CN109293179A - 一种基于高铁酸盐的剩余活性污泥减量化和资源化的方法 - Google Patents

一种基于高铁酸盐的剩余活性污泥减量化和资源化的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于高铁酸盐的剩余活性污泥减量化和资源化的方法，属于污水处理技术领域，本发明采用分步氧化技术，首先实现污泥聚集体的破碎，保持微生细胞完整裸露环境，使污泥具有较高的水解和氧化活性，使污泥中的有机物快速释放，实现甲烷化的回收，同时利用微生物将高铁酸盐氧化后的Fe3+还原为Fe2+，促使其与污泥中释放的PO4 3‑形成蓝铁矿；其次再投加高铁酸盐将微生物细胞氧化，实现污泥体积的进一步降低。与现有一次性氧化相比，本发明避免了氧化过程中高铁酸盐与污泥中释放的有机物进行彻底氧化反应，提高高铁酸盐的氧化效率，实现污泥中碳和磷元素的资源化。本发明的方法高铁酸盐投加量少，资源化回收率高，处理成本低。

Description

一种基于高铁酸盐的剩余活性污泥减量化和资源化的方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种基于高铁酸盐的剩余活性污泥减量化和资源化的方法。
背景技术
近年来，随着经济技术的快速发展，污水处理厂的规模和数量不断增加。以微生物为核心的生物处理技术产生的剩余活性污泥量也随之快速增加。剩余活性污泥中含有大量的有机物、营养元素和重金属离子，排放到环境中会产生恶臭、导致水体富营养化和土壤污染，严重影响人类的健康。由于污泥中的胞外聚合物(EPS)具有较强的亲水性能，导致剩余活性污泥中含水率达到97％。一般而言，剩余活性污泥的处置费约占污水处理费用的60％。因此对剩余活性污泥进行减量化的预处理，增强污泥的脱水性能和稳定性，实现污泥体积的减少，同时将释放的污染物进行资源化回收对剩余活性污泥的后续处理与处置具有重要的意义。
在污泥减量化方面，当前主要的污泥减量化方法包括：物理、化学和生物，例如：热处理，超声处理，O3的化学氧化，生物酶制剂等等。这些方法对剩余活性污泥减量化均有良好地效果。但是如何高效低耗、绿色环保地实现剩余活性污泥的减量化仍是一个重要的研究热点。高铁酸盐作为一种对环境友好地氧化剂，其氧化性能远高于KMnO4和O3，可实现污泥量的大幅下降，并且其所产生的Fe3+还具有絮凝性、除磷性能和稳定重金属离子的作用，因此在污泥减量化方面倍受关注。但是在以高铁酸盐为减量化药剂的剩余活性污泥减量化过程中更多地是将剩余活性污泥一次性彻底氧化为目标，未考虑到污泥中物质的资源化回收，导致高铁酸盐的使用量较大，费用高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于高铁酸盐的剩余活性污泥减量化和资源化的方法，本发明提供的方法高铁酸盐的投加量少，处理效率高，污泥中物质的资源化回收率高、处理成本低。
本发明提供了一种基于高铁酸盐的剩余活性污泥减量化和资源化的方法，包括以下步骤：
1)将剩余活性污泥与第一部分高铁酸盐混合进行第一氧化反应，得到初步预处理产物；所述第一氧化反应的pH值为10～12；所述第一部分高铁酸盐中Fe6+的添加量为30～50mg/gSS；
2)将所述步骤1)得到的初步预处理产物进行厌氧消化处理，得到甲烷和厌氧消化处理产物；
3)将所述步骤2)得到的厌氧消化处理产物与第二部分高铁酸盐混合进行第二氧化反应，得到二次预处理产物；所述第二氧化反应的pH值为10～12；所述第二部分高铁酸盐中Fe6+的添加量为30～50mg/gSS；
4)将所述步骤3)得到的二次预处理产物固液分离，得到固相和液相，对所述液相进行深度处理。
优选地，所述步骤1)中和步骤3)中的高铁酸盐独立地为K2FeO4或Na2FeO4。
优选地，所述步骤1)中第一氧化反应的时间为1.5～2h。
优选地，所述步骤1)中第一氧化反应在搅拌条件下进行，所述搅拌速率为300～500r/min。
优选地，所述步骤2)的初步预处理产物中铁元素和磷元素的摩尔比为2～2.5：1。
优选地，所述步骤2)中厌氧消化处理的温度为25～40℃，氧消化处理的时间为10～20天。
优选地，所述步骤3)中第二氧化反应的时间为1.5～2h。
优选地，所述步骤3)中第二氧化反应在搅拌条件下进行，所述搅拌速率为300～500r/min。
优选地，所述步骤4)中的固相用于蓝铁矿的提取。
优选地，所述步骤4)中的深度处理包括脱氮处理，所述脱氮处理为采用部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺进行脱氮处理。
有益技术效果：本发明提供了一种基于高铁酸盐的剩余活性污泥减量化和资源化的方法，本发明采用高铁酸盐作为污泥减量化的氧化剂，其氧化能力高于现有常规的氧化剂，氧化后的产物Fe3+对环境无污染，可被微生物还原为Fe2+，与污泥中释放的磷酸盐形成高价值的副产物蓝铁矿，实现磷的资源回收；本发明采用分步氧化技术，首先实现污泥聚集体的破碎，保持微生细胞完整裸露环境，使污泥具有较高的水解和氧化活性，使污泥中的有机物快速释放，实现甲烷化的回收；其次再次投加高铁酸盐将微生物细胞氧化，实现污泥体积的进一步降低。与现有一次性氧化相比，避免氧化过程中高铁酸盐与污泥中释放的有机物进行反应，提高高铁酸盐的氧化效率，同时分步氧化实现污泥中原有微生物的利用，为污泥中碳和磷元素的回收提供了很好地途径。本发明提供的剩余活性污泥减量化的方法具有高铁酸盐投加量少，处理成本低的特点。另外，后期的脱氮处理，废水中氨氮浓度高，有机物浓度低，采用传统脱氮会出现困难，采用部分亚硝化-厌氧氨氧化技术对有机物依赖低，能够高效进行。
附图说明：
图1为实施例1中剩余活性污泥减量化和资源化的流程示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种基于高铁酸盐的剩余活性污泥减量化和资源化的方法，包括以下步骤：
1)将剩余活性污泥与第一部分高铁酸盐混合进行第一氧化反应，得到初步预处理产物；所述第一氧化反应的pH值为10～12；所述第一部分高铁酸盐中Fe6+的添加量为30～50mg/gSS；
2)将所述步骤1)得到的初步预处理产物进行厌氧消化处理，得到甲烷和厌氧消化处理产物；
3)将所述步骤2)得到的厌氧消化处理产物与第二部分高铁酸盐混合进行第二氧化反应，得到二次预处理产物；所述第二氧化反应的pH值为10～12；所述第二部分高铁酸盐中Fe6+的添加量为30～50mg/gSS；
4)将所述步骤3)得到的二次预处理产物固液分离，得到固相和液相，对所述液相进行深度处理。
本发明将剩余活性污泥与第一部分高铁酸盐混合进行第一氧化反应，得到初步预处理产物；所述第一氧化反应的pH值为10～12；所述第一部分高铁酸盐中Fe6+的添加量为30～50mg/gSS。
本发明对所述剩余活性污泥的来源没有特殊限定，选用本领域技术人员熟知的剩余活性污泥即可。在本发明中，优选为市政污水处理厂的剩余活性污泥。
在本发明中，所述高铁酸盐优选为K2FeO4或Na2FeO4；所述第一部分高铁酸盐中Fe6+的添加量优选为35～45mg/gSS，更优选为40mg/gSS。
在本发明中，所述第一氧化反应的pH值优选为10～12，更优选为11；所述pH值的调节剂优选为氢氧化钠和碳酸氢钠的混合液；当所述pH值调节剂优选为氢氧化钠和碳酸氢钠的混合液时，所述混合液中碳酸氢钠与氢氧化钠的质量比优选为8～10。在本发明中，所述第一氧化反应的时间优选为1.5～2h，更优选为1.5h。在本发明中，所述第一氧化反应优选在搅拌条件下进行，所述搅拌速率优选为300～500r/min，更优选为400r/min。
本发明对剩余活性污泥与第一部分高铁酸盐混合的方法没有特殊限定，选用本领域技术人员熟知的混合方法即可。
本发明通过第一氧化反应，实现污泥聚集体的破碎，保持微生细胞完整裸露环境，使污泥具有较高的水解和氧化活性。
得到初步预处理产物后，本发明将得到的初步预处理产物进行厌氧消化处理，得到甲烷和厌氧消化处理产物；
在本发明中，所述初步处理产物中铁元素和磷元素的摩尔比优选为2～2.5：1，当所述初步处理产物中铁元素和磷元素的摩尔比小于2～2.5：1时，可投加适量的Fe2+或Fe3+使铁元素和磷元素的摩尔比保持在2：1。
在本发明中，所述厌氧消化处理的温度优选为25～35℃，更优选为30℃，厌氧消化处理的时间优选为10～20天，更优选为15d。本发明对厌氧消化处理的方法没有特殊限定，选用本领域技术人员熟知的方法即可。
本发明通过厌氧消化处理，使污泥中的有机物水解和甲烷化，实现有机物的快速释放和甲烷的回收，同时利用微生物将高铁酸盐氧化产物Fe3+还原为Fe2+，促使其余污泥减量化过程中释放的PO4 3-形成Fe2+-PO4 3-化合物晶体沉淀于固相。
得到甲烷和厌氧消化处理产物后，本发明将甲烷进行回收，将到的厌氧消化处理产物与第二部分高铁酸盐混合进行第二氧化反应，得到二次预处理产物；所述第二氧化反应的pH值为10～12；所述第二部分高铁酸盐中Fe6+的添加量为30～50mg/gSS；
在本发明中，所述高铁酸盐的可选种类优选和上述方案一致，在此不再赘述；所述第二部分高铁酸盐中Fe6+的添加量优选为35～45mg/gSS，更优选为40mg/gSS。
在本发明中，所述第二氧化反应的pH值优选为10～12，更优选为11；所述pH值的调节剂优选和上述方案一致，在此不再赘述。在本发明中，所述第二氧化反应的时间优选为1.5～2h，更优选为2h。在本发明中，所述第二氧化反应优选在搅拌条件下进行，所述搅拌速率优选为300～500r/min，更优选为400r/min。
本发明对厌氧消化处理产物与第一部分高铁酸盐混合的方法没有特殊限定，选用本领域技术人员熟知的混合方法即可。
本发明通过投加第二部分高铁酸盐将微生物细胞氧化，实现污泥体积的进一步降低。
得到二次处理产物后，本发明将二次预处理产物固液分离，得到固相和液相，对所述液相进行深度处理。
本发明对固液分离的方法没有特殊限定，选用本领域技术人员熟知的固液分离方法即可，在本发明中，优选为在沉降池中沉降进行固液分离。
在本发明中，所述固相优选用于蓝铁矿的提取。
在本发明中，所述深度处理优选包括脱氮处理；所述脱氮处理优选采用部分亚硝化-厌氧氨氧化和反硝化工艺进行处理。
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
采用以A2/O工艺处理市政污水的污水处理厂剩余活性污泥进行减量化及资源回收。
1)取1000mL上述剩余活性污泥，MLSS浓度为10000mg/L。首先将样品的pH调节到11，然后投加新鲜的K2FeO4，投加量为40mg(Fe6+)/gSS，保持400rpm/min的搅拌速度，进行第一氧化反应，持续时间为1.5h，得到初步预处理产物。
取少量初步预处理后的泥水混合物进行测定，此时泥水混合物固相污泥中MLVSS为4930mg/L。液相中SCOD浓度为13350mg/L，有机氮浓度为1169.9mg/L，氨氮浓度低于10mg/L，PO4 3--P的浓度为38.8mg/L，固相中的Fe以Fe3+的形态存在。
2)然后将预处理后剩余污泥装入厌氧反应器进行厌氧消化处理，即进行水解和甲烷化，控制温度30℃。经过10d运行后，得到厌氧消化处理产物。
将厌氧消化产物进行泥水分离，进行固相和液相分析。此时固相污泥中MLVSS为4080mg/L，与预处理后相比，MLVSS下降了17.2％。MLVSS的进一步降解说明污泥中微生物细胞并未被碱性高铁酸盐氧化，仍然具有活性。与原污泥相比，MLVSS减量化幅度达到42％。液相中SCOD浓度为800mg/L，氨氮浓度为265mg/L，PO4 3--P的浓度为3.8mg/L，固相中Fe3+还原为Fe2+，并且与PO4 3-结合。
3)在得到的厌氧消化处理产物中继续投加30mg(Fe6+)/gSS的高铁酸盐进行污泥细胞的破壁，维持搅拌速度400rpm/min的搅拌速度，持续时间为1.5h，得到二次预处理产物。
取少量二次预处理产物固液分离进行检测，固相污泥中MLVSS为3100mg/L。
4)将得到的二次处理产物通入沉淀池进行固液分离，得到固相和液相，将得到的液相通入到单一形式的脱氮装置，采用部分亚硝化-厌氧氨氧化和反硝化工艺进行处理。控制溶解氧0.5mg/L，温度30℃。经过12h的处理后出水COD小于10mg/L，氨氮和总氮浓度分别为5.8mg/L和11.2mg/L。
所得固相中Fe2+-PO4 3-化合物的浓度为39.3mg/L。说明高铁酸盐的投加，促使污泥减量化过程中产生的磷酸盐形成了化合态的蓝铁矿。
图1为实施例1中剩余活性污泥减量化的流程示意图。
表1为实施例1中各步骤中的相关指标：
表1实施例1中各步骤中的相关指标
对比例1
取1000mL实施例1中剩余活性污泥，MLSS浓度为10000mg/L。作为空白对照组。即上述剩余活性污泥中不加入任何物质，仅进行与实施例1相同的操作步骤。表2为对比例1中各步骤中的相关指标：
表2对比例1中各步骤中的相关指标
对比例2
取1000mL实施例1中剩余活性污泥，MLSS浓度为10000mg/L，调节pH值至11，作为碱性对照组。即上述剩余活性污泥中在调节pH值后，不加入任何其它物质，仅进行与实施例1相同的操作步骤。表3为对比例2中各步骤中的相关指标：
表3对比例2中各步骤中的相关指标
对比表1～表3可知，对比例1和对比例2中厌氧消化处理后污泥中MLVSS仍然很高，有机物等未得到有效释放。
实施例2
1)采用某市政污水处理厂以氧化沟工艺处理污水的剩余污泥进行减量化及资源回收。取样品2000mL，MLSS浓度为2000mg/L。将污泥的pH调节到11，进行碱性K2FeO4预处理，即首先将样品的pH调节到11，然后投加新鲜的K2FeO4，投加量为50mg(Fe6+)/gSS，保持400rpm/min的搅拌速度，进行第一氧化反应，持续时间为1.5h，得到初步预处理后的产物。
取少量初步预处理后的产物泥水分离后进行测定，此时，固相污泥中MLVSS为9930mg/L，Fe以Fe3+的形态存在；液相中SCOD浓度为7280mg/L，有机氮浓度为390mg/L，氨氮浓度均低于15mg/L，PO4 3--P的浓度为80.8mg/L。
2)将初步预处理后的剩余污泥装入厌氧消化反应器进行厌氧消化处理，即是污泥中的有机物水解和甲烷化，控制温度30℃。因初步预处理后的剩余污泥中铁离子不能满足需求，投加含Fe2+量200mg的氯化亚铁。经过15d运行后，得到厌氧消化处理产物。
取少量厌氧消化处理产物进行泥水分离，进行固相和液相分析。此时固相污泥中MLVSS为8120mg/L，Fe3+还原为Fe2+，并与PO4 3-形成化合态Fe2+-PO4 3-晶体，与原污泥相比，MLVSS减量化幅度达到48％。液相中SCOD浓度为1300mg/L，有机氮浓度分别为280mg/L，PO4 3--P的浓度为5.8mg/L。
3)将经过厌氧处理后产物中继续投加30mg(Fe6+)/gSS的高铁酸盐进行污泥细胞的破壁，维持搅拌速度400rpm/min，持续时间为1.5h，得到二次预处理产物。
取少量二次预处理产物固液分离进行检测，固相污泥中MLVSS为3100mg/L。
4)将得到的二次预处理产物固液分离，得到固相和液相，将液相通入到单一形式的脱氮装置，采用部分亚硝化-厌氧氨氧化合反硝化工艺进行处理。控制溶解氧0.5mg/L，温度30℃。经过12h的处理后出水COD小于10mg/L，氨氮和总氮浓度分别为6.8mg/L和10mg/L。
固相污泥中Fe2+-PO4 3-化合物的浓度为91mg/L。说明高铁酸盐的投加，促使污泥减量化过程中产生的磷酸盐形成了化合态的蓝铁矿。
表4为实施例2中各步骤中的相关指标：
表4实施例2中各步骤中的相关指标
对比例3
取2000mL实施例2中剩余活性污泥，MLSS浓度为20000mg/L。作为空白对照组。即上述剩余活性污泥中不加入任何物质，仅进行与实施例1相同的操作步骤。表5为对比例3中各步骤中的相关指标：
表5对比例3中各步骤中的相关指标
对比例4
取2000mL实施例2中剩余活性污泥，MLSS浓度为20000mg/L，调节pH值至11，作为碱性对照组。即上述剩余活性污泥中在调节pH值后，不加入任何其它物质，仅进行与实施例2相同的操作步骤。表6为对比例2中各步骤中的相关指标：
表6对比例4中各步骤中的相关指标
对比表4～表6可知，对比例1和对比例2中厌氧消化处理后污泥中MLVSS仍然很高，有机物等未得到有效释放。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于高铁酸盐的剩余活性污泥减量化和资源化的方法，包括以下步骤：
1)将剩余活性污泥与第一部分高铁酸盐混合进行第一氧化反应，得到初步预处理产物；所述第一氧化反应的pH值为10～12；所述第一部分高铁酸盐中Fe6+的添加量为30～50mg/gSS；
2)将所述步骤1)得到的初步预处理产物进行厌氧消化处理，得到甲烷和厌氧消化处理产物；
3)将所述步骤2)得到的厌氧消化处理产物与第二部分高铁酸盐混合进行第二氧化反应，得到二次预处理产物；所述第二氧化反应的pH值为10～12；所述第二部分高铁酸盐中Fe6+的添加量为30～50mg/gSS；
4)将所述步骤3)得到的二次预处理产物固液分离，得到固相和液相，对所述液相进行深度处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中和步骤3)中的高铁酸盐独立地为K2FeO4或Na2FeO4。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中第一氧化反应的时间为1.5～2h。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中第一氧化反应在搅拌条件下进行，所述搅拌速率为300～500r/min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)的初步预处理产物中铁元素和磷元素的摩尔比为2～2.5：1。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中厌氧消化处理的温度为25～40℃，厌氧消化处理的时间为10～20天。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中第二氧化反应的时间为1.5h～2h。
8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中第二氧化反应在搅拌条件下进行，所述搅拌速率为300～500r/min。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4)中的固相用于蓝铁矿的提取。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4)中的深度处理包括脱氮处理，所述脱氮处理为采用部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺进行脱氮处理。
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