[發明專利]一種實現城市污水廠剩余污泥定向酸化的工藝

在審

• 申請號: 201810664168.0
• 申請日: 2018-06-25
• 公開（公告）號: CN108751647A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: 溫沁雪;黃龍;陳志強
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C02F11/02
• 分類號: C02F11/02;G06F19/00
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

本發明公開了一種實現城市污水廠剩余污泥定向酸化的工藝，其所述工藝步驟如下：一、確定剩余污泥發酵過程的工藝調控因子以及響應值；二、按照響應曲面設計的方法，在堿性條件下運行靜態批次試驗，獲得響應值關于三個調控因子的數學模型；三、確定定向調控原則；四、對調控因子B選取一系列離散點，同時疊加每一個離散點對應的滿足步驟三所述的響應值限制條件的等高線圖，確定出另外兩個調控因子的疊加范圍；五、在步驟四的疊加范圍內根據VFA_{_odd}比例確認對應的調控因子的值；六、在步驟五的工藝因子組合條件下運行半連續流發酵裝置。本發明通過定向調控剩余污泥發酵液中的VFA組分，從而實現剩余污泥中碳源的精細化回收。

技術領域

本發明屬于市政污泥資源利用技術領域，涉及一種定向調控剩余污泥發酵液中揮發性脂肪酸（VFA）組分的方法，具體涉及一種在剩余污泥的厭氧酸化過程中通過對特定工藝條件組合的調控，在保證足夠酸化率的前提下實現對發酵液中含奇數碳揮發性脂肪酸分子比例高效調節的方法。

背景技術

在城市污水廠處理污水的過程中會產生大量的剩余污泥，帶來了二次污染，加重了環境負擔，資源化利用成為剩余污泥處理處置的主流方向。剩余污泥在厭氧發酵過程中能夠產生大量的揮發性脂肪酸，可以作為生物降解塑料聚羥基脂肪酸酯（PHA）的原料。將剩余污泥處置與混合菌群合成 PHA 工藝耦合，則既能實現剩余污泥的資源化又能拓展混合菌群產PHA底物空間，還可以為污水處理廠帶來一定的經濟效益。

近年來，關于強化生物污泥水解產酸的研究成果大量涌現，但這些研究較少考慮使用發酵液的下游工藝的效能。對于混合菌群PHA合成工藝而言，細菌會攝取污泥發酵液中的偶數碳VFA分子（乙酸、丁酸）合成均聚物聚羥基丁酸酯（PHB）；攝取奇數碳VFA分子（丙酸、戊酸）合成以羥基戊酸酯（HV）為主的共聚物P（HB-co-HV）。聚合物中羥基丁酸酯（HB）相對含量越高則產物的脆性越強，HV相對含量越大則產物的韌性越強。為了拓展PHA產品的加工性能，聚合物中HV的含量需要被有效提升且在較高的范圍內可控。另外，污泥發酵液中的非VFA成分（例如蛋白質、多糖）會降低混菌工藝的PHA產率，因此剩余污泥發酵液中的總VFA比例應該控制在較高的水平。

為了優化混菌PHA合成工藝的產品性能和產率，位于上游的剩余污泥發酵工藝需要被定向地調控，原則是：在保證足夠酸化率（發酵液中VFA占可溶性COD的比例）的同時，能夠顯著提升且有效調控VFA分子中奇數碳VFA的比例。

發明內容

本發明的目的是提供一種實現城市污水廠剩余污泥定向酸化的工藝，通過定向調控剩余污泥發酵液中的VFA組分，從而實現剩余污泥中碳源的精細化回收。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種實現城市污水廠剩余污泥定向酸化的工藝，包括如下步驟：

一、確定剩余污泥發酵過程的工藝調控因子以及響應值，其中：

所述調控因子為：

A：發酵反應過程pH；

B：發酵底物中β-環糊精（β-CD）添加比例；

C：甘油添加比例，以底物C/N衡量；

所述響應值為：

VFA_{_odd}：發酵液VFA中奇數碳VFA分子比例；

D：酸化率；

二、按照響應曲面設計的方法，在堿性條件下運行靜態批次試驗，獲得響應值VFA__odd和D關于三個調控因子的數學模型：