技术领域
[0001] 本
发明属于污
水处理技术领域，涉及一种生活污水脱氮除磷的
废水处理技术，具体涉及一种以麦秆为原料利用厌氧技术制备水解酸化液的方法。
背景技术
[0002]
厌氧消化技术虽然已经具有很长的历史，自18世纪70年代以来，发达国家利用厌氧
发酵技术处理有机污染物已经取得了较大的进展。国内的研究开始于20世纪初，到上世纪80年代才有了较大的进步，但用于
农作物秸秆的厌氧消化还较少，因其有较多的木质素很难被厌氧消化菌群降解，因此秸秆的消化率较低，并且
生物产气量也较低。
[0003] 以玉米秸秆为原料，对在分批和半连续厌氧发酵中的
瘤胃微生物进行了研究。研究了玉米秸秆发酵过程中不同
温度下对挥发性
脂肪酸(VFA)、CH4等的影响，分析组成VFA的具体物质在不同温度下含量的变化，实验结果表明，随着污染负荷的增加，甲烷气体产量在中温条件下增加缓慢。玉米秸秆厌氧发酵中瘤胃微生物能够迅速降解挥发性固体，并产出高量高效有用的VFA。R.H.zhang研究使用了一种高效厌氧消化系统(APS),将NH3作为N源补充添加剂到稻草消化液中，进一步研究物理、加热和化学预处理方法对稻草中温消化影响。实验结果表明，在秸秆
研磨成10mm、110℃下
热处理和2％
氨水化学预处理后，0.47g/(L.d).VS负荷率下，能获得较高的产气量，高于未经任何预处理对四种农作物秸秆厌氧发酵后的甲烷浓度可以提高80％，小麦秸秆加热预处理消化后所产甲烷浓度可提高60％，另外无论是机械处理还是加热处理，小麦秸秆厌氧消化所产生的甲烷浓度都是提高最多的，这说明预处理对于提高秸秆消化率有明显的效果。Gunaseelan研究了不同接种量对一种草料降解过程的影响。实验结果表明，无论是新鲜草料还是干草料，随着接种物料的增加，其3
气体产量也在增加。当接种物量与底物中所含挥发性固体的比值为134.6cm/gVS时，新鲜
3
草料的甲烷产率达最大值152cm/gVS。
[0004] 在我国，厌氧消化工艺分小型厌氧消化池和大中型消化池两类，前者为常温厌氧消化，厌氧消化时间较长，投资较低，管理方便，适合以农户为单位使用。后者处理量较大，效率高，多选用中温厌氧消化，厌氧消化实践段，工艺要求较严格，投资较大。大型中温厌氧消化秸秆
气化装置虽然投资较高，但其运行稳定，运行周期较长，装置使用寿命厂，操作人员配备较少，便于集中管理.文献表明，在山东泰安正在建设我国第一个大规模利用秸秆3
生产沼气的示范项目，该项目
发酵罐总容积500m，年可消化玉米秸秆190吨，生产沼气4.8
3
万m，生产有机
肥料190吨，可为全村160户提供生活用能。经过3年多的实际运行，完全能满足实际生产的需要，并通过了农业部组织验收。2006年，农业部又支持黑龙江农垦海
3
林农场建设一个3000m的以稻草和麦秸为原料的沼气工程。2007年，在北京又利用该技
3
术在顺义区建成了一个1000m的以玉米秸秆为原料的集中供气工程，可为300户的村庄提供生活用能。李连等采用厌氧消化技术，研究了秸秆在中温、
高温计环温条件下的
生物气产量、发酵液乙酸浓度及甲烷含量的变化情况，比较了不同条件下总固体含量TS和挥发性固体VS的去除率及产气率情况。结果显示，在实验的各个温度条件下，秸秆的厌氧消化都可以进行，但从
能量投入产出、产气
稳定性等因素综合考虑，中温厌氧消化是比较理想的农作物废弃物的处理方法。庞
云芝把温度和化学与处理结合在一起，研究常温和中温、不同化学处理对玉米秸秆厌氧消化性能和产气量的影响。实验结果表明，和常温相比，中温消化的产气量提高了139.2％～218.8％，厌氧消化时间缩短了8～16天。除尿素外，氢氧化钠和氨处理都可明显提高生物产气量，其中氢氧化钠与处理的效果最好。
[0005] 综上文献可知，国内外关于秸秆厌氧发酵的研究主要集中在厌氧消化影响因素的探索，例如接种物、pH、温度以及秸秆预处理等因素，还有就是原料配比和工艺条件的优化。另一方面，已有的秸秆厌氧发酵相关研究主要是为了更好的高效产沼气，而对于秸秆厌氧发酵的水解酸化阶段以及其产物水解酸化液综合利用方面的研究还较少。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于提供一种以麦秆为原料利用厌氧技术制备水解酸化液的方法，以克服上述
现有技术存在的
缺陷。
[0007] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0008] 一种以麦秆为原料利用厌氧技术制备水解酸化液的方法，包括以下步骤：
[0009] 步骤一：将麦秆
风干，然后切割并过筛后密封保存备用；
[0010] 步骤二：在水解酸化罐中加入剩余
污泥，并调节其pH，使剩余污泥经
碱性水解酸化得到水解酸化污泥；
[0011] 步骤三：向步骤二得到的水解酸化污泥中加入麦秆得到二者的混合物，其中，每升水解酸化污泥中添加20～30g绝干麦秆，然后调节混合物的pH及温度对麦秆水解酸化进行启动；
[0012] 步骤四：麦秆水解酸化启动后，调节pH，使麦秆的
停留时间为18～20天，每天每升水解酸化污泥中补充0.4～1.0g绝干麦秆，同时，每天调节一次pH值，使其维持在本步骤初始调节的pH值，最后取水解酸化罐的上层清液即为水解酸化液。
[0013] 进一步地，步骤一中将风干麦秆切割后过80～100目筛后密封保存备用。
[0014] 进一步地，步骤二中调节剩余污泥pH为9.0～10.0。
[0015] 进一步地，步骤二中剩余污泥经碱性水解酸化18～20天后得到水解酸化污泥。
[0016] 进一步地，步骤三中调节混合物的pH为8.5～9.5。
[0017] 进一步地，步骤三中调节混合物的温度为25～45℃。
[0018] 进一步地，步骤四中调节pH值为8.0～9.0。
[0019] 进一步地，步骤二、步骤三和步骤四中均使用氢氧化钠饱和溶液对pH值进行调节。
[0020] 一种以麦秆为原料利用厌氧技术制备水解酸化液的方法，包括以下步骤：
[0021] 步骤一：将麦秆风干，然后切割并过100目筛后密封保存备用；
[0022] 步骤二：在水解酸化罐中加入剩余污泥，用氢氧化钠饱和溶液调节pH至9.0，剩余污泥在碱性水解酸化20天后，实现剩余污泥向水解酸化污泥的转变；
[0023] 步骤三：向步骤二得到的水解酸化污泥中加入麦秆二者的混合物，其中，每升水解酸化污泥中添加30g绝干麦秆，然后调节pH为8.5、温度为45℃对麦秆水解酸化进行启动，此时
纤维素降解率达到了95％，水解酸化罐上清液COD/TN达到了28.6；
[0024] 步骤四：麦秆水解酸化启动后，调节pH为8.5，每天每升水解酸化污泥中补充1.0g绝干麦秆，麦秆的停留时间为20天，每天用氢氧化钠调节pH一次，使其维持在本步骤初始调节的pH，最后取水解酸化罐的上层清液即为水解酸化液，此时上清液麦秆产酸率为
128.2mgThODVFAS/(g麦秆·L·d)。
[0025] 一种以麦秆为原料利用厌氧技术制备水解酸化液的方法，包括以下步骤：
[0026] 步骤一：将麦秆风干，然后切割并过100目筛后密封保存备用；
[0027] 步骤二：在水解酸化罐中加入剩余污泥，用氢氧化钠饱和溶液调节pH至10.0，剩余污泥在碱性水解酸化20天后，实现剩余污泥向水解酸化污泥的转变；
[0028] 步骤三：向步骤二得到的水解酸化污泥中加入麦秆二者的混合物，其中，每升水解酸化污泥中添加30g绝干麦秆，然后调节pH为9.0、温度为45℃对麦秆水解酸化进行启动，此时
纤维素降解率达到了92.8％，水解酸化罐上清液COD/TN达到了26.9；
[0029] 步骤四：麦秆水解酸化启动后，调节pH为8.0，每天每升水解酸化污泥中补充1.0g绝干麦秆，麦秆的停留时间为20天，每天用氢氧化钠调节pH一次，使其维持在本步骤初始调节的pH，最后取水解酸化罐的上层清液即为水解酸化液，此时上清液麦秆产酸率为
113.7mgThODVFAS/(g麦秆·L·d)。
[0030] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
[0031] 本发明以麦秆为原料，不仅生产成本低，还解决了农业废弃物二次污染问题；以麦秆为原料采用厌氧发酵技术进行水解酸化，不仅可以获得富含挥发性脂肪酸的高有机浓度水解酸化液，而且
碳氮比和碳磷比较高；建立了好氧氧化沟反应器处理低碳氮比和碳磷比生活污水的处理工艺系统；以麦秆发酵制备水解酸化液，以外加碳源形式加入到生物反应池中，对微生物无毒无害，而且还不会残留在水中对
水体产生危害；经本发明技术处理后的污水，脱氮除磷效果良好，达到城镇
污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级a排放标准的限制要求。
附图说明
[0032] 图1是本发明所用的水解酸化罐结构示意图；
[0033] 图2是本发明所用的氧化沟反应器结构示意图；
[0034] 图3是本发明的工艺
流程图及水解酸化液应用流程图。
[0035] 其中，1、罐体；2、
温度计；3、搅拌器；4、进料口；5、出气口；6、排泥口；7、集气瓶。
具体实施方式
[0036] 下面结合附图对本发明的实施方式做进一步详细描述：
[0037] 如图3所示，一种以麦秆为原料利用厌氧技术制备水解酸化液的方法，包括以下步骤：
[0038] 步骤一：将麦秆取回风干后，切割过80～100目筛后密封保存，检测其含水率等指标，风干麦秆的各指标见表1；
[0039] 步骤二：在水解酸化罐中加入剩余污泥(剩余污泥的性质见表2)，用氢氧化钠饱和溶液调节pH至9.0～10.0，运行过程中根据实际情况对pH进行调节，剩余污泥在碱性水解酸化18～20天后，发酵罐运行效果趋于稳定，实现了剩余污泥向水解酸化污泥的转变；
[0040] 步骤三：在水解酸化罐水解酸化污泥的
基础上，以体系初始VSS量(绝干麦秆
质量-剩余污泥体积比)作为基础计算麦秆投加量，初始VSS含量为20g/L～30g/L，调节pH为8.5～9.5、温度为25℃～45℃对麦秆水解酸化进行启动；
[0041] 步骤四：麦秆水解酸化启动后，根据对麦秆水解酸化污泥启动碱性水解酸化效果的分析结果，调节pH为8.0～9.0，改变麦秆投加负荷0.4g/(L·d)～1.0g/(L·d)，即每天每升水解酸化污泥中补充0.4～1.0g绝干麦秆，在麦秆水解酸化污泥启动实验基础上进行连续实验，麦秆的停留时间为18～20天，每天用氢氧化钠调节pH一次，使其维持在本步骤初始调节的pH，以此优化水解酸化反应器连续运行的工艺条件，制备出最有效的水解酸化液。
[0042] 表1风干麦秆主要成分(％)
[0043]
[0044] 其中，步骤二中的水解酸化罐为自制，如图1所示，水解酸化反应罐材质为有机玻璃，总有效容积为3.0L(内径为20cm)，搅拌器3插入罐体1内，出气口5通过管道连入集气瓶7内，装置
密封性良好，罐体1上设有温度计2，罐体1上部设有进料口4，下部设有出泥口6，整个装置控制温度为25±1℃，搅拌器3通过搅拌
电机带动，搅拌电机转速控制在200r/min左右，以
定时器控制搅拌时间。
[0045] 制备得到水解酸化液后，以生活污水为进水对氧化沟反应器进行启动，室温下，运行周期为8h，其中曝气6h，进行和出水分别为0.5h，沉淀1h，进水负荷为0.5L/L，曝气强度为3.0L/(L·h)，启动工作完成后，以麦秆水解酸化液为外加碳源，改变运行周期为6h～10h，曝气强度为2.0L/(L·h)～4.0L/(L·h)来考察氧化沟反应器对NH4+-N(氨氮)、TN(总氮)、TP(总磷)、COD的去除效果，分析外加麦秆水解酸化液为碳源时污水的生物脱氮除磷性能和碳源利用特性。
[0046] 其中，所用的氧化沟反应器如图2所示，氧化沟反应器为有机玻璃材质，总有效容积为30L(直径为36cm)，单沟宽和水深比为2:1，
水力停留时间HRT为15h，污泥龄大于15天。
[0047] 下面结合
实施例对本发明做进一步详细描述：
[0048] 实施例1
[0049] 步骤一：将麦秆风干，然后切割并过100目筛后密封保存备用；
[0050] 步骤二：在水解酸化罐中加入剩余污泥，用氢氧化钠饱和溶液调节pH至9.0，运行过程中根据实际情况对pH进行调节，剩余污泥在碱性水解酸化20天后，发酵罐运行效果趋于稳定，实现剩余污泥向水解酸化污泥的转变，水解酸化罐上清液中COD/TN普遍在10～14，较低的COD/TN使得水解酸化污泥作接种污泥时为麦秆的水解酸化提供更充足的
营养元素，这有利于水解酸化菌群的生长繁殖和麦秆进一步水解酸化的进行；
[0051] 步骤三：向步骤二得到的水解酸化污泥中加入麦秆二者的混合物，其中，每升水解酸化污泥中添加30g绝干麦秆，然后调节pH为8.5、温度为45℃对麦秆水解酸化进行启动，此时水解酸化罐中麦秆释放SCOD浓度较大，而且此条件下麦秆降解更为充分，纤维素降解率达到了95％，水解酸化罐上清液COD/TN达到了28.6，初步实现了提高上清液COD/TN产碳源的目标；
[0052] 步骤四：麦秆水解酸化启动后，根据对麦秆水解酸化污泥启动碱性水解酸化效果的分析结果，调节pH为8.5，改变麦秆投加负荷1.0g/(L·d)，即每天每升水解酸化污泥中补充1.0g绝干麦秆，在麦秆水解酸化污泥启动实验基础上进行连续实验，麦秆的停留时间为20天，每天用氢氧化钠调节pH一次，使其维持在本步骤初始调节的pH，最后取水解酸化罐的上层清液即为水解酸化液，此时上清液麦秆产酸率为128.2mgThODVFAS/(g麦秆·L·d)，(其中ThOD为理论需氧量，VFAS为挥发性脂肪酸)。
[0053] 实施例2
[0054] 步骤一：将麦秆风干，然后切割并过100目筛后密封保存备用；
[0055] 步骤二：在水解酸化罐中加入剩余污泥，用氢氧化钠饱和溶液调节pH至10.0，运行过程中根据实际情况对pH进行调节，剩余污泥在碱性水解酸化20天后，发酵罐运行效果趋于稳定，实现剩余污泥向水解酸化污泥的转变，水解酸化罐上清液中COD/TN普遍在10～14，较低的COD/TN使得水解酸化污泥作接种污泥时为麦秆的水解酸化提供更充足的营养元素，这有利于水解酸化菌群的生长繁殖和麦秆进一步水解酸化的进行；
[0056] 步骤三：向步骤二得到的水解酸化污泥中加入麦秆二者的混合物，其中，每升水解酸化污泥中添加30g绝干麦秆，然后调节pH为9.0、温度为45℃对麦秆水解酸化进行启动，此时水解酸化罐中麦秆释放SCOD浓度较大，而且此条件下麦秆降解更为充分，纤维素降解率达到了92.8％，水解酸化罐上清液COD/TN达到了26.9，初步实现了提高上清液COD/TN产碳源的目标；
[0057] 步骤四：麦秆水解酸化启动后，根据对麦秆水解酸化污泥启动碱性水解酸化效果的分析结果，调节pH为8.0，改变麦秆投加负荷1.0g/(L·d)，即每天每升水解酸化污泥中补充1.0g绝干麦秆，在麦秆水解酸化污泥启动实验基础上进行连续实验，麦秆的停留时间为20天，每天用氢氧化钠调节pH一次，使其维持在本步骤初始调节的pH，最后取水解酸化罐的上层清液即为水解酸化液，此时上清液麦秆产酸率为113.7mgThODVFAS/(g麦秆·L·d)。
[0058] 实施例3
[0059] 步骤一：将麦秆风干，然后切割并过100目筛后密封保存备用；
[0060] 步骤二：在水解酸化罐中加入剩余污泥，用氢氧化钠饱和溶液调节pH至10.0，运行过程中根据实际情况对pH进行调节，剩余污泥在碱性水解酸化20天后，发酵罐运行效果趋于稳定，实现剩余污泥向水解酸化污泥的转变，水解酸化罐上清液中COD/TN普遍在10～14，较低的COD/TN使得水解酸化污泥作接种污泥时为麦秆的水解酸化提供更充足的营养元素，这有利于水解酸化菌群的生长繁殖和麦秆进一步水解酸化的进行；
[0061] 步骤三：向步骤二得到的水解酸化污泥中加入麦秆二者的混合物，其中，每升水解酸化污泥中添加25g绝干麦秆，然后调节pH为9.5、温度为45℃对麦秆水解酸化进行启动，此时水解酸化罐中麦秆释放SCOD浓度较大，而且此条件下麦秆降解更为充分，纤维素降解率达到了91.2％，水解酸化罐上清液COD/TN达到了23.2，初步实现了提高上清液COD/TN产碳源的目标；
[0062] 步骤四：麦秆水解酸化启动后，根据对麦秆水解酸化污泥启动碱性水解酸化效果的分析结果，调节pH为9.0，改变麦秆投加负荷1.0g/(L·d)，即每天每升水解酸化污泥中补充1.0g绝干麦秆，在麦秆水解酸化污泥启动实验基础上进行连续实验，麦秆的停留时间为20天，每天用氢氧化钠调节pH一次，使其维持在本步骤初始调节的pH，最后取水解酸化罐的上层清液即为水解酸化液，此时上清液麦秆产酸率为122.6mgThODVFAS/(g麦秆·L·d)。
[0063] 实施例4
[0064] 步骤一：将麦秆风干，然后切割并过80目筛后密封保存备用；
[0065] 步骤二：在水解酸化罐中加入剩余污泥，用氢氧化钠饱和溶液调节pH至10.0，运行过程中根据实际情况对pH进行调节，剩余污泥在碱性水解酸化18天后，发酵罐运行效果趋于稳定，实现剩余污泥向水解酸化污泥的转变，水解酸化罐上清液中COD/TN普遍在10～14，较低的COD/TN使得水解酸化污泥作接种污泥时为麦秆的水解酸化提供更充足的营养元素，这有利于水解酸化菌群的生长繁殖和麦秆进一步水解酸化的进行；
[0066] 步骤三：向步骤二得到的水解酸化污泥中加入麦秆二者的混合物，其中，每升水解酸化污泥中添加20g绝干麦秆，然后调节pH为9.5、温度为25℃对麦秆水解酸化进行启动；
[0067] 步骤四：麦秆水解酸化启动后，根据对麦秆水解酸化污泥启动碱性水解酸化效果的分析结果，调节pH为8.0，改变麦秆投加负荷0.4g/(L·d)，即每天每升水解酸化污泥中补充0.4g绝干麦秆，在麦秆水解酸化污泥启动实验基础上进行连续实验，麦秆的停留时间为19天，每天用氢氧化钠调节pH一次，使其维持在本步骤初始调节的pH，最后取水解酸化罐的上层清液即为水解酸化液。
[0068] 实施例5
[0069] 步骤一：将麦秆风干，然后切割并过90目筛后密封保存备用；
[0070] 步骤二：在水解酸化罐中加入剩余污泥，用氢氧化钠饱和溶液调节pH至9.0，运行过程中根据实际情况对pH进行调节，剩余污泥在碱性水解酸化19天后，发酵罐运行效果趋于稳定，实现剩余污泥向水解酸化污泥的转变，水解酸化罐上清液中COD/TN普遍在10～14，较低的COD/TN使得水解酸化污泥作接种污泥时为麦秆的水解酸化提供更充足的营养元素，这有利于水解酸化菌群的生长繁殖和麦秆进一步水解酸化的进行；
[0071] 步骤三：向步骤二得到的水解酸化污泥中加入麦秆二者的混合物，其中，每升水解酸化污泥中添加25g绝干麦秆，然后调节pH为9.0、温度为30℃对麦秆水解酸化进行启动；
[0072] 步骤四：麦秆水解酸化启动后，根据对麦秆水解酸化污泥启动碱性水解酸化效果的分析结果，调节pH为9.0，改变麦秆投加负荷0.6g/(L·d)，即每天每升水解酸化污泥中补充0.6g绝干麦秆，在麦秆水解酸化污泥启动实验基础上进行连续实验，麦秆的停留时间为18天，每天用氢氧化钠调节pH一次，使其维持在本步骤初始调节的pH，最后取水解酸化罐的上层清液即为水解酸化液。
[0073] 实施例6
[0074] 步骤一：将麦秆风干，然后切割并过80目筛后密封保存备用；
[0075] 步骤二：在水解酸化罐中加入剩余污泥，用氢氧化钠饱和溶液调节pH至10.0，运行过程中根据实际情况对pH进行调节，剩余污泥在碱性水解酸化20天后，发酵罐运行效果趋于稳定，实现剩余污泥向水解酸化污泥的转变，水解酸化罐上清液中COD/TN普遍在10～14，较低的COD/TN使得水解酸化污泥作接种污泥时为麦秆的水解酸化提供更充足的营养元素，这有利于水解酸化菌群的生长繁殖和麦秆进一步水解酸化的进行；
[0076] 步骤三：向步骤二得到的水解酸化污泥中加入麦秆二者的混合物，其中，每升水解酸化污泥中添加30g绝干麦秆，然后调节pH为8.5、温度为35℃对麦秆水解酸化进行启动；
[0077] 步骤四：麦秆水解酸化启动后，根据对麦秆水解酸化污泥启动碱性水解酸化效果的分析结果，调节pH为8.5，改变麦秆投加负荷0.8g/(L·d)，即每天每升水解酸化污泥中补充0.8g绝干麦秆，在麦秆水解酸化污泥启动实验基础上进行连续实验，麦秆的停留时间为18天，每天用氢氧化钠调节pH一次，使其维持在本步骤初始调节的pH，最后取水解酸化罐的上层清液即为水解酸化液。
[0078] 水解酸化液的应用
[0079] 麦秆水解酸化启动最优条件为pH为8.5，温度为45℃，初始VSS含量为30g/L，水解酸化罐中麦秆释放SCOD浓度最大，而且此条件下麦秆降解更为充分，纤维素降解率达到了95％，水解酸化罐上清液COD/TN达到了28.6，实现了提高上清液COD/TN产碳源的目标。麦秆水解酸化液的产生最优条件为pH为8.5，麦秆投加负荷为1.0/(L·d)时，麦秆的水解酸化效果最好，此时麦秆产酸率为128.2mgThODVFAS/(g麦秆·L·d)。在此条件下，以生活污水为进水对氧化沟反应器进行启动，室温下，以上述最优条件的水解酸化液为外加碳源，改变运行周期为6h、8h、10h，曝气强度为2.0L/(L·h)、3.0L/(L·h)、4.0L/(L·h)来考察氧化沟反应器对氨氮、总氮、总磷、COD的去除效果，分析外加麦秆水解酸化液为碳源时污水的生物脱氮除磷性能和碳源利用特性。结果表明：当运行周期为8h，曝气强度为4.0L/(L·h)，投加高浓度麦秆水解酸化液为碳源，TN和TP去除率都在85％以上，出水COD均低于50mg/L，污水的生物脱氮除磷效果显著，不仅达到了城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级a排放标准的限制要求，而且并未带入二次污染。
