基于多糖与蛋白质双利用通道的促进污泥堆肥腐熟度方法

技术领域

本发明涉及一种促进污泥堆肥腐熟度方法，属于有机固废堆肥处理技术领域。

背景技术

近年来，污泥以副产物的形式被大量丢弃，其后续处置成为污水处理厂面临的棘手问题。污泥具有异质性、成分复杂的特点，含有病原体、持久性有机化合物、重金属和其他有害物质，被视为一种危险废弃物。同时，污泥富含50～70％的有机成分(如蛋白质、多糖等)，可以作为有前景的原料被进一步开发利用生产有价值的产品。因此，污泥兼具“污染”与“资源”双重属性。一旦处理不当，将造成严重的环境污染与资源浪费。

堆肥技术具有资源回收与污染物去除的双重优势，凭借多种功能菌(耐冷菌、嗜温菌、嗜热菌)共同驱动的复杂代谢网络将有机质代谢转化同时降解污染物，最终获得高收益的腐殖化产品。腐殖酸作为堆肥过程重要的副产物之一，具有提高土壤肥力、减轻污染毒性、促进作物生长的作用。高含量腐殖酸往往代表着高质量堆肥。然而，由于污泥中有毒有害物质的长期暴露，导致污泥堆肥过程有机质生物转化过程受阻，从而污泥腐熟度降低。

由以上分析可知，促进堆肥过程腐殖酸生成是提高污泥堆肥腐熟度的关键途径。氨基酸、多酚、芳香族基团、多糖、多芬等物质为腐殖酸前体化合物。然而，这些物质聚合形成腐殖酸的同时，微生物代谢也在水解腐殖酸为自身生长提供能源，导致堆肥产物腐殖酸含量降低。有专利(CN 202210770396.2)通过在堆肥前期间歇性供氧以减缓微生物代谢活性，减少微生物对腐殖酸前体化合物的消耗，从而为腐殖酸形成提供底物。然而，间歇性供氧容易导致形成有氧无氧交替环境，微生物通过有氧和厌氧呼吸促进活性氧物种的产生。活性氧对微生物细胞膜具有氧化性损伤，从而导致细胞失活，最终微生物代谢活性降低，不利于污泥堆肥过程有机质生物转化。因此，如何定向促进腐殖酸生成反应，同时提高微生物代谢活性是实现污泥堆肥腐殖化程度的关键。

壳聚糖是一种天然、环境友好型的可生物降解絮凝剂，被广泛用于污泥浓缩/调理过程。研究表明，壳聚糖溶液处于胶体状态时，可用于通过嵌入、吸附、共价键形成以及与其他中性物质(如蛋白质)的共交联来固定酶，从而抑制功能酶催化的生物转化过程。考虑到微生物往往优先利用多糖成分，其次是蛋白质。我们猜测，通过向污泥堆肥过程投加壳聚糖可以絮凝蛋白质，导致蛋白质被固定，从而阻止其被微生物降解。进而微生物优先利用部分糖用于自身生长代谢，其余糖用于合成腐殖酸。由于壳聚糖可以作为碳源为腐殖酸提供前驱体，壳聚糖和固定的蛋白质可以共同作为底物被利用生成腐殖酸，最终促进污泥堆肥腐熟度显著提升。因此，壳聚糖对于降低腐殖酸消耗，促进污泥堆肥腐熟度提升具有极大的可行性。

发明内容

本发明为解决污泥中有毒有害物质的长期暴露，导致污泥堆肥过程有机质生物转化过程受阻，从而污泥腐熟度降低问题，进而提出基于多糖与蛋白质双利用通道的促进污泥堆肥腐熟度方法。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的具体步骤为：

步骤一、配置壳聚糖储备液；

步骤二、调控含壳聚糖污泥的含水率；

步骤三、构建与运行壳聚糖-污泥堆肥系统。

进一步的，步骤一中配置壳聚糖储备的步骤为：

步骤一(一)、称取一定量的壳聚糖粉末溶解在盐酸溶液中，并将混合溶液在恒温培养箱中进行培养，确保壳聚糖完全溶解；

步骤一(二)、将壳聚糖储备液投加至污泥中，确保污泥壳聚糖浓度与设定温度一致；

步骤一(三)、将含壳聚糖污泥置于玻璃瓶中，并移至恒温旋转振荡器中，确保壳聚糖在污泥中均匀混合，获得的污泥样品作为原料进行堆肥。

进一步的，步骤一(一)中混合溶液在恒温培养箱中37℃条件下培养24小时。

进一步的，步骤一(三)中含壳聚糖污泥的玻璃瓶在恒温旋转振荡器中在50℃、200rpm条件下旋转运行30分钟。

进一步的，步骤二中调控含壳聚糖污泥的含水率的步骤为：

步骤二(一)、通过吸附、架桥的作用降低污絮体间排斥力，对污泥与水分进行固液分离；

步骤二(二)、通过使用叠螺脱水机或板框脱水压滤机进行机械脱水，使污泥含水率满足堆肥原料要求。

进一步的，步骤三中构建与运行壳聚糖-污泥堆肥系统的方法是将步骤二中获得的污泥样品投加进堆肥装置中。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过对污泥蛋白质组分进行壳聚糖固定化处理，可以降低微生物对蛋白质组分的消耗，而为腐殖酸形成提供更多前驱体物质；

2、本发明中壳聚糖与固定化的蛋白质在堆肥过程被生物降解为小分子物质，小分子物质作为前体转化生成腐殖酸；最终，壳聚糖投加进污泥堆肥系统促进了腐殖酸形成，降低污泥堆肥过程腐殖酸损失，从而提高污泥堆肥腐熟度，实现高质量堆肥。

附图说明

图1是堆肥装置的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式所述基于多糖与蛋白质双利用通道的促进污泥堆肥腐熟度方法是通过如下步骤实现的：

步骤一、配置壳聚糖储备液；

步骤二、调控含壳聚糖污泥的含水率；

步骤三、构建与运行壳聚糖-污泥堆肥系统。

具体实施方式二：本实施方式所述基于多糖与蛋白质双利用通道的促进污泥堆肥腐熟度方法的步骤一中配置壳聚糖储备的步骤为：

步骤一(一)、称取一定量的壳聚糖粉末溶解在盐酸溶液中，并将混合溶液在恒温培养箱中进行培养，确保壳聚糖完全溶解；

步骤一(二)、将壳聚糖储备液投加至污泥中，确保污泥壳聚糖浓度与设定温度一致；

步骤一(三)、将含壳聚糖污泥置于玻璃瓶中，并移至恒温旋转振荡器中，确保壳聚糖在污泥中均匀混合，获得的污泥样品作为原料进行堆肥。

具体实施方式三：本实施方式所述基于多糖与蛋白质双利用通道的促进污泥堆肥腐熟度方法的步骤一(一)中混合溶液在恒温培养箱中37℃条件下培养24小时。

具体实施方式四：本实施方式所述基于多糖与蛋白质双利用通道的促进污泥堆肥腐熟度方法的步骤一(三)中含壳聚糖污泥的玻璃瓶在恒温旋转振荡器中在50℃、200rpm条件下旋转运行30分钟。

具体实施方式五：本实施方式所述基于多糖与蛋白质双利用通道的促进污泥堆肥腐熟度方法的步骤二中调控含壳聚糖污泥的含水率的步骤为：

步骤二(一)、通过吸附、架桥的作用降低污絮体间排斥力，对污泥与水分进行固液分离；

步骤二(二)、通过使用叠螺脱水机或板框脱水压滤机进行机械脱水，使污泥含水率满足堆肥原料要求。

具体实施方式六：本实施方式所述基于多糖与蛋白质双利用通道的促进污泥堆肥腐熟度方法的步骤三中构建与运行壳聚糖-污泥堆肥系统的方法是将步骤二中获得的污泥样品投加进堆肥装置中。

如图1所示，本实施方式中所述堆肥装置由储热水箱、热风烘燥机、热管式水-气热交换器、高温生物处理机组成。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。