[发明专利]一种利用海娜植物生物质与剩余污泥共发酵产酸的方法

说明书

技术领域

本发明属于环境保护中污水处理厂污泥处理处置领域，具体地说是涉及一种利用海娜植物生物质与剩余污泥共发酵产酸的方法。

背景技术

污水处理厂是实现污染物减排、控制水体污染、提升区域水环境质量的重要手段之一。然而，在处理污水过程中会产生大量剩余污泥，经污水厂内带式压滤机、离心脱水机或板框压滤机脱水后形成含水率约为80﹪的胶凝态物质，具有体积大、易腐败、恶臭、高物理稳定性、有机物和氮、磷等营养物质含量高等基本特点。因此，必须对剩余污泥进行减量化、稳定化和无害化处理，并实现能量和物质的最大化回收。

剩余污泥中含有大量有机物，其水解发酵过程不仅能实现污泥减量，而且能够产生乙酸、丙酸等挥发性脂肪酸（VFAs）。VFAs是进行城市污水脱氮除磷和工业废水中氧化态污染物高效去除的重要碳源。我国剩余污泥有机物含量相对较低，导致厌氧消化技术在剩余污泥的处理处置中的应用率偏低。

海娜植物生物质成分复杂，主要成分为天然纤维素，还含有香豆素类、糖类、醌类（指甲花醌）等多种化学成分，其中指甲花醌的含量可高达1.5﹪。厌氧发酵条件下，海娜植物生物质在水解酶和发酵菌的作用下可形成糖类、蛋白质及H₂、VFAs等多种电子供体，同时可能发生指甲花醌（游离态）的溶出。指甲花醌是一种高效的氧化还原介体，可加速生物/化学反应过程，对有机物的发酵类型影响深刻，可显著提高VFAs的产量。因此，海娜植物生物质如若同剩余污泥混合进行共发酵，不仅能同步产酸，还能提供指甲花醌，对剩余污泥的水解发酵产酸过程同样可能具有反向调节作用。

发明内容

本发明的目的是为克服我国污水处理厂剩余污泥有机物含量少、产酸水平低的限制因子，提供一种利用海娜植物生物质与剩余污泥共发酵产酸的方法，提升污水处理厂剩余污泥减量化和资源化技术的应用水平。该方法可以达到剩余污泥和天然植物生物质的同步减量化，实现其资源化利用。

本发明方法包括如下步骤：

步骤（1）.将海娜植物生物质采用粉碎机粉碎,得到粒径小于3 mm的海娜植物生物质粉末；将海娜植物生物质粉末于50～70℃下烘干待用；

步骤（2）.剩余污泥经浓缩、脱水后待用；

所述的剩余污泥来源于城市污水处理厂、工业废水处理厂生化工艺中的一种或多种，当为多种混合时，比例为任意比；

步骤（3）.将步骤（1）烘干后的海娜植物生物质粉末与步骤（2）浓缩脱水后的剩余污泥混合均匀，得到混合料；其中混合料中海娜植物生物质粉末的干重百分含量为5﹪～70﹪；然后将混合料放入发酵罐或厌氧反应器进行共发酵；

所述的共发酵条件如下：控制发酵温度为15～55℃，利用磷酸盐缓冲液、碳酸氢钠缓冲液或碱性溶液维持发酵系统 pH值为6.0～11.0，氧化还原电位低于-150 mV；采用潜流搅拌器，转速设置为50～300转/分钟，发酵时间为1～30 d。

作为优选，所述的碱性溶液为NaOH溶液、KOH溶液或Ca(OH)₂溶液；

所述的厌氧反应器为厌氧序批式反应器（ASBR）或厌氧消化池；

所述的厌氧反应器采用污泥循环泵设置内回流，回流比设为100﹪～200﹪，保障系统内水流紊动，提高传质效果；

所述的海娜植物生物质为天然海娜植物生物质的花、茎、叶、种子中的一种或多种，当为多种混合时，比例为任意比。

本发明的有益效果是：采用天然海娜植物生物质作为剩余污泥共发酵基质，通过厌氧发酵系统，海娜植物生物质除了其本身可以产生挥发性脂肪酸（VFAs）外，其溶出的游离态指甲花醌或生物质表面的附着态指甲花醌均可显著提高发酵产酸量。本发明的技术优点在于：剩余污泥无需进行碱、热碱或超声预处理，可以直接与海娜植物生物质混合，通过控制本发明所述的操作条件，就可高效产生VFAs，与剩余污泥单一发酵系统相比，共发酵系统中VFAs的产生量可提高2.11～3.87倍。本发明技术具有良好的环境和经济效益，可实现污水厂剩余污泥及海娜植物生物质的同步减量化，并能产生高品质的碳源。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例1

所用的海娜植物生物质来源于安徽省某地，选用其叶子组分，粉碎机粉碎后过20目筛选取筛下物，50℃烘干待用；剩余污泥来源于浙江省杭州市某城市污水处理厂剩余污泥（脱水后），挥发性悬浮固体（VSS）含量为138 g/L。