西安某市政污水厂污泥水解酸化补充碳源技术研究

西安某市政污水厂污泥水解酸化补充碳源技术研究

王幸宇1,张爽2,胡波1,张让平1,邵妍2

（1、中持水务股份有限公司，陕西 西安 710000 2、中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安 710000）

摘 要: 我国大多数市政污水处理厂由于进水碳源不足，外加商业碳源以满足满足污水脱氮除磷问题。这无疑大大提高了污水厂的产泥率及运行成本。充分挖掘污水厂的“内碳源”，利用污泥水解产生VFAs，不仅能达到除磷脱氮效率，而且可以降低污水厂的污泥产量，是可持续的资源化技术。本文采用西安某市政污水厂二沉池剩余污泥进行了实验研究。研究结果表明：

1、西安某市政污水厂处理的污水主要为生化污水和工业废水，主工艺采用“氧化沟+二沉池+高效沉淀池+滤布滤池”，产生的剩余污泥有机质相对较低，MLVSS/MLSS=6280/13630=0.46。

2、通过25d污泥水解实验，污泥投配率为10%，控制反应温度在20℃，搅拌采用中高速搅拌，可实现污泥水解酸化的作用，SCOD最大值约为3200mg/l，SCOD/MLVSS=3200/6280=0.5；VFA最大值为876mg/l，VFA/SCD最大值约为0.28，实验结果基本满足预期。

3、TP、TN随SCOD增加而增加，最大值到6mg/L、100mg/L左右稳定，VFA/TP=146，VFA/TN=8.76，实验结果满足预期。

4、通过单因素促进水解实验，发现pH调整为10和投加50mg/l硫酸铁对污泥水解有一定的促进作用，尤其是pH调节可以加快污泥水解速率，但从工程实践来说，对污泥水解酸化作用不明显。

关键词：剩余污泥；内碳源；SRT；VFAs；水解；SCOD

引言：

进水碳源匮乏是我国污水厂普遍面临的棘手问题，引入外部商业碳源的方式有悖于我国2030年实现“碳达峰”、2060年实现“碳中和”的目标，因此，探究利用污水厂“内碳源”不引入外部商业碳源的技术很有必要。

已有研究表明，乙酸等短链挥发性脂肪酸是提高城市污水处理系统中营养物去除效果（尤其是除磷）的优异碳源。因此，将剩余污泥厌氧发酵过程控制在水解酸化阶段，以获得 VFAs 作为低碳源污水处理系统氮、磷去除所需补充碳源的研究（碳源化利用），于近年来逐渐兴起成为热点。大量研究表明，由于受细胞壁的影响，污泥直接水解酸化的碳源化效率通常较低。目前，实现污泥发酵产 VFAs 的方法包括酸碱处理、热碱处理、超声波处理、碱加微波预处理等，其中，热、超声和微波等存在操作能耗较高，且工程放大应用较困难等问题，因而为此，我们采用改变SRT、搅拌强度、pH、温度、四种物理化学方式对（西安某市政污水厂）剩余污泥进行实验，研究不同方法处理后的剩余污泥的水解酸化碳源化转化效果，为污泥碳源化转化提供实验依据。

1.实验材料与方法

1.1.实验材料

1.1.1.剩余污泥

西安某市政污水厂，设计处理能力为2.5万立方米/天，污水源主要为沿线生活污水，原设计出水水质执行一级A标准，后提标改造为准Ⅳ类，主工艺采用“氧化沟（后改造为MBBR工艺）+二沉池+高效沉淀池+滤布滤池”。

本次实验对象为西安某市政污水厂污泥池污泥，污泥主要来源为二沉池排放的剩余污泥，污泥初始性质如表1所示。

表一 剩余污泥性质

1.1.2.实验装置

图一 实验装置图

1.1.3.实验方法

本次实验采用1条主线，同时配套研究各单因素对污泥水解技术是否有促进作用。

主线实验是为了研究污泥水解酸化技术的可行性和产酸规律，为进一步实施小试实验、中试实验提供可靠的方法和数据。

主线实验采用1000ml烧杯进行，搅拌采用磁力搅拌，污泥投配率为10%，探究水解酸化菌种生长时间规律、污泥水解酸化最佳反应条件等。

单因素实验主要目的是为了研究并找出提高污泥水解效率的方法，本次实验主要采用pH调整、投加各种污泥调理剂等方法。

1.1.4.分析方法

污泥水解酸化后经 4000rmin-1离心20min，上清液用0.45 μm滤膜过滤测定 SCOD、氮磷等指标。实验中SCOD、TCOD、NH4+-N、PO43--P、MLSS、

MLVSS、VFAs等均采用国家环境保护总局发布的标准方法（国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会，2002）。pH 使用雷磁 pHS-3C 便携式 pH 计测定。

2.结果与讨论

2.1.主线实验内容及成果

2.1.1.实验条件

2.1.2.实验目的

探究水解酸化菌种生长时间规律；

探究污泥水解酸化最佳反应条件等；

探究水解酸化污泥停留时间为10d的产酸规律；

2.1.3.实验数据与讨论

污泥反应控制温度在20℃、中速搅拌、SRT=10的条件下，实验从2022年2月21日开始，数据截止2022年3月17日，实验共进行了25天，前5天污泥颜色为黄褐色，无臭味；第6天，污泥开始发黑，有臭味产生；第12天，污泥臭味开始减轻；第23天，污泥略带酸味，有水解酸化的迹象产生。

如图2所示：SCOD在初始24.9mg/L，经过7d缓慢增加到1000mg/L左右，在第14天增加到3000mg/L左右达到稳定。

如图3所示：VFA随SCOD增加而增加，最大到SCOD的28%左右。

如图4、图5所示：TP、TN随SCOD增加而增加，最终稳定在6mg/L和100mg/L左右。

图2  SCOD随时间变化图

图3  VFAs随时间变化图

图4  TN随时间变化图

图5 TP随时间变化图

2.2.单因素单因素实验内容及成果

2.2.1.调节pH=10，pH随时间变化

图6 pH随时间变化图

2.2.2.调节pH=10，SCOD随时间变化

图7调节pH=10，SCOD随时间变化

2.2.3.添加PAM=50mg/L，SCOD随时间变化

图8添加PAM=50mg/L，SCOD随时间变化

2.2.4.添加硫酸铁=50mg/L，SCOD随时间变化

图9硫酸铁=50mg/L，SCOD随时间变化

2.2.5.添加硫酸铁，SCOD随时间变化

图10添加硫酸铁，SCOD随时间变化

2.2.6.添加氯化铁=50mg/L，SCOD随时间变化

图11添加氯化铁=50mg/L，SCOD随时间变化

2.3.实验结果与讨论

西安某市政污水厂处理的污水主要为生化污水和工业废水，主工艺采用“氧化沟+二沉池+高效沉淀池+滤布滤池”，产生的剩余污泥有机质相对较低，MLVSS/MLSS=6280/13630=0.46。

通过25d污泥水解实验，污泥投配率为10%，控制反应温度在20℃，搅拌采用中高速搅拌，可实现污泥水解酸化的作用，SCOD最大值约为3200mg/L，SCOD/MLVSS=3200/6280=0.5；VFA最大值为876mg/l，VFA/SCOD最大值约为0.28，实验结果基本满足预期。

TP、TN随SCOD增加而增加，最大值到6mg/L、100mg/L左右稳定，VFA/TP=146，VFA/TN=8.76，实验结果满足预期。

通过单因素促进水解实验，发现pH调整为10和投加50mg/l硫酸铁对污泥水解有一定的促进作用，尤其是pH调节可以加快污泥水解速率。