CN104609688A - 一种提高含磷酸铁污泥厌氧发酵磷释放率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高含磷酸铁污泥厌氧发酵磷释放率的方法，包括以下步骤：将浓缩后的含磷酸铁污泥放入反应器内，根据含磷酸铁污泥总悬浮固体含量加入一定量的Na2S，密闭反应器，在30～40℃条件下厌氧发酵5～10天，能使化学除磷产生的含磷酸铁污泥中的磷大量释放，尤其是可促进化学磷的释放。与现有技术相比，本发明能提高含磷酸铁污泥厌氧发酵的磷释放率，同时有利于有机物的释放，提高后期磷的回收率，实现污泥的进一步资源化和减量化。克服了纯粹发酵法剩余污泥上清液磷积累浓度低的缺陷，克服了调pH法厌氧发酵生物磷释出多但化学磷释出受限制的缺陷，也克服了释出的磷容易发生再沉淀的缺陷，有更好的可操作性和可控制性。

Description

一种提高含磷酸铁污泥厌氧发酵磷释放率的方法
技术领域
本发明属于污泥处理与磷资源回收领域，涉及一种促进污泥厌氧发酵释放磷的技术，尤其是涉及一种提高含磷酸铁污泥厌氧发酵过程中磷释放率的方法。
背景技术
作为地球上一种不可再生的资源，磷资源短缺现状越来越严峻。同时水体中磷含量过高能刺激藻类和其他一些光合微生物的生长引起富营养化，成为主要的环境问题之一，严重制约着社会和经济的可持续发展。
如何有效地除磷和进行磷资源回收一直是备受关注的焦点。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。生物强化除磷利用聚磷菌将污水中的磷转移到剩余污泥中，使污泥中的含磷率能达到5～13％；化学沉淀法利用投加一定的絮凝剂如FeCl3等去除悬浮固体(SS)、胶体和磷，此过程形成的污泥中包含大量的Fe(OH)3和FePO4。无论是生物除磷工艺还是化学除磷工艺，最终污水中大部分的磷元素都富集在剩余污泥中。剩余污泥厌氧发酵过程中能释出一定量的磷，但是纯粹发酵法释出的磷浓度有限，并且污泥本身含有大量金属离子，释出的磷容易与这些金属离子发生再沉淀，如EBPR污泥直接厌氧发酵时，消化罐中易形成磷酸铵镁(俗称鸟粪石)沉淀，这些沉淀可能堵塞反应器管路，带来严重的操作问题。所以，改变传统污泥厌氧发酵工艺，强化剩余污泥厌氧发酵释磷，分离富磷上清液，既可有效实现污泥中磷的资源化回收，又可避免磷在厌氧反应器中再次沉淀造成堵塞问题。
硫化钠(Na2S)是一种极易溶于水并呈强碱性的钠盐，它可与多种金属离子形成难溶的沉淀物质。Na2S能快速与FePO4中的铁发生沉淀，将磷释出。硫化钠沉淀法用于提高含FePO4污泥厌氧发酵释放磷具有广阔的应用前景。首先，可以通过形成FeSx(主要为FeS和FeS2)沉淀的方法从含FePO4污泥中回收磷。其次，硫化钠沉淀法可以沉淀污泥中大量金属离子，减少释出的磷再沉淀。再次，Na2S具有强碱性和强还原性，能破坏细胞结构，使得污泥中有机颗粒变得松散，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Na2S应用于含FePO4污泥厌氧发酵释磷方面的研究较少，也没有相关专利。由于化学除磷工艺在城市污水处理厂仍被广泛应用，其中铁盐混凝剂的应用会导致FePO4的形成，因此采用Na2S促进含FePO4污泥厌氧发酵过程磷释放，提高污泥发酵上清液中的磷含量，对后续进一步磷的回收利用具有重要意义和经济价值。
公开号为CN103204613A的专利申请，公开了一种提取含磷化学-生物混合污泥中磷元素的方法，此方法通过调解不同的pH值，使得释磷率达到60～80％，但其中生物污泥释磷率占大多数，FePO4释磷率仅占10％左右，说明大部分化学沉淀中的磷仍然没有释出。针对现有技术的局限性，提出了本发明。
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酸铁污泥厌氧发酵磷释放率的方法，本方法一方面能够促进化学除磷产生的含FePO4污泥中的磷大量释放，尤其是可促进化学磷的释放，另一方面防止污泥厌氧发酵过程中释出的磷再沉淀。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种提高含磷酸铁污泥厌氧发酵磷释放率的方法，该方法包括以下步骤：
(1)将含磷酸铁(FePO4)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(TSS)含量约为10～16g/L；
(2)针对实际污水厂化学除磷产生的混合污泥，根据含FePO4污泥总悬浮固体含量加入一定量的Na2S，密闭反应器，在30～40℃条件下厌氧发酵5～10天，则既能使含FePO4污泥中的磷大量释放，又能防止污泥厌氧发酵过程中释出的磷再沉淀，从而提高含磷酸铁的化学-生物混合污泥厌氧发酵释磷率，以及上清液中的磷浓度。
步骤(1)所述的含FePO4污泥为污水厂投加铁盐进行化学除磷后产生的剩余污泥，该污泥既含有生物法产生的活性污泥又含有FePO4化学污泥。
步骤(2)所述的根据含FePO4污泥总悬浮固体(TSS)含量加入的Na2S固体的量为0.03～0.30g/g TSS，即可实现较高的磷释放率为60～90％。
本发明既能使化学除磷产生的含FePO4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，是考虑到利用Na2S的强碱性和强还原性，既能与铁盐除磷之后产生的FePO4中的铁离子形成难溶的FeSx沉淀，又能沉淀污泥本身含有的大量金属离子等。
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，使得厌氧发酵上清液中含有一定量的有机物、氮、磷；而磷酸铁、磷酸铝等化学磷沉淀中的磷在厌氧发酵过程中较难释放出来。在含FePO4污泥中加入一定的Na2S进行厌氧发酵，利用Na2S与FePO4中的铁离子形成难溶的FeSx沉淀，可以有效促使FePO4释磷，同时硫离子与污泥本身含有的大量金属离子发生沉淀，可以减少释出的磷发生再沉淀，从而提高含FePO4污泥厌氧发酵过程中的释磷率。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
(1)本方法既能使铁盐除磷产生的含FePO4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，能提高发酵上清液的磷浓度。与未投加Na2S相比，投加后含FePO4污泥的释磷率能提高10％～50％，在选择适当的固液分离手段后，可实现对磷资源的回收，有利于对剩余污泥的资源化利用。
(2)该方法条件下，加0.03～0.30gNa2S/gTSS与含FePO4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Na2S时高100％～850％，产酸量比不投加Na2S时高20％～450％。
(3)该方法条件下，加入Na2S与含FePO4污泥共同厌氧发酵时，能促进污泥挥发性悬浮固体(VSS)的减量，加0.03～0.30gNa2S/gTSS与含FePO4污泥共同厌氧发酵时，VSS的减量百分数能提高6％～18％。
本发明克服了纯粹发酵法剩余污泥上清液磷积累浓度低的缺陷，克服了调pH法厌氧发酵生物磷释出多但化学磷释出受限制的缺陷，也克服了释出的磷容易发生再沉淀的缺陷。本发明具有更好的可操作性和可控制性。
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浓缩后的不含FePO4生物污泥、含FePO4混合污泥(总悬浮固体浓度为11.20g/L，挥发性悬浮固体浓度为7.11g/L)加入不同的反应器中，分别加入Na2S使其浓度为0.04gNa2S/gTSS，密闭反应器在35℃条件下厌氧发酵7天。同时以不加Na2S的反应器作为对照。
(2)每24小时取样一次，测实验组和对照组污泥厌氧发酵上清液中的正磷酸盐(PO4 3--P)、溶解性有机碳(STOC)、挥发性脂肪酸(VFA)的浓度。
(3)厌氧发酵7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FePO4混合污泥未加Na2S时，厌氧发酵7天后，约能释出混合污泥中50％的磷，其中生物污泥的释磷率为35％，化学污泥释磷率约为15％；投加0.04gNa2S/gTSS与含FePO4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62％的磷，其中生物污泥的释磷率为38％，FePO4释磷率约为24％。
(6)不投加Na2S时，厌氧发酵7天后，含FePO4的混合污泥VSS减量百分数约为25％，SS减量百分数约为16％；投加0.04gNa2S/gTSS时，厌氧发酵7天后，含FePO4的混合污泥VSS减量百分数约为32％，SS减量百分数约为19％。
(7)厌氧发酵7天过程中，与不投加Na2S的混合污泥相比，投加Na2S的混合污泥溶出的STOC浓度高出101％、产生的VFA浓度高出25％。
实施例2
(1)分别取400mL浓缩后的不含FePO4生物污泥、含FePO4混合污泥(总悬浮固体浓度为13.80g/L，挥发性悬浮固体浓度为9.42g/L)加入不同的反应器中，分别加入Na2S使其浓度为0.13gNa2S/gTSS，密闭反应器在35℃条件下厌氧发酵8天。同时以不加Na2S的反应器作为对照。
(2)每24小时取样一次，测实验组和对照组污泥厌氧发酵上清液中的正磷酸盐(PO4 3--P)、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)投加0.13gNa2S/gTSS与含FePO4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77％的磷，其中生物污泥的释磷率为36％，FePO4释磷率约为41％。
(5)投加0.13gNa2S/gTSS时，含FePO4的混合污泥VSS减量百分数约为43％，SS减量百分数约为24％，比不投加Na2S时提高较大。
(6)厌氧发酵8天过程中，与不投加Na2S的混合污泥相比，投加Na2S的混合污泥溶出的STOC浓度高出500％、产生的VFA浓度高出430％。
实施例3
(1)分别取400mL浓缩后的不含FePO4生物污泥、含FePO4混合污泥(总悬浮固体浓度为16.00g/L，挥发性悬浮固体浓度为10.60g/L)加入不同的反应器中，分别加入Na2S使其浓度为0.20gNa2S/gTSS，密闭反应器在35℃条件下厌氧发酵5天。同时以不加Na2S的反应器作为对照。
(2)每24小时取样一次，测实验组和对照组污泥厌氧发酵上清液中的正磷酸盐(PO4 3--P)、溶解性有机碳(STOC)、挥发性脂肪酸(VFA)的浓度
(3)厌氧发酵5天后测TSS浓度和VSS浓度。
(4)投加0.20gNa2S/gTSS与含FePO4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83％的磷，其中生物污泥的释磷率为38％，FePO4释磷率约为45％。
(5)投加0.20gNa2S/gTSS时，含FePO4的混合污泥VSS减量百分数约为40％，SS减量百分数约为20％，比不投加Na2S时提高较大。
(6)厌氧发酵5天过程中，与不投加Na2S的混合污泥相比，投加Na2S的混合污泥溶出的STOC浓度高出800％、产生的VFA浓度高出360％。
上述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 (7)

1.一种提高含磷酸铁污泥厌氧发酵磷释放率的方法，其特征在于，针对污水厂用铁盐化学除磷产生的混合污泥，根据含FePO4污泥总悬浮固体含量加入一定量的Na2S，密闭反应器，厌氧发酵处理。
2.根据权利要求1所述的一种提高含磷酸铁污泥厌氧发酵磷释放率的方法，其特征在于，所述的Na2S固体的投加量为0.03～0.30g/g总悬浮固体含量。
3.根据权利要求1所述的一种提高含磷酸铁污泥厌氧发酵磷释放率的方法，其特征在于，适用混合污泥的pH值范围为2～12。
4.根据权利要求1所述的一种提高含磷酸铁污泥厌氧发酵磷释放率的方法，其特征在于，所述发酵温度为30～40℃。
5.根据权利要求1所述的一种提高含磷酸铁污泥厌氧发酵磷释放率的方法，其特征在于，所述发酵时间为5～10天。
6.根据权利要求1所述的一种提高含磷酸铁污泥厌氧发酵磷释放率的方法，其特征在于，将含磷酸铁污泥放在反应器内，在室温下静沉24h，排出上清液，得到浓缩的混合污泥。
7.根据权利要求1所述的一种提高含磷酸铁污泥厌氧发酵磷释放率的方法，其特征在于，所述的混合污泥中污泥总悬浮固体含量为10～16g/L。
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