CN103588373A

CN103588373A - 一种剩余污泥产酸并脱水的方法

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Publication number: CN103588373A
Application number: CN201310574831.5A
Authority: CN
Inventors: 郑旭晨; 陶小庆; 骆椿明; 屈立宇; 汪美贞; 张坤; 冯华军; 沈东升
Original assignee: HANGZHOU ZHISHUI WATER TECHNOLOGY Co Ltd; Zhejiang Gongshang University
Current assignee: HANGZHOU ZHISHUI WATER TECHNOLOGY Co Ltd; Zhejiang Gongshang University
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2014-02-19

Abstract

本发明公开了一种剩余污泥产酸并脱水的方法，包括如下步骤：（1）以浓缩后的剩余污泥为原料，35～60℃加热预处理原料，然后加入氧化钙，搅拌混匀，自然冷却至室温，投加聚合硫酸铁；（2）在厌氧条件下搅拌，进行厌氧发酵，得挥发性脂肪酸和脱水污泥，厌氧发酵后的厌氧污泥回流作为接种物。本发明结合低温预热与添加氧化钙试剂提高产酸效率的同时改善剩余污泥的脱水性能，解决了剩余污泥在传统热（高热）碱（氢氧化钠）预处理过程中高成本低产酸与脱水效率的问题。

Description

一种剩余污泥产酸并脱水的方法

技术领域

本发明涉及污泥资源化利用和污水无害化处理领域，具体涉及一种利用回流剩余污泥来提高产酸效率与脱水性能的方法，适用于污水生物脱氮除磷过程中缺乏碳源及污泥含水率高的污水处理厂。

背景技术

生物活性污泥法是目前城市污水处理的主要方法，由于水资源的广泛使用导致在污水处理过程中产生了大量的剩余污泥根据我国污水处理的建设规划，预测到2010年约有3665万吨湿污泥产生。剩余污泥的处理处置费用，占到污水处理厂管理和运行费用的50%～60%（肖本益，刘俊新.污水处理厂剩余污泥热处理发酵产氢的影响因素[J].过程工程学报，2009，9（1）:48-52.）。如何合理地变废为宝，有效地降低处理成本，实现剩余污泥的无害化、减量化、资源化具有深远的意义。剩余污泥由于有机物、含水率高，因而处理起来比较困难。污泥厌氧消化过程产生的挥发性有机酸可以作为碳源被微生物利用，从而提高微生物对污水中氮磷的去除，因此可以通过提高厌氧消化产酸效率来解决污泥中有机物含量较高的问题。

因此，如果能够加快酸化反应的限速步骤--水解过程，就可以提高污泥的产酸效率。研究表明，高温热处理联合碱性物质可以加快污泥水解速率(Yuan et al.Environ.Sci.Technol.2006，40，2025-2029)。热预处理可以但高温加热预处理需要大量的能量成本，当温度为35℃以上时，需要额外的加热装置，温度越高，能量耗费成本也越高（鹿利燕，宋秀兰，李国东.污泥发酵产酸技术研究进展[J]中国科技论文，2009.）；传统的碱性氢氧化钠预处理试剂成本也较高且只能专一提供碱度（CN 101705256 A.一种以污泥为底物生产挥发性脂肪酸的方法）。因此找到一种低成本高效率的方法来使剩余污泥产酸脱水显得尤为重要。

例如公开号为CN 102786196A的中国发明专利申请公开了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：(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。

发明内容

本发明提供了一种剩余污泥产酸并脱水的方法，提高产酸效率的同时改善剩余污泥的脱水性能，解决了剩余污泥在传统热（高热）碱（氢氧化钠）预处理过程中高成本低产酸与脱水效率的问题。

一种剩余污泥产酸并脱水的方法，包括如下步骤：

（1）以浓缩后的剩余污泥为原料，35～60℃加热预处理原料，然后加入氧化钙，搅拌混匀，自然冷却至室温，投加聚合硫酸铁；

（2）在厌氧条件下搅拌，进行厌氧发酵，得挥发性脂肪酸和脱水污泥，厌氧发酵后的厌氧污泥回流作为接种物。

本发明以污水处理厂的剩余污泥为原料，在低温预处理的同时，添加氧化钙，搅拌，待自然冷却至室温，添加聚合硫酸铁，接种厌氧回流污泥于反应器中进行反应。氧化钙吸水放热迅速提高低温热处理温度，协同聚合硫酸铁大幅降低污泥中的水，从而达到垃圾填埋场标准。生成的氢氧化钙提供碱环境耦合低温热解再联合回流污泥，急剧增强污泥产酸效率同时抑制产甲烷细菌活性，并降低了污泥中活性磷成分。从真正意义上实现剩余污泥的减量化、资源化、无害化。

作为优选，步骤（1）中所述剩余污泥中总悬浮固体TSS的浓度为25～40g/L，挥发性悬浮固体VSS浓度为15～25g/L；步骤（1）所述氧化钙的添加量为步骤（1）中剩余污泥质量的1%～5%；步骤（1）所述聚合硫酸铁的添加量为步骤（1）中剩余污泥的质量的0.1%～2%；步骤（1）中加热预处理的时间为45～75min；步骤（2）所述厌氧污泥回流占污泥总体积的2%～20%；步骤（2）中厌氧条件下搅拌时间为48h～72h。

本发明的技术原理为：低温热预处理耦合氧化钙吸水释热生成碱性物质氢氧化钙。一方面氧化钙与水接触释放出的热量加强了低温热处理的效果，热处理联合生成的碱性氢氧化钙促进剩余污泥的加速水解，同时抑制对环境十分敏感产甲烷菌的活性，加速厌氧反应器中挥发性脂肪酸的积累过程；另一方面本方法设计回流厌氧发酵产酸后的污泥，为新鲜的剩余活性污泥添加了很多具有酸化污泥的微生物，从而进一步强化了产酸效率。聚合硫酸铁具有很好的絮凝效果，钙离子与铝离子压缩污泥颗粒双电层使其脱稳，且钙离子可以沉淀发酵液中的活性磷，从而加强污泥的脱水性能降低污泥中的污染物。

在上述优选条件的组合下，本发明的产酸效率和脱水性能同时达到较高的水平。

进一步优选，步骤（1）中预处理原料的温度为35℃；步骤（2）所述厌氧污泥回流占污泥总体积的10%；步骤（1）所述氧化钙的添加量为步骤（1）中剩余污泥质量的5%；步骤（1）所述聚合硫酸铁的添加量为步骤（1）中剩余污泥的质量的1%。在该优选条件下，剩余污泥的产酸效率和脱水性能都达到最好。

步骤（1）及步骤（2）中所述搅拌的速度为150～200rpm。

与现有的剩余污泥产酸脱水方法相比，本发明具有如下有益效果：

（1）通过低温加热预处理联合氧化钙反应条件，大大减少了污泥预处理和药剂使用成本，抑制了厌氧反应产甲烷过程，在一定程度上提高了产酸发酵效率。

（2）将氧化钙作为预处理剂，相比普遍使用的氢氧化钠而言，一方面氧化钙反应会产生大量的热来急剧提高低温加热后的热量，可以提供预处理热能，节省了热交换器等加热成本；另一方面反应器中的钙离子可以和污泥中的磷酸类化合物生成沉淀从而去除活性磷成分，可以提高污泥的絮凝效果，降低污泥的含水量，减少污泥中的活性磷成分；

（3）回流厌氧发酵产酸后的污泥极大程度地增加了产酸菌的数目，从而成为优势菌更加高效的产酸，提高了反应器内酸积累速率。

（4）聚合硫酸铁联合氧化钙吸水生成的氢氧化钙过程，，加强剩余污泥中水分的去除，极大程度地提高了剩余污泥的脱水性能。

附图说明

图1本发明的反应器装置图；

图2不同低温热预处理温度对剩余活性污泥发酵产酸的影响；

图3不同低温热预处理温度对剩余活性污泥脱水性能的影响；

图4氧化钙投加量对剩余活性污泥发酵产酸的影响；

图5氧化钙投加量对剩余活性污泥脱水性能的影响；

图6聚合硫酸铁投加量对剩余活性污泥发酵产酸的影响

图7聚合硫酸铁投加量对剩余活性污泥脱水性能的影响；

图8厌氧回流污泥比对剩余活性污泥发酵产酸的影响。

图中：1---取样口，2---厌氧发酵污泥回流管道，3---氧化钙储罐，4---聚合硫酸铁储罐，5---搅拌器，6---加热板，7---药剂加样口。

具体实施方式

本发明的反应器装置如图1所示，包括罐体，设于罐体内的搅拌器5，设于罐体内壁上的加热板6，设于罐体盖上的两个药剂加样口7，一个药剂加样口连接氧化钙储罐3，一个药剂加样口连接聚合硫酸铁储罐4，罐体底部的侧壁上设有一个取样口1，罐体底部的侧壁上还设有一个污泥口，该污泥口连接厌氧发酵污泥回流管道2，该厌氧发酵污泥回流管道2上端从罐体盖处延伸及罐体内，进行厌氧污泥回流。

可挥发性有机酸（VFA）的测定：各种可挥发性有机酸的定性与定量分析采用气相色谱法进行，检测前样品13000rpm离心15min后取上清液用0.22um滤头过滤。气象色谱仪（天美GC7890）分析条件：色谱柱：GDX-103毛细管柱；载气：氮气；进样器：230℃；柱温：180℃；检测器温度：250℃；进样量：2uL。

污泥比阻的测定方法：采用CST仪（304M）在0.08MPa的真空度下进行污泥脱水实验。记录过滤时间和相应时刻的滤液量及总体积，从而计算出污泥的比阻。

实施例1

取1.5L浓缩后的续批式反应器中的剩余污泥（总悬浮固体TSS浓度为40g/L，挥发性悬浮固体VSS浓度为25g/L）加入反应器中，用加热棒控制在60℃低温加热，反应60min，随后添加5%的氧化钙，搅拌，自然冷却至室温，投加2%聚合硫酸铁。回流10%的厌氧发酵污泥，在室温下发酵，反应器的搅拌速度为200rpm。

发酵48h后，剩余污泥的产酸量为3.2g/L，污泥的毛细吸水时间为21s。

实施例2

取1.5L浓缩后的续批式反应器中的剩余污泥（总悬浮固体TSS浓度为40g/L，挥发性悬浮固体VSS浓度为25g/L）加入反应器中，用加热棒控制在45℃低温加热，反应60min，随后添加5%的氧化钙，搅拌，自然冷却至室温，投加2%聚合硫酸铁。回流10%的厌氧发酵污泥，在室温下发酵，反应器的搅拌速度为200rpm。

发酵48h后，剩余污泥的产酸量为2.9g/L，污泥的毛细吸水时间为30s。

实施例3

取1.5L浓缩后的续批式反应器中的剩余污泥（总悬浮固体TSS浓度为40g/L，挥发性悬浮固体VSS浓度为25g/L）加入反应器中，用加热棒控制在35℃低温加热，反应60min，随后添加5%的氧化钙，搅拌，自然冷却至室温，投加2%聚合硫酸铁。回流10%的厌氧发酵污泥，在室温下发酵，反应器的搅拌速度为200rpm。

发酵48h后，剩余污泥的产酸量为2.8g/L，污泥的毛细吸水时间为45s。

不同的预热温度对剩余污泥产酸及脱水的影响如图2和图3所示，由图可知，35℃低温加热条件下的产酸效率与脱水性能与45℃和60℃类似，都能促进剩余污泥的产酸及脱水性能，但考虑到能量成本，故选择35℃作为低温预处理的最适温度。

实施例4

取1.5L浓缩后的续批式反应器中的剩余污泥（总悬浮固体TSS浓度为30g/L，挥发性悬浮固体VSS浓度为21g/L）加入反应器中，用加热棒控制在35℃低温加热，反应60min，随后添加5%的氧化钙，搅拌，自然冷却至室温，投加2%聚合硫酸铁。回流10%的厌氧发酵污泥，在室温下发酵，反应器的搅拌速度为200rpm。

发酵48h后，剩余污泥的产酸量为2.0g/L，污泥的毛细吸水时间为35s。

实施例5

取1.5L浓缩后的续批式反应器中的剩余污泥（总悬浮固体TSS浓度为30g/L，挥发性悬浮固体VSS浓度为21g/L）加入反应器中，用加热棒控制在35℃低温加热，反应45min，随后添加3%的氧化钙，搅拌，自然冷却至室温，投加2%聚合硫酸铁。回流10%的厌氧发酵污泥，在室温下发酵，反应器的搅拌速度为200rpm。

发酵48h后，剩余污泥的产酸量为1.62g/L，污泥的毛细吸水时间为50s。

实施例6

取1.5L浓缩后的续批式反应器中的剩余污泥（总悬浮固体TSS浓度为30g/L，挥发性悬浮固体VSS浓度为21g/L）加入反应器中，用加热棒控制在35℃低温加热，反应75min，随后添加1%的氧化钙，搅拌，自然冷却至室温，投加2%聚合硫酸铁。回流10%的厌氧发酵污泥，在室温下发酵，反应器的搅拌速度为200rpm。

发酵48h后，剩余污泥的产酸量为1.34g/L，污泥的毛细吸水时间为68s。

氧化钙投加量对剩余活性污泥发酵产酸及脱水性能的影响如图4和图5所示，由图可以看出氧化钙对于污泥产酸与脱水性能均有影响，氧化钙含量越多产酸相应地也越高，脱水性能也越好。35℃低温加热60min联合5%的氧化钙处理剩余污泥的产酸及脱水性能结果最好。

实施例7

取1.5L浓缩后的续批式反应器中的剩余污泥（总悬浮固体TSS浓度为35g/L，挥发性悬浮固体VSS浓度为19g/L）加入反应器中，用加热棒控制在35℃低温加热，反应60min，随后添加5%的氧化钙，搅拌，自然冷却至室温，投加2%聚合硫酸铁。回流10%的厌氧发酵污泥，在室温下发酵，反应器的搅拌速度为200rpm。

发酵48h后，剩余污泥的产酸量为1.84g/L，污泥的毛细吸水时间为29s。

实施例8

取1.5L浓缩后的续批式反应器中的剩余污泥（总悬浮固体TSS浓度为35g/L，挥发性悬浮固体VSS浓度为19g/L）加入反应器中，用加热棒控制在35℃低温加热，反应60min，随后添加5%的氧化钙，搅拌，自然冷却至室温，投加1%聚合硫酸铁。回流10%的厌氧发酵污泥，在室温下发酵，反应器的搅拌速度为200rpm。

发酵48h后，剩余污泥的产酸量为1.81g/L，污泥的毛细吸水时间为57s。

实施例9

取1.5L浓缩后的续批式反应器中的剩余污泥（总悬浮固体TSS浓度为35g/L，挥发性悬浮固体VSS浓度为19g/L）加入反应器中，用加热棒控制在35℃低温加热，反应60min，随后添加5%的氧化钙，搅拌，自然冷却至室温，投加0.1%聚合硫酸铁。回流10%的厌氧发酵污泥，在室温下发酵，反应器的搅拌速度为200rpm。

发酵48h后，剩余污泥的产酸量为1.81g/L，污泥的毛细吸水时间为78s。

不同氧化钙与聚合硫酸铁投加比例对剩余活性污泥发酵产酸及脱水性能的影响如图6和图7所示，聚合硫酸铁主要是通过与氧化钙反应生成的氢氧化钙联合影响剩余污泥的脱水性能，而产酸效率主要是通过低温热处理与氧化钙的耦合作用来影响的。

实施例10

取1.5L浓缩后的续批式反应器中的剩余污泥（总悬浮固体TSS浓度为25g/L，挥发性悬浮固体VSS浓度为20g/L）加入反应器中，用加热棒控制在35℃低温加热，反应60min，随后添加5%的氧化钙，搅拌，自然冷却至室温，投加2%聚合硫酸铁。回流20%的厌氧发酵污泥，在室温下发酵，反应器的搅拌速度为200rpm。

发酵72h后，剩余污泥的产酸量为1.83g/L，污泥的毛细吸水时间为30s。见图8

实施例11

取1.5L浓缩后的续批式反应器中的剩余污泥（总悬浮固体TSS浓度为25g/L，挥发性悬浮固体VSS浓度为20g/L）加入反应器中，用加热棒控制在35℃低温加热，反应60min，随后添加5%的氧化钙，搅拌，自然冷却至室温，投加2%聚合硫酸铁。回流10%的厌氧发酵污泥，在室温下发酵，反应器的搅拌速度为200rpm。

发酵72h后，剩余污泥的产酸量为1.77g/L，污泥的毛细吸水时间为27s。见图8

实施例12

取1.5L浓缩后的续批式反应器中的剩余污泥（总悬浮固体TSS浓度为25g/L，挥发性悬浮固体VSS浓度为20g/L）加入反应器中，用加热棒控制在35℃低温加热，反应60min，随后添加5%的氧化钙，搅拌，自然冷却至室温，投加2%聚合硫酸铁。回流2%的厌氧发酵污泥，在室温下发酵，反应器的搅拌速度为200rpm。

发酵72h后，剩余污泥的产酸量为1.47g/L，污泥的毛细吸水时间为27s。见图8

厌氧污泥回流比例对剩余活性污泥发酵产酸的影响如图8所示，厌氧污泥回流可以大幅提高剩余污泥的产酸速率，增加脂肪酸的含量。

Claims

1.一种剩余污泥产酸并脱水的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述剩余污泥产酸并脱水的方法，其特征在于，步骤（1）中所述剩余污泥中总悬浮固体TSS的浓度为25～40g/L，挥发性悬浮固体VSS浓度为15～25g/L。

3.根据权利要求1所述剩余污泥产酸并脱水的方法，其特征在于，步骤（1）所述氧化钙的添加量为步骤（1）中剩余污泥质量的1%～5%。

4.根据权利要求1所述剩余污泥产酸并脱水的方法，其特征在于，步骤（1）所述聚合硫酸铁的添加量为步骤（1）中剩余污泥的质量的0.1%～2%。

5.根据权利要求1所述剩余污泥产酸并脱水的方法，其特征在于，步骤（1）中加热预处理的时间为45～75min。

6.根据权利要求1所述剩余污泥产酸并脱水的方法，其特征在于，步骤（2）所述厌氧污泥回流占污泥总体积的2%～20%。

7.根据权利要求1所述剩余污泥产酸并脱水的方法，其特征在于，步骤（2）中厌氧条件下搅拌时间为48h～72h。

8.根据权利要求1所述剩余污泥产酸并脱水的方法，其特征在于，步骤（1）及步骤（2）中所述搅拌的速度为150～200rpm。