一种基于碳源回用的污泥处理工艺的制作方法

本发明涉及污泥厌氧发酵处理技术领域，尤其涉及一种基于碳源回用的污泥处理工艺。

背景技术：

据《2015-2016年污泥处理市场分析报告》，截至2015年底，我国城市生活污水排放量约为500亿吨，年产含水率80％的污泥3500多万吨，工业废水排放量约220亿吨，年产含水率80％的污泥约有3520多万吨，因此污水处理过程产生的污泥高达7000万吨以上。污泥中所含的部分有害物质若不及时进行妥善的处理与处置，将会对环境造成直接或潜在的污染。我国城镇污水处理厂实际运行过程中，普遍存在进水cod不足，出水氮磷不能稳定达标的问题，为满足污水厂提标升级的迫切需求，需要向污水中投加额外碳源(如甲醇、乙酸钠等)，碳源是生物生长的一类营养物，为细胞的正常生长、分裂提供物质基础，但额外碳源的投加将大大增加污水处理的成本。

利用剩余污泥厌氧发酵产生挥发性脂肪酸(vfas)是实现污泥减量和资源化利用的有效途径。然而在污泥厌氧发酵的过程中，水解酸化阶段的产物有机酸易被甲烷菌消耗而难以大量积累，这对于以有机碳源回用为目标的污泥处理是非常不利的。并且污泥水解酸化的过程中随着有机物的溶出，大量的氮磷也随之释放到水解酸化液中，据报道城市污泥(含水率为90％)水解酸化液中氮与磷的浓度分别高达1299mg/l、94mg/l，高浓度的氮磷进一步增加了后续生物无法脱氮除磷的氮磷负荷。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于碳源回用的污泥处理工艺，使得污泥在厌氧发酵水解酸化的过程中，促进有机酸的的积累以及对氮磷的有效去除。

本发明的技术方案如下：一种基于碳源回用的污泥处理工艺，具体步骤如下：

(1)剩余污泥热碱预处理:取城市污水处理厂二沉池排出的剩余污泥为发酵污泥，自然静置沉淀24h后倒入5mol/l的naoh，调节至污泥的ph值为10，然后置于90℃恒温的加热装置中热碱预处理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)污泥接种：取经过步骤(1)处理后的污泥，接种驯化成熟的水解酸化污泥，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％，污水处理厂预处理池或者生化池中的驯化成熟的污泥中含有大量的水解细菌与酸化菌以促进被接种污泥的水解酸化；

(3)剩余污泥水解酸化：向步骤(2)中的污泥添加浓度为20mmol/l的二溴乙烷磺酸钠(bes)和浓度为0.1g/gvss的cao2，bes能够抑制产甲烷菌、嗜氢产甲烷菌等微生物的活性，从而促进有机酸的积累，cao2能够有效降低水解酸化液中的氮磷。将污泥置于反应器中，通入5min氮气以驱除反应器中的空气，然后将反应器加塞密封搅拌进行水解酸化，反应器连续运行7天，其搅拌速率为100rmp，水解酸化的反应温度为室温，在水解酸化的过程中，控制反应器的ph为10±0.2，通过每24h添加naoh来控制ph值；

(4)得到可资源化利用的溶解性有机碳源：将步骤(3)的水解酸化产物通过静置沉淀后再进行固液分离，得到溶解性有机碳源含量高、氮磷浓度底的污泥水解酸化液，并定期取样，测定酸化液各指标。

采用上述方案，本发明先对剩余污泥进行热碱预处理，污泥细胞分解，从而大分子有机物如蛋白质、多糖等释放到上清液中，经过水解酸化菌等微生物作用转变为挥发性有机酸，在水解酸化过程中添加bes抑制了产甲烷菌、嗜氢产甲烷菌等微生物活性，促进了有机酸的积累。污泥水解酸化过程中随着有机物的溶出，大量的氮磷也释放到水解酸化液中，cao2的添加有效地去除水解酸化液中的氨氮和正磷酸盐。利用本工艺方法，不仅使剩余污泥减量化，而且剩余污泥水解酸化液中溶解性有机物最高浓度可达5800～6200mg/l，有机酸累积浓度为1335mg/l，氨氮和正磷酸盐浓度分别为180～200mg/l、8～10mg/l，为低c/n比城市污水的提标升级处理提供了可资源化利用的碳源。

附图说明

图1为从城市污水处理厂中排出的剩余污泥的各成分含量统计表。

图2为三个实施例水解酸化过程中scod浓度变化图。

图3为三个实施例水解酸化过程中vfas含量累积图。

图4为三个实施例水解酸化过程中nh4⁺-n浓度变化图。

图5为三个实施例水解酸化过程中po4^3--p浓度变化图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。

本发明是在对城市污水处理厂二沉池排出的剩余污泥的成分、性质与现有的相似污泥处理方案进行深入系统地对比研究后，形成的一种基于碳源回用的污泥处理工艺，能够高效地实现污泥减量化以及资源化。

实施例一，处理步骤如下:

(1)从城市污泥处理厂的二沉池中取出剩余污泥，污泥的性质如图1所示，其中溶解性化学需氧量(scod)的浓度为12340mg/l，挥发性有机酸(vfas)的浓度小于10mg/l，nh4⁺-n的浓度为546.7mg/l，po4^3--p的浓度为77.9mg/l。将取出的新鲜污泥自然静置沉淀24h后，撇除上清液，不进行热碱预处理。

(2)将步骤(1)的污泥室温条件下置于水解酸化反应器中，接种体积比为10％的驯化成熟的水解酸化污泥，不投加bes和cao2，在反应器中通入氮气5min以驱除反应器中的空气，将反应器加塞密封，控制反应器的搅拌速度为100rmp，每24h用naoh调节控制反应器中的ph为10±0.2，连续厌氧发酵7天，每天取样监测反应器中scod、vfas、nh4⁺-n、po4^3--p浓度。

实施例二，处理步骤如下：

(1)从城市污泥处理厂的二沉池中取出剩余污泥，污泥的性质如图1所示，其中溶解性化学需氧量(scod)的浓度为12340mg/l，挥发性有机酸(vfas)的浓度小于10mg/l，nh4⁺-n的浓度为546.7mg/l，po4^3--p的浓度为77.9mg/l。将取出的新鲜污泥自然静置沉淀24h后，撇除上清液，采用5mo/lnaoh调节ph为10，置于90℃恒温加热装置热碱预处理两小时，并不断搅拌。

(2)将热碱预处理后的污泥接种体积比为10％的驯化成熟的水解酸化污泥，不投加bes和cao2。通入5min氮气驱除反应器中的空气后将反应器加塞密封，调节反应器的搅拌速度为100rmp，每隔24h用naoh调节污泥的ph为10±0.2，连续厌氧发酵7天，每天取样监测反应器中scod、vfas、nh4⁺-n、po4^3--p的浓度。

实施例三，具体步骤如下：

(1)从城市污泥处理厂的二沉池中取出剩余污泥，污泥的性质如图1所示，其中溶解性化学需氧量(scod)的浓度为12340mg/l，挥发性有机酸(vfas)的浓度小于10mg/l，nh4⁺-n的浓度为546.7mg/l，po4^3--p的浓度为77.9mg/l。将取出的新鲜污泥自然静置沉淀24h后，撇除上清液，采用5mo/lnaoh调节ph为10，置于90℃恒温加热装置热碱预处理两小时，并不断搅拌。

(2)将热碱预处理后的污泥接种体积比为10％的驯化成熟的水解酸化污泥，向其中加入添加20mmol/lbes和0.1g/gvsscao2。通入5min氮气驱除反应器中的空气后将反应器加塞密封，调节反应器的搅拌速度为100rmp，每隔24h用naoh调节污泥的ph为10±0.2，连续厌氧发酵7天，每天取样监测反应器中scod、vfas、nh4⁺-n、po4^3--p的浓度。

请至参阅图2图5，由图分析可知，实施例二中进行热碱预处理后的污泥相较于实施例一中未进行热碱预处理的污泥，其scod与vfas的浓度高出许多，但对其中的nh4⁺-n与po4^3--p浓度未产生抑制作用。实施例三中在加入bes和cao2后，不仅scod与vfas的浓度大大提高，而且大大降低了nh4⁺-n与po4^3—p的浓度，实施例三中经过naoh热碱预处理与添加bes和cao2后，scod由550.3mg/l上升到5169mg/l，较未处理污泥提高了8.4倍，最高浓度可达6169.8mg/l，scod溶出率显著提高，vfas最大产生量为1335mg/l，其主要成分乙酸含量为847mg/l。由此可见，经过热碱预处理与添加bes和cao2的剩余污泥水解酸化液可作为补充碳源，而回用到城市污水处理的提标升级改造中。

综上所述，本发明先对剩余污泥进行热碱预处理，污泥细胞分解，从而大分子有机物如蛋白质、多糖等释放到上清液中，经过水解酸化菌等微生物作用转变为挥发性有机酸，在水解酸化过程中添加bes抑制了产甲烷菌、嗜氢产甲烷菌等微生物活性，促进了有机酸的积累。污泥水解酸化过程中随着有机物的溶出，大量的氮磷也释放到水解酸化液中，cao2的添加有效地去除水解酸化液中的氨氮和正磷酸盐。利用本工艺方法，不仅使剩余污泥减量化，而且剩余污泥水解酸化液中溶解性有机物最高浓度可达5800～6200mg/l，有机酸累积浓度为1335mg/l，氨氮和正磷酸盐浓度分别为180～200mg/l、8～10mg/l，为低c/n比城市污水的提标升级处理提供了可资源化利用的碳源。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。