CN105110590A - 曝气强化污水处理厂剩余污泥高温水解酸化方法及装置 - Google Patents

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郭玉梅
吴毅晖
郭昉
吴光学
李延晅
赵思东
王莹莹
周平
潘国强
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Abstract

本发明是一种曝气强化污水处理厂剩余污泥高温水解酸化的方法及装置。本方法是将二沉池排出的剩余污泥进行静置沉淀，排出上清液以浓缩污泥，将浓缩污泥置于反应器中，在温度为55℃条件下进行水解酸化，同时进行搅拌，每天进泥后，用曝气泵对反应器进行曝气10min，并实现连续运行。通过采用短时曝气提供氧气作为电子受体，抑制产甲烷菌的活性，同时强化污泥水解酶活性，提高污水处理厂剩余污泥水解酸化效率。本发明不仅实现了污泥减量化、资源化、稳定化，减少了污泥对于城市环境的污染，同时生成的挥发性脂肪酸可以广泛应用于环境及化工等多个领域。

Description

曝气强化污水处理厂剩余污泥高温水解酸化方法及装置
技术领域
本发明涉及污泥资源化利用与处理领域，具体是曝气强化污水处理厂剩余污泥高温水解酸化方法及装置。
背景技术
厌氧消化是一种普遍存在于自然界的微生物降解有机物代谢过程。凡是有水和有机物存在的地方，只要供氧条件不好或有机物含量多，都会发生厌氧消化现象，使有机物经厌氧分解而产生CH4、CO2、H2S等气体。厌氧消化是一个极其复杂的过程，可以分为三个阶段：第一阶段，是在水解和发酵细菌作用下，碳水化合物、蛋白质与脂肪水解和发酵转化成单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及二氧化碳、氢等；第二阶段，是产氢产乙酸菌的作用下，把第一阶段的产物进一步分解为氢、二氧化碳和乙酸；第三阶段，是通过两组生理上不同的产甲烷菌的作用，一组把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组是对乙酸脱羧产生甲烷。污泥的水解酸化过程主要是指三阶段理论中的前两个阶段。
目前对污泥厌氧消化的研究主要集中于生物质能源化，也即产甲烷过程，而对污泥厌氧消化过程中的水解酸化步骤关注相对较少。
发明内容
本发明的目的是提供一种曝气强化污水处理厂剩余污泥高温水解酸化方法及装置，通过调整高温污泥发酵过程中的电子受体，抑制污泥产甲烷过程使污泥水解酸化得到强化，提高污泥VFAs产率，为污泥水解酸化提供更有价值的资源化方法，使污泥水解酸化更具有操作性和经济性。
污泥中的微生物水解酸化过程中产生的挥发性脂肪酸（VFAs）可以回收用来作为污水处理的“内碳源”，或者作为厌氧产甲烷发酵的底物，同时，有利于实现污泥减量化和资源化利用。
污泥水解酸化是其厌氧消化过程中的限制因素，如何强化其水解酸化过程，是污泥处理处置领域的重要技术问题。以往关于活性污泥水解酸化产生小分子挥发酸的研究，主要包括厌氧条件下水解酸化污泥接种量、污泥龄、污泥浓度等对剩余污泥水解产酸、污泥减量的影响。或者采用将污水和剩余污泥同时进行水解酸化，有效地改善污水的可生化性，提高系统对碳源的需求和利用效率，又可实现污泥的减量化。根据厌氧消化两步过程，如果能够有效抑制产甲烷过程，或者提高水解酸化过程的效率，都能够提高水解酸化产物的积累，为水解酸化产物的进一步利用提供有利的基础条件。如果使污泥交替经历好氧或微好氧与厌氧条件，可能会促进产甲烷菌的抑制，同时能够强化各种水解酶的产生，进而能够强化污泥水解酸化。
本发明采用曝气强化污泥水解酸化，通过对厌氧消化系统进行曝气改变污泥生化代谢电子受体，可以强化剩余污泥水解酸化，抑制污泥产甲烷，进而促进有机酸的积累，推动城市剩余污泥资源化利用。
本发明的技术方案为：
曝气强化污水处理厂剩余污泥高温水解酸化的装置：包括污泥储存池、污泥进料泵、曝气泵、搅拌器、逆止阀、水解酸化反应器、加热水浴池、出泥泵，污泥进料泵置于污泥储存池内，曝气泵、搅拌器置于水解酸化反应器内，水解酸化反应器置于加热水浴池内，水解酸化反应器连接出泥泵，水解酸化反应器上设有出气口，该出气口处装有逆止阀。
污泥进料泵和出泥泵以及曝气泵均由自动控制器控制，也可以采用手动方式控制。
曝气强化污水处理厂剩余污泥高温水解酸化方法：
对生活污水处理厂二沉池排出的剩余污泥进行静置沉淀，排出上清液以浓缩污泥；浓缩后的污泥储存于储存池中，用污泥泵将浓缩污泥泵入水解酸化反应器中，然后，用曝气泵对反应器进行曝气8-12min，曝气流量为2.4~3L/h·L，气体通过出气口进行流通，并用逆止阀防止反应器外空气进入反应器，以此提供氧气作为电子受体，抑制产甲烷菌的活性，同时强化污泥水解酶等活性，整个反应过程中，搅拌器一直对污泥连续搅拌，控制反应器中污泥温度在55±1℃条件下进行水解酸化反应，每24h排出反应体积1/4的污泥，并加入等量体积的浓缩污泥，实现连续水解酸化反应。
所述的搅拌器为磁力搅拌器，转速为140-160r/min。
所述水解酸化反应器体积为2000mL。
所述浓缩后的污泥浓度为15-25g/L。
本发明与现有技术比较具有的积极效果：
本发明以城市污水厂二沉池剩余污泥为原料，在高温条件下利用短时曝气的方法改变污泥厌氧水解酸化过程中电子受体，抑制了污泥产甲烷过程，强化了污泥水解酸化过程，获得高附加值的挥发性脂肪酸。本发明不仅实现了污泥减量化、资源化、稳定化，减少了污泥对于城市环境的污染，同时生成的挥发性脂肪酸可以广泛应用于环境及化工等多个领域，具有可观的经济价值、重要的生态效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明的曝气强化污水处理厂剩余污泥高温水解酸化方法装置结构示意图。
图中，1为污泥储存池，2为污泥进料泵，3为曝气泵，4为搅拌器，5为出气口，6为逆止阀，7为水解酸化反应器，8为加热水浴池，9为出泥泵，10为自动控制器。
图2为污泥在两种运行模式下发酵，污泥上清液挥发性脂肪酸（VFAs）浓度的变化趋势。
图3为污泥在两种运行模式下发酵，碳源生化需氧量（COD）浓度的变化趋势。
图4为污泥在两种运行模式下发酵，悬浮污泥浓度（SS）的变化趋势。
图5为两种运行模式下发酵，挥发性悬浮污泥浓度（VSS）的变化趋势。
具体实施方式
如图1所示，本发明的曝气强化污水处理厂剩余污泥高温水解酸化的装置：包括污泥储存池1、污泥进料泵2、曝气泵3、搅拌器4、逆止阀6、水解酸化反应器7、加热水浴池8、出泥泵9，污泥进料泵置于污泥储存池内，曝气泵、搅拌器置于水解酸化反应器内，水解酸化反应器置于加热水浴池内，水解酸化反应器连接出泥泵，水解酸化反应器上设有出气口5，该出气口处装有逆止阀。污泥进料泵和出泥泵以及曝气泵均由自动控制器10控制（也可以采用手动方式控制）。水解酸化反应器体积为2000mL。
实施例1：
采用上述装置曝气强化污水处理厂剩余污泥高温水解酸化方法：
对某生活污水处理厂二沉池排出的剩余污泥进行静置沉淀，排出上清液以浓缩污泥，污泥储存于储存池1中，浓缩后的污泥浓度为15g/L，用污泥泵2将浓缩污泥泵入水解酸化反应器7中，然后，用曝气泵3对水解酸化反应器进行曝气10min，曝气流量为2.4L/h·L，气体通过出气口5进行流通，并用逆止阀6防止水解酸化反应器外空气进入水解酸化反应器，以此提供氧气作为电子受体，抑制产甲烷菌的活性，同时强化污泥水解酶活性，提高污水处理厂剩余污泥水解酸化效率。整个反应过程中，搅拌器4对反应器进行连续搅拌，搅拌器为磁力搅拌器，转速为150r/min，通过水浴装置8控制反应器内温度在55±1℃条件下进行水解酸化反应，每隔24h排出反应体积1/4的污泥，并加入等量体积的浓缩污泥，实现连续水解酸化反应。整个水解酸化反应过程处于密闭发酵状态。自动控制系统10控制泵2和泵9以及曝气器3的运行。
实施例2：
对某生活污水处理厂二沉池排出的剩余污泥进行静置沉淀，排出上清液以浓缩污泥，污泥储存于储存池1中，浓缩后的污泥浓度为20g/L，用污泥泵2将浓缩污泥泵入水解酸化反应器7中，用曝气泵3对水解酸化反应器进行曝气12min，曝气流量为2.8L/h·L，气体通过出气口5进行流通，并用逆止阀6防止水解酸化反应器外空气进入水解酸化反应器。整个反应过程中，搅拌器4对反应器进行连续搅拌，转速为140r/min，通过水浴装置8控制反应器内温度在55±1℃条件下进行水解酸化反应，每隔24h排出反应体积1/4的污泥，并加入等量体积的浓缩污泥，实现连续水解酸化反应。整个水解酸化反应过程处于密闭发酵状态。由自动控制系统10控制泵2和泵9以及曝气器3的运行。
实施例3：
对某生活污水处理厂二沉池排出的剩余污泥进行静置沉淀，排出上清液以浓缩污泥，污泥储存于储存池1中，浓缩后的污泥浓度为25g/L，用污泥泵2将浓缩污泥泵入水解酸化反应器7中，然后，用曝气器3对水解酸化反应器进行曝气8min，曝气流量为3L/h·L，气体通过出气口5进行流通，并用逆止阀6防止水解酸化反应器外空气进入水解酸化反应器。整个反应过程中，搅拌器4对反应器进行连续搅拌，转速为160r/min，污泥浓度为25g/L，通过水浴装置8控制反应器内温度在55±1℃条件下进行水解酸化反应，每隔24h排出反应体积1/4的污泥，并加入等量体积的浓缩污泥，实现连续水解酸化反应。由自动控制系统10控制泵2和泵9以及曝气器3的运行。
通过曝气强化污泥水解酸化运行模式相比未经处理的污泥水解酸化运行模式，水解酸化液中挥发性脂肪酸浓度可以提高至少1倍(从0.6g/L提高到1.2g/L)。
如图2和图3所示，污泥在曝气和完全厌氧两种运行模式下发酵，污泥上清液脂肪性挥发酸（VFA）和碳源生化需氧量（COD）浓度的变化趋势。如图4和图5所示，污泥在曝气和完全厌氧两种运行模式下发酵，悬浮污泥浓度（SS）和挥发性悬浮污泥浓度（VSS）的变化趋势。曝气强化条件下,溶解性COD和VFA增长趋势相同。反应器中溶解性COD和VFA浓度呈对数上升趋势，在8小时左右反应基本可以达到稳定条件下的80%。通过曝气强化污泥水解酸化运行模式相比未经处理的污泥水解酸化运行模式，水解酸化液中，挥发性脂肪酸浓度可以提高至少1倍(从0.6g/L提高到1.2g/L)。相对于未经曝气强化条件，曝气强化后的反应器出水溶解性COD和VFA都大幅增加，相比未经曝气强化条件下的COD和VFA浓度提高近2倍，对污泥水解酸化效果提高显著。曝气强化和未经曝气强化条件下，污泥SS减量率分别为32%、24%，污泥VSS减量率分别为40%、32%。由此可见，通过曝气强化的手段可以有效提高水解酸化效率，强化污泥减量效果，增强污泥水解酸化反应过程。

Claims (4)

1.一种曝气强化污水处理厂剩余污泥高温水解酸化方法，其特征在于按以下步骤进行：
对生活污水处理厂二沉池排出的剩余污泥进行静置沉淀，排出上清液以浓缩污泥；浓缩后的污泥储存于储存池中，用污泥泵将浓缩污泥泵入水解酸化反应器中，然后用曝气泵对反应器进行曝气8-12min，曝气流量为2.4~3L/h·L，气体通过出气口进行流通，并用逆止阀防止反应器外空气进入反应器，以此提供氧气作为电子受体，抑制产甲烷菌的活性，同时强化污泥水解酶活性，整个反应过程中，搅拌器对污泥连续搅拌，控制反应器中污泥温度在55±1℃条件下进行水解酸化反应，每24h排出反应体积1/4的污泥，并加入等量体积的浓缩污泥，实现连续水解酸化反应。
2.根据权利要求1所述的曝气强化污水处理厂剩余污泥高温水解酸化方法，其特征在于所述的搅拌器为磁力搅拌器，转速为140-160r/min。
3.根据权利要求1所述的曝气强化污水处理厂剩余污泥高温水解酸化方法，其特征在于浓缩后的污泥浓度为15-25g/L。
4.一种曝气强化污水处理厂剩余污泥高温水解酸化装置，其特征在于该装置包括污泥储存池、污泥进料泵、曝气泵、搅拌器、逆止阀、水解酸化反应器、加热水浴池、出泥泵，污泥进料泵置于污泥储存池内，曝气泵、搅拌器置于水解酸化反应器内，水解酸化反应器置于加热水浴池内，水解酸化反应器连接出泥泵，水解酸化反应器上设有出气口，该出气口处装有逆止阀。
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