污水厂内碳源优化循环实现降耗减排的方法和处理装置

1.本发明属于污水处理以及资源化利用技术领域，尤其涉及一种污水厂内碳源优化循环实现降耗减排的方法和处理装置。

背景技术：

2.活性污泥法是主要的污水处理方法，它使剩余污泥成为处理过程中的主要残留物和副产品。如今过量的污泥已成为不可忽视的问题，其处理成本甚至达到污水处理厂运营总成本的50～60％。剩余污泥中除微生物落外，还含有内源代谢和自身氧化残留物，及原污水中所含的难降解有机物和无机物，其富含丰富的蛋白质和碳水化合物的特性，使其具有资源化利用的潜力。现阶段剩余污泥的主要处理利用途径包括回收生物能源和生产生物化学品。但是剩余污泥厌氧发酵产氢产甲烷效益较低，利用剩余污泥产生高附加值的生物化学品将成为污泥资源化的新方向。在厌氧发酵过程中，大分子有机物会通过水解和酸化阶段，产生如挥发性短链脂肪酸(vfas)等溶解性小分子有机物，具有较高的经济价值，并可作为外加碳源投入生化池，代替葡萄糖或乙酸钠的投入，为异养的反硝化微生物提供生长代谢的碳源，从而降低碳源回补成本并实现对污染物的去除。胞外聚合物(eps)是剩余污泥的主要成分，其含量占剩余污泥固体质量的一半以上。这些物质主要由微生物分泌产生，具有相互粘附的性质，是构成污泥骨架的重要基质，对污泥的理化性质和生物性能有重要影响。胞外聚合物的主要组成有机物包括蛋白质、多糖、核酸和脂质等。所以如何将剩余污泥胞外聚合物中碳源的充分释放，成为实现污泥资源化利用碳源的关键问题。常规的厌氧发酵效率较低，在一个月的处理过程中仅有一半的有机质可以实现降解，所以需要采取合适的预处理手段，将剩余污泥中所含的碳源充分释放，提升其效能。

技术实现要素：

3.针对以上技术问题，本发明公开了一种污水厂内碳源优化循环实现降耗减排的方法和处理装置，通过对污泥外聚合物中有机物(多糖、蛋白质等)进行分离及资源化原位利用，实现了污泥的总体减量并达到碳减排的目标。
4.对此，本发明采用的技术方案为：
5.一种污水厂内碳源优化循环实现降耗减排的方法，其包括如下步骤：
6.步骤s1，将剩余污泥与生物表面活性剂进行混合，搅拌处理，然后经低温热水解处理后，通过水力旋流，实现胞外聚合物的剥离分离；其中，所述剩余污泥为生化污泥和物化污泥的混合物，所述低温热水解的温度为不超过90℃；
7.步骤s2，对步骤s1处理的污泥进行短程发酵，得到富含挥发性脂肪酸(vfas)的碳源；
8.步骤s3，回收污泥转化碳源；
9.步骤s4，将回收碳源投入到生化反硝化处理装置中，补充生物脱氮碳源。
10.生物表面活性剂是一种可生化性强的微生物源表面活性剂，具有分离剩余污泥中
团聚态有机物，将大块团聚物拆解为小块，并提高有机物溶解度的作用，但是其对于紧密结合的eps即tb-eps的分离作用有限，需要采用高达0.2g/gtss浓度进行处理，所以不能实现对eps的充分剥离和进一步溶入发酵液相。水力旋流器可以通过机器内部污泥自转和公转的作用实现胞外聚合物的部分剥离，但由于纯物理作用对生物和化学结合的有机质分离作用有限，效果并不显著。本课题组曾将生物表面活性剂与水力旋流联合预处理污泥用于发酵产vfas，实现了一定程度的eps的剥离和促溶，但就应用效果而言，使用药剂量较多，而且由于eps剥离不充分，且微生物活度较高，导致发酵后期污泥重聚集一定程度恶化了发酵污泥的脱水性，不利于发酵碳源的回收。热水解也已被广泛应用于污泥的预处理促进破胞和有机质的释放，但是对于低温的尤其是温度在60-80℃的低温热水解的应用并不深入和广泛，忽视了其保存微生物细胞完整性但是松散促溶胞外聚合物的作用；所以，在本技术中特地引入低温热水解并构建完整的eps高效剥离并原位资源化的减碳工艺。
11.所以通过生物表面活性剂和水力旋流器的联用可以起到协同作用，实现胞外聚合物中碳源的剥离和分离，并在此基础上进行短程发酵将有机物限制在水解酸化产小分子有机物阶段，遏制有机物进一步转化为氢气甲烷。而且这些短程发酵产生的碳源可以原位回补入生化过程的缺氧阶段，被异养的反硝化细菌利用，从而减少额外的碳源投加成本，实现了污泥减量、碳源循环利用和碳减排。
12.针对污水处理厂剩余污泥含量大及剩余污泥中主要成分胞外聚合物(eps)富含有机物(蛋白质、多糖、脂质和腐殖酸等)的特性，采用上述技术方案，可以进行污泥减量化处理，并有效实现污泥中eps高效剥离分离，并转化高可生化性碳源，从而减少污水处理过程中常规的外部碳源投加成本，达到污水处理厂内部碳源循环的目的，同时实现了污泥的总体减量和污水厂碳减排的目标。
13.进一步的，所述生物表面活性剂包括但不限于醇醚糖苷、鼠李糖脂、槐树脂等。
14.作为本发明的进一步改进，步骤s1中，所述生物表面活性剂的浓度为0.02～0.1g/gtss。进一步的，搅拌处理的时间为20-60min。进一步优选的，搅拌处理时间为30min。
15.作为本发明的进一步改进，步骤s1中，所述低温热水解处理的处理温度为75～85℃；进一步优选的，所述低温热水解处理的处理温度为80℃。
16.作为本发明的进一步改进，步骤s1中，所述水力旋流的循环次数为10～15次。进一步的，所述水力旋流的额定功率为1～2kw，射嘴喷射流量为15～25l/min。进一步优选的，所述水力旋流的额定功率为1.5kw，射嘴喷射流量为20l/min。
17.作为本发明的进一步改进，步骤s2中，将步骤s1处理的污泥加入到发酵容器中进行厌氧发酵，发酵时间3-5d，发酵温度25-45℃，初始ph为8.0-9.0。进一步优选的，初始ph为8.0，后续过程不在调控ph。
18.作为本发明的进一步改进，步骤s3中，采用有机絮凝剂对发酵后的污泥进行混凝沉降，然后进行脱水，回收富含挥发性脂肪酸的发酵液。
19.作为本发明的进一步改进，步骤s3中，将回收的富含vfas的发酵液存储于配置循环水冷和保温组件的碳源储罐。
20.作为本发明的进一步改进，所述有机絮凝剂为阳离子聚丙烯酰胺(cpam)，所述阳离子聚丙烯酰胺的分子量为1000
±
200万，脱水的压力为0.05-0.08mpa，碳源储罐的温度为4-15℃。进一步优选的，所述碳源储罐的温度为10℃。
21.作为本发明的进一步改进，步骤s4中，对步骤s3回收碳源进行反硝化潜力小试，确定应用环境对碳源的脱氮利用率，然后连续流投入到生化反硝化处理装置中。
22.进一步的，经过转化碳源反硝化小试后确定应用环境对碳源的脱氮利用率，即δc/δn,采用连续流将发酵液回补到生化缺氧段。基本参考量根据生化工艺需要添加额外的有机物(cod)去除的亚硝氮或硝氮理论需要投入的碳源含量cod为和根据实际损耗和需求可扩大投加量，乘以系数1.5～2。
23.作为本发明的进一步改进，所述剩余污泥中，生化污泥的质量占比为1/4～1/2。优选的，所述剩余污泥中，生化污泥的质量占比为1/3。
24.本发明公开了一种污水厂内碳源优化循环实现降耗减排的的处理装置，其采用如上所述的污水厂内碳源优化循环实现降耗减排的方法对剩余污泥进行处理，其包括依次连接的加药预混容器、水力旋流器、污泥发酵容器和碳源储罐，所述加药预混容器的入口连接物化污泥储池、生化污泥储池和生物表面活性剂储罐，所述碳源储罐的出口连接生化反硝化处理装置。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
26.第一，采用本发明的技术方案，在生物表面活性剂处理与水力旋流之间引入、低温热水解，利用三者结合，实现eps的更高效破解分离；此技术方案将剩余污泥的胞外聚合物(eps)的资源转化为vfas后原位用于污水处理反硝化，提高了碳源转化率，可以实现厂内碳源的循环利用，减量污泥，节约成本，通过碳源的重复利用达成碳减排，可以实现100％的碳源替代，同时实现污泥总体减量13.84％；污水厂综合运行成本降低12.99％，约826.76￥/d，同时综合核算碳减排潜力达746.21kg co
2e
/d，约减排4.95％。
27.第二，采用本发明的技术方案，碳源转化率约440mg/(l
·
d)，与直接发酵相比碳源增加了近2300mg/l，总vfas产量提升比为194.12％，挥发酸组成中乙酸含量提升2.5-2.7倍，以eps为主的短程发酵明显提升了各酸总产量同时也促进了丁酸和丙酸向乙酸的转化。
附图说明
28.图1是本发明实施例一种污水厂内碳源优化循环实现降耗减排的方法的技术路线图。
29.图2是本发明实施例一种污水厂内碳源优化循环实现降耗减排的方法的具体流程图。
30.图3是本发明实施例一种污水厂内碳源优化循环实现降耗减排的装置示意图。
31.图4是本发明实施例的不同类型和配比的剩余污泥经预处理厌氧转化过程总挥发酸(total vfas)产生和释放情况。其中raw sludge是直接发酵，pretreated sludge是预处理短程发酵，afs：物化污泥；was：生化污泥；dws为脱水污泥；mixs1/2为剩余污泥，生化污泥/物化污泥质量比为1/2；mixs1/3为剩余污泥，生化污泥/物化污泥质量比为1/3。
32.图5是本发明实施例1～3与对比例1～3的剩余污泥胞外聚合物(eps)破解结果对比图；其中，rl-lth(80)&hsh为实施例1，rl-lth(90)&hsh为实施例2，rl-lth(60)&hsh为实施例3，rl&hshc为对比例1，lth(80)为对比例2，raw为对比例3。
33.图6是本发明实施例1～3与对比例1～3发酵后的vfa产量和发酵液碳氮比c/n对比
图。其中，rl-lth(80)&hsh为实施例1，rl-lth(90)&hsh为实施例2，rl-lth(60)&hsh为实施例3，rl&hshc为对比例1，lth(80)为对比例2，raw为对比例3。
34.图7是本发明实施例1与对比例4-5发酵后的短程发酵有机成分的保留度对比图。其中，pam为采用有机阳离子聚丙烯酰胺(cpam)处理的实施例1，pfs为对比例4，pac为对比例5，ori为采用混凝脱水回收前的发酵污泥上清液，即对比例6。
35.图8是本发明实施例4不同脱水压力条件下的回收滤液碳氮比(c/n)和滤液回收量的对比图。
36.图9是本发明实施例1与对比例1、对比例7的剩余污泥脱水性对比图。其中，rl-lth(80)&hsh为实施例1，rl&hsh为对比例1，na(oh)(ph＝10)为对比例7。
37.附图标记包括：
38.1-物化污泥储池，2-生化污泥储池，3-储药罐，4-加药预混池，5-水力旋流器，6-污泥发酵罐，7-碳源储罐，8-生化段；
39.1.2、2.2、4.5、5.3均为进泥泵，3.2-加药泵，6.6和7.3为碳源泵，4.1和6.1为搅拌桨，6.2-ph探头，6.3-do探头，5.4-回泥泵；
40.1.1、2.1、3.1、4.2、4.3、4.4、4.5、5.1、5.2、5.5、6.4、6.5、7.1、7.2为阀门。
具体实施方式
41.下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
42.实施例1
43.如图1～图2所示，一种基于胞外聚合物资源化原位利用以实现污泥总体减量和污水厂碳减排的方法，
44.主要包括三个阶段：剩余污泥预处理阶段、污泥短程发酵阶段和碳源回补阶段，以实现对胞外聚合物的原位资源化利用和污水厂降耗减排。
45.具体分阶段操作如下(以实际毛纺工业园区污水处理产生污泥为例)：
46.(1)污泥预处理阶段：剩余污泥在加药预混池和水力旋流器中进行预处理。在加药预混池中实现物化污泥和生化污泥的混合及生物表面活性剂的添加，并在其中充分混匀。其中物化污泥和生化污泥的比例为3:1，投加的生物表面活性为质量浓度25％的鼠李糖脂，投加浓度为0.04g/g tss。在充分混匀后，经过80℃低温热水解30min后，高速泵入水力旋流器中持续旋流12.5个循环，实现eps与微生物的充分剥离。
47.(2)污泥短程发酵阶段：这一阶段在污泥发酵罐中实现。eps被从污泥中剥离和分离进入发酵液相提升了eps利用率。通过对发酵条件的限制，使发酵过程限制在水解酸化阶段，使大分子有机物分解为小分子的碳源，并减缓产甲烷。短程发酵时间为5d。发酵温度控制在35℃、初始ph设置为8.0，发酵过程中不调控ph。
48.(3)碳源的回收和存储阶段：采用1200万分子量的0.5mg/gtss cpam混凝沉降发酵污泥后，采用带式脱水，调整压力至0.08mpa，压滤回收发酵液，并收集滤液存储于控温10℃左右的碳源储存罐中。
49.(4)碳源回补利用阶段：对回收碳源进行反硝化潜力小试后确定活性污泥系统对碳源的脱氮利用率，即δc/δn,然后连续流回补反硝化段脱氮。基本参考去除亚硝氮
或硝氮理论需要投入的cod为1.71g cod/g和2.59g根据实际损耗和需求可扩大投加量，乘以系数1.5～2。
50.(5)最后，根据实际处理效能，结合本方法提供的核算方法进行工艺的环境和经济效益评估。
51.按照上述步骤对不同类型和不同配比的剩余污泥进行预处理并进行厌氧转化，并以直接发酵作为对比。其中，不同类型和不同配比的剩余污泥主要有：物化污泥afs、生化污泥was、脱水污泥dws、生化污泥/物化污泥质量比为1/2的剩余污泥mixs1/2、生化污泥/物化污泥质量比为1/3的剩余污泥mixs1/3。不同类型和不同配比的剩余污泥进行预处理与否并进行厌氧转化的vfas的产量对比结果如图4所示，可见，当进水中通过气浮池截留的物化污泥与生化剩余污泥混合质量比例为3:1时，效果最好。其中，主要参考的指标为厌氧转化vfas的产量，混合污泥酸产量是生化污泥产酸量的近2倍。
52.实施例2
53.在实施例1的基础上，本实施例中，低温热水解的温度为90℃，其他与实施例1相同。
54.实施例3
55.在实施例1的基础上，本实施例中，低温热水解的温度为60℃，其他与实施例1相同。
56.对比例1
57.在实施例1的基础上，本对比例中，取消低温热水解步骤，即在污泥预处理阶段采用生物表面活性剂和水力旋流器进行预处理。
58.对比例2
59.在实施例1的基础上，本实施例中，取消添加生物表面活性剂和水力旋流器，即在污泥预处理阶段只采用80℃低温热水解进行预处理。
60.对比例3
61.直接对物化污泥和生化污泥的比例为3:1的剩余污泥进行直接发酵，没有预处理。
62.对实施例1～3和对比例1～3处理的污泥的eps的破解作用进行了对比，结果如图5所示。通过比较溶解性eps(s-eps)可见，实施例1～3的溶解性eps(s-eps)都高于对比例1～3的。另外，实施例1即采用生物表面活性剂-低温热水解-水力旋流联合作用，可以使s-eps增加38.60mgcod/gvss。对比例2直接采用80℃低温热水解预处理的，可以使s-eps增加4.59mgcod/gvss；对比例1采用生物表面活性剂和水力旋流器进行预处理的，可以使s-eps增加16.47mgcod/gvss；对比例1和对比例2的s-eps增加之和为21.05mgcod/gvss，可见，采用本实施例的表面生物活性剂-低温热水解-水力旋流器对剩余污泥进行预处理的，其中的表面生物活性剂处理、低温热水解处理、水力旋流器处理产生了协同作用，比较发现低温热水解的引入显著提升了综合作用效果，更高效的破解和剥离了eps。
63.实施例1～3与对比例1～3发酵后的vfa产量和发酵液碳氮比c/n对比图如图6所示，可见，实施例1～3的vfa产量和发酵液碳氮比c/n高于对比例1～3的。另外，实施例3的90℃低温热水解对微生物的破胞作用释放了大量的氮素，导致发酵产物生化性(c/n)较低，结合图5可见，低温热水解的温度优选为80℃。
64.对比例4
65.在实施例1的基础上，本对比例不同在于，步骤(3)碳源的回收和存储阶段采用聚合硫酸铁(pfs)进行混凝沉降发酵污泥。
66.对比例5
67.在实施例1的基础上，本对比例不同在于，步骤(3)碳源的回收和存储阶段采用聚合氯化铝(pac)进行混凝沉降发酵污泥。
68.对比例6
69.在实施例1的基础上，本对比例不同在于，步骤(3)碳源的回收和存储阶段不采用任何混凝剂对发酵污泥进行混凝沉降(即ori)。
70.实施例1和对比例4-5发酵后的短程发酵有机成分的保留度结果如图7所示，发现实施例1采用有机絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺(cpam)对碳源具有最高的保留度，基本保持在89％以上。
71.实施例4
72.在实施例1的基础上，本实施例的不同在于步骤(3)碳源的回收和存储阶段的脱水压力，本实施例选择了不同的脱水压力，得到的回收滤液碳氮比(c/n)和滤液回收量的对比结果如图8所示，可见当脱水压力保持在0.05-0.08mpa的低压范围时，滤液回收量和生化性均较高。
73.对比例7
74.在实施例1的基础上，本对比例的不同在于，步骤(1)污泥预处理阶段采用naoh调理污泥ph至10，充分处理30-60min，预处理剩余污泥，后污泥短程发酵阶段的ph＝10。
75.实施例1与对比例1、对比例7的剩余污泥脱水性对比结果如图9所示，可见，由于eps的充分剥离和微生物虽保持大部分细胞完整但除了接种泥外基本灭杀，所以发酵系统中尤其是后期由于活细胞之间eps的联结而重聚集和重新释放大量eps结合水分的现象得到一定程度的抑制，所以脱水性得到部分改善。其中，实施例1有80℃低温热水解预处理的，与对比例2相比，使cst(污泥毛细吸水时间)减少了1.6s/gtss。
76.剩余污泥的胞外聚合物是污泥除细胞和水以外的第三大组成部分，占剩余污泥总有机物的70％左右，主要由蛋白质和多糖以及腐殖质等组成，且以层状包裹分布的方式近似地分布在微生物周围，并把微生物联结在一起组成污泥絮团。上述实施例的技术方案中，利用生物表面活性剂对剩余污泥进行处理，并与低温热水解预处理结合水力旋流可有效实现胞外聚合物的破解和剥离，使其作为后续短程发酵的主要有机基质。其中，少量的生物表面活性剂用于降低剩余污泥内部粘附力，使胞外聚合物松散化，破解污泥大的絮团为小块，体现为污泥粒径显著减小；低温热水解可以在保证污泥弱的破胞作用下最大化增溶胞外聚合物内有机质，进一步降低eps与微生物的结合，eps对污泥絮团的联结作用，增加污泥液中溶解性有机物，最后通过水力旋流器的离心力作用及污泥颗粒在其中的公自旋以及剪切作用，实现对胞外聚合物的高效剥离。
77.采用生物表面活性剂、低温热水解、水力旋流作用三者结合，可以最大化剥离和促溶eps，以利用而保全微生物细胞完整性，其目的主要有两个：一是提升转化碳源的品质，因为可以尽量减少氮磷向发酵基质中的释放，降低产物中氨氮和磷酸盐的含量，提升转化碳源的c/n，增加作为脱氮除磷碳源的可用度和减轻回哺后给系统造成的二次压力；二是提升
发酵污泥的脱水性，因为低温热水解(不高于90℃)杀死了绝大部分微生物以减少发酵系统中的絮团的快速重聚，又尽量保持了细胞完整性，避免破胞后大的细胞碎片和eps絮片对结合水的持续束缚，结合水很大一部分是与eps中大分子的蛋白质等紧密结合的难以脱除。
78.实施例5
79.采用实施例1的方法，对山东省菏泽某毛纺工业污水处理厂的污泥进行胞外聚合物的资源化原位利用。
80.污水处理厂采用了二级a/o(a/o-a/o)的处理方式，进水量为q
influent
＝2000m3/d，由于生化段进水中cod含量相对于高污泥浓度(≈20g/l)相对较低(1200～1300mg/l)、氨氮含量高(140～180mg n/l)，同时含有大量难以被生化利用的cod约500mg/l，导致生化段反硝化碳源不足。为了脱氨和保持生化污泥的高浓度，水厂需要投入大量的葡萄糖作为反硝化碳源和污泥生化碳源。
81.上述事实造成了剩余污泥的大量产生和外源碳源的投入，就此针对处理工艺产泥量大和反硝化碳源不足的问题，选用了毛纺工业污水厂内污泥合适的发酵污泥配比(物化:生化＝3:1)，并采用生物表面活性剂耦合水力旋流进行eps的剥离分离，之后进行短程发酵处理(发酵时间5d)，释放和转化碳源，以满足生化缺氧段异养脱氮菌的利用，代替了污水处理厂原有的葡萄糖投加。并进行了污泥减量、运行成本和碳减排潜力核算。
82.本实施例采用的装置如图3所示，其包括依次连接的加药预混池4、水力旋流器5、污泥发酵罐6和碳源储罐7，所述加药预混池4的入口连接物化污泥储池1、生化污泥储池2和储药罐3，所述储药罐3内为生物表面活性剂，所述碳源储罐7的出口连接生化段8(缺氧池)。所述污泥发酵罐6内设有搅拌桨6.1、ph探头6.2和do探头6.3。
83.如图3所示，具体的操作过程和运行效果如下：
84.(1)打开物化污泥储池1、生化污泥储池2、储药罐3和加药预混池4的相关阀门1.1、2.1、3.1、4.2、4.3和4.4。开启进泥泵1.2、2.2及加药泵3.2，按物化污泥和生化污泥3:1的质量比例进入加药预混池4，同时，投加的生物表面活性剂量为0.005～0.1g/g tss。打开搅拌器4.1，使三者在其中充分混匀。
85.(2)关闭上述步骤(1)中的阀门和泵，打开水力旋流器5相关阀门4.5和5.1，将充分混合后的污泥，高速通入水力旋流器5中。打开回泥泵5.4和阀门5.2、5.5，让污泥在加药预混池4和水力旋流器5之间持续旋流多个循环，持续时间为0.5～20min。
86.(3)关闭阀门4.5、5.1、5.5，关闭回泥泵5.4，打开进泥泵5.3和阀门6.4，使污泥进入污泥发酵罐6中。污泥加满后关闭进泥泵5.3和阀门6.4，打开搅拌桨6.1，使污泥在污泥发酵罐6中发酵5d，同时打开ph探头6.2和do探头6.3，对污泥发酵罐6中的ph、温度和do实时监控，使温度保持在25-45℃。
87.(4)打开阀门6.5、7.1以及泵6.6，使发酵产生的碳源经混凝微滤截留污泥后进入碳源储罐7中。
88.(5)根据生化缺氧段脱氮的需要计算需要投入的cod含量，打开阀门7.2和泵7.3，加碳源到生化段8中。
89.(6)污泥发酵后经混凝微滤截留的污泥残渣进行污泥制砖处理。
90.结合以上具体工艺和运行方法，同时通过下述过程对碳源替代潜力、污泥总体减量潜力、经济性节约潜力、污水厂碳减排潜力进行核算。具体的核算步骤如下：
91.(1)碳源替代与成本
92.通过污水厂每天产泥量(v
sludge
，m3/d)和污泥浓度(c
sludge
，g/l)计算每天产生的污泥总量(tss
total
，g/d)：
93.tss
total
＝1000
×vsludge
×
cs
ludge
94.通过短程发酵过程中单位污泥的碳源产量(scod，scod g/g tss)计算污水厂污泥每天碳源产量(t
scod
，g/d)：
95.t
scod
＝tss
total
×
scod
96.在不投加葡萄糖作为碳源时，通过无法去除的氮浓度(cn，g/l)计算达标需要去除的氮负荷(
△
n，g/d)：
97.△
n＝q
influent
×cn
98.假设这部分氮全部为硝氮即按最大需要投加scod量(2.59g cod/g n)计算，同时据实际损耗和需求可扩大投加量，乘以系数k(1.5～2)，则理论需要投加的碳源(t
need
，g/d)为：
99.t
need
＝2.59
×k×△n100.则发酵产生的碳源占理论需要投加碳源的比η为：
[0101][0102]
即发酵产生的污泥可以满足碳源η的需求，与实际投加的葡萄糖量(q
glucose
)相比，可每天减少投加的葡萄糖量(
△qglucose
，g/d)为：
[0103][0104]
通过单位质量葡萄糖成本(p)，计算每天节省的碳源投加成本(
△
p)为：
[0105]
△
p＝
△qglucose
×
p
[0106]
(2)污泥减量化
[0107]
通过污泥短程发酵前后的总悬浮固体颗粒物浓度(tss)进行评价。
[0108]
污泥减量比定义如下：
[0109][0110]
其中：tss
original
——原始污泥浓度，g/l；
[0111]
tss
fermentation
——发酵后污泥浓度，g/l。
[0112]
(3)碳减排潜力核算
[0113]
可将该水厂的碳排放源分为直接排放源和间接排放源。直接排放为生化过程中微生物增殖代谢等活动向大气中直接排放的温室气体，主要为co2、ch4、n2o。间接排放指因该水厂运行消耗所需的电力、药剂以及污泥进一步外运处置所产生的碳排放。
[0114]
污水处理厂的排放因子选取原则优先考虑邻近地理位置的相近工艺条件下的污水处理厂为参考。要注意的是，限于当前的研究结果，即使是相同的处理工艺，得到的温室气体排放强度也存在很大变化范围。
[0115]
在这里主要考虑污水处理厂三种主要的温室气体(ch4、n2o和化石来源的co2)的直
接排放情况。为方便比较，不同的温室气体被转换为二氧化碳当量(carbon dioxide equivalent，co
2e
)来进行比较：一吨ch4和一吨n2o分别相当于28吨和265吨co2的增温能力。
[0116]
对涉及改造的相关工段的co2排量进行计算，主要从电力消耗产生的co2和污泥减量导致的co2进行计算。若处理工段不进行改造，则co2排量不变。则总碳减排变化(δg)为：
[0117]
g＝∑g
i δg＝∑δgi[0118][0119][0120]
其中，gi为各个工段改造前的碳排放量；
[0121]
δgi为各个改造工段改造前后的碳排放量差异；
[0122]
g为总工段改造前的碳排放量；
[0123]
δg为总工段改造前后的碳排放量差异；
[0124]
ef
ich4
为各工艺段由cod负荷所造成的ch4排放因子，g ch4/kg cod；
[0125]
ef
ico2
为各工艺段由cod负荷所造成的co2排放因子，g co2/kg cod；
[0126]
ef
in2o
为各工艺段由tn负荷所造成的n2o排放因子，g n2o/kg tn；
[0127]ri cod
为各工艺段的cod量，kg cod/d；
[0128]ri tn
为该各艺段的tn量，kg tn/d；
[0129]
δr
i cod
为各工艺段的cod削减量，kg cod/d；
[0130]
δr
i tn
为该各艺段的tn削减量，kg tn/d；
[0131]
28，256分别为单位质量ch4、n2o换算为二氧化碳当量的比率；
[0132]
根据原碳排量(q，kg co2/d)计算减排比(γ)为：
[0133]
基于胞外聚合物的资源化原位利用，通过对污水处理厂所产生的污泥进行预处理及短程发酵，其产生的碳源用于回补生化处理反硝化阶段的这一过程的碳源替代潜力、污泥总体减量潜力、经济性节约潜力、污水厂碳减排潜力进行核算结果如表1～表3所示：
[0134]
表1处理前后污泥浓度变化及污泥减量比
[0135][0136]
表2改造前后成本经济性核算结果
[0137]
[0138]
表3处理过程各单元改造前后碳排放量及总碳排放量变化
[0139][0140]
综上可见，采用本发明技术方案基于胞外聚合物的资源化原位利用，实现了可以100％的碳源替代，可节约碳源成本约1000￥/d，剩余污泥预处理短程发酵产碳源回补反硝化工艺能实现污泥总体减量13.84％，同时可实现水厂内碳减排4.95％。由此证明了基于胞外聚合物的资源化原位利用以实现污泥总体减量和污水厂碳减排的方法的可行性和有效性。
[0141]
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种污水厂内碳源优化循环实现降耗减排的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤s1，将剩余污泥与生物表面活性剂进行混合，搅拌处理，然后经低温热水解处理后，通过水力旋流，实现胞外聚合物的剥离分离；其中，所述剩余污泥为生化污泥和物化污泥的混合物，所述低温热水解的温度为不超过90℃；步骤s2，对步骤s1处理的污泥进行短程发酵，得到富含挥发性脂肪酸的碳源；步骤s3，回收污泥转化碳源；步骤s4，将回收碳源投入到生化反硝化处理装置中，补充生物脱氮碳源。2.根据权利要求1所述的污水厂内碳源优化循环实现降耗减排的方法，其特征在于：步骤s1中，所述生物表面活性剂的浓度为0.02~0.1 g /g tss，搅拌处理时间20-60min。3.根据权利要求2所述的污水厂内碳源优化循环实现降耗减排的方法，其特征在于：步骤s1中，所述低温热水解处理的处理温度为75~85℃。4.根据权利要求2所述的污水厂内碳源优化循环实现降耗减排的方法，其特征在于：步骤s1中，所述水力旋流的循环次数为10~15次。5.根据权利要求1所述的污水厂内碳源优化循环实现降耗减排的方法，其特征在于：步骤s2中，将步骤s1处理的污泥加入到发酵容器中进行厌氧发酵，发酵时间3-5 d，发酵温度25-45℃，初始ph为8.0-9.0。6.根据权利要求1所述的污水厂内碳源优化循环实现降耗减排的方法，其特征在于：步骤s3中，采用有机絮凝剂对发酵后的污泥进行混凝沉降，然后进行脱水，回收富含挥发性脂肪酸的发酵液。7.根据权利要求6所述的污水厂内碳源优化循环实现降耗减排的方法，其特征在于：步骤s3中，将回收的富含挥发性脂肪酸的发酵液存储于配置循环水冷和保温组件的碳源储罐。8.根据权利要求7所述的污水厂内碳源优化循环实现降耗减排的方法，其特征在于：所述有机絮凝剂为阳离子聚丙烯酰胺，所述阳离子聚丙烯酰胺的分子量为1000
±
200万，脱水的压力为0.05-0.08mpa，碳源储罐的温度为4-15℃。9.根据权利要求6所述的污水厂内碳源优化循环实现降耗减排的方法，其特征在于：步骤s4中，对步骤s3回收碳源进行反硝化潜力小试，确定应用环境对碳源的脱氮利用率，然后连续流投入到生化反硝化处理装置中。10.如权利要求1~9任意一项所述的方法所采用的污水厂内碳源优化循环实现降耗减排的处理装置，其特征在于：其包括依次连接的加药预混容器、水力旋流器、污泥发酵容器和碳源储罐，所述加药预混容器的入口连接物化污泥储池、生化污泥储池和生物表面活性剂储罐，所述碳源储罐的出口连接生化反硝化处理装置。

技术总结

本发明提供了一种污水厂内碳源优化循环实现降耗减排的方法和处理装置，该处理方法包括如下步骤：将剩余污泥与生物表面活性剂进行混合，搅拌处理，然后经低温热水解处理后，通过水力旋流，实现胞外聚合物的剥离分离；其中，所述剩余污泥为生化污泥和物化污泥的混合物，所述低温热水解的温度为不超过90℃；对处理的污泥进行短程发酵，得到富含挥发性脂肪酸的碳源；回收污泥转化碳源；将回收碳源投入到生化反硝化处理装置中，补充生物脱氮碳源。采用本发明的技术方案，可将剩余污泥的胞外聚合物作为主要发酵基质转化为挥发性脂肪酸，原位用于反硝化，实现污水厂内碳源的循环利用，减量污泥，节约成本，减少碳排放。减少碳排放。减少碳排放。