申请日2017.08.07
公开(公告)日2017.10.20
IPC分类号C02F11/00; C02F11/04; C02F11/12
摘要
本发明公开一种基于碳源回用的剩余污泥处理工艺，涉及城市污水处理厂剩余污泥厌氧发酵技术领域。先将剩余污泥经过热碱预处理，污泥细胞分解，大分子有机物如蛋白质、多糖等释放到上清液中，然后污泥水解酸化经酸性启动(pH=6)阶段，有利于保持产酸微生物的活性，促进VFAs的积累，经过碱性发酵(pH=10)阶段可抑制产甲烷菌的活性，避免产甲烷菌产甲烷的过程中消耗VFAs，保持了产酸效应强于产甲烷效应，从而使得水解酸化液中SCOD、VFAs的累积浓度大大提高，为低C/N城市污水的提标升级提供优质的再生碳源。
权利要求书
1.一种基于碳源回用的剩余污泥处理工艺，其特征在于，包括如下工艺步骤：
(1)剩余污泥热碱预处理：调节污泥pH值为10，置于90℃加热装置中恒温加热进行热碱预处理，热碱预处理时间为2h，并不断搅拌;
(2)反应器的酸性启动：将热碱预处理后的污泥泵入完全混合式污泥厌氧发酵反应器中，调节pH值为6，然后接种驯化成熟的水解酸化污泥，对反应器进行酸性启动驯化，其中驯化成熟的水解酸化污泥与被接种的污泥的体积比为10%;
(3)碱性发酵：酸性条件下反应器的启动驯化完成后，调节反应器pH自6.0逐渐上升到10，进入碱性发酵的运行模式;
(4)得到可资源化利用的溶解性有机碳源:将所述步骤(3)中水解酸化产物沉淀一段时间后进行固液分离，得到含高浓度有机碳源的污泥水解酸化液。
2.根据权利要求1所述的基于碳源回用的剩余污泥处理工艺，其特征在于，在所述步骤(2)中，每天定时接种驯化成熟的水解酸化污泥，直至反应器内污泥的接种量达到30%-40%，然后采用机械搅拌器搅拌，控制转速为100rmp，室温条件下进行水 解酸化。
3.根据权利要求1所述的基于碳源回用的剩余污泥处理工艺，其特征在于，所述步骤(2)中酸性启动驯化历时8天。
4.根据权利要求1所述的基于碳源回用的剩余污泥处理工艺，其特征在于，在所述步骤(3)中，在反应器启动驯化完成后，采用5mol/L NaOH每24h调节反应器pH，维持反应器pH为10+0.2进行剩余污泥的碱性发酵。
5.根据权利要求1所述的基于碳源回用的剩余污泥处理工艺，其特征在于，所述反应器以半连续方式运行，每天通过定时进泥和排泥来调控反应器内的污泥停留时间。
6.根据权利要求5所述的基于碳源回用的剩余污泥处理工艺，其特征在于，污泥停留时间分别为12d、8d、6d、6d。
7.根据权利要求1所述的基于碳源回用的剩余污泥处理工艺，其特征在于，所述步骤(3)在碱性发酵的过程中，每天定时取样测定水解酸化液中溶解性有机物的浓度以及产酸量。
8.根据权利要求1所述的基于碳源回用的剩余污泥处理工艺，其特征在于，在所述步骤(1)中，采用5mol/L的NaOH来调节污泥的pH为10。
9.根据权利要求1所述的基于碳源回用的剩余污泥处理工艺，其特征在于，在所述步骤(2)中，采用稀盐酸调节pH值为6。
说明书
一种基于碳源回用的剩余污泥处理工艺
技术领域
本发明涉及城市污水处理厂污泥厌氧发酵技术领域，尤其涉及一种基于碳源回用的剩余污泥处理工艺。
背景技术
随着污水处理行业的快速发展，污泥的产生量越来越多。据《2015-2016年污泥处理市场分析报告》，截止2015年底，我国城市污水处理过程产生的污泥年产量高达7000万吨以上。如何实现污泥的减量化、稳定化、资源化、无害化处理成为城市污水处理厂面临的重大难题。
我国南方地区雨水较多，加之排水系统多为合流制，导致城镇污水处理厂普遍面临进污水碳氮比偏低的问题，对后续生物处理系统造成困扰，一般通过向低碳氮比生活污水中投加外来碳源以实现出水的达标排放，但这会进一步增加污水处理的成本。污水处理工艺中降低能耗和成本成为可持续发展的关键。利用城市剩余污泥厌氧发酵产生有机碳源以强化好氧生物脱氮除磷，是一条解决低C/N城市污水提标升级工作的重要途径，在实现有机物再利用的同时达到污泥减量化和资源化的目的。
污泥厌氧消化是一个由多种微生物参与的复杂生物化学过程，工艺操作条件的变化会影响系统的运行效果，例如在两相厌氧消化系统中由于控制条件的改变会出现产酸过甚和产甲烷相的“酸化状态”。污泥经酸化作用将有机质转换化为乙酸，而产甲烷菌产生甲烷时会消耗乙酸，不利于有机碳源的积累，因而在以开发有机碳源为目标的剩余污泥水解酸化系统中保持污泥产酸效应强于产甲烷效应，是基于碳源再生利用的污泥资源化处理工艺的关键。
发明内容
本发明的目的是针对现有污泥处理工艺中水解酸化过程中有机酸累积量较低、水解酸化菌和甲烷菌的竞争性抑制问题，提供一种基于碳源回用的剩余污泥处理工艺。
本发明的技术方案如下：一种基于碳源回用的剩余污泥处理工艺，包括如下工艺步骤：
(1)剩余污泥热碱预处理：采用5mol/L的NaOH调节污泥pH值为10，置于90℃加热装置中恒温加热进行热碱预处理，热碱预处理时间为2h，并不断搅拌。剩余污泥热碱预处理能够破坏污泥中微生物的细胞壁，促进胞外聚合物(EPS)的溶解及内碳源的释放，使得大分子有机物如蛋白质、多糖等释放出来。
(2)反应器的酸性启动：将热碱预处理后的污泥泵入完全混合式污泥厌氧发酵反应器(CSTR)中，以稀盐酸调节pH值为6，然后每天定时接接种驯化成熟的水解酸化污泥，直至反应器内污泥的接种量达到30%-40%，对反应器进行酸性启动驯化，其中驯化成熟的水解酸化污泥与被接种的污泥的体积比为10%，然后采用机械搅拌器搅拌，控制转速为100rmp，室温条件下进行水解酸化。控制该酸性启动阶段时间为8天。污水处理厂预处理池或者生化池中的驯化成熟的水解酸化污泥中含有大量的水解细菌与酸化菌，从而促进被接种污泥的水解酸化。酸性启动pH=6的条件下有利于保持产酸微生物的活性。
(3)碱性发酵：酸性条件下反应器的启动驯化完成后，调节反应器pH自6逐渐上升到10，进入碱性发酵的运行模式，每24h采用5mol/L NaOH调节反应器pH，维持反应器pH为10+0.2进行剩余污泥的碱性发酵。所述反应器以半连续方式运行，即反应器间断式运行，每天通过定时进泥和排泥来调控反应器内的SRT(污泥停留时间)，污泥停留时间分别为12d、8d、6d、6d，通过SRT的调控将污泥厌氧消化控制在水解酸化阶段。并且每天定时取样测定水解酸化液中溶解性有机物的浓度(溶解性化学需氧量SCOD、碳水化合物、蛋白质等的浓度)以及产酸量(挥发性脂肪酸VFAs的产量)。碱性发酵过程中控制pH=10，进一步强化了对产甲烷菌的抑制作用，避免产甲烷菌产甲烷的过程中消耗VFAs。
(4)得到可资源化利用的溶解性有机碳源:将所述步骤(3)中水解酸化产物沉淀一段时间后进行固液分离，得到含有高浓度有机碳源的污泥水解酸化液。
采用上述方案，剩余污泥经过热碱预处理后，污泥细胞分解，大分子有机物如蛋白质、多糖等释放到上清液中，然后污泥水解酸化经酸性启动(pH=6)阶段有利于保持产酸微生物的活性，促进VFAs的积累，经过碱性发酵(pH=10)阶段可抑制产甲烷菌的活性，避免产甲烷菌产甲烷的过程中消耗VFAs，保持了产酸效应强于产甲烷效应，从而使得水解酸化液中SCOD、VFAs的累积浓度大大提高，为低C/N城市污水的提标升级提供优质的再生碳源。
