CN102718318A

CN102718318A - 一种低强度超声预处理污泥与有机垃圾水解酸化补充碳源促进生物脱氮的方法及其应用

Info

Publication number: CN102718318A
Application number: CN2012101788554A
Authority: CN
Inventors: 王芬; 季民; 姜晓刚
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2012-06-01
Filing date: 2012-06-01
Publication date: 2012-10-10

Abstract

本发明公开了一种低强度超声预处理污泥与有机垃圾水解酸化补充碳源促进生物脱氮的方法及其应用，首先利用低强度超声破解剩余污泥，然后将剩余污泥有机垃圾混合水解酸化，最后将水解酸化液回流。本发明的优点在于弥补了剩余污泥中水解酸化碳源不足的问题，充分利用了剩余污泥中存在的水解酶，提高了水解酸化效果，弥补了剩余污泥中水解酸化碳源不足的问题，充分利用了剩余污泥与有机垃圾中的碳源，无需外加碳源，提高了生物脱氮效率。本发明可以应用于厌氧-缺氧-好氧与缺氧-好氧污水处理厂生物处理工艺升级改造，提高生物脱氮效率，减少污泥产量，实现污泥与有机垃圾资源化。

Description

一种低强度超声预处理污泥与有机垃圾水解酸化补充碳源促进生物脱氮的方法及其应用

技术领域

本发明属于废水生物处理领域，更加具体地说，主要涉及一种低强度超声破解污泥与有机垃圾水解酸化补充碳源促进生物脱氮以及污泥减量的方法及其应用。

背景技术

富营养化问题是当今世界面临的主要水污染问题之一，而氮、磷是引起水体富营养化的主要因素。随着公众环境意识的提高和国内外对氮、磷排放限制标准的日趋严格。生物脱氮技术是当前应用最为广泛的污水脱氮技术，即通过硝化菌、反硝化菌作用实现氮的去除，充足的碳源是实现高效脱氮的关键。一般认为，当生物池进水C/N低于3.4时，需要外加碳源来保证良好的生物脱氮效果，而我国大部分城市污水处理厂进入生物池的污水C/N比均低于此值，污水中有机碳源不足导致生物脱氮效率低下。为提高生物脱氮效率，实现出水总氮（TN）达标排放，需要投加甲醇、乙醇补充有机碳源，这样就增加了污水处理厂运行成本。可见，碳源问题的解决与否关系着生物脱氮效率的高低与城市污水处理厂运行成本的高低。剩余污泥内存在有机碳源，但是可转化为挥发性脂肪酸（VFAs）被反硝化菌利用的数量较少，需要再寻找新的碳源形式。

另外，我国每年有机垃圾（如餐厨垃圾、果蔬垃圾等）产量巨大，有机垃圾中有机物含量高，而且可以水解酸化为VFAs被反硝化菌作为碳源利用。如何利用有机垃圾中有机物提高生物脱氮效率，这对我国有机垃圾利用以及低碳氮比污水生物脱氮技术发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，针对剩余污泥中碳源不足的问题，本发明提供了一种污泥与有机垃圾水解酸化补充碳源促进生物脱氮的方法及其应用，解决目前污泥排放量大、有机垃圾未妥善处置、反硝化碳源外加成本高的问题。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现：

一种低强度超声预处理污泥与有机垃圾水解酸化补充碳源促进生物脱氮的方法，按照下述步骤进行：首先（即步骤1）利用低强度超声破解剩余污泥，然后（即步骤2）将超声破解的剩余污泥与有机垃圾混合水解酸化，最后（即步骤3）将水解酸化液回流。

所述步骤1中，破解预处理剩余污泥量为进水量（即沉砂池出水）的5%—10%，污泥浓缩至含固率为2-3wt%，超声破解时间1-10min，优选3—8min；破解所用超声处理器形式为多探头式（例如4—8个探头），超声频率为20—40kHz，探头直径为20—30mm，超声声能密度为0.2—0.8kW/m³，优选0.5—0.8kW/m³。

所述步骤2中，破解后浓缩剩余污泥的含水率为97-98wt%，按照固液比为1:10—1：30（有机垃圾质量：剩余污泥体积）称取有机垃圾与剩余污泥充分混合后进行水解酸化处理，经充分水解酸化，污泥与有机垃圾中慢速生物降解物质，如蛋白质、多糖、脂类等物质分解为挥发性脂肪酸类物质（VFAs），如乙酸、丙酸、丁酸等，这类物质可作为反硝化所需碳源，实现生物反硝化脱氮；剩余污泥和有机垃圾混合后在水解酸化池最佳水力停留时间为12-60h；其中有机垃圾可预先进行粉碎处理后再与剩余污泥进行混合。

所述步骤3中，水解酸化后混合液回流至生物缺氧池前端，反硝化细菌利用其为碳源，将污水中硝酸盐氮转化为氮气，实现生物脱氮，缺氧池最佳水力停留时间为2-4h。

城市有机生活垃圾（organic fraction of municipal solid waste，OFMSW）又称湿垃圾，是指城市生活垃圾中有机物成分的废弃物，主要来源于居民生活小区，餐馆食堂，农贸市场，公园街道，食果品加工厂等。按照现有技术记载（何品晶，冯肃伟，邵立明.城市固体废物管理[M]，科学出版社，北京，2003，56），具体分类如下：

1.有机垃圾：厨余、果皮

2.无机垃圾

3.废品：纸类、塑料、玻璃、金属、布类等

本发明的技术方案使用剩余污泥与有机垃圾水解酸化补充碳源促进生物脱氮的工艺，在挑选有机垃圾时从OFMSW中选取能够水解酸化的垃圾种类，如以厨余为代表的餐厨垃圾和以果皮为代表的果蔬垃圾，不包括废纸和塑料等废品。与一般剩余污泥水解酸化补充反硝化碳源工艺相比，本发明的优点在于：弥补了剩余污泥中水解酸化碳源不足的问题，充分利用了剩余污泥与有机垃圾中的碳源，无需外加碳源，提高了生物脱氮效率。本发明可以应用于厌氧-缺氧-好氧（A2O）与缺氧-好氧（AO工艺）污水处理厂生物处理工艺升级改造、新建生物除磷脱氮工艺等，经推广后可以提高生物脱氮效率，减少污泥产量，实现污泥与有机垃圾资源化，降低运行费用，产生显著的环境效益和经济效益。

附图说明

图1为本发明应用于厌氧—缺氧—好氧生物除磷脱氮工艺的流程图，其中二沉池中回流部分污泥至厌氧池的前端，好氧池出口的硝化液回流至缺氧池的前端；剩余污泥经浓缩和低强度超声波破解后参与有机垃圾的混合和水解后水解液回流至缺氧池的前端。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。采用如附图1所示的厌氧—缺氧—好氧生物脱氮工艺的流程，其中二沉池中回流部分污泥至厌氧池的前端，以保证系统中污泥的使用量，好氧池出口的硝化液回流至缺氧池的前端，以保证系统中硝化液的使用量；二沉池中部分剩余污泥经过浓缩和破解后，参与有机垃圾的混合和水解后，水解液回流至缺氧池的前端；二沉池中部分剩余污泥则予以排放。沉砂池出水量，即为系统的进水量Q。

实施例1

6%Q（Q为进水流量）的污泥经重力浓缩至含固率为2.3%，经污泥泵输送至8个探头式超声波处理器进行破解，超声反应器频率为20kHz，探头直径为20mm，声能密度为0.38kW/m³，破解时间为3min。破解后污泥液相中TCOD提高2363mg/L，污泥液相中主要水解酶α-葡萄糖苷酶活性较破解前提高2倍，蛋白酶活性提高3倍。

除油粉碎后餐厨垃圾（采用垃圾处理中常用的除油和粉碎方式）与破解的剩余污泥混合液，固液比为1:15（有机垃圾质量：剩余污泥体积）。两者进入水解酸化池进行水解酸化反应24h，反应后混合液中VFAs可达5735mg/L（其中90%为乙酸），之后混合液回流至缺氧池前端，补充反硝化所需碳源，缺氧池水力停留时间为4h。整个工艺于夏季连续运行3个月，反硝化效果稳定。监测数据发现，进水化学需氧量（COD）100-200mg/L，总氮（TN）40-50mg/L，二沉池出水COD40-50mg/L，TN 8-12mg/L，出水达到一级A标准（GB18918-2002），而且减少了剩余污泥排放量，实现了污泥减量。

实施例2

8%Q（Q为进水流量）的污泥经重力浓缩至含固率为2%，经污泥泵输送至4个探头式超声波处理器进行破解，超声反应器频率为28kHz，探头直径为25mm，声能密度为0.52kW/m³，破解时间为4min。破解后污泥液相中TCOD提高2546mg/L，污泥液相中主要水解酶α-葡萄糖苷酶活性较破解前提高2.3倍，蛋白酶活性提高3.5倍。

除油粉碎后餐厨垃圾（采用垃圾处理中常用的除油和粉碎方式）与破解的剩余污泥混合液，固液比为1:20（有机垃圾质量：剩余污泥体积）。两者进入水解酸化池进行水解酸化反应30h，反应后混合液中VFAs可达7146mg/L（其中92%为乙酸），之后混合液回流至缺氧池前端，补充反硝化所需碳源，缺氧池水力停留时间为2h。整个工艺于秋季连续运行3个月，反硝化效果稳定。监测数据发现，进水化学需氧量（COD）100-200mg/L，总氮（TN）30-45mg/L，二沉池出水COD40-50mg/L，TN 10-12mg/L，出水达到一级A标准（GB18918-2002）。

实施例3

10%Q（Q为进水流量）的污泥经重力浓缩至含固率为2.5%，经污泥泵输送至6个探头式超声波处理器进行破解，超声反应器频率为28kHz，探头直径为25mm，声能密度为0.68kW/m³，破解时间为9min。破解后污泥液相中TCOD提高3078mg/L，污泥液相中主要水解酶α-葡萄糖苷酶活性较破解前提高2.6倍，蛋白酶活性提高3.8倍。

粉碎后果蔬垃圾（采用垃圾处理中常用的粉碎方式）与破解的剩余污泥混合液，固液比为1:25（有机垃圾质量：剩余污泥体积）。两者进入水解酸化池进行水解酸化反应48h，反应后混合液中VFAs可达8614mg/L（其中88%为乙酸），之后混合液回流至缺氧池前端，补充反硝化所需碳源，缺氧池水力停留时间为3h。整个工艺于冬季连续运行3个月，反硝化效果稳定。监测数据发现，进水化学需氧量（COD）100-200mg/L，总氮（TN）30-45mg/L，二沉池出水COD40-50mg/L，TN 10-15mg/L，出水达到一级A标准（GB18918-2002）。

实施例4

9%Q（Q为进水流量）的污泥经重力浓缩至含固率为2.8%，经污泥泵输送至8个探头式超声波处理器进行破解，超声反应器频率为40kHz，探头直径为20mm，声能密度为0.76kW/m³，破解时间为10min。破解后污泥液相中TCOD提高4572mg/L，污泥液相中主要水解酶α-葡萄糖苷酶活性较破解前提高2.5倍，蛋白酶活性提高3.6倍。

粉碎后果蔬垃圾（采用垃圾处理中常用的粉碎方式）与破解的剩余污泥混合液，固液比为1:30（有机垃圾质量：剩余污泥体积）。两者进入水解酸化池进行水解酸化反应60h，反应后混合液中VFAs可达9541mg/L（其中89%为乙酸），之后混合液回流至缺氧池前端，补充反硝化所需碳源，缺氧池水力停止时间为4h。整个工艺于冬季连续运行3个月，反硝化效果稳定。监测数据发现，进水化学需氧量（COD）100-200mg/L，总氮（TN）30-45mg/L，二沉池出水COD40-50mg/L，TN 10-15mg/L，出水达到一级A标准（GB18918-2002）。

实施例5

5%Q（Q为进水流量）的污泥经重力浓缩至含固率为2.8%，经污泥泵输送至8个探头式超声波处理器进行破解，超声反应器频率为40kHz，探头直径为30mm，声能密度为0.8kW/m³，破解时间为1min。破解后污泥液相中TCOD提高3572mg/L，污泥液相中主要水解酶α-葡萄糖苷酶活性较破解前提高1.5倍，蛋白酶活性提高1.6倍。

实施例6

8%Q（Q为进水流量）的污泥经重力浓缩至含固率为2%，经污泥泵输送至4个探头式超声波处理器进行破解，超声反应器频率为28kHz，探头直径为25mm，声能密度为0.5kW/m³，破解时间为5min。破解后污泥液相中TCOD提高2546mg/L，污泥液相中主要水解酶α-葡萄糖苷酶活性较破解前提高2.3倍，蛋白酶活性提高3.5倍。

除油粉碎后餐厨垃圾（采用垃圾处理中常用的除油和粉碎方式）与破解的剩余污泥混合液，固液比为1:20（有机垃圾质量：剩余污泥体积）。两者进入水解酸化池进行水解酸化反应12h，反应后混合液中VFAs可达3146mg/L（其中92%为乙酸），之后混合液回流至缺氧池前端，补充反硝化所需碳源，缺氧池水力停留时间为2h。整个工艺于秋季连续运行3个月，反硝化效果稳定。监测数据发现，进水化学需氧量（COD）100-200mg/L，总氮（TN）30-45mg/L，二沉池出水COD40-50mg/L，TN 10-12mg/L，出水达到一级A标准（GB18918-2002）。

实施例7

8%Q（Q为进水流量）的污泥经重力浓缩至含固率为3%，经污泥泵输送至4个探头式超声波处理器进行破解，超声反应器频率为28kHz，探头直径为25mm，声能密度为0.52kW/m³，破解时间为4min。破解后污泥液相中TCOD提高2546mg/L，污泥液相中主要水解酶α-葡萄糖苷酶活性较破解前提高2.3倍，蛋白酶活性提高3.5倍。

除油粉碎后餐厨垃圾（采用垃圾处理中常用的除油和粉碎方式）与破解的剩余污泥混合液，固液比为1:30（有机垃圾质量：剩余污泥体积）。两者进入水解酸化池进行水解酸化反应60h，反应后混合液中VFAs可达8146mg/L（其中92%为乙酸），之后混合液回流至缺氧池前端，补充反硝化所需碳源，缺氧池水力停留时间为2h。整个工艺于秋季连续运行3个月，反硝化效果稳定。监测数据发现，进水化学需氧量（COD）100-200mg/L，总氮（TN）30-45mg/L，二沉池出水COD40-50mg/L，TN 10-12mg/L，出水达到一级A标准（GB18918-2002）。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种低强度超声预处理污泥与有机垃圾水解酸化补充碳源促进生物脱氮的方法，其特征在于，按照下述步骤进行：首先（即步骤1）利用低强度超声破解剩余污泥，然后（即步骤2）将超声破解的剩余污泥与有机垃圾混合水解酸化，最后（即步骤3）将水解酸化液回流。

2.根据权利要求1所述的一种低强度超声预处理污泥与有机垃圾水解酸化补充碳源促进生物脱氮的方法，其特征在于，所述步骤1中，破解预处理剩余污泥量为进水量的5%—10%，污泥浓缩至含固率为2-3wt%，超声破解时间1-10min；破解所用超声处理器形式为多探头式，超声频率为20—40kHz，探头直径为20—30mm，超声声能密度为0.2—0.8kW/m³。

3.根据权利要求2所述的一种低强度超声预处理污泥与有机垃圾水解酸化补充碳源促进生物脱氮的方法，其特征在于，所述步骤1中，超声破解时间为3—8min；破解所用超声处理器形式为4—8个探头的多探头式，超声声能密度为0.5—0.8kW/m³。

4.根据权利要求1所述的一种低强度超声预处理污泥与有机垃圾水解酸化补充碳源促进生物脱氮的方法，其特征在于，所述步骤2中，破解后浓缩剩余污泥的含水率为97-98wt%，按照固液比有机垃圾质量：剩余污泥体积为1:10—1：30称取有机垃圾与剩余污泥充分混合后进行水解酸化处理，经充分水解酸化，污泥与有机垃圾中慢速生物降解物质分解为挥发性脂肪酸类物质；剩余污泥和有机垃圾混合后在水解酸化池最佳水力停留时间为12-60h。

5.根据权利要求1所述的一种低强度超声预处理污泥与有机垃圾水解酸化补充碳源促进生物脱氮的方法，其特征在于，所述步骤2中，有机垃圾可预先进行粉碎处理后再与剩余污泥进行混合。

6.根据权利要求1所述的一种低强度超声预处理污泥与有机垃圾水解酸化补充碳源促进生物脱氮的方法，其特征在于，所述步骤3中，水解酸化后混合液回流至生物缺氧池前端，反硝化细菌利用其为碳源，将污水中硝酸盐氮转化为氮气，实现生物脱氮，缺氧池最佳水力停留时间为2-4h。

7.根据权利要求1所述的一种低强度超声预处理污泥与有机垃圾水解酸化补充碳源促进生物脱氮的方法，其特征在于，所述有机垃圾为餐厨垃圾或者果蔬垃圾。

8.如权利要求1所述的一种低强度超声预处理污泥与有机垃圾水解酸化补充碳源促进生物脱氮的方法在厌氧-缺氧-好氧、缺氧-好氧污水处理工艺中的应用。