一種強(qiáng)堿預(yù)處理強(qiáng)化剩余污泥堿性發(fā)酵產(chǎn)乙酸的裝置與方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種強(qiáng)堿預(yù)處理強(qiáng)化剩余污泥堿性發(fā)酵產(chǎn)乙酸的裝置與方法，屬于污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸【技術(shù)領(lǐng)域】。所述方法涉及裝置包括剩余污泥箱、SBR裝置、排泥泵、進(jìn)泥泵、藥劑泵、pH測定儀、排泥箱、攪拌器、加藥箱、加熱棒。方法是：在25±1℃條件下，將淘洗后的剩余污泥先在強(qiáng)堿(pH＝12)SBR裝置中厭氧發(fā)酵預(yù)處理一天，之后再泵入半連續(xù)流發(fā)酵SBR裝置中進(jìn)行堿性(pH＝10)厭氧發(fā)酵，控制半連續(xù)流發(fā)酵SBR裝置的SRT為10天，從而提高發(fā)酵SBR裝置中的乙酸含量。
【專利說明】一種強(qiáng)堿預(yù)處理強(qiáng)化剩余污泥堿性發(fā)酵產(chǎn)乙酸的裝置與方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種強(qiáng)堿預(yù)處理強(qiáng)化剩余污泥堿性發(fā)酵產(chǎn)乙酸的裝置與方法，屬于污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸【技術(shù)領(lǐng)域】。剩余污泥經(jīng)強(qiáng)堿(pH = 12)預(yù)處理后進(jìn)行堿性(pH = 10)發(fā)酵，增加乙酸產(chǎn)量。

【背景技術(shù)】
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[0002]目前，我國城市生活污水中普遍存在碳源不足、C/N比較低的問題，為了提高污水處理廠的出水水質(zhì)，需要向污水中投加大量的外碳源(如甲醇、乙酸鈉等)以強(qiáng)化微生物的脫氮除磷能力，但是外碳源的投加將大大增加污水處理廠的處理成本。目前國內(nèi)外城市污水處理廠主要以生物方法為處理工藝，采用生物方法在運(yùn)行時會產(chǎn)生大量的剩余污泥，據(jù)不完全統(tǒng)計剩余污泥的處理成本占到污水處理廠運(yùn)行成本的20%?50%，而且剩余污泥中含有大量的有毒有害物質(zhì)，如病原微生物、多環(huán)芳烴和重金屬等，因此如果不能妥善的處理處置剩余污泥，將會對環(huán)境造成二次污染。剩余污泥主要的處理處置方法為衛(wèi)生填埋、焚燒和土地利用。這些處理處置方法各有缺點(diǎn):衛(wèi)生填埋不能徹底消除污染；焚燒方法的成本高、技術(shù)復(fù)雜；為防止二次污染環(huán)境，衛(wèi)生填埋前必須經(jīng)過無毒無害化處理。
[0003]另一方面，剩余污泥中包含大量的有機(jī)物質(zhì)(如蛋白質(zhì)和多糖等)，這些有機(jī)物質(zhì)可以被厭氧微生物發(fā)酵利用獲得短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids，SCFAs)、甲燒和氫氣等有利用價值的物質(zhì)。剩余污泥發(fā)酵過程中產(chǎn)生的SCFAs可作為強(qiáng)化微生物脫氮除磷的碳源，不僅減少或者避免外碳源投加，而且降低剩余污泥的處理費(fèi)用，從而節(jié)約了污水處理廠的處理成本，因此國內(nèi)外學(xué)者對剩余污泥內(nèi)碳源提取方面進(jìn)行了深入的研宄。SCFAs中乙酸最好備微生物利用，很多研宄發(fā)現(xiàn)，在堿性條件下(PH= 10)，剩余污泥發(fā)酵產(chǎn)酸最多，但產(chǎn)生的乙酸量很難進(jìn)一步提升，因此需要繼續(xù)加強(qiáng)對堿性條件下(pH = 10)進(jìn)一步提高乙酸的產(chǎn)量的研宄。
[0004]研宄表明，剩余污泥在pH = 12條件下發(fā)酵可以產(chǎn)生大量的SC0D、蛋白質(zhì)和多糖，但SCFAs的產(chǎn)量比較低，蛋白質(zhì)和多糖是酸化菌產(chǎn)生SCFAs的基質(zhì)，且酸化菌可以較好地適應(yīng)PH變化，因此剩余污泥經(jīng)過pH = 12強(qiáng)堿處理后，再在pH = 10條件下發(fā)酵，酸化菌的可利用的基質(zhì)增加，從而增加了乙酸的產(chǎn)量，同時達(dá)到污泥減量的效果。本方法可以在一定程度上解決城市污水處理廠活性污泥法的碳源缺乏問題及剩余污泥處理問題，減少城市污水處理廠外加碳源和污泥處理處置費(fèi)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明針對堿性條件下剩余污泥發(fā)酵產(chǎn)乙酸量較低的問題，提出了一種強(qiáng)堿預(yù)處理強(qiáng)化剩余污泥堿性發(fā)酵產(chǎn)乙酸的裝置與方法。本方法借助兩個SBR裝置，改變了傳統(tǒng)的投堿控制單一 PH值(pH = 10)提高污泥發(fā)酵的產(chǎn)酸量，而是先對剩余污泥進(jìn)行強(qiáng)堿(pH =12)預(yù)處理后進(jìn)行堿性發(fā)酵(pH = 10)，解決了剩余污泥堿性發(fā)酵產(chǎn)乙酸量較低和剩余污泥處理處置的問題。
[0006]一種強(qiáng)堿預(yù)處理強(qiáng)化剩余污泥堿性發(fā)酵產(chǎn)乙酸的裝置與方法，其特征在于設(shè)有發(fā)酵SBR1，預(yù)處理SBR2，發(fā)酵排泥泵3，發(fā)酵堿泵4，預(yù)處理排泥泵5，預(yù)處理堿泵6，預(yù)處理進(jìn)泥泵7，發(fā)酵pH測定儀8，發(fā)酵pH探頭9，預(yù)處理pH測定儀10，預(yù)處理pH探頭11，發(fā)酵排泥箱12，發(fā)酵攪拌器13，NaOH藥箱14，剩余污泥箱15，磁力攪拌器16，發(fā)酵加熱棒17，預(yù)處理加熱棒18，發(fā)酵酸泵19和HCl藥箱20。所述預(yù)處理SBR2底部設(shè)有磁力攪拌器16，預(yù)處理SBR2設(shè)有5個閥門，分別連接預(yù)處理pH探頭11、預(yù)處理進(jìn)泥泵7、預(yù)處理堿泵6、預(yù)處理排泥泵5和預(yù)處理加熱棒18，剩余污泥箱15、NaOH藥箱14和預(yù)處理pH測定儀10分別通過預(yù)處理進(jìn)泥泵7、預(yù)處理堿泵6和預(yù)處理pH探頭11與預(yù)處理SBR2相連；發(fā)酵SBRl中部設(shè)發(fā)酵攪拌器13，還設(shè)有6個閥門，分別連接發(fā)酵pH探頭9、發(fā)酵堿泵4、發(fā)酵排泥泵3、預(yù)處理排泥泵5、發(fā)酵加熱棒17和發(fā)酵酸泵19，NaOH藥箱14、預(yù)處理SBR2、發(fā)酵pH測定儀8、發(fā)酵排泥箱12和HCl藥箱20分別通過發(fā)酵堿泵4、預(yù)處理排泥泵5、發(fā)酵pH探頭9、發(fā)酵排泥泵3和發(fā)酵酸泵19與發(fā)酵SBRl相連。
[0007]在本發(fā)明裝置中，剩余污泥強(qiáng)堿預(yù)處理促進(jìn)產(chǎn)乙酸的流程如下:首先將剩余污泥泵入預(yù)處理SBR2中進(jìn)行強(qiáng)堿(pH = 12)預(yù)處理，提供大量的SCODs和EPS等物質(zhì)；之后排泥被泵入發(fā)酵SBR I中進(jìn)行堿性發(fā)酵(pH = 10)，產(chǎn)生大量的乙酸。
[0008]本發(fā)明提供了一種強(qiáng)堿預(yù)處理強(qiáng)化剩余污泥堿性發(fā)酵產(chǎn)乙酸的裝置與方法，其特征在于包括以下步驟:
[0009]I用自來水淘洗中試SBR的剩余污泥，將淘洗后的剩余污泥作為發(fā)酵SBRl的啟動污泥及污泥預(yù)處理SBR2的進(jìn)泥，經(jīng)淘洗后剩余污泥指標(biāo)為:MLSS = 10000?12000mg/L、SCOD = 30 ?40mg/L、VFA = I ?2mgC0D/gMLVSS、pH = 7 ?8。
[0010]2系統(tǒng)啟動階段:
[0011]系統(tǒng)啟動時一次性投加經(jīng)淘洗后的剩余污泥于發(fā)酵SBRl中，同時啟動發(fā)酵堿泵4將NaOH溶液泵入發(fā)酵SBRl中，啟動發(fā)酵攪拌器13進(jìn)行攪拌，使NaOH溶液和污泥混合均勻，控制發(fā)酵液pH = 10±0.1，啟動發(fā)酵加熱棒17保持裝置內(nèi)溫度為25±1°C;系統(tǒng)中SCOD和SCFAs濃度保持穩(wěn)定后即為啟動成功。一般SCOD和SCFAs濃度的波動范圍在300mg/L以內(nèi)即可視為穩(wěn)定；
[0012]用于污泥預(yù)處理SBR2的剩余污泥儲存于剩余污泥箱15中，啟動預(yù)處理進(jìn)泥泵7將剩余污泥箱15中的剩余污泥打入預(yù)處理SBR2中，同時啟動預(yù)處理堿泵6將NaOH溶液泵入預(yù)處理SBR2中，啟動磁力攪拌器16進(jìn)行攪拌，使NaOH溶液與污泥充分混合，控制混合液pH = 12±0.1，啟動預(yù)處理加熱棒18保持裝置內(nèi)溫度為25±1°C，啟動時間為I天。
[0013]3系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行階段:
[0014]系統(tǒng)啟動成功后，發(fā)酵SBRl每天通過發(fā)酵排泥泵3將發(fā)酵污泥排入發(fā)酵排泥箱12中，同時通過預(yù)處理排泥泵5泵入經(jīng)預(yù)處理SBR2預(yù)處理一天的剩余污泥，啟動發(fā)酵酸泵19將HCl藥箱20中的HCl泵入發(fā)酵SBRl中，控制發(fā)酵液pH = 10±0.1 ;待預(yù)處理SBR2中預(yù)處理污泥泵入發(fā)酵SBRl后，啟動預(yù)處理進(jìn)泥泵7從剩余污泥箱15中泵入剩余污泥進(jìn)行預(yù)處理，同時啟動預(yù)處理堿泵6將NaOH溶液泵入預(yù)處理SBR2中，控制混合液pH = 12±0.1。
[0015]技術(shù)原理:
[0016]一種強(qiáng)堿預(yù)處理強(qiáng)化剩余污泥堿性發(fā)酵產(chǎn)乙酸的裝置與方法的技術(shù)原理是通過強(qiáng)堿(pH = 12)預(yù)處理經(jīng)淘洗后的剩余污泥，再將預(yù)處理污泥進(jìn)行堿性(pH = 10)厭氧發(fā)酵，實(shí)現(xiàn)乙酸產(chǎn)量的增加，同時實(shí)現(xiàn)剩余污泥減量。
[0017]本發(fā)明一種強(qiáng)堿預(yù)處理強(qiáng)化剩余污泥堿性發(fā)酵產(chǎn)乙酸的裝置與方法與傳統(tǒng)剩余污泥堿性厭氧發(fā)酵工藝相比有如下優(yōu)點(diǎn):
[0018]1.剩余污泥經(jīng)強(qiáng)堿預(yù)處理后產(chǎn)生大量的SCODs和EPS等物質(zhì)，增加產(chǎn)酸菌的基質(zhì)。
[0019]2.厭氧發(fā)酵過程中，整個系統(tǒng)的乙酸產(chǎn)量獲得較大的提高。

【專利附圖】

【附圖說明】
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[0020]圖1為本方法的實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖1中:I一發(fā)酵SBR，2—預(yù)處理SBR，3—發(fā)酵排泥泵，4一發(fā)酵堿泵，5—預(yù)處理排泥泵，6—預(yù)處理堿泵，7—預(yù)處理進(jìn)泥泵，8—發(fā)酵pH測定儀，9一發(fā)酵pH探頭，10—預(yù)處理pH測定儀，11 一預(yù)處理pH探頭，12—發(fā)酵排泥箱，13—發(fā)酵攪拌器，14—NaOH藥箱，15—剩余污泥箱，16—磁力攪拌器，17—發(fā)酵加熱棒，18—預(yù)處理加熱棒，19一發(fā)酵酸泵，20-HCl藥箱。
[0022]圖2為本裝置運(yùn)行后的乙酸產(chǎn)量圖。

【具體實(shí)施方式】
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[0023]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明:如圖1所示，一種強(qiáng)堿預(yù)處理強(qiáng)化剩余污泥堿性發(fā)酵產(chǎn)乙酸的裝置與方法，其特征在于:設(shè)有發(fā)酵SBR1，預(yù)處理SBR2，發(fā)酵排泥泵3，發(fā)酵堿泵4，預(yù)處理排泥泵5，預(yù)處理堿泵6，預(yù)處理進(jìn)泥泵7，發(fā)酵pH測定儀8，發(fā)酵pH探頭9，預(yù)處理pH測定儀10，預(yù)處理pH探頭11，發(fā)酵排泥箱12，發(fā)酵攪拌器13，NaOH藥箱14，剩余污泥箱15，磁力攪拌器16，發(fā)酵加熱棒17，預(yù)處理加熱棒18，發(fā)酵酸泵19和HCl藥箱20。所述預(yù)處理SBR2底部設(shè)有磁力攪拌器16，預(yù)處理SBR2設(shè)有5個閥門，分別連接預(yù)處理PH探頭11、預(yù)處理進(jìn)泥泵7、預(yù)處理堿泵6、預(yù)處理排泥泵5和預(yù)處理加熱棒18，剩余污泥箱15、NaOH藥箱14和預(yù)處理pH測定儀10分別通過預(yù)處理進(jìn)泥泵7、預(yù)處理堿泵6和預(yù)處理pH探頭11與預(yù)處理SBR2相連；發(fā)酵SBRl中部設(shè)發(fā)酵攪拌器13，還設(shè)有6個閥門，分別連接發(fā)酵pH探頭9、發(fā)酵堿泵4、發(fā)酵排泥泵3、預(yù)處理排泥泵5、發(fā)酵加熱棒17和發(fā)酵酸泵19，NaOH藥箱14、預(yù)處理SBR2、發(fā)酵pH測定儀8、發(fā)酵排泥箱12和HCl藥箱20分別通過發(fā)酵堿泵4、預(yù)處理排泥泵5、發(fā)酵pH探頭9、發(fā)酵排泥泵3和發(fā)酵酸泵19與發(fā)酵SBRl相連。
[0024]剩余污泥取北京工業(yè)大學(xué)中試SBR，用自來水淘洗3遍，經(jīng)自來水淘洗后剩余污泥指標(biāo)為 MLSS = 10000 ?12000mg/L、SCOD = 30 ?40mg/L、VFA = I ?2mgC0D/gMLVSS、pH=7?8。發(fā)酵SBR I有效體積為10L，預(yù)處理SBR 2的有效體積為1L。
[0025]具體操作方法如下:
[0026]1.系統(tǒng)啟動階段:
[0027]1.1配置2?4mol/L的NaOH溶液于NaOH藥箱14中，配置體積分?jǐn)?shù)為10 %的鹽酸于HCl藥箱20中；系統(tǒng)啟動時一次性投加1L經(jīng)淘洗后的剩余污泥于發(fā)酵SBRl中，同時啟動發(fā)酵堿泵4將NaOH溶液泵入發(fā)酵SBRl中，啟動發(fā)酵攪拌器13以35rmp/min的速度攪拌，使NaOH溶液和污泥混合均勻，控制發(fā)酵液pH = 10±0.1，啟動發(fā)酵加熱棒17保持裝置內(nèi)溫度為25±1°C，啟動時間為10天。
[0028]1.2用于污泥預(yù)處理SBR2的剩余污泥儲存于剩余污泥箱15中，啟動預(yù)處理進(jìn)泥泵7將剩余污泥箱15中的剩余污泥打入預(yù)處理SBR2中，打入體積為1L，同時啟動預(yù)處理堿泵4將NaOH溶液泵入預(yù)處理SBR2中，啟動磁力攪拌器16以400rmp/min轉(zhuǎn)速進(jìn)行攪拌，使NaOH溶液與污泥充分混合，控制混合液pH = 12±0.1，啟動預(yù)處理加熱棒18保持裝置內(nèi)溫度為25±1°C，啟動時間為I天。
[0029]2.系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行階段:
[0030]系統(tǒng)啟動成功后，發(fā)酵SBRl每天通過發(fā)酵排泥泵3將IL發(fā)酵液排入發(fā)酵排泥箱12中，同時通過預(yù)處理排泥泵5泵入IL經(jīng)預(yù)處理SBRl預(yù)處理一天的剩余污泥，啟動發(fā)酵酸泵19將HCl藥箱20中的HCl泵入發(fā)酵SBRl中，控制發(fā)酵液pH= 10±0.1 ;待預(yù)處理SBR2中預(yù)處理污泥全部泵入發(fā)酵SBRl后，啟動預(yù)處理進(jìn)泥泵7從剩余污泥箱15中泵入IL的剩余污泥進(jìn)行預(yù)處理，同時啟動預(yù)處理堿泵4將NaOH溶液泵入預(yù)處理SBR2中，控制混合液pH
=12±0.1
[0031]連續(xù)試驗(yàn)結(jié)果表明:系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，SBR裝置I的乙酸產(chǎn)量為130± 1mgCOD/gMLVSS，與傳統(tǒng)堿性厭氧(pH = 10)發(fā)酵相比，乙酸產(chǎn)量提高了 45%。
【權(quán)利要求】
1.一種強(qiáng)堿預(yù)處理強(qiáng)化剩余污泥堿性發(fā)酵產(chǎn)乙酸的裝置，其特征在于: 設(shè)有發(fā)酵388(1),預(yù)處理388(2),發(fā)酵排泥泵(3),發(fā)酵堿泵(4),預(yù)處理排泥泵(5),預(yù)處理堿泵(6)，預(yù)處理進(jìn)泥泵(7)，發(fā)酵邱測定儀(8)，發(fā)酵邱探頭(9)，預(yù)處理邱測定儀(10),預(yù)處理邱探頭(11),發(fā)酵排泥箱(12),發(fā)酵攪拌器(13),恥0?藥箱(14)，剩余污泥箱(15),磁力攪拌器(16),發(fā)酵加熱棒(17),預(yù)處理加熱棒(18),發(fā)酵酸泵(19)和!藥箱(20)；所述預(yù)處理388(2)底部設(shè)有磁力攪拌器(16),預(yù)處理388(2)設(shè)有5個閥門，分別連接預(yù)處理邱探頭預(yù)處理進(jìn)泥泵(7)、預(yù)處理堿泵￠)、預(yù)處理排泥泵(5)和預(yù)處理加熱棒(18),剩余污泥箱(15)、版10?藥箱(14)和預(yù)處理邱測定儀(10)分別通過預(yù)處理進(jìn)泥泵(7)、預(yù)處理堿泵(6)和預(yù)處理邱探頭(11)與預(yù)處理388(2)相連；發(fā)酵中部設(shè)發(fā)酵攪拌器(13),還設(shè)有6個閥門，分別連接發(fā)酵邱探頭(幻、發(fā)酵堿泵(幻、發(fā)酵排泥泵⑶、預(yù)處理排泥泵(5)、發(fā)酵加熱棒(17)和發(fā)酵酸泵(19),^)?藥箱(14)、預(yù)處理38尺(2^發(fā)酵邱測定儀⑶)、發(fā)酵排泥箱(12)和！￠1藥箱(20)分別通過發(fā)酵堿泵⑷、預(yù)處理排泥泵(5)、發(fā)酵邱探頭(9)、發(fā)酵排泥泵(3)和發(fā)酵酸泵(19)與發(fā)酵388(1)相連。
2.應(yīng)用權(quán)利要求1所述強(qiáng)堿預(yù)處理強(qiáng)化剩余污泥堿性發(fā)酵產(chǎn)乙酸的裝置的方法，其特征在于:該方法的具體步驟如下: 2.1用自來水淘洗中試381？的剩余污泥，將淘洗后的剩余污泥作為發(fā)酵388(1)的啟動污泥及污泥預(yù)處理381？ (2)的進(jìn)泥，經(jīng)淘洗后剩余污泥指標(biāo)為:祖= 10000?12000呢/1、8000 = 30 ?40呢/1、乂…=1 ?2呢⑶邱=7 ?8 ； 2.2系統(tǒng)啟動階段: 系統(tǒng)啟動時一次性投加經(jīng)淘洗后的剩余污泥于發(fā)酵388(1)中，同時啟動發(fā)酵堿泵(4)將版10?溶液泵入發(fā)酵381？ (1)中，啟動發(fā)酵攪拌器(13)進(jìn)行攪拌，使版10?溶液和污泥混合均勻，控制發(fā)酵液邱=10^0.1，啟動發(fā)酵加熱棒(17)保持裝置內(nèi)溫度為25±1。〇；系統(tǒng)中8000和濃度保持穩(wěn)定后即為啟動成功4(1)0和濃度的波動范圍在300呢/1以內(nèi)視為穩(wěn)定； 用于污泥預(yù)處理388(2)的剩余污泥儲存于剩余污泥箱(15)中，啟動預(yù)處理進(jìn)泥泵(7)將剩余污泥箱(15)中的剩余污泥打入預(yù)處理388(2)中，同時啟動預(yù)處理堿泵(6)將似0?溶液泵入預(yù)處理381？(2)中，啟動磁力攪拌器(16)進(jìn)行攪拌，使似0?溶液與污泥充分混合，控制混合液邱=12^0.1，啟動預(yù)處理加熱棒(18)保持裝置內(nèi)溫度為25±1。〇，啟動時間為1天； 2.3系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行階段: 系統(tǒng)啟動成功后，發(fā)酵388(1)每天通過發(fā)酵排泥泵(3)將發(fā)酵污泥排入發(fā)酵排泥箱(12)中，同時通過預(yù)處理排泥泵(5)泵入經(jīng)預(yù)處理388(2)預(yù)處理一天的剩余污泥，啟動發(fā)酵酸泵(19)將!￠1藥箱(20)中的!￠1泵入發(fā)酵381^(1)中，控制發(fā)酵液邱=10^0.1 ；待預(yù)處理388(2)中預(yù)處理污泥泵入發(fā)酵388(1)后，啟動預(yù)處理進(jìn)泥泵(7)從剩余污泥箱(15)中泵入剩余污泥進(jìn)行預(yù)處理，同時啟動預(yù)處理堿泵(6)將似0?溶液泵入預(yù)處理381？(2)中，控制混合液邱=12±0丨1。
【文檔編號】C12M1/34GK104498352SQ201410649555
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】彭永臻, 邢立群, 金寶丹, 何岳蘭, 王淑瑩 申請人:北京工業(yè)大學(xué)