CN105032924B - 一种改善高含固厌氧消化污泥土地利用性能的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属固废资源化领域，具体涉及一种高含固厌氧消化污泥土地利用的资源化处理工艺。主要步骤为：将高含固厌氧消化后污泥置于经1~2个SRT驯化后的微好氧反应器中，提供中温、微量供气及缓慢搅拌的运行条件，使沼渣在4‑8天内有机物进一步降解、植物毒性降低，土地利用性能大幅度提升。该技术改善了传统的污泥高温好氧消化或好氧堆肥工艺的技术缺陷，以较高的效率及较低的能量输入（中温或常温、微量供气及缓慢搅拌条件）实现了污泥的稳定化及资源化，由于停留时间短、进料含固量高、条件不苛刻，本发明不仅反应器造价相对低，而且运行费用低，在节能的前提下，短期内可以获得用于土地利用的稳定物料。本工艺效果及优势明显，有实现设备化及推广的趋势。
Description
技术领域
本发明属于固废资源化领域，涉及一种基于中温微好氧改善高含固厌氧消化后污泥土地利用性能的工艺。
背景技术
城市污水处理厂因净化生活污水而产生的脱水污泥量巨大，目前全年的可收集量在3000万吨左右，其中80%未经过必要的稳定化处理。随着污泥处理处置标准日趋严格，污泥稳定化成为今后我国污泥处理的趋势。由于我国80%以上的污泥都经过脱水处理，高含固厌氧消化成为符合我国国情的污泥稳定化技术。而且该过程产生生物质能源——沼气，具有一定的经济效益，前景良好。
然而，污泥经厌氧消化产沼气后，会产生大量的残余物——消化污泥，大量研究表明与未消化污泥（生污泥）相比，厌氧消化污泥（污泥沼渣）具有氮、磷等营养物质含量较高、有机物含量较低等特点，具有较高的土地利用潜力，但其并非一种完全稳定的物质，不仅含有部分可生物降解有机质，也残存的较高浓度短链脂肪酸(VFA)等物质，会产生植物毒性，不利于直接进行土地利用。好氧处理可使厌氧消化污泥得到进一步稳定，所以将厌氧消化污泥经进一步好氧稳定处理后进行农业或园林利用，使其回归土地，是一条可持续的污泥安全处理处置途径。
现有的好氧稳定化技术主要是好氧消化和好氧堆肥。好氧消化技术中应用及研究较多的是自热式高温好氧消化技术，其特点是可以使污水、污泥中的有机物在短时间内大量降解，达到稳定，并具有良好的无害化效果。但其需要较高的氧气供应量以维持反应器内部的温度及搅拌效果，能耗较大，考虑技术的经济性，不应用于高含固率厌氧消化污泥的处理。好氧堆肥技术的处理对象广泛，可以处理农作物残余物、牲畜粪便或污水厂污泥，该过程得到稳定的堆肥，施用于土地可以改善土壤结构，促进植物生长。但好氧堆肥也存在耗时较长、占地面积大、过程中产生大量臭气、需添加大量辅料等一系列弊端，未能得到良好的推广。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明旨在提供一种基于中温微好氧处理的改善高含固厌氧消化后污泥土地利用性能的工艺，所述工艺将脱水污泥经中温厌氧消化产沼气后剩下的沼渣置于密闭反应器中，维持中温或常温并提供搅拌及极少量的曝气条件，使短链脂肪酸、氨氮等物质在微好氧环境下短期内得到快速降解或转化，使沼渣植物毒性得到去除，土地利用性能得到大幅度改善，实现高含固厌氧消化后污泥的资源化利用。
本发明的技术方案是：将经热水解预处理和中温厌氧消化后残余的沼渣直接收集进入体积较小（相对于厌氧反应器）的好氧反应器中，温度维持中温或常温条件，提供缓慢的搅拌及微量曝气，使沼渣中部分有机物进一步降解，挥发性脂肪酸（VFA）被微生物降解利用，沼渣的植物毒性明显发送，最终得到生物稳定、土地利用性能良好的物料。
本发明提出的基于中温微好氧处理改善高含固厌氧消化污泥土地利用性能的高效资源化处理工艺，具体步骤如下：
（1）中温微好氧反应器种泥的培养及驯化
取沼渣置于密闭的好氧反应器中，提供缓慢的搅拌及微量曝气，维持中温（25~37℃）条件，每天进出料，控制污泥沼渣停留时间为8天。经过2~3个SRT，即可完成污泥沼渣对好氧反应器的驯化，使好氧反应器运行效果达到稳定；
（2）中温微好氧反应器的运行
将经热水解预处理和中温厌氧消化后残余的污泥沼渣直接进入驯化好的中温微好氧反应器中进行处理，控制温度为25-37℃，搅拌速度为30rpm，曝气量为1.8 m3 h-1 kg-1(干基)，污泥停留时间（SRT）为4~8天，使沼渣中部分有机物进一步降解，氨氮通过形成氨气或经硝化反硝化作用去除，VFA被微生物降解利用，最终得到稳定、土地利用性能良好的物料；
（3）中温微好氧反应器产生的废气和出料的后处理
中温微好氧反应器产生的少量废气，经水体进行吸附即可达到除臭的效果。依处理规模出料采用高分子混凝剂进行调整后，经机械脱或干化处理后，可运用于园林利用。
本发明中，步骤（１）中所述沼渣为含固率大于10%的污泥厌氧消化沼渣。
本发明工艺具有以下优点：
1、该技术的供气量远远小于自热式高温好氧消化工艺，只需较小的曝气量及低速搅拌，就可实现高含固沼渣的微好氧环境，而且维持中温所需的热量也较少，是一项非常节能的技术。
2、该技术在全封闭条件下运行，相比好氧堆肥工艺，运行中不会有臭气的影响。气体通过尾气收集装置富集后统一处理。
3、该技术所处理的沼渣不需要进行额外的脱水处理，即高含固厌氧消化工艺的出料可直接进入微好氧反应器，使处理流程更加简单节约了处理费用。而且，相对于传统的好氧堆肥工艺，该技术不需要添加辅料，节省了辅料运输及储存所需的成本，同时相比之下增加了单位时间的污泥处理量。
4、与传统好氧堆肥相比，本工艺停留时间短。尤其在处理高含固率（14%左右）的沼渣时，相比于传统工艺所需的反应器容积大大减少。若前置中温厌氧消化工艺的SRT按20d计算，微好氧工艺的SRT仅需4~8d即可满足土地利用的需要，同样负荷下，反应器容积仅为厌氧消化反应器的1/5~2/5，且反应器仅需搅拌和底部曝气系统，所以设备成本较低。
5、该工艺在中温（25~37℃）下短期内可即可改变沼渣的土地利用性能且运行操作简单、能耗少，未来有可能实现设备化，连接在厌氧消化反应器的后端对污泥进行厌氧/好氧连续处理，不仅产生沼气而且得到具有土地利用价值的出料，有工程利用价值和前景。
6、该工艺出料具有很好的脱水性能好，便于后续脱水及干化处理。
附图说明
图1. 高含固沼渣微好氧处理示意图。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例1：
表1-1 某厌氧消化反应器出料沼渣性质分析
将上述污泥经中温厌氧消化处理后剩下的高含固沼渣800g置于3L好氧反应器中，进行半连续式操作，运行参数为温度维持37℃，搅拌速度30rpm，供气量0.2m3/h，SRT8d，每天进、出料200g，约2个SRT（16d）运行稳定。表1-2为第3、4个SRT结束时反应器出料的性质，可以明显看出VS、TKN、TAN、TOC及VFA的降解，VS降解率分别为6.9%和13.4%；TKN降解率分别为54.5%和49.5%；TAN减少率分别为85.6%和87.7%；TOC降解率分别为32.7%和14.3%；VFA降解率分别为92.6%和91.0%。
表1-2 微好氧反应出料性质分析
将微好氧反应出料与沼渣共同进行植物毒性测试，可以明显看出沼渣经稳定的中温微好氧消化工艺处理后植物毒性大大降低，土地利用性能明显改善。具体数据见表1-3。
表1-3 沼渣与微好氧处理出料植物毒性测试数据
| 物料类型 | 发芽率（%） | 苗高（mm） | 鲜重（mg） | 干重（mg） |
| 沼渣 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 37℃微好氧出料 | 80 | 31.88 | 63.3 | 9.9 |
实施例2：
表2-1 某厌氧消化反应器出料沼渣性质分析
将上述污泥经中温厌氧消化处理后剩下的高含固沼渣800g置于3L好氧反应器中，进行半连续式操作，运行参数为温度维持25℃，搅拌速度30rpm，供气量0.2m3/h，SRT8d，每天进、出料200g，约2个SRT（16d）运行稳定。表2-2为第3、4个SRT结束时反应器出料的性质，可以明显看出VS、TKN、TAN、TOC及VFA的降解，VS降解率分别为6.4%和7.6%；TKN降解率分别为44.4%和39.4%；TAN减少率分别为66.1%和72.3%；TOC降解率分别为36.5%和12.6%；VFA降解率分别为88.1%和94.1%。
表2-2 微好氧反应出料性质分析
将微好氧反应出料与沼渣共同进行植物毒性测试，可以明显看出沼渣经25℃微好氧消化工艺处理后植物毒性大大降低，土地利用性能显著改善。具体数据见表2-3。
表2-3 沼渣与微好氧处理出料植物毒性测试数据
| 物料类型 | 发芽率（%） | 苗高（mm） | 鲜重（mg） | 干重（mg） |
| 沼渣 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 25℃微好氧出料 | 95 | 38.68 | 100.1 | 11.3 |
实施例3：
表3-1 某厌氧消化反应器出料沼渣性质分析
将上述污泥经中温厌氧消化处理后剩下的高含固沼渣800g置于3L好氧反应器中，进行半连续式操作，运行参数为温度维持55℃，搅拌速度30rpm，供气量0.2m3/h，SRT8d，每天进、出料200g，约2个SRT（16d）运行稳定。表3-2为第3、4个SRT结束时反应器出料的性质，可以明显看出VS、TKN、TAN、TOC及VFA的降解，VS降解率分别为12.5%和13.7%；TKN降解率分别为54.5%和47.5%；TAN减少率分别为82.5%和83.4%；TOC降解率分别为12.3%和3.2%；VFA降解率分别为45.5%和28.1%。
表3-2 微好氧反应出料性质分析
将微好氧反应出料与沼渣共同进行植物毒性测试，可以明显看出沼渣经55℃高温微好氧消化工艺处理后植物毒性在一定程度上降低，土地利用性能有一定程度的提高。与25和37℃条件相比，虽然有机物降解率较高，但植物毒性仍较大。具体数据见表3-3。
表3-3 沼渣与微好氧处理出料植物毒性测试数据
| 物料类型 | 发芽率（%） | 苗高（mm） | 鲜重（mg） | 干重（mg） |
| 沼渣 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 55℃微好氧出料 | 35 | 15.71 | 45.3 | 6.4 |
Claims (2)
1.一种改善高含固厌氧消化污泥土地利用性能的工艺，其特征在于具体步骤如下：
（1）中温微好氧反应器种泥的培养和驯化
取沼渣置于密闭的好氧反应器中，提供缓慢的搅拌及微量曝气，维持中温（25~37℃）条件，每天进出料，控制沼渣停留时间为8天；经过2~3个SRT，即可完成沼渣对好氧反应器的驯化，使好氧反应器运行效果达到稳定；
（2）中温微好氧反应器好氧反应器的运行
将经热水解预处理和中温厌氧消化后残余的沼渣直接进入驯化好的好氧反应器中处理，控制温度为25-37℃，搅拌速度为30rpm，曝气量为1.8 m3 h-1 kg-1(干基)，SRT为4~8天，使沼渣中部分有机物进一步降解，氨氮通过形成氨气或经硝化反硝化作用去除，VFA被微生物降解利用，最终得到稳定、土地利用性能良好的物料；
（3）中温微好氧反应器产生的废气和出料的后处理
中温微好氧反应器产生的少量废气，经水体进行吸附即可达到除臭的效果，依处理规模出料，采用高分子混凝剂进行调整后，经机械脱水或干化处理后，可运用于园林利用。
2.根据权利要求1所述的改善高含固厌氧消化污泥土地利用性能的工艺，其特征在于，步骤（1）、（2）中所述沼渣为含固率>10%的污泥厌氧消化沼渣。
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