负载趋磁性植物源微生物的矿化水质净化剂和获取的短链脂肪酸按照质量份数比1:1:100混合，均匀搅拌，获得短链脂肪酸微胶囊体。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述植物源微生物为厌氧微生物。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据微生物生理代谢功能，由动物源驯化为植物源的微生物包括但不限于：

蛋白质分解菌：丁酸梭菌；

碳水化合物分解菌：酵母菌；

脂肪分解菌：粪链球菌、乳酸菌、植物乳杆菌和嗜酸乳杆菌；

纤维素分解菌：EM菌；

产氢产乙酸菌及同型产乙酸菌。