CN105948234B

CN105948234B - 一种含磷好氧颗粒污泥的资源化方法

Info

Publication number: CN105948234B
Application number: CN201610476588.7A
Authority: CN
Inventors: 万俊锋; 刘青; 李海松; 李顺义; 李红丽; 迟媛媛; 王岩
Original assignee: Zhihe Environmental Science And Technology Co Ltd; Zhengzhou University
Current assignee: Zhihe Environmental Science And Technology Co Ltd; Zhengzhou University
Priority date: 2016-06-27
Filing date: 2016-06-27
Publication date: 2018-01-23
Anticipated expiration: 2036-06-27
Also published as: CN105948234A

Abstract

本发明属于污泥资源化处理处置与磷资源回收领域，尤其涉及一种含磷好氧颗粒污泥的资源化方法。该方法包括如下步骤：将培养含磷好氧颗粒污泥反应器中的混合液沉降后弃去上清液，将剩余的好氧颗粒污泥用蒸馏水冲洗，然后在一定温度下干燥，优选在50~70℃下干燥24~36 h。称取一定量干燥后的好氧颗粒污泥于带隔板的石英管中，放入管式试验炉中，在N₂保护条件下加热，优选在100~300℃下加热1~2 h，得到处理过的好氧颗粒污泥。本发明能够高效的处理好氧颗粒污泥工艺末端的剩余污泥，同时富集污泥中的磷资源，并实现氮、磷、钾、钙等元素的回收利用以及含磷好氧颗粒污泥的资源化。

Description

一种含磷好氧颗粒污泥的资源化方法

技术领域

本发明属于污泥资源化处理处置与磷资源回收领域，尤其涉及一种含磷好氧颗粒污泥的资源化方法。。

背景技术

磷是动植物生长所必须的营养元素，磷也是不可再生资源。据美国地质调查局（USGS）资料显示，目前世界磷矿含量约有620亿吨，包括150亿吨难以开采或是含有杂质过多的磷矿。2008年，世界范围内磷矿开采量为1.61亿吨，如果按照最保守的计算方法，现有的每年2.5%~3%的磷需求增长率计算的话，磷资源可供人类使用的时间仅有125年。而与磷资源危机相矛盾的是磷所带来的环境问题。磷大量进入水体会引起水体富营养化，导致某些特征性藻类异常增殖，使水体溶解氧下降，水中鱼类大量死亡，水质恶化。

好氧颗粒污泥现象从上世纪90年代首次报道后迅速成为国内外研究热点。好氧颗粒污泥技术相对于传统活性污泥技术拥有巨大的优势，该微生物技术的主要特点是好氧颗粒污泥拥有相对密实的微观结构，沉降性能好，微生物菌落丰富，单位反应器内微生物含量高。因此，在实际应用中能在很大程度上提高单位体积生物反应效率，耐受冲击负荷，减少沉淀单元体积。好氧颗粒污泥能够处理不同水质废水，尤其是利用好氧颗粒污泥内部的结构特点及微生物菌落的分布特点可以实现同时去除废水中有机物和氮、磷等营养物。

目前，对于好氧颗粒污泥的研究大多集中在好氧颗粒污泥处理各种废水，颗粒污泥的形成机理以及颗粒污泥的稳定性，而对好氧颗粒污泥这项技术的后续延伸，即好氧颗粒污泥工艺的剩余污泥的处理与处置研究较少。现有的文献报道中关于好氧颗粒污泥技术剩余污泥的处理处置方向主要有：好氧颗粒污泥通过干燥或是改性等处理后用作吸附剂；在好氧颗粒污泥工艺运行过程中富集或纯化某一产物进而回收利用。但这些方法存在无法回收污泥中的磷资源，处理步骤较繁琐等问题。好氧颗粒污泥技术能够抗击较强的冲击负荷，污泥沉降时间短，占地面积小，能够实现同步脱氮除磷，并且较普通活性污泥磷含量较高，有着很好的工程应用前景。因此，能够将含磷的剩余好氧颗粒污泥资源化，有助于缓解磷资源危机，有良好的发展前景。

发明内容

发明的目的：针对现有的技术问题，本发明的目的是提供一种含磷好氧颗粒污泥的资源化方法，解决含磷好氧颗粒污泥工艺后期对剩余污泥的处理处置问题，有效回收含磷好氧颗粒污泥中的磷资源，提高处理的附加值。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

将培养含磷好氧颗粒污泥反应器中的混合液沉降后弃去上清液，将剩余的好氧颗粒污泥用蒸馏水冲洗，然后在一定温度下干燥，优选在50~70℃下干燥24~36 h。称取一定量干燥后的好氧颗粒污泥于带隔板的石英管中，放入管式试验炉中，在N₂保护条件下加热，优选在100~300℃下加热1~2 h，得到处理过的好氧颗粒污泥。

所述的培养含磷好氧颗粒污泥的反应器为序批式反应器，每周期换水量为1~5 L。

所述的反应器在20~30℃下运行，进水采用底部隔膜泵进水；排水采用重力排水；好氧或厌氧阶段采用底部微孔曝气方式。

所述的培养含磷好氧颗粒污泥的反应器采用周期性运行方式，每天运行4个周期，每个周期包括1~5 min进水；50~70 min厌氧，气量1~5 L/min；250~300 min好氧，气量1~5L/min；5~10 min沉降和3~8 min排水。

所述的培养含磷好氧颗粒污泥的反应器的接种污泥为好氧颗粒污泥的碎片，初始的MLSS为3000~4000 mg/L。

所述的培养含磷好氧颗粒污泥的反应器进水采用人工配水，人工配水水质为：COD含量为700~900 mg/L，其中乙酸钾和丙酸钠各占COD的40~60%；TN含量为20~40 mg/L，采用氯化铵；TP含量为10~30 mg/L，采用磷酸二氢钾和磷酸氢二钾，各占TP的40~60%；碱度采用碳酸氢钠提供，含量为50~200 mg/L；Ca²⁺含量为40~50 mg/L。

所述的反应器混合液中的好氧颗粒污泥呈球形或椭球形颗粒，粒径为0.3~3.0mm，污泥富磷率为2~5%，好氧颗粒污泥中的化学磷沉淀主要是锰、铁、钙的磷酸盐化合物。

本发明与同现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

采用N₂保护下加热处理好氧颗粒污泥，可以使污泥中的微生物细胞死亡破裂，实现污泥的无害化。处理后的污泥产率随着制备温度的提高而下降，为63.8%~95.3%，随着制备温度的升高，污泥中有更多的挥发分析出。若将处理后的好氧颗粒污泥作为肥料，N、P、K的含量是肥料质量的重要考量指标。60^oC下干燥后的好氧颗粒污泥中的总氮、磷（以P₂O₅计）和钾（以K₂O计）含量分别为2.24%~2.80%、7.81%~9.07%、0.79%~1.28%。在不同温度下处理后的污泥的总氮含量随着制备温度的升高稍有降低，磷含量随着制备温度的升高显著增加，钾含量随着制备温度的升高稍有增加，其中磷含量最高达21.44%~23.19%，磷和钾会在处理后的污泥中富集。根据NY525-2012中华人民共和国农业行业标准中《有机肥料》的标准，总养分（氮+五氧化二磷+氧化钾）的质量分数（以烘干基计）为大于5%，经过处理后的污泥样品符合这一标准。

本发明能够高效的处理好氧颗粒污泥工艺末端的剩余污泥，同时富集污泥中的磷资源，并实现氮、磷、钾、钙等元素的回收利用以及含磷好氧颗粒污泥的资源化。

附图说明

图1为本发明实施例中的序批式反应器示意图。

图2为本发明实施例培养出的含磷好氧颗粒污泥样品XRD衍射图与(Mn+2,Fe+2,Ca)₃(PO₄)₂标准谱图的对比。

附图1标注：

1取样口；2微孔曝气头；3电磁阀；4转子流量计；5氮气瓶；6时间控制开关；

7单向阀；8进水泵；9蓄水池；10空气泵；11有机玻璃柱体。

具体实施方式

本发明采用的装置为圆柱形的SBR反应器（序批式反应器），由有机玻璃制成，内径100 mm，有效高度600 mm，有效容积为4.6 L，每周期换水量为2.3 L。反应器在室温（20~30℃）下运行，进水采用底部隔膜泵进水，进水口装有单向阀以防止反应器中污泥的倒流；排水采用重力排水；好氧(或厌氧)阶段采用底部微孔曝气方式，即曝气泵将空气（或氮气）通入到反应器的底部，经微孔曝气头释放对反应器进行充氧（或氮气），同时达到搅拌和提供水力剪切力的作用，以使反应器内的微生物与底物达到充分混合。

系统通过时间继电器实现周期性的进水、厌氧曝气、好氧曝气、沉降和排水五个阶段。每天运行4个周期，每个循环周期为6 h，包括1 min进水，60 min厌氧 (气量2~3 L/min)，284 min好氧 (气量3~4 L/min)，10 min沉降和5 min排水。

接种污泥为好氧颗粒污泥的碎片，初始的MLSS为3500 mg/L。进水采用人工配水，人工配水水质参数为：COD含量为800 mg/L（其中乙酸钾和丙酸钠各占COD的50%），TN含量为30 mg/L（采用氯化铵）；TP含量为20 mg/L（采用磷酸二氢钾和磷酸氢二钾，各占TP的50%），碱度采用碳酸氢钠提供，含量为100 mg/L，Ca²⁺含量为40~50 mg/L。微量元素（mg/L）：MgSO₄∙7H₂O，22.4；FeSO₄∙7H₂O，9.2；CoCl₂∙6H₂O，0.1；MnSO₄∙H₂O，0.1；CuSO₄∙5H₂O，0.1；NiCl₂∙6H₂O，0.1。

培养70~120 d后，得到的好氧颗粒污泥呈淡黄色球形或椭球形颗粒，粒径为0.3~3.0 mm。污泥沉降性能随着污泥颗粒程度的提高显著提高。第53 d时，反应器的MLSS为4582mg/L，MLVSS为3010 mg/L，MLVSS/MLSS为65.7%，污泥的SVI30为91.66 mL/g，污泥富磷率为3.8%，其对COD、TP和TN的去除率分别可达85%，76%和66%。至第86 d，反应器的MLSS为10260mg/L，MLVSS为6896 mg/L，MLVSS/MLSS为67.2%，污泥的SVI₃₀为36.1 mL/g，污泥富磷率为3.3%，其对COD、TP和TN的去除率分别可达76%，94%和86%。第70~120 d，反应器对COD、TP和TN的去除率分别维持在67%~84%、67%~100%、76%~92%附图2的XRD测试结果可以看出，含磷好氧颗粒污泥样品XRD衍射图与(Mn+2,Fe+2,Ca)₃(PO₄)₂标准谱图的匹配较好，表明富集在好氧颗粒污泥中的化学磷沉淀主要是锰、铁、钙的磷酸盐化合物 (Mn+2,Fe+2,Ca)₃(PO₄)₂。

将反应器中的混合液沉降后弃去上清液，将剩余的好氧颗粒污泥用蒸馏水冲洗3~4次，然后在60℃下干燥24~36 h。称取一定量干燥后的好氧颗粒污泥于带隔板的石英管中，放入管式试验炉中，在N₂保护条件下，分别在100^oC、200^oC、300^oC下加热1 h，得到处理过的好氧颗粒污泥。

实施例1

取500 ml反应器好氧运行末端的混合液，沉降后弃去上清液，用蒸馏水清洗好氧颗粒污泥3次，将冲洗后的污泥置于60^oC的烘箱中干燥30 h，称取1.5 g干燥后的好氧颗粒污泥于带隔板的石英管中，放入管式试验炉中，在N₂保护条件下，在100^oC下加热1 h，得到处理过的好氧颗粒污泥。处理后的好氧颗粒污泥的产率为95.23%，总氮、磷（以P₂O₅计）和钾（以K₂O计）含量分别为2.24%、9.36%、1.16%，有机质的含量为45.05%，钙、镁含量分别为17.72%、0.87%。

实施例2

取500 ml反应器好氧运行末端的混合液，沉降后弃去上清液，用蒸馏水清洗好氧颗粒污泥3次，将冲洗后的污泥置于60^oC的烘箱中干燥30 h，称取1.5 g干燥后的好氧颗粒污泥于带隔板的石英管中，放入管式试验炉中，在N₂保护条件下，在200^oC下加热1 h，得到处理过的好氧颗粒污泥。处理后的好氧颗粒污泥的产率为82.48%，总氮、磷（以P₂O₅计）和钾（以K₂O计）含量分别为2.52%、20.47%、1.29%，有机质的含量为47.32%，钙、镁含量分别为17.75%、0.99%。

实施例3

取500 ml反应器好氧运行末端的混合液，沉降后弃去上清液，用蒸馏水清洗好氧颗粒污泥3次，将冲洗后的污泥置于60^oC的烘箱中干燥30 h，称取1.5 g干燥后的好氧颗粒污泥于带隔板的石英管中，放入管式试验炉中，在N₂保护条件下，在300^oC下加热1 h，得到处理过的好氧颗粒污泥。处理后的好氧颗粒污泥的产率为69.67%，总氮、磷（以P₂O₅计）和钾（以K₂O计）含量分别为1.96%、22.12%、1.47%，有机质的含量为41.12%，钙、镁含量分别为22.95%、1.17%。

Claims

1.一种含磷好氧颗粒污泥的资源化方法，其特征在于：包括如下步骤：将培养含磷好氧颗粒污泥的反应器中的混合液沉降后弃去上清液，将剩余的好氧颗粒污泥用蒸馏水冲洗，然后在一定温度下干燥；称取一定量干燥后的好氧颗粒污泥于带隔板的石英管中，放入管式试验炉中，在N₂保护条件下加热，得到处理过的好氧颗粒污泥；

所述的培养含磷好氧颗粒污泥的反应器采用周期性运行方式，每天运行4个周期，每个周期包括：1～5min进水；50～70min厌氧，气量1～5L/min；250～300min好氧，气量1～5L/min；5～10min沉降和3～8min排水；

所述的培养含磷好氧颗粒污泥的反应器的接种污泥为好氧颗粒污泥的碎片，初始的MLSS为3000～4000mg/L；

所述的培养含磷好氧颗粒污泥的反应器进水采用人工配水，人工配水水质为：COD含量为700～900mg/L，其中乙酸钾和丙酸钠各占COD的40～60％；TN含量为20～40mg/L，采用氯化铵；TP含量为10～30mg/L，采用磷酸二氢钾和磷酸氢二钾，各占TP的40～60％；碱度采用碳酸氢钠提供，含量为50～200mg/L；Ca²⁺含量为40～50mg/L。

2.根据权利要求1所述的含磷好氧颗粒污泥的资源化方法，其特征在于：所述的培养含磷好氧颗粒污泥的反应器为序批式反应器，每周期换水量为1～5L。

3.根据权利要求1所述的含磷好氧颗粒污泥的资源化方法，其特征在于：所述的反应器在20～30℃下运行，进水采用底部隔膜泵进水；排水采用重力排水；好氧或厌氧阶段采用底部微孔曝气方式。

4.根据权利要求1所述的含磷好氧颗粒污泥的资源化方法，其特征在于：所述的反应器混合液中的好氧颗粒污泥呈球形或椭球形颗粒，粒径为0.3～3.0mm，污泥富磷率为2～5％。

5.根据权利要求1所述的含磷好氧颗粒污泥的资源化方法，其特征在于：将培养含磷好氧颗粒污泥反应器中的混合液沉降后弃去上清液，将剩余的好氧颗粒污泥用蒸馏水冲洗，然后在50～70℃下干燥24～36h。

6.根据权利要求5所述的含磷好氧颗粒污泥的资源化方法，其特征在于：称取一定量干燥后的好氧颗粒污泥于带隔板的石英管中，放入管式试验炉中，在N₂保护条件下，在100～300℃下加热1～2h，得到处理过的好氧颗粒污泥。