CN105601072A - 一种剩余污泥高压均质破解-水解酸化液作反硝化碳源提高污水生物脱氮效果的方法 - Google Patents

一种剩余污泥高压均质破解-水解酸化液作反硝化碳源提高污水生物脱氮效果的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及环境技术领域，具体涉及一种剩余污泥高压均质破解-水解酸化液作反硝化碳源提高污水生物脱氮效果的方法。利用高压均质技术将剩余污泥破解，并进行水解酸化；制得的剩余污泥水解酸化液作反硝化碳源加入以好氧-厌氧方式运行的SBR污水生物脱氮系统中，反硝化碳源投加时间为好氧曝气结束到缺氧搅拌运行45min之间，系统出水NH4 +-N、NO3 --N和TN浓度分别可达3.9、6.8和10.7mg/L。本发明的优点在于利用剩余污泥破解-水解酸化液作反硝化碳源，通过优化反硝化碳源投加，能显著提高污水生物脱氮效果，同时可以极大节省污水厂投加外加碳源和剩余污泥处理的成本。该工艺方法操作简单、易于自动控制，具有非常高的经济、社会和环境效益以及良好的应用前景。

Description

一种剩余污泥高压均质破解-水解酸化液作反硝化碳源提高污水生物脱氮效果的方法
技术领域
本发明涉及环境技术领域，具体涉及一种剩余污泥高压均质破解-水解酸化液作反硝化碳源提高污水生物脱氮效果的方法。
背景技术
当前，国内外污水脱氮过程大多采用生物脱氮，生物脱氮过程每去除1kg总氮(TN)需要消耗4.2kg的COD。为提高生物脱氮效果，污水厂多投加甲醇、乙酸钠等有机物作为碳源，若以甲醇作为外加碳源，则需投加2.8kg甲醇。这极大地增加了污水厂的运营成本，而且甲醇具有一定的生物毒性。
污水处理过程产生大量剩余污泥，剩余污泥经过水解酸化后可产生大量挥发性脂肪酸等可溶性有机物。这些挥发性脂肪酸主要由乙酸、丙酸等小分子有机物组成，可以作为外加碳源促进污水生物脱氮过程，降低污水处理厂的碳源添加成本，同时剩余污泥也得到一定的减量化和资源化处理。剩余污泥直接水解酸化效率较低，将剩余污泥进行破解预处理，使污泥絮体破碎，胞内有机物和胞外聚合物释放到污泥液相，可以有效提高剩余污泥水解酸化效率。高压均质技术是一种高效机械破碎技术，可将液体物料或以液体为载体的固体物料细化至微米级甚至纳米级。高压均质技术能够将剩余污泥有效破解，并大幅度提高其水解酸化效率，获得廉价的、利用效率更高的反硝化碳源。然而，剩余污泥水解酸化液中氨氮含量较高，在常规的缺氧反硝化阶段添加到污水处理系统时可能会出现出水氨氮和总氮浓度超标的问题。本专利采用高压均质技术破解剩余污泥提高其水解酸化效率，获得反硝化碳源，优化反硝化碳源在污水生物脱氮过程的投加量和投加时间，提高污水生物脱氮效果。该方法操作简单、易于自动控制，可显著提高污水生物脱氮效果，降低污水生物脱氮成本，减少剩余污泥排放，具有非常高的经济、社会和环境效益。
发明内容
1.发明目的
本发明的目的在于，针对当前污水生物脱氮过程中碳源缺乏，剩余污泥水解酸化液作反硝化碳源氨氮浓度较高的问题，提供一种剩余污泥高压均质破解-水解酸化液作反硝化碳源提高污水生物脱氮效果的方法。
2.技术方案
本发明提供一种利用高压均质技术破解剩余污泥提高其水解酸化效率，获得反硝化碳源，并优化反硝化碳源投加提高污水生物脱氮的工艺方法，包括以下步骤：
(1)反硝化碳源制备：采用高压均质机在40-60MPa均质压力下破解含水率为97.5％-98.0％的剩余污泥，并将其在缺氧条件下水解酸化反应60-72h，控制水解酸化反应温度为35℃，搅拌速度为100-150r/min，水解酸化过程中pH维持在6.5左右。将水解酸化后的泥水混合液离心分离，离心速度为10000r/min，离心后的上清液用作污水生物脱氮的反硝化碳源，上清液的SCOD4500-5500mg/L，VFAs2000-2500mg/L，NH4 +-N420-500mg/L。
(2)序批式活性污泥法(SBR)污水生物脱氮系统运行：SBR污水生物脱氮系统采用好氧-缺氧工艺，以进水-曝气-搅拌-沉淀-出水5个工序运行。采用时间自动控制系统控制SBR系统自动运行。SBR运行周期为8.0h，其中进水10min，曝气3.5h，搅拌3.5h，静置沉淀45min，出水5min。污水进水COD/TN比为4∶1-6∶1。
(3)反硝化碳源投加：按SBR系统COD/TN比为7∶1-9∶1，将步骤(1)中制得的反硝化碳源投加到步骤(2)中的SBR污水生物脱氮系统中，投加时间为好氧曝气结束到缺氧搅拌运行45min之间。
3.本发明的有益效果
本发明的有益效果在于采用高压均质技术破解剩余污泥，使微生物细胞内或胞外聚合物中的蛋白质和多糖等溶解性有机物大量释放，为剩余污泥水解酸化提供易于利用的有机物，可大幅提高剩余污泥的水解酸化效率，制备挥发性脂肪酸含量更高的水解酸化液；水解酸化液作为反硝化碳源对低碳氮比污水(COD/TN比为4∶1-6∶1)处理具有良好效果，通过优化水解酸化液向污水生物脱氮系统的投加，使SBR系统出水NH4 +-N小于5mg/L、TN小于15mg/L，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准，从而解决低碳氮比污水处理后氮浓度不达标的问题。该工艺方法操作简单、易于自动控制，显著提高污水生物脱氮效果，降低污水生物脱氮成本，减少剩余污泥排放，具有非常高的经济、社会和环境效益。
具体实施方式
实例1：
将TS为20.6mg/L的剩余污泥在缺氧条件下水解酸化反应72h，控制反应温度为35℃，搅拌速度为100r/min，水解酸化过程中pH维持在6.5左右。将剩余污泥水解酸化后的泥水混合液离心分离，离心速度为10000r/min，获得离心后的上清液。上清液的SCOD、VFAs和NH4 +-N浓度分别为2487.0、897.6和229.1mg/L。SBR污水生物脱氮系统以进水-曝气-搅拌-沉淀-出水的工序运行，其中进水10min、曝气3.5h、搅拌3.5h、静置沉淀45min、出水5min。进水COD/TN约为4∶1，其中COD为320mg/L、TN为80mg/L。在搅拌缺氧段45min时按SBR系统COD/TN为7∶1添加96.8ml上述制备的水解酸化液作为反硝化碳源，出水NH4 +-N、NO3 --N和TN浓度分别是8.0、31.6和39.6mg/L，不能满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。
实例2：
采用高压均质技术在40MPa下破解TS为20.6mg/L的剩余污泥。然后将其在缺氧条件下水解酸化反应72h，控制控制反应温度为35℃，搅拌速度为100r/min，水解酸化过程中pH维持在6.5左右。将剩余污泥水解酸化后的泥水混合液离心分离，离心速度为10000r/min，获得离心后的上清液。上清液的SCOD、VFAs和NH4 +-N浓度分别为5124.5、2272.7和475.9mg/L。SBR污水生物脱氮系统以进水-曝气-搅拌-沉淀-出水的工序运行，其中进水10min、曝气3.5h、搅拌3.5h、静置沉淀45min、出水5min。进水COD/TN约为4∶1，其中COD为320mg/L、TN为80mg/L。在缺氧搅拌段45min时按SBR系统COD/TN为7∶1添加46.8ml上述制备的水解酸化液作为反硝化碳源，出水NH4 +-N、NO3 --N和TN浓度分别是8.1、17.9和26.0mg/L，不能满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。处理出水NO3 --N和TN浓度分别比实施例1中投加剩余污泥直接水解酸化液降低43.4％和34.3％。
实例3：
采用高压均质技术在40MPa下破解TS为20.3mg/L的剩余污泥。然后将其在缺氧条件下水解酸化反应72h，控制控制反应温度为35℃，搅拌速度为100r/min，水解酸化过程中pH维持在6.5左右。将剩余污泥水解酸化后的泥水混合液离心分离，离心速度为10000r/min，取得离心后的上清液。上清液的SCOD、VFAs和NH4 +-N浓度分别为5042.0、2048.6和470.0mg/L。SBR污水生物脱氮系统以进水-曝气-搅拌-沉淀-出水的工序运行，其中进水10min、曝气3.5h、搅拌3.5h、静置沉淀45min、出水5min。进水COD/TN约为6∶1，其中COD为300mg/L、TN为50mg/L。按SBR系统COD/TN为8∶1添加19.8ml上述制备的水解酸化液作为反硝化碳源，出水NH4 +-N、NO3 --N和TN浓度分别是1.5、28.9和30.4mg/L，不能满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。
实例4：
采用高压均质技术在40MPa下破解TS为20.3mg/L的剩余污泥。然后将其在缺氧条件下水解酸化反应72h，控制控制反应温度为35℃，搅拌速度为100r/min，水解酸化过程中pH维持在6.5左右。将剩余污泥水解酸化后的泥水混合液离心分离，离心速度为10000r/min，取得离心后的上清液。上清液的SCOD、VFAs和NH4 +-N浓度分别为5042.0、2048.6和470.0mg/L。SBR污水生物脱氮系统以进水-曝气-搅拌-沉淀-出水的工序运行，其中进水10min、曝气3.5h、搅拌3.5h、静置沉淀45min、出水5min。进水COD/TN约为6∶1，其中COD为300mg/L、TN为50mg/L。在搅拌45min时按SBR系统COD/TN为9∶1添加29.8ml上述制备的水解酸化液作为反硝化碳源，出水NH4 +-N、NO3 --N和TN浓度分别是6.5、5.8和12.3mg/L，不满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。
实例5：
采用高压均质技术在40MPa下破解TS为20.3mg/L的剩余污泥。然后将其在缺氧条件下水解酸化反应72h，控制控制反应温度为35℃，搅拌速度为100r/min，水解酸化过程中pH维持在6.5左右。将剩余污泥水解酸化后的泥水混合液离心分离，离心速度为10000r/min，取得离心后的上清液。上清液的SCOD、VFAs和NH4 +-N浓度分别为5042.0、2048.6和470.0mg/L。SBR污水生物脱氮系统以进水-曝气-搅拌-沉淀-出水的工序运行，其中进水10min、曝气3.5h、搅拌3.5h、静置沉淀45min、出水5min。进水COD/TN约为6∶1，COD为300mg/L，TN为50mg/L。在好氧曝气结束时按SBR系统COD/TN为9∶1添加29.8ml上述制备的水解酸化液作反硝化碳源，出水NH4 +-N、NO3 --N和TN浓度分别是3.9、6.8和10.7mg/L，满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。与好氧曝气结束前30min投加相比，出水TN浓度降低64.8％；与缺氧搅拌45min时投加相比，NH4 +-N和TN浓度分别降低40.0％和13.0％。
附图说明
附图1：进水COD/TN为4∶1，TN为80mg/L时，分别在缺氧搅拌45min时向SBR系统中投加剩余污泥破解-水解酸化液和直接水解酸化液的出水NH4 +-N、NO3 --N和TN浓度对比。
附图2：进水COD/TN为6∶1，TN为50mg/L时，分别在好氧曝气结束前30min、好氧曝气结束时和缺氧搅拌45min时向SBR系统中投加剩余污泥破解-水解酸化液的出水NH4 +-N、NO3 --N和TN浓度对比。

Claims (3)

1.一种剩余污泥高压均质破解-水解酸化液作反硝化碳源提高污水生物脱氮效果的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
(1)反硝化碳源制备：采用高压均质机在40-60MPa均质压力下破解含水率为97.5％-98.0％的剩余污泥，然后将其在缺氧条件下水解酸化反应60-72h，控制水解酸化反应温度为35℃，搅拌速度为100-150r/min，水解酸化过程中pH维持在6.5左右；将水解酸化后的泥水混合液离心分离，离心速度为10000r/min，离心后的上清液用作污水生物脱氮的反硝化碳源，上清液的SCOD4500-5500mg/L，VFAs2000-2500mg/L，NH4 +-N420-500mg/L。
(2)序批式活性污泥法(SBR)污水生物脱氮系统运行：SBR污水生物脱氮系统采用好氧-缺氧SBR的工艺，以进水-曝气-搅拌-沉淀-出水等5个工序运行。采用时间自动控制系统使控制SBR系统，使其能够自动运行。SBR运行周期为8.0h，其中进水10min、曝气3.5h、搅拌3.5h、静置沉淀45min、出水5min。污水进水COD/TN比约4∶1-6∶1。
(3)反硝化碳源投加：按SBR系统COD/TN比为7∶1-9∶1，将步骤(1)中制得的反硝化碳源投加到步骤(2)中的SBR污水生物脱氮系统中，投加时间为好氧曝气结束到缺氧搅拌运行45min之间。
2.根据权利1所述的方法，其特征在于，序批式活性污泥法(SBR)污水脱氮系统采用好氧-缺氧工艺，以进水-曝气-搅拌-沉淀-出水等5个工序运行，运行周期为8.0h，其中曝气时间与搅拌时间均为3.5h，污水COD/TN比为4∶1-6∶1。
3.根据权利1所述的方法，其特征在于，按SBR系统COD/TN比为7∶1-9∶1，将利用剩余污泥制得的反硝化碳源投加到SBR污水生物脱氮系统中，投加时间为好氧曝气结束到缺氧搅拌运行45min之间。
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