办公废纸和污泥联合厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法技术

本发明专利技术公开了一种办公废纸和污泥联合厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法，包括向剪碎的办公废纸水溶液中加入碱，将办公废纸转化为纸浆：将纸浆与城市污水处理厂二沉池污泥以一定比例混合，获得厌氧发酵底物；将反应器充氮驱氧10min，密封反应器，通过恒温摇床将反应体系物质在指定温度下混合均匀，每天测量反应器内的pH值，并通过向反应器中添加酸碱试剂控制发酵pH值，进行厌氧发酵。本发明专利技术不仅能够实现污泥和办公废纸的资源化利用，高效生产具有较高利用价值的短链脂肪酸，同时能够实现污泥和废弃纸张的无害化和减量化，减轻对环境的污染。

Production of volatile fatty acids by anaerobic fermentation of office waste paper and sludge

【技术实现步骤摘要】
办公废纸和污泥联合厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法
本专利技术属于环境保护以及资源化
，涉及办公废纸和污泥联合厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法。
技术介绍
纸张是办公和家庭广泛使用的材料，给人们的工作和生活带来了便利。联合国粮食及农业组织估计，自2010年，全世界每年生产的纸张产品约40万吨。与此同时，废纸作为纸张使用后的废弃物，成为了城市固体废物的主要组成部分。由于其纤维素含量丰富、成本低廉，可作为燃料、化工和材料等生物精炼厂的可再生原料，同时造纸工业能源消耗高、废弃纸张产量多，且纸张在土壤、环境中分解十分困难，如不及时加以利用，将造成资源的浪费及一定程度的环境污染。目前，废纸的主要处理方式有回收、燃料和农牧业生产等。但由于废纸市场不甚规范，缺乏相应的回收标准，且废纸质量不高，废纸回收利用步伐还比较缓慢。同时，固体废纸燃料的使用会使锅炉的热效率降低，放出硫氧化物产生二次污染，因此废纸不宜作燃料。而利用废纸生产动物饲料，过程较繁琐，不易推广，对废纸利用的价值较低。综上所述，废纸开发循环利用的经济效益较低，对其加工处理的手段并不完善。随着我国城镇化水平不断提高，污水处理设施建设高速发展，污水处理厂污水的处理和排放量逐年增加。目前，我国城市污水处理率超过90％，与此同时，作为污水处理的副产物，预测2020年污泥的产量每年将超过6000万吨(80％含水率计)。由此可见，我国污泥产量巨大且增长迅速。污泥是污水处理过程中无法避免的副产品，通常含有病源微生物、寄生虫卵、有害重金属和大量难降解物质。如果处置的不彻底，很容易造成环境的二次污染。另外，从污水内转入污泥中的COD(化学需氧量)比例大概是30％～50％。如果它们得不到有效处理处置，那么我国提倡的节能减排目标将大打折扣。如何妥善处理污泥，使其实现稳定化、无害化、减量化、资源化，环境化，成为环境污染治理中亟待解决的问题。厌氧生物处理是当前二沉池污泥资源化处理处置的有效途径之一。该方法主要是在厌氧条件下，通过兼性厌氧和厌氧微生物群体将有机物转化为甲烷和二氧化碳的过程。它既能有效降解污泥中的有害污染物，又能将其中的有机物转化为甲烷(CH4)、氢气(H2)和挥发性脂肪酸(Volatilefattyacids，VFAs)等可重复利用的能源物质。其中VFAs(包括乙酸、丙酸、异丁酸、正丁酸、异戊酸和正戊酸等)是一类有研究价值的重要中间产物，不仅可用于合成油漆、涂料、可生物降解塑料等，也可作为污水处理过程中微生物脱氮除磷的有机碳源。故利用厌氧发酵手段获取大量的VFAs，在促进污泥减量化和无害化的同时，也能实现污泥的资源化，并提高污水处理厂的脱氮除磷的效果，同时获得环境和经济效益。目前大部分研究主要关注影响二沉池污泥单独发酵的因素，包括温度、pH值等。但是，污泥单独厌氧发酵由于存在有机质含量不足和C/N比失调等问题，易使最终VFAs的积累和组成向不利方向发展。废纸富含碳水化合物，它将有效调节污泥厌氧发酵系统中C/N的平衡，增强污泥系统的缓冲性能，提高微生物的活性。同时，废纸中含有大量纤维素等大分子物质，通过用碱进行预处理强化对体系中有机物的分解，并利用污泥中的厌氧发酵微生物等进一步促进有机质的溶出、水解、酸化等厌氧代谢过程，从而强化VFAs的生成。截至目前，尚无关于污泥与废纸联合发酵提高VFAs产量的报道，其关键影响因素以及作用机制也尚不明确。
技术实现思路
本专利技术的目的是综合利用办公废纸和污泥，进行厌氧发酵，生产挥发性脂肪酸。本专利技术采用如下技术方案：办公废纸和污泥联合厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法，包括以下步骤：步骤(1)，向剪碎的办公废纸水溶液中加入碱，调至液体pH＝10，然后向液体中加入转子，在常温下进行磁力搅拌4h，将办公废纸转化为纸浆：步骤(2)，将步骤(1)处理所得的纸浆与城市污水处理厂二沉池污泥以一定比例混合，获得厌氧发酵底物；步骤(3)，将反应器充氮驱氧10min，密封反应器，通过恒温摇床将反应体系物质在指定温度下混合均匀，每天测量反应器内的pH值，并通过向反应器中添加酸碱试剂控制发酵pH值，进行厌氧发酵。具体地，所述步骤(2)中污泥与办公废纸样品的体积混合比例为75％:25％～25％:75％。作为优选实施例，所述步骤(2)中污泥与办公废纸样品的体积混合比例为75％:25％或25％:75％。作为优选实施例，所述步骤(3)中，污泥与办公废纸混合发酵的pH值控制为5或10。作为优选实施例，所述步骤(3)中，反应器中厌氧发酵温度为25～55℃。作为优选实施例，所述步骤(3)中，反应器中厌氧发酵天数为4～12天。作为优选实施例，所述步骤(3)中，反应器中厌氧发酵天数为4～8天。优选地，恒温摇床的转速为150-180rpm/min。本专利技术中利用办公废纸促进污泥厌氧发酵生产短链脂肪酸的基本原理是：底物的类型对厌氧水解发酵过程有着显著影响。微生物对发酵底物的利用具有选择性，通常微生物对三大常见营养物质的利用顺序为多糖、蛋白质、脂肪，其利用速率也逐渐下降。由于单独采用二沉池污泥进行厌氧发酵存在有机物含量低、可生化性差、C/N低(蛋白类物质含量高)等不利条件，弊端较多，因此拟采用将高碳水化合物的办公废纸与二沉池污泥进行联合发酵，增加发酵体系的缓冲性能，提高厌氧发酵系统的C/N比，提高微生物的活性，增加厌氧反应过程中VFAs的积累。同时，纸浆中虽含有大量的纤维素和木质素等。由于纤维素具有水不溶的高结晶构造，其外部又被木质素包围，将其水解成可利用的葡萄糖非常困难，对厌氧水解发酵过程产生了消极影响，影响VFAs的形成。研究表明，碱预处理能够有效提高纤维素和木质素等的水解程度。主要是由于碱处理可以改变纤维素和木质素等物质的形态结构，使结构间的部分氢键断裂，酯键消失，键的断裂表明碱处理能够提高纤维素和木质素等物质的反应性，从而可以增加纤维素和木质素等物质的厌氧消化性能。随着碱用量的增加，纤维素和木质素等物质被破坏的程度加大，但考虑到经济效益以及绿色节能的要求，碱处理需选择合理经济的用量。因此，用适量的碱对纸张进行预处理可以加速厌氧发酵体系中的水解过程，促进VFAs的产生。此外，厌氧发酵过程中，发酵底物的浓度和比例、发酵pH值、温度和时间等因素对最终产物的积累也将产生重要影响。例如，在微生物足量的情况下，发酵底物浓度越高，其VFAs产量越大。而发酵pH值、温度将影响发酵系统中微生物、各种酶的活性以及污泥的水解效率，特定条件下，与发酵底物的浓度综合作用，从而影响系统中VFAs的累积。因此，本专利技术进一步优选了利用办公废纸和污泥联合厌氧发酵生产VFAs的反应条件。本专利技术的有益效果：1.利用废纸和剩余污泥联合发酵获得VFAs，在实现污泥的减量化和无害化的同时，也找到了回收利用废纸的新思路。2.通过废纸与污泥的联合发酵，可以调节发酵体系的C/N平衡，增强其缓冲性能，促进有机质的溶出、水解和酸化等厌氧水解过程，提高VFAs的累积速率和产量，在有效地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.办公废纸和污泥联合厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤(1)，向剪碎的办公废纸水溶液中加入碱，调至液体pH＝10，然后向液体中加入转子，在常温下进行磁力搅拌4h，将办公废纸转化为纸浆：/n步骤(2)，将步骤(1)处理所得的纸浆与城市污水处理厂二沉池污泥以一定比例混合，获得厌氧发酵底物；/n步骤(3)，将反应器充氮驱氧10min，密封反应器，通过恒温摇床将反应体系物质在指定温度下混合均匀，每天测量反应器内的pH值，并通过向反应器中添加酸碱试剂控制发酵pH值，进行厌氧发酵。/n

【技术特征摘要】
1.办公废纸和污泥联合厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤(1)，向剪碎的办公废纸水溶液中加入碱，调至液体pH＝10，然后向液体中加入转子，在常温下进行磁力搅拌4h，将办公废纸转化为纸浆：
步骤(2)，将步骤(1)处理所得的纸浆与城市污水处理厂二沉池污泥以一定比例混合，获得厌氧发酵底物；
步骤(3)，将反应器充氮驱氧10min，密封反应器，通过恒温摇床将反应体系物质在指定温度下混合均匀，每天测量反应器内的pH值，并通过向反应器中添加酸碱试剂控制发酵pH值，进行厌氧发酵。


2.根据权利要求1所述的办公废纸和污泥联合厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于：所述步骤(2)中污泥与办公废纸样品的体积混合比例为75％:25％～25％:75％。


3.根据权利要求2所述的办公废纸和污泥联合厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法，其特征在于：所述步骤(2)中污泥与办公废纸样品的体...

【专利技术属性】
技术研发人员：李涵，罗景阳，李怡冰，黄文轩，章钦，方芳，操家顺，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32