CN102786196B - 一种保证剩余污泥产酸量且改善发酵污泥脱水性能的方法 - Google Patents

Abstract

一种保证剩余污泥产酸量且改善发酵污泥脱水性能的方法，属于环境保护领域。剩余污泥在氢氧化钠提供碱度的碱性环境下发酵时，虽然能有较高的产酸量，但存在发酵后脱水性能差，难以将发酵液和污泥分离以及发酵后污泥后续处理难问题。本发明联合使用二价碱氢氧化钙和氢氧化钠或联合使用镁粉和氢氧化钠，将剩余污泥的pH值控制在碱性条件下发酵。结果表明和剩余污泥在单独使用氢氧化钠提供碱度的碱性条件下发酵相比，本发明控制剩余污泥pH值不影响剩余污泥产挥发酸的量，且可以较强地改善污泥的脱水性能。而和剩余污泥在单独使用氢氧化钠提供碱度的碱性条件下发酵相比，联合使用镁粉和氢氧化钠不仅可提高剩余污泥的产酸量且能改善污泥的脱水性能。

Description

一种保证剩余污泥产酸量且改善发酵污泥脱水性能的方法

技术领域

本发明涉及到一种剩余污泥厌氧处理的方法，适用于污水生物脱氮除磷过程中缺乏碳源的污水处理厂，属于污泥和污水处理领域。

背景技术

随着废水生物处理技术的广泛应用，污水处理厂中产生了大量的剩余污泥，剩余污泥的处理与处置费用占到污水厂运行和管理费用的50~60%。因此如何实现剩余污泥的资源化，减量化，稳定化和无害化成为研究的热点。剩余污泥主要由微生物絮体组成，含有大量的蛋白质和多糖等有机物，因此具有较强的资源化潜力。研究发现剩余污泥在以氢氧化钠提供碱度的环境发酵时，能产生大量的挥发性有机酸，这些有机酸可以用作碳源提升污水厂脱氮除磷的效果；且剩余污泥在发酵过程中能实现污泥减量。因此剩余污泥在碱性条件下发酵为处理剩余污泥提供了一个新的思路。但剩余污泥在以氢氧化钠提供碱度的环境发酵时虽然污泥能有较高的产酸量，但存在发酵后污泥脱水性能差，发酵液难以和污泥分离以及发酵后的污泥处理困难的问题。针对这些问题，有必要开发出一种及保证污泥产酸量有能改善发酵污泥脱水性能的方法。

发明的内容

本发明的目的是针对剩余污泥在氢氧化钠提供的碱度下发酵产酸时，存在发酵后污泥脱水性能差，发酵液难以和污泥分离以及发酵后的污泥处理困难问题。提出了一种既能保证剩余污泥产酸量，又能改善剩余污泥脱水性能的方法。

本发明提出的方法，不同于以往单纯使用氢氧化钠控制剩余污泥的pH值，而是联合使用氢氧化钠和氢氧化钙或联合使用镁粉和氢氧化钠控制剩余污泥的pH值。

本发明提出了一种改善碱性发酵剩余污泥脱水性能的方法，的具体步骤为：

一种保证剩余污泥产酸量且改善发酵污泥脱水性能的方法，其特征在于步骤如下：

(1)将剩余污泥加入反应器中，所述剩余污泥总悬浮固体TSS的浓度为7000~10000mg/L，挥发性悬浮固体VSS浓度为6000~9000mg/L；

(2)利用氢氧化钠溶液和氢氧化钙溶液混合碱溶液将剩余污泥的pH值调节为10±0.2，其中氢氧化钠溶液和氢氧化钙溶液的摩尔浓度比2:1，且两者的体积比为80:20~20:80；或先向剩余污泥中加入镁粉，镁粉的加入量为0.01~0.2g/gVSS，而后使用氢氧化钠将剩余污泥的pH值调节为10±0.2；曝氮气将反应器顶部的空气排出，而后密闭反应器，搅拌发酵；反应器的温度为20~30℃，反应器的搅拌速度为100~200rpm，搅拌时间为14~15d；

(3)在搅拌发酵过程中，使用pH电极实时监测剩余污泥的pH值；在联合氢氧化钠和氢氧化钙控制pH值时，使用混合碱溶液控制剩余污泥的pH值为10±0.2；而在联合镁粉和氢氧化钠控制pH值，使用氢氧化钠溶液控制剩余污泥的pH值为10±0.2。

进一步，氢氧化钠溶液和氢氧化钙溶液的摩尔浓度比2:1，且两者的体积比可以为80:20，60:40，50:50，40:60以及20:80。

进一步，镁粉的加入量可以为0.01，0.02，0.05，0.1，0.2g/g(VSS).

本发明的技术原理为：碱性条件下，氢氧根离子能破坏维持微生物胞外聚合物结构的酸性基团反应，促进剩余污泥胞外聚合物中蛋白质和多糖的溶出；同时碱性条件能破坏微生物细胞的结构，导致微生物胞内物质的释放。由此可知，碱性条件能促进剩余污泥的水解，并且碱性条件能抑制产甲烷活性，因此在碱性条件下可以促进产酸。并且本实验联合使用氢氧化钠和氢氧化钙或联合镁粉和氢氧化钠调控反应器的pH，钙离子或镁离子可以压缩污泥颗粒的双电层使细微的污泥颗粒脱稳，且钙离子或镁离子和发酵过程中产生的二氧化碳反应生成沉淀产生絮凝作用，从而改善污泥的脱水性能。

本发明的有益效果：

（1）该方法条件下，经过14~15d的发酵污泥的减量率能达到40~60%，和传统的厌氧发酵方式相比可以，减量速率可以提高1倍。

（2）本方法条件下和单纯以氢氧化钠为碱源的条件下相比，剩余污泥产生的有机酸量相当或较高，实现了对剩余污泥的资源化利用。

（3）本方法条件下和单纯以氢氧化钠为碱源的条件下相比，发酵后剩余污泥脱水性能能得到改善，使发酵液和污泥更易分离，且减少了发酵污泥后续处理的难度。

（4）本方法条件下和单纯以氢氧化钠为碱源的条件下相比，剩余污泥在发酵过程中释放出的正磷酸盐量减少，减少了发酵液作为碳源对除磷过程的影响。

附图说明:

图1反应器装置图；

图2剩余污泥在混合碱条件下发酵产酸效果，图中的比例为氢氧化钠和氢氧化钙溶液的体积比；

图3剩余污泥在混合碱条件下发酵的脱水性能，图中的比例为氢氧化钠和氢氧化钙溶液的体积比；

图4镁粉投加对剩余污泥碱性条件下发酵产酸对影响，图中数据为镁粉质量和VSS质量的比

图5镁粉投加对剩余污泥碱性条件下发酵脱水性能的影响，图中数据为镁粉质量和VSS质量的比

图中：1——加药口，2——搅拌器，3——取样口，4—pH计，5——加热棒，6—NaOH试剂，7——Ca(OH)₂或镁粉试剂。

具体实施方式

下面结合附图和实例说明本发明

对比例1

（1）取1L浓缩后的间歇式活性污泥法反应器中的剩余污泥（总悬浮固体浓度为8500mg/L，挥发性悬浮固体浓度为7208mg/L，pH7.18）加入反应器中，用4mol/L的氢氧化钠溶液调节剩余污泥的pH为10，曝氮气2min而后密闭反应器在室温条件下（26~30℃）发酵，反应器的搅拌速度为200rpm。

（2）反应过程中使用4mol/L的氢氧化钠溶液控制反应器的pH为10±0.2。

（3）发酵15d后，剩余污泥的产酸量为307mg(COD)/g(VSS)，污泥的毛细吸水时间为771.7s，VSS的去除率达到67%，发酵液中正磷酸盐的浓度为60mg/L。见图2和图3。

对比例2

（1）取1L浓缩后的间歇式活性污泥法反应器中的剩余污泥（总悬浮固体浓度为8500mg/L，挥发性悬浮固体浓度为7208mg/L，pH7.18）加入反应器中，用2mol/L的氢氧化钙溶液调节剩余污泥的pH为10，曝氮气2min而后密闭反应器在室温条件下（26~30℃）发酵，反应器的搅拌速度为200rpm。

（2）反应过程中使用2mol/L的氢氧化钙溶液控制反应器的pH为10±0.2。

（3）发酵15d后，剩余污泥的产酸量为223mg(COD)/g(VSS)，污泥的毛细吸水时间为23.6s，VSS的去除率达到44%，发酵液中正磷酸盐的浓度为0.2mg/L。见图2和图3。

实例1

（1）取1L浓缩后的间歇式活性污泥法反应器中的剩余污泥（总悬浮固体浓度为8500mg/L，挥发性悬浮固体浓度为7208mg/L，pH7.18）加入反应器中，用4mol/L的氢氧化钠溶液和2mol/L的氢氧化钙溶液按照80:20的体积比配置的混合碱调节剩余污泥的pH为10，曝氮气2min而后密闭反应器在室温条件下（26~30℃）发酵，反应器的搅拌速度为200rpm。

（2）反应过程中使用按照80:20的体积比配置的混合碱溶液控制反应器的pH为10±0.2。

（3）发酵15d后，剩余污泥的产酸量为316mg(COD)/g(VSS)，污泥的毛细吸水时间为284.6s，VSS的去除率达到48%，发酵液中正磷酸盐的浓度为19mg/L。见图2和图3。

实例2

（1）取1L浓缩后的间歇式活性污泥法反应器中的剩余污泥（总悬浮固体浓度为8500mg/L，挥发性悬浮固体浓度为7208mg/L，pH7.18）加入反应器中，用4mol/L的氢氧化钠溶液和2mol/L的氢氧化钙溶液按照60:40的体积比配置的混合碱调节剩余污泥的pH为10，曝氮气2min而后密闭反应器在室温条件下（26~30℃）发酵，反应器的搅拌速度为200rpm。

（2）反应过程中使用按照60:40的体积比配置的混合碱溶液控制反应器的pH为10±0.2。

（3）发酵15d后，剩余污泥的产酸量为314mg(COD)/g(VSS)，污泥的毛细吸水时间为341.5s，VSS的去除率达到55%，发酵液中正磷酸盐的浓度为16mg/L。见图2和图3。

实例3

（1）取1L浓缩后的间歇式活性污泥法反应器中的剩余污泥（总悬浮固体浓度为8500mg/L，挥发性悬浮固体浓度为7208mg/L，pH7.18）加入反应器中，用4mol/L的氢氧化钠溶液和2mol/L的氢氧化钙溶液按照50:50的体积比配置的混合碱调节剩余污泥的pH为10，曝氮气2min而后密闭反应器在室温条件下（26~30℃）发酵，反应器的搅拌速度为200rpm。

（2）反应过程中使用按照50:50的体积比配置的混合碱溶液控制反应器的pH为10±0.2。

（3）发酵15d后，剩余污泥的产酸量为321mg(COD)/g(VSS)，污泥的毛细吸水时间为378.1s，VSS的去除率达到58%，发酵液中正磷酸盐的浓度为6mg/L。见图2和图3。

实例4

（1）取1L浓缩后的间歇式活性污泥法反应器中的剩余污泥（总悬浮固体浓度为8500mg/L，挥发性悬浮固体浓度为7208mg/L，pH7.18）加入反应器中，用4mol/L的氢氧化钠溶液和2mol/L的氢氧化钙溶液按照40:60的体积比配置的混合碱调节剩余污泥的pH为10，曝氮气2min而后密闭反应器在室温条件下（26~30℃）发酵，反应器的搅拌速度为200rpm。

（2）反应过程中使用按照40:60的体积比配置的混合碱溶液控制反应器的pH为10±0.2。

（3）发酵15d后，剩余污泥的产酸量为334mg(COD)/g(VSS)，污泥的毛细吸水时间为493.5s，VSS的去除率达到56%，发酵液中正磷酸盐的浓度为5mg/L。见图2和图3。

实例5

（1）取1L浓缩后的间歇式活性污泥法反应器中的剩余污泥（总悬浮固体浓度为8500mg/L，挥发性悬浮固体浓度为7208mg/L，pH7.18）加入反应器中，用4mol/L的氢氧化钠溶液和2mol/L的氢氧化钙溶液按照20:80的体积比配置的混合碱调节剩余污泥的pH为10，曝氮气2min而后密闭反应器在室温条件下（26~30℃）发酵，反应器的搅拌速度为200rpm。

（2）反应过程中使用按照20:80的体积比配置的混合碱溶液控制反应器的pH为10±0.2。

（3）发酵15d后，剩余污泥的产酸量为315mg(COD)/g(VSS)，污泥的毛细吸水时间为56.7s，VSS的去除率达到50%，发酵液中正磷酸盐的浓度为0mg/L。见图2和图3。

对比例3

（1）取1L浓缩后的间歇式活性污泥法反应器中的剩余污泥（总悬浮固体浓度为7139mg/L，挥发性悬浮固体浓度为6155mg/L，pH6.87）加入反应器中，用2mol/L的氢氧化钠溶液调节剩余污泥的pH为10，曝氮气2min而后密闭反应器在25℃的条件下发酵，反应器的搅拌速度为100rpm。

（2）反应过程中使用2mol/L的氢氧化钠溶液控制反应器的pH为10±0.2。

（3）发酵15d后，剩余污泥的产酸量为300mg(COD)/g(VSS)，污泥的毛细吸水时间为585.4s，VSS的去除率达到57%，发酵液中正磷酸盐的浓度为84mg/L。

对比例4

（1）取1L浓缩后的间歇式活性污泥法反应器中的剩余污泥（总悬浮固体浓度为7139mg/L，挥发性悬浮固体浓度为6155mg/L，pH6.87）加入反应器中，用1mol/L的氢氧化钙溶液调节剩余污泥的pH为10，曝氮气2min而后密闭反应器在在25℃的条件下发酵，反应器的搅拌速度为100rpm。

（2）反应过程中使用1mol/L的氢氧化钙溶液控制反应器的pH为10±0.2。

（3）发酵15d后，剩余污泥的产酸量为195.2mg(COD)/g(VSS)，污泥的毛细吸水时间为91s，VSS的去除率达到37%，发酵液中正磷酸盐的浓度为0mg/L。

实例6

（1）取1L浓缩后的间歇式活性污泥法反应器中的剩余污泥（总悬浮固体浓度为7139mg/L，挥发性悬浮固体浓度为6155mg/L，pH6.87）加入反应器中，用2mol/L的氢氧化钠溶液和1mol/L的氢氧化钙溶液按照80:20的体积比配置的混合碱调节剩余污泥的pH为10，曝氮气2min而后密闭反应器在25℃的条件下发酵，反应器的搅拌速度为100rpm。

（2）反应过程中使用按照80:20的体积比配置的混合碱溶液控制反应器的pH为10±0.2。

（3）发酵15d后，剩余污泥的产酸量为295mg(COD)/g(VSS)，污泥的毛细吸水时间为536s，VSS的去除率达到56%，发酵液中正磷酸盐的浓度为6mg/L。

实例7

（1）取1L浓缩后的间歇式活性污泥法反应器中的剩余污泥（总悬浮固体浓度为7139mg/L，挥发性悬浮固体浓度为6155mg/L，pH6.87）加入反应器中，用2mol/L的氢氧化钠溶液和1mol/L的氢氧化钙溶液按照60:40的体积比配置的混合碱调节剩余污泥的pH为10，曝氮气2min而后密闭反应器在25℃的条件下发酵，反应器的搅拌速度为100rpm。

（2）反应过程中使用按照60:40的体积比配置的混合碱溶液控制反应器的pH为10±0.2。

（3）发酵15d后，剩余污泥的产酸量为304mg(COD)/g(VSS)，污泥的毛细吸水时间为464.2s，VSS的去除率达到45%，发酵液中正磷酸盐的浓度为6mg/L。

实例8

（1）取1L浓缩后的间歇式活性污泥法反应器中的剩余污泥（总悬浮固体浓度为7139mg/L，挥发性悬浮固体浓度为6155mg/L，pH6.87）加入反应器中，用2mol/L的氢氧化钠溶液和1mol/L的氢氧化钙溶液按照50:50的体积比配置的混合碱调节剩余污泥的pH为10，曝氮气2min而后密闭反应器在25℃的条件下发酵，反应器的搅拌速度为100rpm。

（2）反应过程中使用按照50:50的体积比配置的混合碱溶液控制反应器的pH为10±0.2。

（3）发酵15d后，剩余污泥的产酸量为304mg(COD)/g(VSS)，污泥的毛细吸水时间为417.9s，VSS的去除率达到47%，发酵液中正磷酸盐的浓度为2mg/L。

实例9

（1）取1L浓缩后的间歇式活性污泥法反应器中的剩余污泥（总悬浮固体浓度为7139mg/L，挥发性悬浮固体浓度为6155mg/L，pH6.87）加入反应器中，用2mol/L的氢氧化钠溶液和1mol/L的氢氧化钙溶液按照40:60的体积比配置的混合碱调节剩余污泥的pH为10，曝氮气2min而后密闭反应器在25℃的条件下发酵，反应器的搅拌速度为100rpm。

（2）反应过程中使用按照40:60的体积比配置的混合碱溶液控制反应器的pH为10±0.2。

（3）发酵15d后，剩余污泥的产酸量为302mg(COD)/g(VSS)，污泥的毛细吸水时间为140.5s，VSS的去除率达到48%，发酵液中正磷酸盐的浓度为4mg/L。

实例10

（1）取1L浓缩后的间歇式活性污泥法反应器中的剩余污泥（总悬浮固体浓度为7139mg/L，挥发性悬浮固体浓度为6155mg/L，pH6.87）加入反应器中，用2mol/L的氢氧化钠溶液和1mol/L的氢氧化钙溶液按照20:80的体积比配置的混合碱调节剩余污泥的pH为10，曝氮气2min而后密闭反应器在25℃的条件下发酵，反应器的搅拌速度为100rpm。

（2）反应过程中使用按照20:80的体积比配置的混合碱溶液控制反应器的pH为10±0.2。

（3）发酵15d后，剩余污泥的产酸量为303mg(COD)/g(VSS)，污泥的毛细吸水时间为42.3s，VSS的去除率达到37%，发酵液中正磷酸盐的浓度为3mg/L。

对比例5

（1）取1L浓缩后的间歇式活性污泥法反应器中的剩余污泥（总悬浮固体浓度为10688mg/L，挥发性悬浮固体浓度为9103mg/L，pH6.97）加入反应器中。不投加镁粉，用2mol/L的氢氧化钠溶液调节剩余污泥的pH为10，曝氮气2min而后密闭反应器在20℃的条件下发酵，反应器的搅拌速度为150rpm。

（2）反应过程中使用2mol/L的氢氧化钠溶液控制剩余污泥的pH为10±0.2。

（3）发酵14d后，剩余污泥的产酸量为296mg(COD)/g(VSS)，污泥的毛细吸水时间为1057.6s，发酵液中正磷酸盐的浓度为55mg/L，见图4和图5。

实例11

（1）取1L浓缩后的间歇式活性污泥法反应器中的剩余污泥（总悬浮固体浓度为10688mg/L，挥发性悬浮固体浓度为9103mg/L，pH6.97）加入反应器中。首先投加0.01g/g(VSS)的镁粉，而后用2mol/L的氢氧化钠溶液调节剩余污泥的pH为10，曝氮气2min而后密闭反应器在20℃的条件下发酵，反应器的搅拌速度为150rpm。

（2）反应过程中使用2mol/L的氢氧化钠溶液控制剩余污泥的pH为10±0.2。

（3）发酵14d后，剩余污泥的产酸量为324mg(COD)/g(VSS)，污泥的毛细吸水时间为975.7s，发酵液中正磷酸盐的浓度为23mg/L，见图4和图5。

实例12

（1）取1L浓缩后的间歇式活性污泥法反应器中的剩余污泥（总悬浮固体浓度为10688mg/L，挥发性悬浮固体浓度为9103mg/L，pH6.97）加入反应器中。首先投加0.02g/g(VSS)的镁粉，而后用2mol/L的氢氧化钠溶液调节剩余污泥的pH为10，曝氮气2min而后密闭反应器在20℃的条件下发酵，反应器的搅拌速度为150rpm。

（2）反应过程中使用2mol/L的氢氧化钠溶液控制剩余污泥的pH为10±0.2。

（3）发酵14d后，剩余污泥的产酸量为308mg(COD)/g(VSS)，污泥的毛细吸水时间为886.5s，发酵液中正磷酸盐的浓度为1mg/L，见图4和图5。

实例13

（1）取1L浓缩后的间歇式活性污泥法反应器中的剩余污泥（总悬浮固体浓度为10688mg/L，挥发性悬浮固体浓度为9103mg/L，pH6.97）加入反应器中。首先投加0.05g/g(VSS)的镁粉，而后用2mol/L的氢氧化钠溶液调节剩余污泥的pH为10，曝氮气2min而后密闭反应器在20℃的条件下发酵，反应器的搅拌速度为150rpm。

（2）反应过程中使用2mol/L的氢氧化钠溶液控制剩余污泥的pH为10±0.2。

（3）发酵14d后，剩余污泥的产酸量为332mg(COD)/g(VSS)，污泥的毛细吸水时间为934.4s，发酵液中正磷酸盐的浓度为0mg/L，见图4和图5。

实例14

（1）取1L浓缩后的间歇式活性污泥法反应器中的剩余污泥（总悬浮固体浓度为10688mg/L，挥发性悬浮固体浓度为9103mg/L，pH6.97）加入反应器中。首先投加0.1g/g(VSS)的镁粉，而后用2mol/L的氢氧化钠溶液调节剩余污泥的pH为10，曝氮气2min而后密闭反应器在20℃的条件下发酵，反应器的搅拌速度为150rpm。

（2）反应过程中使用2mol/L的氢氧化钠溶液控制剩余污泥的pH为10±0.2。

（3）发酵14d后，剩余污泥的产酸量为303mg(COD)/g(VSS)，污泥的毛细吸水时间为967.1s，发酵液中正磷酸盐的浓度为0mg/L，见图4和图5。

实例15

（1）取1L浓缩后的间歇式活性污泥法反应器中的剩余污泥（总悬浮固体浓度为10688mg/L，挥发性悬浮固体浓度为9103mg/L，pH6.97）加入反应器中。首先投加0.2g/g(VSS)的镁粉，而后用2mol/L的氢氧化钠溶液调节剩余污泥的pH为10，曝氮气2min而后密闭反应器在20℃的条件下发酵，反应器的搅拌速度为150rpm。

（2）反应过程中使用2mol/L的氢氧化钠溶液控制剩余污泥的pH为10±0.2。

（3）发酵14d后，剩余污泥的产酸量为312mg(COD)/g(VSS)，污泥的毛细吸水时间为691.9s，发酵液中正磷酸盐的浓度为0mg/L，见图4和图5。

将实例和对比例比较可知，联合氢氧化钠和氢氧化钙控制剩余污泥pH值和剩余污泥在氢氧化钠条件下发酵相比，污泥的产酸量并未减少，但污泥的脱水性能得到改善。而联合镁粉和氢氧化钠控制剩余污泥pH值和剩余污泥在氢氧化钠条件下发酵相比，污泥的产酸量不仅得到提高，且污泥的脱水性能得到改善。

Claims (1)

1.一种保证剩余污泥产酸量且改善发酵污泥脱水性能的方法，其特征在于步骤如下：

(1)将剩余污泥加入反应器中，所述剩余污泥总悬浮固体TSS的浓度为7000~10000mg/L，挥发性悬浮固体VSS浓度为6000~9000mg/L；

(2)利用氢氧化钠溶液和氢氧化钙溶液混合碱溶液将剩余污泥的pH值调节为10±0.2，其中氢氧化钠溶液和氢氧化钙溶液的摩尔浓度比2:1，且两者的体积比为80:20~20:80；或先向剩余污泥中加入镁粉，镁粉的加入量为0.01~0.2g/gVSS，而后使用氢氧化钠将剩余污泥的pH值调节为10±0.2；曝氮气将反应器顶部的空气排出，而后密闭反应器，搅拌发酵；反应器的温度为20~30℃，反应器的搅拌速度为100~200rpm，搅拌时间为14~15d；

(3)在搅拌发酵过程中，使用pH电极实时监测剩余污泥的pH值；在联合氢氧化钠和氢氧化钙控制pH值时，使用混合碱溶液控制剩余污泥的pH值为10±0.2；而在联合镁粉和氢氧化钠控制pH值，使用氢氧化钠溶液控制剩余污泥的pH值为10±0.2。

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