CN106915883A

CN106915883A - 一种内源fna预处理污泥减量化及资源化工艺

Info

Publication number: CN106915883A
Application number: CN201710147204.1A
Authority: CN
Inventors: 张立国; 刘蕾
Original assignee: South China Normal University
Current assignee: South China Normal University
Priority date: 2017-03-13
Filing date: 2017-03-13
Publication date: 2017-07-04
Anticipated expiration: 2037-03-13
Also published as: CN106915883B

Abstract

本发明公开了一种内源FNA预处理污泥减量化及资源化工艺。该工艺包括以下流程：1）往预处理单元中投加污泥，以FNA对污泥进行预处理；2）经预处理的污泥进入产酸相反应器，进行水解酸化；3）水解酸化后的污泥进入产甲烷相反应器，产甲烷消化后排出；所述的FNA是通过产酸相和产甲烷相的消化液合成的。本发明经FNA预处理后的污泥首先进入产酸相被产酸发酵细菌利用产酸，水解酸化速率得到改善；然后，水解酸化污泥再进入产甲烷相被产甲烷菌利用提升甲烷产率，最终消化污泥由产甲烷相排出，实现污泥减量化及资源化。

Description

一种内源FNA预处理污泥减量化及资源化工艺

技术领域

本发明涉及一种内源FNA预处理污泥减量化及资源化工艺。

背景技术

目前污水污泥安全处置与资源化技术远远落后于污水处理技术的发展，已成为我国需要迫切解决的重大环境问题。污泥处理成本约占污水处理总成本的一半，污泥处置和管理是全球水行业面临的重大挑战之一。据调查，自2007年以来，全国污泥产量年增长率约为13%，截至2013年污泥干固体量已达到625万吨/年。目前全国处理能力20万t/d(含)以上城市污水处理厂的污泥约80％没有经过妥善处理处置，这些污泥的出路也没有一定的保障，造成了污泥无控排放的现状。污泥的安全处理处置，已成为突出的环境问题。

厌氧消化由于能够稳定污泥中的有机质、杀灭致病菌、产生沼气等显著优势而成为污泥处理的主流工艺，在国外的应用十分广泛。然而，目前国内的污泥处理处置仍然以浓缩—调质—脱水为主要技术路线，而污泥稳定化和干化技术应用比例低。究其原因主要有：工艺技术滞后，设备落后，能耗物耗较高，操作管理水平低，运行费用高等诸多实际问题，尤其是能耗问题突出，许多污水处理厂花巨资建立起污泥处理设施，却负担不起运行费用。

一般认为，污泥水解是厌氧消化的限速步骤，往往需要通过预处理来增加污泥水解效率，提高甲烷产量，降低厌氧消化的综合能耗。市政污泥的厌氧消化过程由多步微生物降解过程构成，包括污泥颗粒溶解、水解、酸化、产甲烷阶段。污泥水解缓慢的主要原因是污泥中的有机物大部分为微生物细胞物质，这些物质为细胞壁所包裹，细胞壁中聚多糖束和缩氨酸交联在一起，这种交联结构使污泥微生物的细胞壁在厌氧消化过程中破碎和溶解缓慢。

对此，有必要对污泥厌氧消化采用强化预处理技术，破坏污泥中微生物的细胞壁,将原来为微生物细胞壁所包裹的有机物释放到胞外的水环境中，使原来的不溶性颗粒有机物转化为溶解性有机物，缩短或减少污泥厌氧消化过程中的污泥微生物细胞壁水解这一过程。目前受到广泛关注的方法有：热解，酶分解，机械法如高压水流喷射法、超声波、微波法等，化学法如酸/碱溶、臭氧氧化等。

热预处理虽然可以有效地水解污泥，但是消耗大量的能量，有时会产生有毒的难熔化合物，并且导致酶的钝化。污水污泥的高温预处理虽然可以杀灭病原菌，但是费用高。超声波技术具有无污染、能量密度高、分解速度快等特点，但在促进细胞破碎后固体碎屑的水解方面不如加碱和加热等方法，同时，超声波的作用效果受到液体的许多参数（粘度、温度、表面张力等）和超声波发生设备的影响，短时间内较难投入大规模的工程化应用。与其它预处理方法比较，碱解法相对简单、高效。另一方面，加碱预处理过程中会产生某些抑制厌氧消化反应及难溶性的物质，而Na⁺和OH^-两种离子自身也是厌氧消化的抑制剂，因此最合理的碱投加量及碱处理法的负面效应尚需深入研究。

近年来，有研究表明FNA对城市污水管道中的厌氧微生物膜具有杀生作用，而且杀生能力与FNA浓度具有较强的相关性。Wang等研究表明，FNA还可以用于污水生物处理工艺中减少剩余污泥的产生，采用两套处理生活污水的SBR反应器作对比，其中一个反应器50%的剩余污泥经FNA处理后回流至原反应器，在同样的运行工况下经FNA处理的SBR反应器污泥产量与对照组相比降低了28%；Wang等进一步研究表明，FNA预处理还可以提高剩余活性污泥后续厌氧消化处理过程中的甲烷产率。另外，Law等提出了一种利用厌氧消化液生产FNA的方法，表明FNA可以由绿色、可再生的方法而获得，这进一步降低了FNA的生产成本，使FNA成为一种很有前景的微生物细胞破解剂。

热解法、超声波法、微波法等现有方法都存在能耗高的缺点，而且需要外加设备，限制了他们在实际工程中应用。为便于实际操作，降低运行成本，应在化学法中寻找有效的化学药剂，提高污泥厌氧消化水解速率，提高甲烷气体的产气率。另外，在上述以厌氧消化液生产FNA的方法中，AOB氧化氨氮的亚硝化过程需要通过外源加碱控制重碳酸盐与氨氮摩尔比；另外，NO₂ ^-质子化生成FNA的反应也需要外源加酸，这两方面都会增加生化合成FNA的成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内源FNA预处理污泥减量化及资源化工艺。

本发明所采取的技术方案是：

一种内源FNA预处理污泥减量化及资源化工艺，包括以下流程：

1）往预处理单元中投加污泥，以FNA对污泥进行预处理；

2）经预处理的污泥进入产酸相反应器，进行水解酸化；

3）水解酸化后的污泥进入产甲烷相反应器，产甲烷消化后排出；

所述的FNA是通过产酸相和产甲烷相的消化液合成的。

步骤2）中，产酸相的消化液回流至预处理单元。

步骤2）中，所述的产酸相pH≤5.5。

步骤2）中，所述的产酸相通过加入有机固废物调节pH值。

步骤3）中，产甲烷相的消化液经亚硝化单元处理后，回流至预处理单元。

所述的亚硝化单元为SBR反应器。

步骤3）中，所述的产甲烷相反应器温度为33~38℃。

所述的回流比为5~10%。

产酸相与产甲烷相的有效容积比为1：（5~7）。

本发明的有益效果是：

本发明经FNA预处理后的污泥首先进入产酸相被产酸发酵细菌利用产酸，水解酸化速率得到改善；然后，水解酸化污泥再进入产甲烷相被产甲烷菌利用提升甲烷产率，最终消化污泥由产甲烷相排出，实现污泥减量化及资源化。

具体如下：

1、将绿色合成 FNA的技术方法与两相厌氧消化工艺相耦合，极大地改善了污泥水解速率及厌氧消化产甲烷性能；

2、采用污泥两相厌氧消化工艺产酸相、产甲烷相消化液内源生化合成FNA，该方法由产酸相消化液提供质子（H⁺），产甲烷相消化液氨氮亚硝化提供NO₂ ^-，绿色合成FNA，FNA制取全过程无需外源加碱、加酸，进一步降低了FNA的生产成本；

3、本发明适用于市政污泥/工业有机污泥减量化及资源化利用领域，主要是减排污泥并实现污泥资源化。

附图说明

图1是内源生化合成FNA/污泥两相厌氧消化耦合工艺流程示意图。

具体实施方式

本发明提出了一种无需外源介质加入、完全内源生化合成FNA的污泥两相厌氧消化工艺形式，由产酸相消化液提供质子（H⁺），产甲烷相消化液氨氮亚硝化提供（NO₂ ^-），生化合成FNA；并以FNA对污泥进行预处理融胞，以实现改善污泥厌氧两相消化过程中污泥减量化及资源化性能。

1）往预处理单元中投加污泥，以FNA对污泥进行预处理；

2）经预处理的污泥进入产酸相反应器，进行水解酸化；

所述的FNA是通过产酸相和产甲烷相的消化液合成的。

步骤2）中，产酸相的消化液回流至预处理单元。

优选的，步骤2）中，所述的产酸相反应器温度为35~70℃。

优选的，步骤2）中，所述的产酸相pH≤5.5。

优选的，步骤2）中，所述的产酸相通过加入有机固废物调节pH值。

优选的，所述的有机固废与污泥的干固体质量比为1:1。

优选的，所述的有机固废物为厨余垃圾。

所述的亚硝化单元为SBR反应器。

优选的，步骤3）中，所述的产甲烷相反应器温度为33~38℃；进一步优选的，步骤3）中，所述的产甲烷相反应器温度为34.5~35.5℃。

优选的，所述的回流比为5~10%。

优选的，产酸相与产甲烷相的有效容积比为1：（5~7）；进一步优选的，产酸相与产甲烷相的有效容积比为1：6。

进一步说明对本发明的主流程描述如下：经FNA预处理后的污泥首先进入产酸相被产酸发酵细菌利用产酸，水解酸化速率得到改善；然后，水解酸化污泥再进入产甲烷相被产甲烷菌利用提升甲烷产率，最终消化污泥由产甲烷相排出，实现污泥减量化及资源化。

内源生化合成FNA的耦合过程描述如下：

1、在预处理单元投加市政污泥或有机污泥，以合成的FNA对污泥进行预处理；

2、经预处理污泥在产酸相内进行水解酸化，如有必要可以适当加入一定比例的有机固废（如厨余垃圾等）降低产酸相pH值，控制产酸相pH≤5.5，用以为后续回流消化液提供质子（H⁺）；

3、产甲烷相消化液含有高浓度氨氮、高碱度，将产甲烷相消化液回流至富集氨氮氧化菌（AOB）的氨氮亚硝化SBR反应器内，使消化液中氨氮转化为亚硝酸氮（NO₂ ^-），控制合适的参数提高氨氮转化率（一般转化率可以达到90%）；

4、由产酸相消化液提供质子（H⁺），SBR反应器亚硝化出水提供亚硝酸氮（NO₂ ^-），将二者按照一定比例回流至预处理单元生化合成FNA，合成FNA浓度由混合液中由质子（H⁺）浓度、亚硝酸氮（NO₂ ^-）浓度决定，一般情况下消化液的回流比控制在5%-10%以内。

以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。

实施例：

采用该上述的耦合工艺，以城市污水厂含水率为98%的剩余活性污泥为处理对象，在产酸相前投加含水率量为90%的厨余垃圾（按厨余垃圾与剩余活性污泥体积比为1:5投加），产酸相反应器控制温度在55±0.5℃，产甲烷相控制温度在35±0.5 ℃，产酸相与产甲烷相的有效容积比为1:6，当水力停留时间HRT=15d时，此时，产酸相pH=5.5，亚消化单元亚硝酸氮出水浓度为710 mg/L，FNA预处理单元合成FNA浓度约为1.78 mg HNO₂-N/L，经过3个HRT的稳定运行，与未采用FNA预处理的两相厌氧消化工艺相比，该耦合工艺最终VS去除率为37%，VS去除率增加18%；甲烷产率为164 ml CH₄/g VS/d，甲烷产率提高17%。

Claims

1.一种内源FNA预处理污泥减量化及资源化工艺，其特征在于：包括以下流程：

1）往预处理单元中投加污泥，以FNA对污泥进行预处理；

2）经预处理的污泥进入产酸相反应器，进行水解酸化；

所述的FNA是通过产酸相和产甲烷相的消化液合成的。

2.根据权利要求1所述的一种内源FNA预处理污泥减量化及资源化工艺，其特征在于：步骤2）中，产酸相的消化液回流至预处理单元。

3.根据权利要求1所述的一种内源FNA预处理污泥减量化及资源化工艺，其特征在于：步骤2）中，所述的产酸相pH≤5.5。

4.根据权利要求3所述的一种内源FNA预处理污泥减量化及资源化工艺，其特征在于：步骤2）中，所述的产酸相通过加入有机固废物调节pH值。

5.根据权利要求1所述的一种内源FNA预处理污泥减量化及资源化工艺，其特征在于：步骤3）中，产甲烷相的消化液经亚硝化单元处理后，回流至预处理单元。

6.根据权利要求5所述的一种内源FNA预处理污泥减量化及资源化工艺，其特征在于：所述的亚硝化单元为SBR反应器。

7.根据权利要求1所述的一种内源FNA预处理污泥减量化及资源化工艺，其特征在于：步骤3）中，所述的产甲烷相反应器温度为33~38℃。

8.根据权利要求2或5所述的一种内源FNA预处理污泥减量化及资源化工艺，其特征在于：所述的回流比为5~10%。

9.根据权利要求1所述的一种内源FNA预处理污泥减量化及资源化工艺，其特征在于：产酸相与产甲烷相的有效容积比为1：（5~7）。