一种破解污泥的方法

技术领域

本发明属于污泥处理技术领域，具体涉及一种破解污泥的方法。

背景技术

随着近年来我国城市污水排放量和处理量的逐年增长，污泥不断产生，给城市环境保护带来了不小的压力。据统计，2019年全国湿污泥的产生量高达595万吨，而若要将所有城市污水都进行处理，其产生的污泥量将突破840万吨，约占全国总固体废弃物的3％。污泥中除包含大量水分外，还包含有大量难降解的有毒成分，如有机物、重金属、盐类、病原微生物及寄生虫卵等，导致其资源化处理困难重重。

当污泥中部分微生物细胞被裂解或解体后，污泥中的其它微生物可利用其溶于水的营养物质进行生长，这样的过程称为“溶胞-隐性生长”，而“溶胞-隐性生长”作为一种有广阔应用前景的污泥原位削减方法，通过利用污泥中微生物的生长消耗了被裂解或解体后的其它微生物细胞，实现对污泥的资源化处理。在这种方法中，微生物只能利用被裂解或解体的其它微生物，而无法利用完整的、未被裂解或解体的其它微生物。由于微生物细胞壁的保护作用，微生物细胞自发的裂解十分困难，因此需要人为对污泥进行破解，使污泥中微生物细胞被裂解或解体，为污泥中微生物的溶胞-隐性生长创造条件。

目前破坏细胞壁的方法多为物理法、化学法和生物法，但是物理法容易造成大分子内容物失活，化学法对环境不友好、易造成污染，生物法在众多破坏细胞壁的方法中脱颖而出。现有技术公开了采用中性蛋白酶和EDTA-2Na联合预处理污泥的方案，该方案能有效破坏污泥中微生物的细胞壁，提高污泥厌氧发酵产酸的能力，但该方案无法有效提升污泥的可生化性。

因此，寻找一种有效破解污泥、提升污泥可生化性的方法具有相当的必要性。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，旨在提供一种破解污泥的方法，以高效破解污泥，提升污泥可生化性，从而促进污泥微生物的隐性生长。

本发明的目的是提供一种破解污泥的方法。

本发明通过以下技术手段实现上述发明目的：

本发明提供了一种破解污泥的方法，该方法对污泥依次进行调pH、酸性蛋白酶酶解、热解。

优选地，所述调pH为调节pH至1.5～5.0。

优选地，所述酸性蛋白酶包括但不限于胃蛋白酶或工业酸性蛋白酶。

优选地，所述酸性蛋白酶的活性为3000～60000U/g。

优选地，所述酸性蛋白酶质量和污泥干重的比值为0.12～0.2：1。更优选地，所述酸性蛋白酶质量和污泥干重的比值为0.16～0.2：1。最优选为0.2。

优选地，所述酶解的温度为30～50℃。

优选地，所述酶解的时间为10～60min。

优选地，所述酶解的同时还进行搅拌。

更优选地，所述搅拌的转速为180～210rpm/min。

优选地，所述热解的温度为60～90℃。最优选为70℃。

优选地，所述热解的时间为0.5～2.5h。最优选为1h。

优选地，所述热解在密封的环境中进行。

优选地，所述热解的加热方式为水浴加热。

在实际的污泥处理过程中，上述酶解的条件需要根据不同种类的酸性蛋白酶进行调整，使酶处于最佳的工作环境中。

作为一种可选择的优选实施方式，该方法先调节污泥pH至2.0，再加入活性为3000U/g的胃蛋白酶，在35℃下酶解40min，最后将酶解后的污泥进行热解。

作为一种可选择的优选实施方式，该方法先调节污泥pH至3.0，再加入活性为60000U/g的工业酸性蛋白酶，在45℃下酶解60min，最后将酶解后的污泥进行热解。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明采用酸性蛋白酶联合低热的方法破解污泥，使污泥破解率高达50％以上，在破解污泥的同时也有效提升了污泥的可生化性，使污泥满足可生物降解的要求(BOD/TCOD≥0.30)，促进了污泥微生物的隐性生长，有效实现了污泥的原位削减。

2、本发明特定选择了酸性蛋白酶联合低热处理，有效解决了现有生物破解污泥方法中所用的蛋白酶会被污泥结构截流或束缚，导致破解率较低的问题，有效降低了污泥对蛋白酶的吸附能力，进而提高了蛋白酶的活性，充分发挥蛋白酶的水解性能，实现了蛋白酶的高效利用。

附图说明

图1为实施例1的污泥破解率检测结果。

图2为实施例1的污泥可生化性检测结果。

图3为实施例2的污泥破解率检测结果，图中横坐标“酶添加量(g/g干泥)”表示胃蛋白酶质量与污泥干重的比值。

图4为实施例2的污泥可生化性检测结果，图中横坐标“酶添加量(g/g干泥)”表示胃蛋白酶质量与污泥干重的比值。

图5为实施例3的污泥破解率检测结果。

图6为实施例3的污泥可生化性检测结果。

图7为实施例5的污泥破解率检测结果。

图8为实施例5的污泥可生化性检测结果。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。

实施例中采用的恒温式摇床型号为THZ-100；电热恒温水浴锅型号为HWS-24；工业酸性蛋白酶购自沧州夏盛酶生物技术有限公司。

本发明实施例使用的污泥原样均为广州市某污水处理厂二沉池内污水在4℃下沉降24h后，去除上清液，得到的实验用污泥样品。

分析污泥样品的含水率、总悬浮固体(TSS)、总化学需氧量(TCOD)、溶解性化学需氧量(SCOD)、生物需氧量(BOD)、可生化性指标(BOD/TCOD)，结果如表1所示。

表1

其中，含水率、总悬浮固体(TSS)根据CJ/T 221-2005测得，总化学需氧量(TCOD)、溶解性化学需氧量(SCOD)采用快速分光光度法测量，生物需氧量(BOD)采用微生物传感器快速测定法(HJ/T86-2002)测定。

BOD与TCOD的比值BOD/TCOD是表征污泥可生化性的一种指标，BOD/TCOD比值越高，表示污泥可生化性越强，也即越易于被生物降解，反之越不容易被生物降解。通常根据以下标准判断污泥的可生化性程度：

生物降解良好：BOD/TCOD≥0.45；

可生物降解：0.30≤BOD/TCOD＜0.45；

难生物降解：0.1≤BOD/TCOD＜0.30；

不可生物降解：BOD/TCOD＜0.1。

BOD/TCOD＝0.30为污水可生化降解的下限。

因此，从表1可知，该污泥样品BOD/TCOD＜0.1，不可生物降解，可生化性差。

实施例1一种破解污泥的方法

一、实验方法

S1.将500g污泥平分为五组，分别置于150mL锥形瓶中，调节pH至2.0，加入0.32g胃蛋白酶(相当于胃蛋白酶质量与污泥干重的比值为0.16；胃蛋白酶的活性为3000U/g)，用封口膜封口后，置于35℃、200rpm/min的摇床中酶解40分钟。

S2.热解：将酶解后的污泥用锡纸封口，置于90℃水浴锅中加热，分别于0.5、1、1.5、2、2.5h取出污泥。

二、实验结果

测定0.5、1、1.5、2、2.5h时的污泥破解率及BOD/TCOD值，衡量污泥的破解效果与可生化性。

其中，污泥破解率采用以下公式进行计算：

式中：DD为污泥破解率，％；SCOD

测定结果如表2所示，同时绘制污泥破解率检测结果图(如图1所示)与污泥可生化性指标(BOD/TCOD)检测结果图(如图2所示)。

表2

从破解率上分析，加热0.5h，本实施例污泥破解率就已经达到了50％以上，继续加热至1h时污泥破解率有明显的提升，达到64.5％，而在加热时间为1～2h期间污泥破解率变化不大，直到加热2.5h才再次出现小幅度的上升。可见，当加热时间为1h时，本发明方法的污泥破解率达到较佳的水平。

从可生化性指标BOD/TCOD值上分析，本实施例的污泥可生化性指标BOD/TCOD值在加热时间达到0.5h时即达到0.30以上，加热时间从0.5h上升到1h，BOD/TCOD值从0.301提高到0.311，但加热时间从1～2h期间，BOD/TCOD值变化不明显，在2h-2.5h期间BOD/TCOD值出现了显著提升，从0.318上升到0.331。可见，通过本发明的方法破解污泥，使BOD/TCOD值从原泥的0.00166显著提升到破解后的0.3以上，表明使用本发明的方法破解污泥，能显著提升污泥的可生化性，实现污泥的原位降解，并且具有破解率高、破解速度快的优势。

综合来看，当加热时间为1h时，本发明方法的污泥破解率和可生化性达到较佳的水平。

实施例2一种破解污泥的方法

一、实验方法

S1.将500g污泥平分为五组，分别置于150mL锥形瓶中，调节pH至2.0，并分别加入0.04g/g

S2.热解：将酶解后的污泥用锡纸封口，置于80℃水浴锅中加热，于2.5h取出污泥。

二、实验结果

测定结果如表3所示，同时绘制污泥破解率检测结果图(如图3所示)与污泥可生化性指标(BOD/TCOD)检测结果图(如图4所示)。

从表3可知，改变蛋白酶的用量，污泥破解率和BOD/TCOD值均有明显的变化，可见胃蛋白酶的用量对污泥破解有着显著的影响；当胃蛋白酶用量达到0.16g/g

此外，当胃蛋白酶用量从0.08g/g

综合来看，当胃蛋白酶用量为0.16g/g

实施例3一种破解污泥的方法

一、实验方法

S1.将300g污泥平分为3组，分别置于150mL锥形瓶中，调节pH至2.0，加入0.32g胃蛋白酶(相当于胃蛋白酶质量与污泥干重的比值为0.16，胃蛋白酶的活性为3000U/g)，用封口膜封口后，置于35℃、200rpm/min的摇床中酶解40分钟。

S2.热解：将酶解后的污泥用锡纸封口，分别置于60℃、70℃、80℃水浴锅中加热，于1h取出污泥。

二、实验结果

测定结果如表4所示，同时绘制污泥破解率检测结果图(如图5所示)与污泥可生化性指标(BOD/TCOD)检测结果图(如图6所示)。

表4

实验结果表明，在任一加热温度下，污泥可生化性指标BOD/TCOD值均可满足≥0.30的可生物降解标准。从污泥破解率的角度分析，加热温度从60℃上升到70℃时，污泥破解率有明显的提升；而在70～80℃期间，污泥破解率仅有小幅度的上升。可见，当加热温度为70℃时，本发明方法的污泥破解率和可生化性达到较佳的水平。

实施例4一种破解污泥的方法

一、实验方法

S1.将100g污泥置于150mL锥形瓶中，调节pH至1.9，加入0.32g胃蛋白酶(相当于胃蛋白酶质量与污泥干重的比值为0.16，胃蛋白酶的活性为3000U/g)，用封口膜封口后，置于35℃、200rpm/min的摇床中酶解40分钟。

S2.热解：将酶解后的污泥用锡纸封口，置于70℃水浴锅中加热，于1h取出污泥。

二、实验结果

污泥破解率为61.12％，BOD/TCOD值为0.311。

结合实施例3的结果可知，本发明的方法不管是pH＝1.9还是pH＝2.0，其污泥破解率和BOD/TCOD值均较佳，表明本发明的方法能高效破解污泥，且提高污泥的可生化性。

实施例5一种破解污泥的方法

本实施例中使用的污泥原样为沥滘污水处理厂二沉池污泥内污水于4℃下静置24h后，去除上清液，得到的污泥样品。为了保持污泥的生化性质，污泥需在4天内使用完毕。

分析污泥样品的含水率、总悬浮固体(TSS)、总化学需氧量(TCOD)、溶解性化学需氧量(SCOD)、生物需氧量(BOD)、可生化性指标(BOD/TCOD)，结果如表5所示。

表5

一、实验方法

S1.将100g污泥置于150mL锥形瓶中，调节pH至3.0，加入0.04～0.4g的工业酸性蛋白酶(即工业酸性蛋白酶质量与污泥干重的比值为0.02～0.2；工业酸性蛋白酶的活性为60000U/g)，用封口膜封口后，置于45℃、200rpm/min的摇床中酶解60分钟。

S2.热解：将酶解后的污泥用锡纸封口，置于70℃水浴锅中加热，于2.5h取出污泥。

二、实验结果

测定污泥破解率及BOD/TCOD值，衡量污泥的破解效果与可生化性。

测定结果如表6所示，同时绘制污泥破解率检测结果图(如图7所示)与污泥可生化性指标(BOD/TCOD)检测结果图(如图8所示)。

表6

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从表6可知，改变工业酸性蛋白酶的用量，污泥破解率和BOD/TCOD值均有明显的变化，可见工业酸性蛋白酶的用量对污泥破解和污泥的可生化性有着显著的影响；在工业酸性蛋白酶的用量为0.16g/g

可见，工业酸性蛋白酶破解污泥与胃蛋白酶破解污泥都能够使污泥满足可生物降解的条件，但工业酸性蛋白酶药剂成本大量降低，为优选方案。

综上，本发明采用酸性蛋白酶联合低热的方法破解污泥，使污泥破解率高达50％以上，并且有效提升了污泥的可生化性，满足可生物降解的要求(BOD/TCOD≥0.30)，采用本发明方法对污泥进行破解，可有效促进污泥微生物的隐性生长，实现污泥的原位削减。

对比例1

一、实验方法

按专利CN102583917B的方案，并选用最优的工艺条件破解污泥。

将100g污泥(污泥样本来源同实施例1)置于150mL锥形瓶中，将EDTA-2Na配制成2.0g/mL的溶液，加入0.4mL EDTA-2Na(相当于投加量为0.25g/gTS)，加入40mg中性蛋白酶(相当于中性蛋白酶质量与污泥干重的比值为20mg/gTS)，用封口膜封口后，置于55℃、200rpm/min的摇床中酶解2h。

二、实验结果

破解后SCOD为5420mg/L，污泥破解率为46.8％，BOD为2180mg/L，但BOD/TCOD仅为0.19，难生物降解，可生化性差。

对比例2一种破解污泥的方法

一、实验方法

S1.将100g污泥(污泥样本来源同实施例1)置于150mL锥形瓶中，加入0.32g中性蛋白酶，用封口膜封口后，置于55℃、200rpm/min的摇床中酶解40min。

S2.将酶解后的污泥用锡纸封口，置于70℃水浴锅中加热，于2.5h取出污泥。

二、实验结果

破解后SCOD为2210mg/L，污泥破解率为18.7％，BOD为982mg/L，BOD/TCOD仅为0.09，不可生物降解，可生化性极差。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。