CN107935333A - 一种同步去除污泥发酵过程中产生氮磷的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种同步去除污泥发酵过程中产生氮磷的方法，包括以下步骤：S1、在污泥发酵过程中采用NaOH和Ca（OH）2混合碱调节污泥pH值；S2、在污泥中投加沸石。本发明的有益效果是：（1）采用NaOH和Ca（OH）2混合碱处理初沉污泥，可以解决单一碱处理所带来的问题，不仅可以提高污泥产酸量，还可以去除发酵过程中产生的PO4 3‑‑P；（2）在污泥中投加沸石，可在污泥发酵过程中控制NH4+‑N的产生，并进一步改善污泥的脱水性能，省略了传统后续氮磷去除的步骤，节省了人力和物力，为污泥厌氧发酵氮磷的去除提出新方法。

Description

一种同步去除污泥发酵过程中产生氮磷的方法
技术领域
本发明涉及污水处理与资源化领域，尤其涉及一种同步去除污泥发酵过程中产生氮磷的方法。
背景技术
初沉污泥厌氧发酵既可以充分利用污泥中高浓度的有机物，产生挥发性脂肪酸(VFAs)作为碳源，也可以实现污泥的减量化和资源化，具有较高的应用潜力。碱性发酵可以有效提高污泥产酸量，常采用的碱试剂包括NaOH和Ca(OH)2，但均存在一定的问题。单一采用NaOH调节污泥的pH值，虽可以提高VFAs的积累量，但却增加NH4 +-N和PO4 3--P的含量，且破坏污泥的脱水性能，不利于污泥与发酵液的分离，降低发酵液用于生物脱氮除磷的效果。而单一采用Ca(OH)2调节污泥的pH值，虽然可以有效减少发酵液中PO4 3--P含量，Ca2+也可与污泥中的有机物结合形成架桥，改善污泥的脱水性能，但产酸量较低，且同步也会产生较高的NH4 +-N。
针对发酵液中NH4 +-N和PO4 3--P的去除，研究多采用鸟粪石法，但需额外投加Mg2+和PO4 3-，较难应用于发酵液中氮磷的去除。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种同步去除污泥发酵过程中产生氮磷的方法。
本发明提供了一种同步去除污泥发酵过程中产生氮磷的方法，包括以下步骤：
S1、在污泥发酵过程中采用NaOH和Ca(OH)2混合碱调节污泥pH值；
S2、在污泥中投加沸石。
作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，NaOH和Ca(OH)2混合碱比例为1:3。
作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，在污泥发酵过程中采用NaOH和Ca(OH)2混合碱调节初沉污泥的pH值为10。
作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，将沸石一次性投入到碱性发酵污泥中。
作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，沸石投加量为80g/L。
作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，一次性投加粒径为1.7～2.0mm的浙江缙云天然沸石于污泥中。
本发明的有益效果是：
(1)采用NaOH和Ca(OH)2混合碱处理初沉污泥，可以解决单一碱处理所带来的问题，不仅可以提高污泥产酸量，还可以去除发酵过程中产生的PO4 3--P；
(2)在污泥中投加沸石，可在污泥发酵过程中控制NH4+-N的产生，并进一步改善污泥的脱水性能，省略了传统后续氮磷去除的步骤，节省了人力和物力，为污泥厌氧发酵氮磷的去除提出新方法。
附图说明
图1是NaOH与Ca(OH)2混合碱比例对污泥厌氧产酸的影响图。
图2是NaOH与Ca(OH)2混合碱比例对污泥发酵过程中PO4 3--P的控制图。
图3是NaOH与Ca(OH)2混合碱比例对污泥发酵后脱水性能的影响图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。
一种同步去除污泥发酵过程中产生氮磷的方法，包括：在污泥发酵过程中采用NaOH和Ca(OH)2混合碱调节污泥pH值，在提高污泥产酸量的同时，降低发酵液中PO4 3--P的含量，改善污泥的脱水性能；与此同时，在发酵前一次性投加一定量的沸石，减少了发酵过程中的NH4 +-N，并进一步改善污泥脱水性能。
将过筛后的初沉污泥置于螺口玻璃瓶，用2mol/L NaOH与1mol/L Ca(OH)2的碱液，按NaOH与Ca(OH)2摩尔比为4:0、3:1、2:2、1:3和0:4的比例进行混合，调节各组污泥的pH值至10±0.2，调节频率为1次/天，于温度为35℃，转速为150r/min的恒温摇床，连续培养8d。根据综合效果确定NaOH与Ca(OH)2摩尔比为1:3为初沉污泥厌氧发酵最佳的混合比例。
在NaOH与Ca(OH)2摩尔比为1:3条件后，一次性投加粒径为1.7～2.0mm的浙江缙云天然沸石于污泥中，投加量为20g/L、40g/L、80g/L和160g/L，同步发酵8d。
本发明提供的一种同步去除污泥发酵过程中产生氮磷的方法，具有以下特点：
(1)在污泥发酵过程中采用NaOH和Ca(OH)2混合碱调节污泥pH值至10，该方法可有效提高污泥的产酸量，减少发酵过程中产生的PO4 3--P的含量，有效改善污泥的脱水性能，其中NaOH和Ca(OH)2混合碱比例为1:3时综合效果最佳；
(2)选择价格低廉、对NH4 +-N吸附性能好的沸石，一次性投入到碱性发酵污泥中，可有效减少发酵过程中产生的NH4 +-N，并改善污泥的脱水性能，该方法改变了传统采用鸟粪石法去除污泥发酵产生的氮磷现状，减少发酵液后续去除氮磷的步骤，有利于污泥厌氧发酵产酸在实际工程的推广，具有创新性。在实际应用过程中沸石投加量为80g/L时，沸石投加量较小，处理效果较佳。
由图1可以发知，在发酵第6d时，只用NaOH调节产酸量最高为5679.2mgCOD/L，单独用Ca(OH)2调节产酸量为4115.9mgCOD/L，随着Ca(OH)2含量逐渐升高，TVFA含量逐渐降低。在NaOH与Ca(OH)2混合碱比例为1:3时，污泥产酸量为4537.6mgCOD/L，比原污泥产酸量提高997.9mg/L。
由图2可知，单独投加NaOH时，发酵液中PO4 3--P含量最高，可达到92.7mg/L。随着Ca(OH)2投加量的增加，PO4 3--P含量逐渐降低。当NaOH和Ca(OH)2的比例为1:3时，反应8d后，PO4 3--P含量显著降低，可降低至2.7mg/L。
由图3可知，随着碱剂中Ca(OH)2的投加量增大，Ca2+含量逐渐增多，尤其是NaOH与Ca(OH)2混合比例为1:3和0:4时，Zeta电位升到-10.1mV和-8.0mV。据DLVO理论，Zeta电位增加可使胶体颗粒失稳，胶体颗粒更趋向于凝聚，改善污泥的脱水性能。从图3中也可以看出，在混合比例为1:3和0:4时CST分别降到279.5s和202.7s，污泥脱水性能被有效改善。
表1
表1是NaOH：Ca(OH)2混合碱比例为1:3时，不同沸石投加量对污泥厌氧发酵NH4 +-N的控制情况、污泥脱水性能改善效果以及污泥水解产酸性能的影响。
由表1可知，随着沸石量增加，沸石对NH4 +-N的吸附效果逐渐增强，发酵液中NH4 +-N浓度从不加沸石的516.2mg/L最低可降到67.0mg/L。同时，沸石投加量的增加对发酵过程中产生的有机物吸附作用也增强，SCOD由6240mg/L降至4740mg/L，TVFA由4010.5mg/L降至3103.7mg/L。对不同沸石投加条件下发酵液的C/N比值进行分析，投加沸石能有效提高发酵液中C/N比值，其值分别为17、26、46和70，远高于不加沸石时的12.1。碱性发酵液中PO4 3--P含量基本维持在5mg/L以下。同时，发酵结束后沸石投加量为20、40、80和160g/L时，各组的CST值分别为301.4、290.8、273.9和266.1s，较不投加沸石组最高可减少112.1s，进一步改善了污泥的脱水性能。虽然在沸石投加量为160g/L的时候，具有最好的氨氮去除效果和污泥脱水性能的改善，但相比于沸石投加量为80g/L的条件下，氨氮去除效果的提高和污泥脱水性能的改善程度有限。因此，在实际应用过程中，可以考虑选用沸石投加量为80g/L。
本发明解决了单一碱调节处理污泥所带来的的氮磷含量高、污泥脱水性能差的问题，以及传统氮磷后续去除采用鸟粪石法所具有的Mg2+和PO4 3-药剂投加量、大、操作复杂等弊端。提出了一种在污泥发酵过程中采用NaOH与Ca(OH)2混合碱调节，并与沸石联用的方式强化初沉污泥发酵的产酸效果，并同步控制发酵过程中产生的氮、磷，改善污泥脱水性能的方法。
将NaOH与Ca(OH)2混合碱调节，并与沸石联用的方式处理污泥，适用于污泥厌氧发酵中氮磷的去除和污泥脱水性能改善的工艺。
本发明提供的一种同步去除污泥发酵过程中产生氮磷的方法，在污泥发酵过程中采用NaOH与Ca(OH)2比例为1:3的混合碱液调节初沉污泥pH至10，且同步投加80g/L沸石时，具有较好的强化发酵及控制氮、磷副产物的产生的特性，同时发酵后污泥具有较好脱水性能。在此条件下，发酵液的TVFA、SCOD、NH4 +-N和PO4 3--P分别为3588.0mgCOD/L、4960、106.1和3.1mg/L，具有作为反硝化碳源的潜力，同时发酵后污泥CST值为273.9s，具有较好脱水性能，有利于污泥的后续处理。
本发明提供的一种同步去除污泥发酵过程中产生氮磷的方法，可以应用于污泥厌氧发酵产酸过程中氮磷去除和污泥脱水性能改善的装置中。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种同步去除污泥发酵过程中产生氮磷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在污泥发酵过程中采用NaOH和Ca(OH)2混合碱调节污泥pH值；
S2、在污泥中投加沸石。
2.根据权利要求1所述的同步去除污泥发酵过程中产生氮磷的方法，其特征在于：在步骤S1中，NaOH和Ca(OH)2混合碱比例为1:3。
3.根据权利要求1所述的同步去除污泥发酵过程中产生氮磷的方法，其特征在于：在步骤S1中，在污泥发酵过程中采用NaOH和Ca(OH)2混合碱调节初沉污泥的pH值为10。
4.根据权利要求1所述的同步去除污泥发酵过程中产生氮磷的方法，其特征在于：在步骤S2中，将沸石一次性投入到碱性发酵污泥中。
5.根据权利要求1所述的同步去除污泥发酵过程中产生氮磷的方法，其特征在于：在步骤S2中，沸石投加量为80g/L。
6.根据权利要求1所述的同步去除污泥发酵过程中产生氮磷的方法，其特征在于：在步骤S2中，一次性投加粒径为1.7～2.0mm的浙江缙云天然沸石于污泥中。
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