CN105000766B

CN105000766B - 一种提高剩余活性污泥氮磷回收率的清洁生产方法

Info

Publication number: CN105000766B
Application number: CN201510489518.0A
Authority: CN
Inventors: 张冬梅; 刘欢欣; 廖杰聪; 常晟; 陈英燕; 雷浩俊; 陈锦龙
Original assignee: Guangdong University of Petrochemical Technology
Current assignee: Guangdong University of Petrochemical Technology
Priority date: 2015-08-12
Filing date: 2015-08-12
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2035-08-12
Also published as: CN105000766A

Abstract

一种提高剩余活性污泥氮磷回收率的清洁生产方法，该方法包括：（1）对污泥进行压榨过滤至污泥的含水率为75‑80%；（2）将压榨后的污泥与水按1g/3‑5ml比例重新混合浸泡2h；（3）对上述混合液进行搅拌和曝气，12‑72h后对搅拌曝气后的混合液进行自然沉降；（4）将上述自然沉降后的上清液排入MAP沉淀反应器中,通过投加镁盐溶液和磷盐溶液，调整P/Mg/N摩尔比1/1.2/1，用5MNaOH调节反应溶液pH值8.9±0.1，使上清液中氮磷发生MAP沉淀反应；（5）将步骤（4）中产生的沉淀排放到分离回收装置回收沉淀，沉淀后上清液与步骤（3）中底泥再混合，利用上清液中的碱调节底泥pH值8.0‑8.5后排入机械脱水装置，压榨后污泥排放。本发明操作方便易行，没有引入新的化学物质，有利于后续污泥厌氧消化处理，且氮磷资源的回收成本低。

Description

一种提高剩余活性污泥氮磷回收率的清洁生产方法

技术领域

本发明涉及一种提高剩余活性污泥氮磷回收率的清洁生产方法，实现污水处理厂高效利用剩余活性污泥氮磷资源目标，属于污泥污水处理和资源化技术领域，是一种清洁生产新技术。

背景技术

全国400多家污水处理厂，100 多亿立方米的污水处理量，约86.2%的污水处理厂采用活性污泥法，在处理过程中产生的剩余活性污泥体积比约占污水处理总量的0.3%～0.5%，使得产生的剩余污泥量达 150×10⁴t/a，并逐年增长10%。其处理处置费用占污水处理厂总运行费用的25%～40%。城镇污水厂污泥的处理与处置已经成为我国现代化建设过程中亟待解决的重大环境问题。但是活性污泥中的有机物含量在60%-75%，生物易降解有机组分在40%以上，磷约占污泥干重的5.0％，氮元素的含量更为丰富约9.3％，因此活性污泥中蕴藏着极大的资源。但如何将其资源化利用是目前污水处理厂的技术瓶颈问题之一。

在这个过程中，污泥氮磷的快速高效释放是其能够被利用的重要前提条件。中国发明专利“污泥碳源两级碱性水解酸化回收方法”（CN101708932B），中国发明专利 “碱解预处理—磷酸铵镁法回收磷氮—厌氧消化产甲烷的集成工艺处理剩余污泥的方法”（201310708860.6）表明，碱解预处理会促进污泥融胞释放氮磷，对污泥减量化有较好的效果，但碱处理液色度均很重，例如经过5%NaOH处理污泥后上清液呈现黑褐色，而且碱处理中含有大量的Na⁺、OH^-离子造成上清液盐度大，会增大后续处理出水色度、盐度，不利于废水达标排放。此外碱法预处理后的一个重大缺陷是pH高，不利于后续的进一步厌氧消化产甲烷回收生物质能，无法实现综合的污泥处理处置和资源化利用。

目前污水厂对污泥处理处置中浓缩和压滤是污泥减量化的重要手段，常用的机械设备，有：真空过滤机、板框压滤机、带式压滤机和离心机等，但机械力的作用会造成污泥颗粒破解，发明人将机械脱水后的污泥与水混合后发现污泥有高效融胞释放氮磷的现象，溶出氮磷浓度高于碱解、酸处理或超声波处理对氮磷的释放浓度。因此本发明将机械脱水作为污泥破解预处理方法，在此基础上构筑曝气搅拌池，通过对搅拌装置和搅拌方式的特殊设计增大污泥颗粒间接触碰撞几率和挤压力，与曝气形成的剪切力共同作用进一步使污泥颗粒融胞破解，达到污泥胞外聚合物剥离或污泥细胞破碎释放氨氮和溶解性磷的目的。对于曝气搅拌后上清液进一步利用申请号为201420458242.0的中国专利 “一种对废水氮磷进行鸟粪石资源化回收的装置”对产生的MAP沉淀作为缓释肥利用。利用污水厂现行处理设施，改变污泥处理工艺路线，用机械脱水-再混合-曝气搅拌-MAP沉淀的技术路线对剩余活性污泥进行资源化再利用，克服了碱解处理的缺陷，与碱解法相比氮磷资源回收率提高2-3倍。本发明弥补了碱解工艺污泥pH值太高而再利用难的缺陷，特别是污泥经过压滤机、离心机等物理作用，部分污泥细胞已被破坏，与水混合后在曝气搅拌作用下其融胞释放氮、磷浓度远高于碱解法中氮、磷最大释放浓度，是一种清洁高效从污泥中回收资源能源的新技术。

与其他处理系统相比，本发明利用污水厂现有设施达到污泥再利用的目标，操作方便易行，没有引入新的化学物质，与酸、碱处理液相比，曝空气的处理液与原污水颜色相近，有利于后续污泥厌氧消化处理，且氮磷资源的回收降低10-20%操作成本，达到污水厂实施清洁生产的目标。

发明内容

针对目前污水处理厂剩余活性污泥再利用中氮磷释放问题，本发明提供一种污水处理厂剩余活性污泥氮磷高效快速释放和资源化的清洁生产方法。

发明人发现利用污水厂机械脱水设施作为污泥破解手段，改变污泥处理工艺路线，将脱水后污泥再与水以一定的质量体积比混合，通过曝气搅拌方式将污泥氮磷物质释放到混合液中，可使氮磷浓度分别高达420-490mg/L和120-210mg/L以上，超过碱解工艺中氨氮浓度30-180mg/L 和正磷酸盐浓度20-150 mg/L。进一步利用MAP沉淀法和中国专利“一种对废水磷氮进行鸟粪石资源化回收的装置”对此氮磷进行回收作为缓释肥利用，氨氮的回收率是86-95%，溶解性磷的回收率是90-99%，对污泥总氮磷的回收率40-60%，均高于碱解处理工艺。回收氮磷后污泥最终排放体积减少50-70%，极大地降低污水厂污泥处理处置费用，氮磷资源的回收降低10-20%操作成本，实现了污水处理厂清洁生产的理念。

基于上述，本发明提供的一种提高剩余活性污泥氮磷回收率的清洁生产方法，其特征在于，该方法包括：

（1）对污泥进行压榨过滤至污泥的含水率为75-80%；

（2）将压榨后的污泥与水按1g/3-5ml比例重新混合浸泡2h；

（3）对上述混合液进行搅拌和曝气，12-72h后对搅拌曝气后的混合液进行自然沉降；

（4）将上述自然沉降后的上清液排入MAP沉淀反应器中,通过投加镁盐溶液和磷盐溶液，调整P/Mg/N摩尔比1/1.2/1，在搅拌的条件下，用5MNaOH调节反应溶液pH值8.9±0.1，使上清液中氮磷发生MAP沉淀反应；

（5）将步骤（4）中产生的沉淀排放到分离回收装置回收沉淀，沉淀后上清液与步骤（3）中底泥进入污泥调节池中混合，利用上清液中的碱调节底泥pH值8.0-8.5后排入机械脱水装置，压榨后污泥排放。

上述中，步骤（1）中对污泥进行压榨的机械设备为真空过滤机、板框压滤机、带式压滤机和离心机中的一种。

上述中，步骤（2）中混合用水可以是步骤（1）机械脱水产生的污水或污水厂二沉池排水，这种方法起到节约污水厂新鲜水资源作用，同时减少污水排放总量。

在步骤（3）中，搅拌装置由6个长方形叶片组成，每个相隔60°，搅拌速率150-400rpm，搅拌方式为每转10秒停5秒，曝气量为3L/L∙min。对步骤（2）中泥水混合液进行曝气和搅拌，可进一步使污泥颗粒融胞破解、促进污泥胞外聚合物剥离或污泥细胞破碎释放溶解性氮磷、可溶性有机碳、多糖、蛋白质等进入混合液中。

在步骤（3）中，测定自然沉降后的上清液中氨氮和溶解性磷的浓度分别达到420-490mg/L和120-210mg/L，SCOD在3500-6400mg/L，再将上清液排入MAP沉淀反应器。

在步骤（4）中，搅拌方式为800rpm搅拌5分钟后，降为200rpm搅拌15分钟，停止搅拌后沉淀2-3h，沉淀排放到分离回收装置回收沉淀。

所述镁盐溶液的质量百分比浓度为17%，所述镁盐溶液为MgCl₂溶液、MgSO₄溶液和MgO溶液中的一种；所述磷盐溶液的质量百分比浓度为5%，所述磷盐溶液为NaH₂PO₄溶液、Na₂HPO₄溶液、Na₃PO₄溶液、KH₂PO₄溶液和K₂HPO₄溶液中的一种。

上述中，步骤（5）中对污泥进行压榨的机械设备为真空过滤机、板框压滤机、带式压滤机和离心机中的一种。

在步骤（5）中，由于步骤（4）中沉淀上清液为碱性，在污泥调节池中与步骤（3）中底泥混合起到调节底泥pH值作用，再排入机械脱水装置后有利于压榨过滤，产生污水用于配置步骤（4）中5MNaOH溶液，起到节约污水厂新鲜水资源作用，同时减少污水排放总量。

上述的机械脱水所用的设备为真空过滤机、板框压滤机、带式压滤机和离心机中的一种。对污泥进行过滤压榨，机械力的作用会造成污泥颗粒挤压破解，污泥絮体结构被破坏，微生物细胞裂解，胞内物质流出。

上述中，所述剩余污泥为城市污水处理厂的二沉池或贮泥池中剩余活性污泥、浓缩池污泥、脱水污泥和厌氧消化污泥，包括经过处理的剩余污泥；所述处理包括酸、碱、热、臭氧、超声中的一种以上。

本发明具有以下的积极效果：

（1）利用污水厂机械脱水设施作为污泥破解手段，与曝气搅拌共同作用强化了剩余活性污泥高效溶胞释放氮磷，与目前碱解工艺相比，对氮磷释放浓度可分别高达420-490mg/L和120-210mg/L以上，高于碱解预处理中30-180mg/L 和 20-150 mg/L氨氮和正磷酸盐浓度。

（2）将机械脱水设备产生的污水或污水厂二沉池出水用于浸泡压榨后污泥，或用于配置调节反应pH值的NaOH溶液，极大程度节约污水厂新鲜水用量、同时减少污水排放总量。

（3）本方法对污泥氮磷进行回收作为缓释肥利用，对污泥总氮磷的回收率40-60%，高于碱解处理工艺，充分实现对污泥中氮磷资源高效回收利用的目标。与其他处理系统相比，没有引入新的化学物质，与酸、碱处理液相比，曝空气的处理液与原污水颜色相近有利于后续进一步达标排放处理。回收氮磷后污泥最终排放体积减少50-70%，极大地降低污泥处理处置费用，降低10-20%操作成本，具有显著的经济效益、环境效益。

具体实施方式

实施例一：

将城市污水处理厂二沉池的剩余活性污泥经过离心机脱水作用，污泥含水率78.1%，此污泥100g与400mL二沉池出水在搅拌曝气池混合，开启曝气装置调节气量3L/L∙min，开启搅拌装置控制搅拌速率300rpm，搅拌方式为脉冲间歇式即每转10秒停5秒。在处理时间分别为12h、24h、48h、72h、90h、110h时取样分析，测定上清液中溶解性磷氮浓度，在处理时间72h时达到最大，分别为400mg/L和196mg/L，SCOD为3806.7mg/L。

将此混合液沉淀后底泥排入污泥调节池中，上清液排入MAP沉淀反应器中，投加5%Na₃PO₄溶液和17%MgCl₂溶液，使P/Mg/N摩尔比为1/1.2/1，用5MNaOH调节反应溶液pH值9.0，在投加药剂时进行搅拌，搅拌方式为800rpm搅拌5分钟后、降为200rpm搅拌15分钟，停止搅拌后沉淀3h，混合液中氨氮的回收率是89%，溶解性磷的回收率是93.9%。对生成的沉淀用中国专利201420458242.0“一种对废水磷氮进行鸟粪石资源化回收的装置”进行分离回收，测得沉淀中磷酸铵镁含量在93.3%以上。沉淀后上清液排入污泥调节池与此前底泥混合，混合液pH值为8.4，排入机械脱水装置处理后排放。

同时进行污泥碱解处理对比工艺，取二沉池剩余活性污泥各400ml分装入1000ml广口试剂瓶中，分别加入5%NaOH溶液，在处理时间分别为12h、24h、48h、72h、90h、110h时分取少量碱处理液并对其进行离心分离，然后测定上清液中溶解性氮磷浓度分别为67.5mg/L和70.1mg/L，远低于本发明中氮磷浓度。在处理12h后碱的处理液色度均很重，呈现黑褐色，而本发明曝气搅拌池中上清液与原污水颜色相近。碱处理中含有大量的Na⁺、OH^-离子造成上清液盐度大，会增大后续处理出水色度、盐度，不利于废水达标排放。

本发明操作简便易行，没有引入新的化学物质，与碱处理液相比，污泥氮磷回收率被极大地提高，且最终经过厌氧产甲烷回收大量能源，使污泥最终排放体积减少70-90%，极大地降低污泥处理处置费用，实现了污水处理厂清洁生产的理念。

实施例二：

将城市污水处理厂二沉池的剩余活性污泥经过离心机脱水作用，污泥含水率78.1%，此污泥300g与1200mL二沉池出水在搅拌曝气池混合，开启曝气装置调节气量3L/L∙min，开启搅拌装置控制搅拌速率300rpm，搅拌方式为脉冲间歇式即每转10秒停5秒。在处理时间分别为12h、24h、48h、72h、90h、110h时取样分析，测定上清液中溶解性磷氮浓度，在处理时间72h时达到最大，分别为430mg/L和206mg/L，SCOD为3990.3mg/L。

将此混合液沉淀后底泥排入污泥调节池中，上清液排入MAP沉淀反应器中，投加5%Na₃PO₄溶液和17%MgCl₂溶液，使P/Mg/N摩尔比为1/1.2/1，用5MNaOH调节反应溶液pH值8.95，在投加药剂时进行搅拌，搅拌方式为800rpm搅拌5分钟后、降为200rpm搅拌15分钟，停止搅拌后沉淀3h，上清液中氨氮的回收率是87.4%，溶解性磷的回收率是94.1%。对生成的沉淀用中国专利201420458242.0“一种对废水磷氮进行鸟粪石资源化回收的装置”进行分离回收，测得沉淀中磷酸铵镁含量在94.5%以上。沉淀后上清液排入污泥调节池与此前底泥混合，混合液pH值为8.5，排入机械脱水装置处理后排放。

同时进行污泥碱解处理对比工艺，取二沉池剩余活性污泥各800ml分装入2000ml广口试剂瓶中，分别加入5%NaOH溶液，在处理时间分别为12h、24h、48h、72h、90h、110h时分取少量碱处理液并对其进行离心分离，然后测定上清液中溶解性氮磷浓度分别为72.5mg/L和68.2mg/L，远低于本发明中氮磷浓度。在处理12h后碱的处理液色度均很重，呈现黑褐色，而本发明曝气搅拌池中上清液与原污水颜色相近。碱处理中含有大量的Na⁺、OH^-离子造成上清液盐度大，会增大后续处理出水色度、盐度，不利于废水达标排放。

Claims

1.一种提高剩余活性污泥氮磷回收率的清洁生产方法，其特征在于，该方法包括：

（1）对污泥进行压榨过滤至污泥的含水率为75-80%；

（2）将压榨后的污泥与水按1g/3-5ml比例重新混合浸泡2h；

（5）将步骤（4）中产生的沉淀排放到分离回收装置回收沉淀，沉淀后上清液与步骤（3）中底泥再混合，利用上清液中的碱调节底泥pH值8.0-8.5后排入机械脱水装置，压榨后污泥排放。

2.根据权利要求1所述的一种提高剩余活性污泥氮磷回收率的清洁生产方法，其特征在于，步骤（1）中对污泥进行压榨的机械设备为真空过滤机、板框压滤机、带式压滤机和离心机中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种提高剩余活性污泥氮磷回收率的清洁生产方法，其特征在于，在步骤（3）中，搅拌速率150-400rpm，搅拌方式为每转10秒停5秒，曝气装置曝气量为3L/min。

4.根据权利要求1所述的一种提高剩余活性污泥氮磷回收率的清洁生产方法，其特征在于，在步骤（3）中，测定自然沉降后的上清液中氨氮和溶解性磷的浓度分别达到420-490mg/L和120-210mg/L，SCOD在3500-6400mg/L，再将上清液排入MAP沉淀反应器。

5.根据权利要求1所述的一种提高剩余活性污泥氮磷回收率的清洁生产方法，其特征在于，在步骤（4）中，搅拌方式为800rpm搅拌5分钟后，降为200rpm搅拌15分钟，停止搅拌后沉淀2-3h。

6.根据权利要求5所述的一种提高剩余活性污泥氮磷回收率的清洁生产方法，其特征在于，所述镁盐溶液的质量百分比浓度为17%，所述镁盐溶液为MgCl₂溶液、MgSO₄溶液和MgO溶液中的一种；所述磷盐溶液的质量百分比浓度为5%，所述磷盐溶液为NaH₂PO₄溶液、Na₂HPO₄溶液、Na₃PO₄溶液、KH₂PO₄溶液和K₂HPO₄溶液中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种提高剩余活性污泥氮磷回收率的清洁生产方法，其特征在于，步骤（5）中对污泥进行压榨的机械设备为真空过滤机、板框压滤机、带式压滤机和离心机中的一种。