本发明属于有机固体废物处理领域,涉及一种增强厌氧消化处理污泥的方法,具体指一种利用微藻和剩余污泥厌氧共消化促进产甲烷同时控制抗生素抗性基因传播的方法。
背景技术:
1、城市化进程的加速致使污水处理厂在全国大中小城中广泛增建,伴随而来的是污水处理过程中大量产生的废活性污泥。一些新型难降解有机物,例如抗生素,在传统的活性污泥法中不足以完成生物降解过程,因此不可避免地对污泥微生物形成选择性压力。这加速了暴露微生物的抗生素耐药性获得进程,致使剩余活性污泥中抗生素耐药菌及其携带的抗生素抗性基因迅速增加。抗生素耐药性的广泛传播已经上升为全球性问题,探索削减剩余活性污泥中的抗性基因的方法尤为迫切且关键。
2、厌氧消化技术是目前世界上从剩余污泥中回收有机质能源的重要生物技术。该技术通过厌氧微生物联盟的协作,将剩余污泥中的有机成分高效降解,最终生成沼气(甲烷、二氧化碳和少量氢气的混合气体)。然而,剩余污泥单独消化时往往效果不佳,系统内容易出现酸化、氨氮抑制、纤维素难降解等诸多问题。并且,如果不采取适当措施对抗生素耐药菌和抗生素抗性基因加以控制,可能导致耐药性在厌氧消化过程中持续增加,对生态环境及人类健康造成严重威胁。抗性基因的传播主要有两方面,即从亲代传到子代的垂直基因转移和可移动基因元件介导的水平基因转移。值得注意的是,细胞的氧化应激反应和细胞膜通透性的增加被认为对垂直基因转移和水平基因转移均有促进作用。因此,缓解厌氧消化过程中微生物的氧化应激反应以及减缓细胞膜通透性的增加有利于抑制抗性基因的传播。
3、微藻是与污泥建立生物质资源化的有效基质,微藻-污泥共消化能够有效提高产沼气效率。此外,微藻能够生产多种抗氧化物质(如虾青素、岩藻黄素、叶黄素等),能够缓解细胞的氧化应激反应并削弱细胞膜通透性的增加。微藻和污泥的共消化不仅能够增强产甲烷性能,还能有效缓解污泥中的抗性基因及其水平基因转移,阻止其进一步传播。
技术实现思路
1、本发明的目的是克服现有厌氧消化技术的不足,提供一种微藻-污泥厌氧共消化促进产甲烷同时削减抗生素抗性基因的方法,该方法在实现剩余污泥减量化和资源化的同时,控制抗性基因在环境中的传播。
2、为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
3、一种利用微藻和剩余污泥共消化,增强污泥厌氧消化产甲烷性能的同时减缓抗性基因传播的方法,包括以下步骤:
4、s1、将微藻进行浓缩,得到浓缩微藻;
5、s2、将剩余污泥进行自然沉降,将水去除,得到浓缩污泥;
6、s3、将步骤s1所得的浓缩微藻与步骤s2所得的浓缩污泥配比混匀,并调整ph;
7、s4、将混匀后的微藻-污泥共消化基质进行厌氧消化处理,增强产甲烷性能的同时削减抗生素抗性基因。
8、上述的方法,进一步改进的,步骤s1中微藻为小球藻、红球藻或其他废水处理中广泛应用的微藻。
9、上述的方法,进一步改进的,步骤s1中的微藻可通过凝结和絮凝、浮选、离心和过滤或多种技术的组合收获。
10、上述的方法,进一步改进的,步骤s3中,控制混合后微藻的挥发性悬浮固体(volatile suspended solids,vss)含量和污泥的vss含量之比为1:2。
11、上述的方法,进一步改进的,步骤s3中,使用2~5m的氢氧化钠溶液或1~2m的盐酸溶液控制污泥和微藻的混合物初始ph 6.8~7.2。
12、上述的方法,进一步改进的,步骤s4中,控制厌氧消化温度35~37℃。
13、上述的方法,进一步改进的,步骤s4中,在140~180rpm的摇床中完成厌氧消化。
14、上述的方法,进一步改进的,步骤s4中,控制厌氧消化反应时间为20-35天。
15、由于采用上述技术方案,本发明的有益效果在于:
16、(1)本方法实现了微藻和剩余污泥的资源化,将有机固体废弃物转化为生物质能。同时微藻与剩余污泥的共消化具有协同作用,相比于污泥的单独消化,能够有效提高产甲烷的性能,甲烷产量提高了50%以上。
17、(2)本方法有效缓解了厌氧消化过程中功能微生物的氧化应激反应和细胞膜通透性增加,从而减缓了抗生素抗性基因的传播扩散。
18、(3)本方法具有设备简单、操作方便、处理成本低,无需额外预处理且削减抗性基因效果显著等优点。
1.一种促进污泥产甲烷同时控制抗性基因传播的方法,其特征在于,包括:将微藻进行浓缩,得到浓缩微藻;将剩余污泥沉降后去除水,得到浓缩污泥;将浓缩后的污泥与微藻配比混匀;利用所述处理得到的微藻-污泥混合基质进行厌氧共消化。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述剩余污泥为污水处理厂的剩余污泥,所述剩余污泥在常温下自然沉降4h-36h。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述微藻为小球藻、红球藻或其他废水处理中广泛应用的微藻。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述浓缩微藻在常温下通过凝结和絮凝、浮选、离心和过滤或多种技术的组合收获。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,控制所述微藻-污泥混合基质中微藻和污泥的挥发性悬浮固体之比为1:2。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,利用2~5m的氢氧化钠溶液或1~2m的盐酸溶液调节所述微藻-污泥混合基质初始ph 6.8~7.2,再置于厌氧环境中,在摇床中进行共消化。
7.如权利要求6所述的方法,其特征在于,所述厌氧环境的处理过程包括:向反应容器中曝入惰性气体以排空氧气,所述惰性气体包括氮气、氩气、氦气、氖气中的至少一种。
8.如权利要求6所述的方法,其特征在于,所述摇床的速度为140~180rpm,温度为35~37℃。
9.如权利要求6所述的方法,其特征在于,所述厌氧共消化的时间为20d-35d,温度为35~37℃。