本發(fā)明涉及城市污水處理廠污泥厭氧發(fā)酵技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于碳源回用的剩余污泥處理工藝。

背景技術(shù)：

隨著污水處理行業(yè)的快速發(fā)展，污泥的產(chǎn)生量越來越多。據(jù)《2015-2016年污泥處理市場(chǎng)分析報(bào)告》，截止2015年底，我國(guó)城市污水處理過程產(chǎn)生的污泥年產(chǎn)量高達(dá)7000萬(wàn)噸以上。如何實(shí)現(xiàn)污泥的減量化、穩(wěn)定化、資源化、無(wú)害化處理成為城市污水處理廠面臨的重大難題。

我國(guó)南方地區(qū)雨水較多，加之排水系統(tǒng)多為合流制，導(dǎo)致城鎮(zhèn)污水處理廠普遍面臨進(jìn)污水碳氮比偏低的問題，對(duì)后續(xù)生物處理系統(tǒng)造成困擾，一般通過向低碳氮比生活污水中投加外來碳源以實(shí)現(xiàn)出水的達(dá)標(biāo)排放，但這會(huì)進(jìn)一步增加污水處理的成本。污水處理工藝中降低能耗和成本成為可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。利用城市剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)生有機(jī)碳源以強(qiáng)化好氧生物脫氮除磷，是一條解決低c/n城市污水提標(biāo)升級(jí)工作的重要途徑，在實(shí)現(xiàn)有機(jī)物再利用的同時(shí)達(dá)到污泥減量化和資源化的目的。

污泥厭氧消化是一個(gè)由多種微生物參與的復(fù)雜生物化學(xué)過程，工藝操作條件的變化會(huì)影響系統(tǒng)的運(yùn)行效果，例如在兩相厭氧消化系統(tǒng)中由于控制條件的改變會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)酸過甚和產(chǎn)甲烷相的“酸化狀態(tài)”。污泥經(jīng)酸化作用將有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)換化為乙酸，而產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生甲烷時(shí)會(huì)消耗乙酸，不利于有機(jī)碳源的積累，因而在以開發(fā)有機(jī)碳源為目標(biāo)的剩余污泥水解酸化系統(tǒng)中保持污泥產(chǎn)酸效應(yīng)強(qiáng)于產(chǎn)甲烷效應(yīng)，是基于碳源再生利用的污泥資源化處理工藝的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有污泥處理工藝中水解酸化過程中有機(jī)酸累積量較低、水解酸化菌和甲烷菌的競(jìng)爭(zhēng)性抑制問題，提供一種基于碳源回用的剩余污泥處理工藝。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種基于碳源回用的剩余污泥處理工藝，包括如下工藝步驟：

(1)剩余污泥熱堿預(yù)處理：采用5mol/l的naoh調(diào)節(jié)污泥ph值為10，置于90℃加熱裝置中恒溫加熱進(jìn)行熱堿預(yù)處理，熱堿預(yù)處理時(shí)間為2h，并不斷攪拌。剩余污泥熱堿預(yù)處理能夠破壞污泥中微生物的細(xì)胞壁，促進(jìn)胞外聚合物(eps)的溶解及內(nèi)碳源的釋放，使得大分子有機(jī)物如蛋白質(zhì)、多糖等釋放出來。

(2)反應(yīng)器的酸性啟動(dòng)：將熱堿預(yù)處理后的污泥泵入完全混合式污泥厭氧發(fā)酵反應(yīng)器(cstr)中，以稀鹽酸調(diào)節(jié)ph值為6，然后每天定時(shí)接接種馴化成熟的水解酸化污泥，直至反應(yīng)器內(nèi)污泥的接種量達(dá)到30％-40％，對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行酸性啟動(dòng)馴化，其中馴化成熟的水解酸化污泥與被接種的污泥的體積比為10％，然后采用機(jī)械攪拌器攪拌，控制轉(zhuǎn)速為100rmp，室溫條件下進(jìn)行水解酸化?？刂圃撍嵝詥?dòng)階段時(shí)間為8天。污水處理廠預(yù)處理池或者生化池中的馴化成熟的水解酸化污泥中含有大量的水解細(xì)菌與酸化菌，從而促進(jìn)被接種污泥的水解酸化。酸性啟動(dòng)ph＝6的條件下有利于保持產(chǎn)酸微生物的活性。

(3)堿性發(fā)酵：酸性條件下反應(yīng)器的啟動(dòng)馴化完成后，調(diào)節(jié)反應(yīng)器ph自6逐漸上升到10，進(jìn)入堿性發(fā)酵的運(yùn)行模式，每24h采用5mol/lnaoh調(diào)節(jié)反應(yīng)器ph，維持反應(yīng)器ph為10+0.2進(jìn)行剩余污泥的堿性發(fā)酵。所述反應(yīng)器以半連續(xù)方式運(yùn)行，即反應(yīng)器間斷式運(yùn)行，每天通過定時(shí)進(jìn)泥和排泥來調(diào)控反應(yīng)器內(nèi)的srt(污泥停留時(shí)間)，污泥停留時(shí)間分別為12d、8d、6d、6d，通過srt的調(diào)控將污泥厭氧消化控制在水解酸化階段。并且每天定時(shí)取樣測(cè)定水解酸化液中溶解性有機(jī)物的濃度(溶解性化學(xué)需氧量scod、碳水化合物、蛋白質(zhì)等的濃度)以及產(chǎn)酸量(揮發(fā)性脂肪酸vfas的產(chǎn)量)。堿性發(fā)酵過程中控制ph＝10，進(jìn)一步強(qiáng)化了對(duì)產(chǎn)甲烷菌的抑制作用，避免產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)甲烷的過程中消耗vfas。

(4)得到可資源化利用的溶解性有機(jī)碳源:將所述步驟(3)中水解酸化產(chǎn)物沉淀一段時(shí)間后進(jìn)行固液分離，得到含有高濃度有機(jī)碳源的污泥水解酸化液。

采用上述方案，剩余污泥經(jīng)過熱堿預(yù)處理后，污泥細(xì)胞分解，大分子有機(jī)物如蛋白質(zhì)、多糖等釋放到上清液中，然后污泥水解酸化經(jīng)酸性啟動(dòng)(ph＝6)階段有利于保持產(chǎn)酸微生物的活性，促進(jìn)vfas的積累，經(jīng)過堿性發(fā)酵(ph＝10)階段可抑制產(chǎn)甲烷菌的活性，避免產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)甲烷的過程中消耗vfas，保持了產(chǎn)酸效應(yīng)強(qiáng)于產(chǎn)甲烷效應(yīng)，從而使得水解酸化液中scod、vfas的累積濃度大大提高，為低c/n城市污水的提標(biāo)升級(jí)提供優(yōu)質(zhì)的再生碳源。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的新鮮污泥的各成分統(tǒng)計(jì)表。

圖2為水解酸化過程中溶解性有機(jī)物(scod)濃度變化圖。

圖3為水解酸化過程中vfas含量累積圖。

圖4為水解酸化過程中多糖濃度變化圖。

圖5為水解酸化過程中蛋白質(zhì)濃度變化圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

為了促進(jìn)有機(jī)酸的積累，促進(jìn)碳源回用，本發(fā)明提供一種基于碳源回用的剩余污泥處理工藝，包括如下工藝步驟：

(1)剩余污泥熱堿預(yù)處理：將取回的新鮮污泥靜置濃縮24h后撇除上清液，該新鮮污泥的性質(zhì)如圖1所示，其中scod的濃度為550mg/l，vfas的濃度小于10mg/l。采用5mol/l的naoh調(diào)節(jié)污泥ph值為10，置于90℃加熱裝置中恒溫加熱進(jìn)行熱堿預(yù)處理2h，并不斷攪拌。

(2)反應(yīng)器的酸性啟動(dòng)：將熱堿預(yù)處理后的污泥泵入完全混合式污泥厭氧發(fā)酵反應(yīng)器(cstr)中，以稀鹽酸調(diào)節(jié)ph值為6，然后每天定時(shí)接接種馴化成熟的水解酸化污泥，直至反應(yīng)器內(nèi)污泥的接種量達(dá)到30％-40％，對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行酸性啟動(dòng)馴化，其中馴化成熟的水解酸化污泥與被接種的污泥的體積比為10％，然后采用機(jī)械攪拌器攪拌，控制轉(zhuǎn)速為100rmp，室溫條件下進(jìn)行水解酸化?？刂圃撍嵝詥?dòng)階段時(shí)間為8天，定時(shí)取樣各指標(biāo)。

(3)堿性發(fā)酵：酸性條件下反應(yīng)器的啟動(dòng)馴化完成后，調(diào)節(jié)反應(yīng)器ph自6.0逐漸上升到10，進(jìn)入堿性發(fā)酵的運(yùn)行模式，每24h采用5mol/lnaoh調(diào)節(jié)反應(yīng)器ph，維持反應(yīng)器ph為10+0.2進(jìn)行剩余污泥的堿性發(fā)酵。所述反應(yīng)器以半連續(xù)方式運(yùn)行，每天通過定時(shí)進(jìn)泥和排泥來調(diào)控反應(yīng)器內(nèi)的srt(污泥停留時(shí)間)，通過srt的調(diào)控將污泥厭氧消化控制在水解酸化階段，設(shè)定srt的初始值為12天，然后逐步縮短srt直至最佳產(chǎn)酸狀態(tài)，調(diào)節(jié)srt分別為12d、8d、6d、6d。并且每天定時(shí)取樣測(cè)定水解酸化液中溶解性有機(jī)物的濃度(溶解性化學(xué)需氧量scod、碳水化合物、蛋白質(zhì)等的濃度)以及產(chǎn)酸量(揮發(fā)性脂肪酸vfas的產(chǎn)量)。

(4)得到可資源化利用的溶解性有機(jī)碳源:將所述步驟(3)中水解酸化產(chǎn)物沉淀一段時(shí)間后進(jìn)行固液分離，得到含有高濃度有機(jī)碳源的污泥水解酸化液。

以上為實(shí)驗(yàn)組r0，再設(shè)一對(duì)照組r1，在對(duì)照組r1中，其余步驟與條件均與實(shí)驗(yàn)組r0一樣，只在步驟(2)與實(shí)驗(yàn)組r0有所區(qū)別。

對(duì)照組r1的步驟(2)為堿性啟動(dòng)：將熱堿預(yù)處理后的污泥泵入完cstr中，調(diào)節(jié)ph值為10，然后每天定時(shí)接接種馴化成熟的水解酸化污泥，直至反應(yīng)器內(nèi)污泥的接種量達(dá)到30％-40％，對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行堿性啟動(dòng)馴化，其中馴化成熟的水解酸化污泥與被接種的污泥的體積比為10％，然后采用機(jī)械攪拌器攪拌，控制轉(zhuǎn)速為100rmp，室溫條件下進(jìn)行水解酸化?？刂圃搲A性啟動(dòng)階段時(shí)間為8天，定時(shí)取樣檢測(cè)各指標(biāo)。

由圖2至圖5可知，實(shí)驗(yàn)組r0在酸性啟動(dòng)條件(ph＝6)下，在堿性發(fā)酵階段將srt從12天逐步縮短至6天時(shí)，scod、vfas累積濃度分別可達(dá)6000-6300mg/l、1500-1700mg/l，較對(duì)照組r1堿性啟動(dòng)條件(ph＝10)分別升高了1033mg/l、183.5mg/l，實(shí)驗(yàn)組r0中vfas中的乙酸累積量可達(dá)69.0％，水解酸化液中多糖和蛋白質(zhì)濃度分別達(dá)到650-700mg/l、280-300mg/l。當(dāng)進(jìn)一步縮短srt為4d時(shí)，污泥水解產(chǎn)酸惡化，scod及vfas濃度均降低。

綜上所述，剩余污泥經(jīng)過熱堿預(yù)處理后，污泥細(xì)胞分解，大分子有機(jī)物如蛋白質(zhì)、多糖等釋放到上清液中，然后污泥水解酸化經(jīng)酸性啟動(dòng)(ph＝6)階段有利于保持產(chǎn)酸微生物的活性，促進(jìn)vfas的積累，經(jīng)過堿性發(fā)酵(ph＝10)階段可抑制產(chǎn)甲烷菌的活性，避免產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)甲烷的過程中消耗vfas，保持了產(chǎn)酸效應(yīng)強(qiáng)于產(chǎn)甲烷效應(yīng)，從而使得水解酸化液中scod、vfas的累積濃度大大提高，為低c/n城市污水的提標(biāo)升級(jí)提供優(yōu)質(zhì)的再生碳源。

以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。