[发明专利]一种实现城市污水厂剩余污泥定向酸化的工艺

说明书

本发明公开了一种实现城市污水厂剩余污泥定向酸化的工艺，其所述工艺步骤如下：一、确定剩余污泥发酵过程的工艺调控因子以及响应值；二、按照响应曲面设计的方法，在碱性条件下运行静态批次试验，获得响应值关于三个调控因子的数学模型；三、确定定向调控原则；四、对调控因子B选取一系列离散点，同时叠加每一个离散点对应的满足步骤三所述的响应值限制条件的等高线图，确定出另外两个调控因子的叠加范围；五、在步骤四的叠加范围内根据VFA_{_odd}比例确认对应的调控因子的值；六、在步骤五的工艺因子组合条件下运行半连续流发酵装置。本发明通过定向调控剩余污泥发酵液中的VFA组分，从而实现剩余污泥中碳源的精细化回收。

技术领域

本发明属于市政污泥资源利用技术领域，涉及一种定向调控剩余污泥发酵液中挥发性脂肪酸（VFA）组分的方法，具体涉及一种在剩余污泥的厌氧酸化过程中通过对特定工艺条件组合的调控，在保证足够酸化率的前提下实现对发酵液中含奇数碳挥发性脂肪酸分子比例高效调节的方法。

背景技术

在城市污水厂处理污水的过程中会产生大量的剩余污泥，带来了二次污染，加重了环境负担，资源化利用成为剩余污泥处理处置的主流方向。剩余污泥在厌氧发酵过程中能够产生大量的挥发性脂肪酸，可以作为生物降解塑料聚羟基脂肪酸酯（PHA）的原料。将剩余污泥处置与混合菌群合成 PHA 工艺耦合，则既能实现剩余污泥的资源化又能拓展混合菌群产PHA底物空间，还可以为污水处理厂带来一定的经济效益。

近年来，关于强化生物污泥水解产酸的研究成果大量涌现，但这些研究较少考虑使用发酵液的下游工艺的效能。对于混合菌群PHA合成工艺而言，细菌会摄取污泥发酵液中的偶数碳VFA分子（乙酸、丁酸）合成均聚物聚羟基丁酸酯（PHB）；摄取奇数碳VFA分子（丙酸、戊酸）合成以羟基戊酸酯（HV）为主的共聚物P（HB-co-HV）。聚合物中羟基丁酸酯（HB）相对含量越高则产物的脆性越强，HV相对含量越大则产物的韧性越强。为了拓展PHA产品的加工性能，聚合物中HV的含量需要被有效提升且在较高的范围内可控。另外，污泥发酵液中的非VFA成分（例如蛋白质、多糖）会降低混菌工艺的PHA产率，因此剩余污泥发酵液中的总VFA比例应该控制在较高的水平。

为了优化混菌PHA合成工艺的产品性能和产率，位于上游的剩余污泥发酵工艺需要被定向地调控，原则是：在保证足够酸化率（发酵液中VFA占可溶性COD的比例）的同时，能够显著提升且有效调控VFA分子中奇数碳VFA的比例。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现城市污水厂剩余污泥定向酸化的工艺，通过定向调控剩余污泥发酵液中的VFA组分，从而实现剩余污泥中碳源的精细化回收。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种实现城市污水厂剩余污泥定向酸化的工艺，包括如下步骤：

一、确定剩余污泥发酵过程的工艺调控因子以及响应值，其中：

所述调控因子为：

A：发酵反应过程pH；

B：发酵底物中β-环糊精（β-CD）添加比例；

C：甘油添加比例，以底物C/N衡量；

所述响应值为：

VFA_{_odd}：发酵液VFA中奇数碳VFA分子比例；

D：酸化率；

二、按照响应曲面设计的方法，在碱性条件下运行静态批次试验，获得响应值VFA__odd和D关于三个调控因子的数学模型：