CN103936249A - 提高含磷化学-生物混合污泥厌氧发酵释磷率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高含磷化学-生物混合污泥厌氧发酵释磷率的方法，包括以下步骤：将含磷化学-生物混合污泥放在反应器内，在室温下静沉24h，排出上清液，得到浓缩的混合污泥；针对不同化学药剂除磷产生的化学-生物混合污泥，根据污泥总悬浮固体含量加入一定量的EDTA-2Na，维持混合污泥厌氧发酵过程中的pH值为6.5～7.5，密闭反应器，在30～50℃条件下厌氧发酵5～10天，则既能使化学除磷产生的化学污泥中的磷大量释放，又能防止污泥厌氧发酵释出的磷再沉淀，从而提高混合污泥的释磷率。与现有技术相比，本发明能提高含磷化学-生物混合污泥的总释磷率，有利于提高后期氮磷资源的回收率，实现对剩余污泥的资源化利用。

Description

提高含磷化学-生物混合污泥厌氧发酵释磷率的方法
技术领域
本发明涉及一种促进污泥厌氧发酵释磷、提高污泥厌氧发酵过程中释磷率的技术，尤其是涉及一种提高含磷化学-生物混合污泥厌氧发酵过程中释磷率的方法。
背景技术
磷作为一种不可再生的资源正变得越来越稀缺，同时水体中磷含量过高又会导致富营养化，破坏水环境。目前，污水中磷的去除主要通过生物强化除磷法(EBPR)和化学除磷法将污水中的磷转移到污泥中。考虑到生物强化除磷法运行不稳定，难以保证出水水质，化学除磷法在污水处理厂得到广泛应用。无论是生物除磷工艺还是化学除磷工艺，最终污水中的大部分磷元素都富集在剩余污泥中，国内外的调查表明普通剩余污泥中磷的含量约为1％～3％，而EBPR工艺产生的剩余污泥中含磷率可达6％～12％。无论是EBPR工艺产生的剩余污泥还是普通活性污泥法产生的剩余污泥，厌氧发酵过程中均能释出一定量的磷，然而由于污泥本身含有许多金属离子，释出的磷容易再沉淀，难以提高污泥厌氧发酵过程中的释磷率。有研究表明EBPR污泥直接厌氧发酵时，消化罐中易形成鸟粪石沉淀，带来严重的操作问题。
乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)是一种重要的有机多元酸络合剂，它的强络合性可与各种金属阳离子形成高度稳定的水溶性络合物，防止金属离子沉淀。另外，EDTA-2Na作为一种金属络合剂，能破坏细胞结构，使污泥中有机颗粒结构变得更加松散，对污泥厌氧发酵有机物的溶出、污泥减量化有促进作用。
目前，国内外对EDTA-2Na在污泥释磷方面的研究较少，而对于含磷化学-生物混合污泥厌氧发酵过程中的释磷研究还未见报道，也没有相关专利。由于化学除磷工艺在城市污水处理厂仍在广泛应用，研究EDTA-2Na对含磷化学-生物混合污泥厌氧发酵过程释磷的促进作用，提高发酵液中的磷含量，对后期氮磷的资源化回收利用具有非常重要的现实意义和经济价值。
申请号为20131012759.1的中国专利“一种提取含磷化学-生物混合污泥中磷元素的方法”也公开了一种促进含磷化学-生物混合污泥厌氧发酵释磷的方法，调节并维持化学-生物混合污泥的pH值为2～8，密闭反应器，在30～50℃条件下厌氧消化7天，则既释放出含磷化学-生物混合污泥中的生物磷又释放出化学磷。但在实际污泥厌氧消化过程中，维持一定的pH值需要考虑设备防腐以及酸碱等药剂的危险性方面的问题；同时由于污泥中存在的金属离子能与释出的磷结合发生再沉淀，导致化学-生物混合污泥的释磷率难以进一步提高。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提高含磷化学-生物混合污泥厌氧发酵释磷率的方法，本发明方法一方面能够防止污泥厌氧发酵过程中释出的磷再沉淀，另一方面促进化学除磷产生的化学污泥释磷。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种提高含磷化学-生物混合污泥厌氧发酵释磷率的方法，包括以下步骤：
(1)将含磷化学-生物混合污泥放在反应器内，在室温下静沉24h，排出上清液，得到浓缩的混合污泥，污泥总悬浮固体含量(TSS)约为13～16g/L；
(2)针对不同化学药剂除磷产生的化学-生物混合污泥，根据污泥总悬浮固体含量加入一定量的EDTA-2Na，维持混合污泥厌氧发酵过程中的pH值为6.5～7.5，密闭反应器，在30～50℃条件下厌氧发酵5～10天，则既能使化学除磷产生的化学污泥中的磷大量释放，又能防止污泥厌氧发酵释出的磷再沉淀，从而提高混合污泥的释磷率；
步骤(1)所述的含磷化学-生物混合污泥为投加铝盐或铁盐进行化学除磷后产生的污泥。
步骤(2)所述的根据混合污泥总悬浮固体含量加入的EDTA-2Na的量为0.15～0.52g/g污泥总悬浮固体含量。
步骤(2)中调节并维持混合污泥厌氧发酵pH值所采用的原料为4～6mol/L的氢氧化钠溶液和4～6mol/L的盐酸溶液。
步骤(1)所述的含磷化学-生物混合污泥中总悬浮固体浓度为14-16g/L，挥发性悬浮固体浓度为9-10.5g/L。
本发明既能使化学除磷产生的化学污泥中的磷大量释放，又能防止污泥厌氧发酵释出的磷再沉淀是考虑到EDTA的强络合性，既能络合铝盐、铁盐除磷之后产生的磷酸铝、磷酸铁中的铝离子、铁离子，又能络合污泥本身含有的钙离子、镁离子等。
本发明的技术原理为：污泥厌氧发酵过程中，部分微生物细胞溶解，胞内物质溶出，使厌氧发酵上清液中含有一定量的有机物、氮、磷；而磷酸铝、磷酸铁等化学磷沉淀在厌氧发酵过程中溶解释磷较少。在混合污泥中加入EDTA-2Na进行厌氧发酵，利用EDTA与化学污泥中的金属离子发生络合，可以促使磷酸铝或磷酸铁释磷，同时与污泥本身含有的金属离子发生络合，可以减少释出的磷发生再沉淀，从而可以提高含磷化学-生物混合污泥厌氧发酵过程中的释磷率。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
(1)本发明采用EDTA在中性条件下提取污泥中的磷，可以避免酸碱对设备的腐蚀，且可以防止提取出来的磷再次沉淀。
(2)本方法既能使化学除磷产生的化学污泥中的磷大量释放，又能防止污泥厌氧发酵释出的磷再沉淀，能提高含磷化学-生物混合污泥的总释磷率。与未投加EDTA-2Na相比，投加后混合污泥的释磷率能提高17～44％，提高发酵液中的磷浓度，有利于提高后期氮磷资源的回收率，实现对剩余污泥的资源化利用。
(3)该方法条件下，加0.15～0.90gEDTA-2Na/gTSS与混合污泥共同厌氧发酵时，厌氧发酵5-10天内，溶出的有机物浓度比不投加EDTA-2Na时高50～300％，产酸量比不投加EDTA-2Na时高10～300％。
(4)本方法条件下，加入EDTA-2Na与混合污泥共同厌氧发酵时，能同时促进污泥VSS和无机物质的减量，从而能提高污泥总悬浮固体(TSS)的减量，加0.15～0.90gEDTA-2Na/gTSS与混合污泥共同厌氧发酵时，TSS的减量百分比能提高5～18％。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
(1)分别取400mL浓缩后的纯生物污泥、含磷酸铝的混合污泥(总悬浮固体浓度为13.9g/L，挥发性悬浮固体浓度为9.3g/L)加入不同的反应器中，分别加入0.94gEDTA-2Na固体(即加入0.17gEDTA-2Na/gTSS)，用6mol/L的盐酸溶液和6mol/L的氢氧化钠溶液维持厌氧发酵过程中pH＝7，充氮气0.5min，密闭反应器在35℃条件下厌氧发酵8天。同时做不加EDTA-2Na的纯生物污泥和不加EDTA-2Na含磷酸铝的混合污泥作为对照。
(2)每24h取1次样，每次取样后充氮气，密闭反应器，测两种污泥厌氧发酵上清液中正磷酸盐、溶解性有机碳(STOC)、挥发性脂肪酸(VFA)的浓度。
(3)厌氧发酵8天后测TSS浓度和VSS浓度。
(4)不同情况下混合污泥、生物污泥和化学污泥的释磷率分别通过公式(1)、(2)、(3)算出。
其中：PT-混合污泥中泥水总磷的浓度，以PO4 3-p计，mg/L；
PML——混合污泥厌氧发酵上清液中的PO4 3--p浓度，mg/L；
PBL——生物污泥厌氧发酵上清液中的PO4 3--p浓度，mg/L；
(5)含磷酸铝的混合污泥未加EDTA-2Na时，厌氧发酵8天后，约能释出混合污泥中23％的磷，其中生物污泥的释磷率为23％，磷酸铝没有释磷；投加0.17gEDTA-2Na/gTSS与混合污泥共同厌氧发酵时，厌氧发酵8天后，约能释出混合污泥中40％的磷，其中生物污泥的释磷率为40％，磷酸铝仍然没有释磷。
(6)不投加EDTA-2Na时，含磷酸铝的混合污泥VSS的减量百分比约为33％，SS减量百分比约为18％；投加0.17gEDTA-2Na/gTSS时，混合污泥VSS减量百分比约为35％，SS减量百分比约为20％。
(7)投加EDTA-2Na的含磷酸铝的混合污泥溶出的STOC浓度比不投加EDTA-2Na的混合污泥溶出的STOC浓度高50％。投加EDTA-2Na的含磷酸铝的混合污泥产生的VFA浓度比不投加EDTA-2Na的混合污泥产生的VFA浓度高50％。
实施例2
(1)分别取400mL浓缩后的纯生物污泥、含磷酸铁的混合污泥(总悬浮固体浓度为14.8g/L，挥发性悬浮固体浓度为10.1g/L)加入不同的反应器中，分别加入1.0gEDTA-2Na固体(即加入0.17gEDTA-2Na/gTSS)，用6mol/L的盐酸溶液和6mol/L的氢氧化钠溶液维持厌氧发酵过程中pH＝7，充氮气0.5min，密闭反应器在35℃条件下厌氧发酵7天。同时做不加EDTA-2Na的纯生物污泥和不加EDTA-2Na含磷酸铁的混合污泥厌氧发酵作为对照。
(2)每24h取1次样，每次取样后充氮气，密闭反应器，测两种污泥厌氧发酵上清液中正磷酸盐、STOC、总VFA的浓度。
(3)混合污泥厌氧发酵7天后测TSS和VSS浓度。
(4)利用公式(1)、(2)、(3)可以计算出投加EDTA-2Na的混合污泥厌氧发酵7天后总的释磷率和不投加EDTA-2Na的混合污泥厌氧发酵7天后总的释磷率，其中包括生物污泥的释磷率和化学污泥的释磷率。
(5)含磷酸铁的混合污泥未加EDTA-2Na时，厌氧发酵7天后，约能释出混合污泥中40％的磷，其中生物污泥的释磷率为23％，化学污泥释磷率约为17％；投加0.17gEDTA-2Na/gTSS与混合污泥共同厌氧发酵时，厌氧发酵7天后，约能释出混合污泥中64％的磷，其中生物污泥的释磷率为40％，磷酸铁释磷率约为24％。
(6)不投加EDTA-2Na时，厌氧发酵7天后，含磷酸铁的混合污泥VSS的减量百分比约为20％，SS减量百分比约为10％；投加0.17gEDTA-2Na/gTSS时，厌氧发酵7天后，混合污泥VSS减量百分比约为25％，SS减量百分比约为18％。
(7)厌氧发酵7天过程中，投加EDTA-2Na的含磷酸铁的混合污泥溶出的STOC浓度比不投加EDTA-2Na的混合污泥溶出的STOC浓度高20％。投加EDTA-2Na的含磷酸铁的混合污泥产生的VFA浓度比不投加EDTA-2Na的混合污泥产生的VFA浓度高20％左右。
实施例3
(1)分别取400mL浓缩后的纯生物污泥、含磷酸铝的混合污泥(总悬浮固体浓度为15g/L，挥发性悬浮固体浓度为10.5g/L)加入不同的反应器中，分别加入3.1gEDTA-2Na固体(即加入0.52gEDTA-2Na/gTSS)，维持厌氧发酵过程中pH为7左右(6.5～7.5之间)，密闭反应器在35℃条件下厌氧发酵5天。
(2)投加0.52gEDTA-2Na/gTSS与含磷酸铝的混合污泥共同厌氧发酵时，厌氧发酵5天后，约能释出混合污泥中66％的磷，其中生物污泥的释磷率为47％，磷酸铝的释磷率约为19％。
(3)投加0.52gEDTA-2Na/gTSS与含磷酸铝的混合污泥共同厌氧发酵，混合污泥VSS减量百分比约为40％，SS减量百分比约为30％，比不投加EDTA-2Na时提高较大。
(4)投加0.52gEDTA-2Na/gTSS与含磷酸铝的混合污泥共同厌氧发酵，溶出的STOC浓度比不投加EDTA-2Na的混合污泥溶出的STOC浓度高130％。投加EDTA-2Na的含磷酸铝的混合污泥产生的VFA浓度比不投加EDTA-2Na的混合污泥产生的VFA浓度高60％。
实施例4
(1)分别取400mL浓缩后的纯生物污泥、含磷酸铁的混合污泥(总悬浮固体浓度为16g/L，挥发性悬浮固体浓度为10.5g/L)加入不同的反应器中，分别加入3.3gEDTA-2Na固体(即加入0.52gEDTA-2Na/gTSS)，维持厌氧发酵过程中pH为7左右(6.5～7.5之间)，密闭反应器在35℃条件下厌氧发酵5天。
(2)投加0.52gEDTA-2Na/gTSS与含磷酸铁的混合污泥共同厌氧发酵时，厌氧发酵5天后，约能释出混合污泥中88％的磷，其中生物污泥的释磷率为47％，磷酸铁释磷率约为41％。
(3)投加0.52gEDTA-2Na/gTSS与含磷酸铁的混合污泥共同厌氧发酵，混合污泥VSS减量百分比约为32％，SS减量百分比约为28％，比不投加EDTA-2Na时提高较大。
(4)投加0.52gEDTA-2Na/gTSS与含磷酸铁的混合污泥共同厌氧发酵，溶出的STOC浓度比不投加EDTA-2Na的混合污泥溶出的STOC浓度高200％。投加EDTA-2Na的含磷酸铁的混合污泥产生的VFA浓度比不投加EDTA-2Na的混合污泥产生的VFA浓度高300％。
实施例5
(1)分别取400mL浓缩后的纯生物污泥、含磷酸铝的混合污泥(总悬浮固体浓度为15.5g/L，挥发性悬浮固体浓度为10.5g/L)加入不同的反应器中，分别加入5.6gEDTA-2Na固体(即加入0.90gEDTA-2Na/gTSS)，维持厌氧发酵过程中pH为7左右，密闭反应器在35℃条件下厌氧发酵10天。
(2)投加0.90gEDTA-2Na/gTSS与含磷酸铝的混合污泥共同厌氧发酵时，厌氧发酵10天后，混合污泥的释磷率与投加0.52gEDTA-2Na/gTSS，污泥厌氧发酵5天后的释磷率相差不大。
实施例6
(1)分别取400mL浓缩后的纯生物污泥、含磷酸铁的混合污泥(总悬浮固体浓度为14.5g/L，挥发性悬浮固体浓度为9.5g/L)加入不同的反应器中，分别加入5.2gEDTA-2Na固体(即加入0.90gEDTA-2Na/gTSS)，维持厌氧发酵过程中pH为7左右，密闭反应器在35℃条件下厌氧发酵10天。
(2)投加0.90gEDTA-2Na/gTSS与含磷酸铁的混合污泥共同厌氧发酵时，厌氧发酵10天后，混合污泥的释磷率与投加0.52gEDTA-2Na/gTSS，污泥厌氧发酵5天后的释磷率相差不大。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种提高含磷化学-生物混合污泥厌氧发酵释磷率的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将含磷化学-生物混合污泥放在反应器内，在室温下静沉24h，排出上清液，得到浓缩的混合污泥；
(2)针对不同化学药剂除磷产生的化学-生物混合污泥，根据污泥总悬浮固体含量加入一定量的EDTA-2Na，维持混合污泥厌氧发酵过程中的pH值为6.5～7.5，密闭反应器，在30～50℃条件下厌氧发酵5～10天，则既能使化学除磷产生的化学污泥中的磷大量释放，又能防止污泥厌氧发酵释出的磷再沉淀，从而提高混合污泥的释磷率；
步骤(1)所述的含磷化学-生物混合污泥为投加铝盐或铁盐进行化学除磷后产生的污泥。
2.根据权利要求1所述的一种提高含磷化学-生物混合污泥厌氧发酵释磷率的方法，其特征在于，步骤(2)所述的根据混合污泥总悬浮固体含量加入的EDTA-2Na的量为0.15～0.52g/g污泥总悬浮固体含量。
3.根据权利要求1所述的一种提高含磷化学-生物混合污泥厌氧发酵释磷率的方法，其特征在于，步骤(2)中调节并维持混合污泥厌氧发酵pH值所采用的原料为4～6mol/L的氢氧化钠溶液和4～6mol/L的盐酸溶液。
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