本發(fā)明涉及城市污水處理廠污泥厭氧發(fā)酵技術領域，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：

隨著污水處理行業(yè)的快速發(fā)展，污泥的產生量越來越多。據《2015-2016年污泥處理市場分析報告》，截止2015年底，我國城市污水處理過程產生的污泥年產量高達7000萬噸以上。如何實現污泥的減量化、穩(wěn)定化、資源化、無害化處理成為城市污水處理廠面臨的重大難題。

我國南方地區(qū)雨水較多，加之排水系統(tǒng)多為合流制，導致城鎮(zhèn)污水處理廠普遍面臨進污水碳氮比偏低的問題，對后續(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現出水的達標排放，但這會進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)展的關鍵。利用城市剩余污泥厭氧發(fā)酵產生有機碳源以強化好氧生物脫氮除磷，是一條解決低c/n城市污水提標升級工作的重要途徑，在實現有機物再利用的同時達到污泥減量化和資源化的目的。

污泥厭氧消化是一個由多種微生物參與的復雜生物化學過程，工藝操作條件的變化會影響系統(tǒng)的運行效果，例如在兩相厭氧消化系統(tǒng)中由于控制條件的改變會出現產酸過甚和產甲烷相的“酸化狀態(tài)”。污泥經酸化作用將有機質轉換化為乙酸，而產甲烷菌產生甲烷時會消耗乙酸，不利于有機碳源的積累，因而在以開發(fā)有機碳源為目標的剩余污泥水解酸化系統(tǒng)中保持污泥產酸效應強于產甲烷效應，是基于碳源再生利用的污泥資源化處理工藝的關鍵。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是針對現有污泥處理工藝中水解酸化過程中有機酸累積量較低、水解酸化菌和甲烷菌的競爭性抑制問題，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)剩余污泥熱堿預處理：采用5mol/l的naoh調節(jié)污泥ph值為10，置于90℃加熱裝置中恒溫加熱進行熱堿預處理，熱堿預處理時間為2h，并不斷攪拌。剩余污泥熱堿預處理能夠破壞污泥中微生物的細胞壁，促進胞外聚合物(eps)的溶解及內碳源的釋放，使得大分子有機物如蛋白質、多糖等釋放出來。

(2)反應器的酸性啟動：將熱堿預處理后的污泥泵入完全混合式污泥厭氧發(fā)酵反應器(cstr)中，以稀鹽酸調節(jié)ph值為6，然后每天定時接接種馴化成熟的水解酸化污泥，直至反應器內污泥的接種量達到30％-40％，對反應器進行酸性啟動馴化，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％，然后采用機械攪拌器攪拌，控制轉速為100rmp，室溫條件下進行水解酸化?？刂圃撍嵝詥与A段時間為8天。污水處理廠預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菌與酸化菌，從而促進被接種污泥的水解酸化。酸性啟動ph＝6的條件下有利于保持產酸微生物的活性。

(3)堿性發(fā)酵：酸性條件下反應器的啟動馴化完成后，調節(jié)反應器ph自6逐漸上升到10，進入堿性發(fā)酵的運行模式，每24h采用5mol/lnaoh調節(jié)反應器ph，維持反應器ph為10+0.2進行剩余污泥的堿性發(fā)酵。所述反應器以半連續(xù)方式運行，即反應器間斷式運行，每天通過定時進泥和排泥來調控反應器內的srt(污泥停留時間)，污泥停留時間分別為12d、8d、6d、6d，通過srt的調控將污泥厭氧消化控制在水解酸化階段。并且每天定時取樣測定水解酸化液中溶解性有機物的濃度(溶解性化學需氧量scod、碳水化合物、蛋白質等的濃度)以及產酸量(揮發(fā)性脂肪酸vfas的產量)。堿性發(fā)酵過程中控制ph＝10，進一步強化了對產甲烷菌的抑制作用，避免產甲烷菌產甲烷的過程中消耗vfas。

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

采用上述方案，剩余污泥經過熱堿預處理后，污泥細胞分解，大分子有機物如蛋白質、多糖等釋放到上清液中，然后污泥水解酸化經酸性啟動(ph＝6)階段有利于保持產酸微生物的活性，促進vfas的積累，經過堿性發(fā)酵(ph＝10)階段可抑制產甲烷菌的活性，避免產甲烷菌產甲烷的過程中消耗vfas，保持了產酸效應強于產甲烷效應，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城市污水的提標升級提供優(yōu)質的再生碳源。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的新鮮污泥的各成分統(tǒng)計表。

圖2為水解酸化過程中溶解性有機物(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濃度變化圖。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例，對本發(fā)明進行詳細說明。

為了促進有機酸的積累，促進碳源回用，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調節(jié)污泥ph值為10，置于90℃加熱裝置中恒溫加熱進行熱堿預處理2h，并不斷攪拌。

(2)反應器的酸性啟動：將熱堿預處理后的污泥泵入完全混合式污泥厭氧發(fā)酵反應器(cstr)中，以稀鹽酸調節(jié)ph值為6，然后每天定時接接種馴化成熟的水解酸化污泥，直至反應器內污泥的接種量達到30％-40％，對反應器進行酸性啟動馴化，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％，然后采用機械攪拌器攪拌，控制轉速為100rmp，室溫條件下進行水解酸化。控制該酸性啟動階段時間為8天，定時取樣各指標。

(3)堿性發(fā)酵：酸性條件下反應器的啟動馴化完成后，調節(jié)反應器ph自6.0逐漸上升到10，進入堿性發(fā)酵的運行模式，每24h采用5mol/lnaoh調節(jié)反應器ph，維持反應器ph為10+0.2進行剩余污泥的堿性發(fā)酵。所述反應器以半連續(xù)方式運行，每天通過定時進泥和排泥來調控反應器內的srt(污泥停留時間)，通過srt的調控將污泥厭氧消化控制在水解酸化階段，設定srt的初始值為12天，然后逐步縮短srt直至最佳產酸狀態(tài)，調節(jié)srt分別為12d、8d、6d、6d。并且每天定時取樣測定水解酸化液中溶解性有機物的濃度(溶解性化學需氧量scod、碳水化合物、蛋白質等的濃度)以及產酸量(揮發(fā)性脂肪酸vfas的產量)。

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

以上為實驗組r0，再設一對照組r1，在對照組r1中，其余步驟與條件均與實驗組r0一樣，只在步驟(2)與實驗組r0有所區(qū)別。

對照組r1的步驟(2)為堿性啟動：將熱堿預處理后的污泥泵入完cstr中，調節(jié)ph值為10，然后每天定時接接種馴化成熟的水解酸化污泥，直至反應器內污泥的接種量達到30％-40％，對反應器進行堿性啟動馴化，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％，然后采用機械攪拌器攪拌，控制轉速為100rmp，室溫條件下進行水解酸化?？刂圃搲A性啟動階段時間為8天，定時取樣檢測各指標。

由圖2至圖5可知，實驗組r0在酸性啟動條件(ph＝6)下，在堿性發(fā)酵階段將srt從12天逐步縮短至6天時，scod、vfas累積濃度分別可達6000-6300mg/l、1500-1700mg/l，較對照組r1堿性啟動條件(ph＝10)分別升高了1033mg/l、183.5mg/l，實驗組r0中vfas中的乙酸累積量可達69.0％，水解酸化液中多糖和蛋白質濃度分別達到650-700mg/l、280-300mg/l。當進一步縮短srt為4d時，污泥水解產酸惡化，scod及vfas濃度均降低。

綜上所述，剩余污泥經過熱堿預處理后，污泥細胞分解，大分子有機物如蛋白質、多糖等釋放到上清液中，然后污泥水解酸化經酸性啟動(ph＝6)階段有利于保持產酸微生物的活性，促進vfas的積累，經過堿性發(fā)酵(ph＝10)階段可抑制產甲烷菌的活性，避免產甲烷菌產甲烷的過程中消耗vfas，保持了產酸效應強于產甲烷效應，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城市污水的提標升級提供優(yōu)質的再生碳源。

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