CN113060899B - 一种利用污水厂污泥资源化生成碳源的再利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用污水厂污泥资源化生成碳源的再利用方法，从二沉池分流部分污泥到侧流的污泥预处理工艺段进行预处理实现污泥细胞的局部破壁以促进污泥的水解后再进入侧流水解酸化池进行水解酸化生成碳源。污泥经过侧流的水解酸化后再进入主流的混合液发酵池进一步发酵。二沉池的回流污泥也分流一部分污泥到主流混合液发酵池的进水端和进水混合，先吸附进水中的易降解有机物后再进行发酵，同时也直接利用发酵池里的碳源通过反硝化去除二沉池中回流带回来的和污水厂进水中含有的硝态氮和亚硝态氮。主流混合液发酵池采用间歇搅拌的运行模式。利用侧流污泥预处理耦合侧流水解酸化和主流混合液发酵生成碳源促进生物脱氮除磷效果,实现碳源降耗。

Description

一种利用污水厂污泥资源化生成碳源的再利用方法
技术领域
本发明涉及污水厂污泥处理与污水处理领域，具体是一种利用污水厂污泥资源化生成碳源的再利用方法。
背景技术
生物脱氮主要是利用硝化菌在好氧池把氨氮氧化成硝态氮或者亚硝态氮，接着通过内回流泵把好氧池的泥水混合液回流到前端的缺氧池通过反硝化的过程把硝态氮或者亚硝态氮转变成氮气从而实现总氮的有效去除。生物除磷是通过聚磷菌在厌氧池利用碳源进行释磷，接着在好氧池吸磷和剩余污泥排放实现生物除磷。为了实现有效生物脱氮除磷，一般建议进水COD/TN不要低于6，容易生化COD rCOD/TP不要小于18。而我国污水厂普遍面临进水碳氮比偏低的问题，导致生物系统脱氮除磷效率低下。为了出水总氮和总磷的达标排放，污水厂往往需要投加葡萄糖、乙酸钠和甲醇等碳源以促进生物脱氮除磷的效果，这极大地提高了污水厂运营的药剂成本，同时提高了污水厂污泥的产量和处置成本。所以，如何在保证有效去除总氮和总磷的同时也能实现碳源药耗的降耗成为很多污水厂迫切的需求。
污泥主要成分是蛋白质和碳水化合物等大分子化合物，在厌氧条件下，污泥可以通过水解实现细胞部分破壁而把大分子的蛋白质和碳水化合物利用水解酶水解成简单的小分子物质，这些小分子物质进一步通过酸化生成挥发有机酸，污泥水解酸化生成的挥发有机酸一般主要是以乙酸、丙酸和丁酸为主；这些有机挥发酸可以作为碳源而被利用来生物脱氮除磷。可是，污泥的水解过程是一个缓慢的生化过程，所以为了实现污泥的有效水解一般需要建造较大的水解池以维持较长的停留时间，这会相应增加占地面积和投资。为了有效进行细胞破壁和促进污泥水解的过程，可以对污泥进行预处理，常用的污泥预处理可以加入氧化剂、加酸调低pH、加碱调高pH、加热升高温度、加压或者利用超声波进行细胞破壁；目前，这些措施主要是应用在厌氧污泥消化生成沼气的过程，污泥经过预处理后直接进厌氧消化罐以促进污泥的消解和沼气的产量。一些公开的专利方法中开始尝试在污泥中加液碱升高pH后进行碱性发酵的方法生成碳源，专利CN107265806A公开了利用液碱调高剩余污泥pH到10同时在90℃温度下维持2小时进行预处理，之后再进水解酸化池，而水解酸化通过把pH从6逐步提高到10实现从开始的pH 6酸性酸化驯化到pH10的碱性发酵过程。专利CN110282841A公开的方法也是利用调节水解酸化池到pH10实现污泥的碱性发酵。专利公开的方法中也有利用超声波进行污泥破壁生成碳源，专利CN108439741A公开的方法中是从剩余污泥中分流30～50％的污泥至超声波破壁器，破壁预处理后再输送至水解罐进行水解，破壁水解后的污泥返回到污水生化处理系统进行处理。另外，也有专利公开直接利用生物法水解污泥的方法生成碳源，CN104118971B公开的方法是回流部分二沉回流污泥到初沉池，在初级沉淀池和初级沉淀泥混合浓缩后进行水解发酵，同时在发酵时候采用曝气和搅拌交替控制微氧和厌氧的条件实现污泥发酵提供碳源。另外，丹麦的EnviDan公司也提出了ASP/SSH(活性污泥回流/侧流污泥水解)的工艺以实现污泥在侧流水解生成碳源来促进生化系统的脱氮除磷，其中在水解酸化池也是采用曝气和搅拌交替控制微氧和厌氧的条件实现污泥发酵提供碳源。
污泥碱性发酵的条件需要控制pH到10，液碱的药耗较高。超声波进行污泥破壁的方法的电耗也较高。在初级沉淀池混合二沉池的污泥和初级沉淀泥进行发酵的方法主要是应用主流厌氧发酵的工艺，也会因为需要初级沉淀池局限这个方法的市场推广。EnviDan公司的方法就是侧流污泥水解的工艺。后两种的生物水解方法利用的都是曝气加搅拌交替运行的模式。目前为止，如何有效地结合高效经济的污泥预处理、侧流污泥水解酸化和主流混合液发酵以实现污泥最大资源化生成碳源的方法还是一个全新的课题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种利用污水厂污泥资源化生成碳源的再利用方法，通过高效经济的污泥预处理促进污泥的水解，以及把污泥的预处理、侧流的水解酸化和主流的水解发酵有效地结合起来实现污泥通过水解酸化生成碳源以达到污泥的资源化和降低生物脱氮除磷的药剂成本的目的。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种利用污水厂污泥资源化生成碳源的再利用方法，包括以下步骤：
步骤1，将污水厂的污水依次送入主流混合液发酵池、生物脱氮除磷系统、二沉池后进行排放处理，其中，二沉池回流污泥中的污泥分流为四部分，第一部分直接回流到主流混合液发酵池的进水端，与污水厂的进水相混合以吸附进水中的易降解有机物后再进入主流混合液发酵池水解发酵生成碳源，同时也作为主流混合液发酵池内反硝化去除硝态氮和亚硝态氮的菌种；第二部分回流到生物脱氮除磷系统的第一个池子或者生物脱氮除磷系统的最前端；第三部分作为剩余污泥送入污泥浓缩池，经污泥脱水处理后排出；第四部分送入侧流的预处理反应池，进行细胞的初步破壁后再进入侧流水解酸化池进行高效的水解和酸化生成碳源，之后再回流到主流的混合液发酵池进一步发酵生成更多的碳源；
步骤2，主流混合液发酵池生成的碳源部分直接在发酵池被利用去除进水中含有或者二沉池回流带回来的硝态氮和亚硝态氮，接着再和进水一起进入后续的生物脱氮除磷系统被利用以促进生物脱氮除磷的过程，同时实现碳源降耗。
第四部分送入侧流预处理反应池的进行污泥预处理量为(2％-80％)Q，Q为进水流量。
把二沉池回流污泥中的剩余污泥送入污泥浓缩池的时候，如果污水厂污泥浓缩池中的剩余污泥主要是生化污泥，把污泥浓缩池的浓缩好的准备送往污泥脱水处理的剩余生化污泥直接分流出1％-80％的剩余污泥的量到污泥预处理工艺段进行预处理；如果污泥浓缩池里的剩余污泥还含有前混凝工艺段或者深度处理工艺段的化学沉淀污泥，污泥浓缩池的剩余污泥直接送去脱水处理而不分流到污泥预处理工艺段进行预处理。
污泥预处理工艺段的污泥固体浓度为0.2％-10％，浓度为质量体积比浓度。
预处理反应池采用加入氧化剂进行细胞初步破壁的预处理方法，氧化剂为双氧水、次氯酸钠或臭氧，剂量为50-5000mg/L。
预处理反应池采用加入盐酸或者硫酸把pH控制在2-7或者加入碱把pH控制在7-12进行细胞初步破壁的预处理方法。
预处理反应池采用把氧化剂和酸分别加入、或者把氧化剂和碱分别加入进行细胞初步破壁的预处理方法。
污泥预处理采用在预处理反应池中完成，预处理反应池的水力停留时间为0.1-24小时，反应池采用机械搅拌的模式，机械搅拌使用的搅拌器的功率3-30kw/1000m3；预处理工艺段需要的氧化剂、或者酸、或者碱通过加药泵加入反应池利用机械搅拌混合、或者可以加在管道利用管道混合器实现混合；如果药剂是加在管道利用管道混合器混合，管道后可以后接混合反应池；如果加的只是酸或者碱，管道后接混合反应池、或者直接接水解酸化池。
所述预处理反应池安装在线pH计以监控pH的变化，预处理工艺段采用连续运行模式或者序批次运行模式，如果序批次运行模式，运行1-12批次/天。
所述侧流水解酸化池运行成连续完全混合式CSTR模式、或者连续推流式PFR模式、或者序批次SBR模式；序批次SBR模式运行1-12批次/天，侧流水解池的水力停留时间为0.2-5天；侧流水解酸化池安装推流器以保证混合均匀，推流器的功率是3-30kw/1000m3；侧流水解酸化池运行的温度为室温到70℃。
所述侧流水解酸化池和污泥预处理反应池串联运行或做成一体化的设备而分隔成预处理段和水解酸化段，两个工艺段间用隔墙或者隔板隔开，侧流水解酸化池处理后的泥水混合液直接排到主流混合液发酵池。
所述主流混合液发酵池设于主流生物脱氮除磷系统的前端，二沉池回流污泥中的(2％-60％)Q，Q为进水流量，回流到主流混合液发酵池进水端首先和污水厂进水混合，吸附进水中的容易降解的有机物，二沉池回流污泥和污水厂进水的混合模式直接采用水力混合模式或者机械搅拌模式；混合后进入主流混合液发酵池。
所述主流混合液发酵池设于主流生物脱氮除磷系统的前端，可以从主流生物脱氮除磷系统的缺氧池回流(1％-150％)Q缺氧池污泥到主流混合液发酵池进水端首先和污水厂进水混合，吸附进水中的容易降解的有机物，缺氧池回流污泥和污水厂进水的混合模式直接采用水力混合模式或者机械搅拌模式；混合后进入主流混合液发酵池。
所述主流混合液发酵池的水力停留时间为0.1-8h，主流混合液发酵池装有潜水推流器，推流器的功率为3-30kw/1000m3，主流混合液发酵池的推流器运行模式为间歇式搅拌，推流器的总的运行时间为0.1-6h/天以控制泥龄为2-60小时。
如果是市政污水厂设计有初级沉淀池，直接把初级沉淀池改造成主流混合液发酵池；对于新建的污水厂，如果是处理非市政废水的污水厂需要利用预混凝工艺段去除一些难降解的COD，污水厂需要在初沉池后和生物脱氮除磷系统前新建主流混合液发酵池；如果是市政水污水厂，直接建设主流混合液发酵池取代初沉池，直接把初沉污泥和二沉池污泥，侧流水解酸化后的污泥混合在主流混合液发酵池进行发酵生成碳源，如果现有的污水厂没有多余的空地建造主流混合液发酵池，可以在厌氧池或者缺氧池隔离出一段池容改造成主流混合液发酵池。
所述主流生物脱氮除磷系统为缺氧/好氧系统、或者厌氧/缺氧/好氧系统、或者厌氧/缺氧/好氧/缺氧/好氧系统、或者是有缺氧段和好氧段的氧化沟系统、或者是有厌氧段/缺氧段/好氧段的氧化沟系统、或者是多级缺氧/好氧系统、或者是厌氧+多级缺氧/好氧系统。
所述二沉池可以是膜池，运行膜池的时候，回流污泥除了回流到侧流的预处理反应池、污泥浓缩池和主流混合液发酵池，剩余的回流污泥回流到主流生物脱氮除磷系统的好氧池前端或缺氧池前端。
本发明的有益效果是：
本发明创造性地在侧流利用污泥预处理工艺对部分回流污泥进行预处理实现污泥细胞的初步破壁后再进入侧流水解酸化池进行强化水解和酸化，侧流水解酸化的泥水混合液排入主流的混合液发酵池进一步发酵生成更多的碳源。另外，二沉池回流的部分污泥或者主流生物脱氮除磷系统缺氧池的部分回流污泥在主流发酵池的前端先和污水厂进水混合吸附进水中的容易降解有机物后也进入发酵池发酵生成碳源，主流混合液发酵池不仅仅发酵生成碳源，也可以直接利用生成的碳源进行反硝化反应去除二沉池污泥或者缺氧池污泥回流带回来的和污水厂进水中含有的硝态氮和亚硝态氮；之后，发酵池去除硝态氮和亚硝态氮后剩余的碳源和发酵池新生成的碳源随着进水进入后续的生物脱氮系统以提供碳源促进生物脱氮除磷。
本发明创造性地耦合了污泥预处理、侧流水解酸化和主流混合液发酵，从而实现了污泥的最大资源化和生成更多的碳源，为主流的生物脱氮除磷系统提供碳源，实现了碳源降耗的效果。同时，由于污泥的水解酸化过程，一部分污泥中的有机质也因为被水解和酸化而溶解在水里变成碳源而被利用，这样同时也实现了污泥部分减量的效果。
本发明的预处理工艺段主要目的只是为了实现污泥细胞的初步破壁，污泥的水解主要是靠后续的侧流水解酸化池耦合主流的混合液发酵池完成，所以污泥预处理工艺段使用的氧化剂、或者酸、或者碱的剂量比较温和，这就大大降低了污泥预处理工艺段的运营成本，从而最大化实现了污泥资源化生成碳源的经济效益，使得本发明具有广阔的市场应用前景。
本发明不仅适用于市政废水，也适用于非市政废水，特别是对于那些需要投加碳源实现出水总氮达标的污水厂、或者那些因为碳源不足造成生物除磷效果不理想需要额外投加化学除磷剂的污水厂。
本发明不仅适用于二沉池工艺，也适用于MBR膜池的工艺。
附图说明
图1是本发明的利用污水厂二沉池回流污泥和污泥浓缩池的剩余生化污泥资源化生成碳源的再利用方法的工艺流程图。
图2是本发明利用污水厂二沉池回流污泥资源化生成碳源的再利用方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的利用污水厂污泥资源化生成碳源的再利用方法，有效结合污泥预处理和水解酸化，同时水解酸化又结合了侧流水解酸化和主流混合液发酵。具体就是在二沉池回流污泥中首先通过把一部分回流污泥进行预处理实现细胞的初步破壁后再进入侧流水解酸化池进行高效的水解和酸化，之后再回流到主流的混合液发酵池进一步发酵生成更多的碳源。二沉池回流污泥中的另外一部分也直接回流到主流的混合液发酵池的进水端和污水厂的进水相混合以吸附进水中的易降解有机物后再进入主流混合液发酵池水解发酵生成碳源，同时也作为主流混合液发酵池内反硝化去除硝态氮的菌种。二沉池回流污泥的最后一部分则回流到生物脱氮除磷系统的第一个池子或者生物脱氮除磷系统的最前端。主流混合液发酵池生成的碳源部分可以直接在发酵池被利用去除进水中含有或者二沉池回流带回来的硝态氮和亚硝态氮，接着再和进水一起进入后续的生物脱氮除磷系统被利用以促进生物脱氮除磷的过程，同时实现碳源降耗。
本发明的方法中主要包含了3个步骤：
步骤1就是进行侧流污泥的预处理步骤实现污泥细胞的初步破壁过程。从二沉池或者膜池的回流污泥导出部分污泥进行污泥预处理，导出的回流污泥的量可以是(2％-80％)Q(Q为进水流量)进行污泥预处理。如果污水厂的剩余污泥主要是生化污泥，也可以把污泥浓缩池的浓缩好的准备送往污泥脱水处理的剩余生化污泥分流出1％-80％的量到污泥预处理工艺段进行预处理。污泥预处理工艺段的污泥浓度可以是0.2％-10％。
污泥的预处理进行细胞初步破壁过程可以采用加入氧化剂进行氧化反应，氧化剂可以是双氧水、次氯酸钠、臭氧；这些氧化剂药剂的剂量为50-5000mg/L。污泥预处理也可以通过加入盐酸或者硫酸把pH控制在2-7或者可以加入碱把pH控制在7-12以实现细胞的初步破壁。污泥的预处理也可以是把氧化剂和酸分别加入、或者把氧化剂和碱分别加入进行污泥细胞的初步破壁。污泥预处理可以采用在反应池中完成，反应池的水力停留时间设计为0.1-24小时，反应池采用机械搅拌的模式，机械搅拌使用的搅拌器的功率可以是3-30kw/1000m3。预处理反应池需要安装在线pH计以监控pH的变化。预处理工艺段可以是连续运行模式或者序批次运行模式，如果运行成序批次模式，可以运行成1-12批次/天。预处理工艺段需要的氧化剂、或者酸、或者碱可以通过加药泵加入反应池利用机械搅拌混合、或者可以加在管道利用管道混合器实现混合。如果药剂是加在管道利用管道混合器混合，管道后可以后接混合反应池。如果加的只是酸或者碱，管道后可以接混合反应池、或者可以不需要混合反应池可以直接后接水解酸化池，同时管道上也安装在线pH以监控pH的变化。
步骤2就是侧流水解酸化阶段。预处理工艺段处理后的污泥进入侧流水解酸化池进行水解酸化。侧流水解酸化池可以运行成连续完全混合式CSTR模式、或者连续推流式PFR模式、或者序批次SBR模式；序批次SBR模式可以运行成1-12批次/天。侧流水解池的水力停留时间为0.2-5天。侧流水解酸化池需要安装推流器以保证混合均匀，推流器的功率是3-30kw/1000m3。侧流水解酸化池运行的温度为室温到70℃。侧流水解酸化池和污泥预处理反应池可以串联运行、也可以做成一体化的设备而分隔成预处理段和水解酸化段，两个工艺段间可以用隔墙或者隔板隔开。侧流水解酸化池处理后的泥水混合液直接排到主流混合液发酵池。
步骤3是主流混合液发酵池进一步发酵。主流混合液发酵池设于主流生物脱氮除磷系统的前端。侧流水解酸化池处理后的泥水混合液排入主流混合液发酵池进一步发酵生成更多的碳源。二沉池回流污泥中的(2％-60％)Q也回流到主流混合液发酵池进水端，或者可以从主流生物脱氮除磷系统的缺氧池回流(1％-150％)Q缺氧池污泥到主流混合液发酵池进水端，二沉池回流污泥或者主流生物脱氮除磷系统缺氧池回流污泥首先在主流混合液发酵池进水端和污水厂进水混合，吸附进水中的容易降解的有机物，混合后进入主流混合液发酵池。二沉池回流污泥或者缺氧池回流污泥和污水厂进水的混合模式可以直接采用水力混合模式、或者机械搅拌模式。
如果主流生物脱氮除磷系统运行的是一级缺氧/好氧、或者一级厌氧/缺氧/好氧、或者二级缺氧/好氧/缺氧/好氧、或者厌氧/缺氧/好氧/缺氧/好氧的时候，从一级缺氧池回流污泥到前端的主流厌氧混合液发酵池。如果主流生物脱氮除磷系统运行的是多级的缺氧/好氧或者厌氧+多级缺氧/好氧的时候，从最后一级的缺氧池回流污泥到前端的主流厌氧混合液发酵池。在运行MBR膜池工艺的时候，如果主流生物脱氮除磷的回流是膜池回流到好氧池或者缺氧池,接着缺氧池回流到厌氧池的模式，当从缺氧池到前端主流混合液厌氧发酵池的污泥回流量超过90％Q，那么主流生物脱氮除磷系统中的缺氧池到厌氧池的内回流可以不需要运行以节省内回流泵的电耗。
在主流混合液发酵池，二沉池回流污泥或者缺氧池回流污泥带回来的和污水厂进水中含有的硝态氮和亚硝态氮首先在主流发酵池直接利用侧流水解酸化池生成的碳源和进水中含有的可利用COD进行去除。主流混合液发酵池去除硝态氮和亚硝态氮后剩余的碳源和污泥在发酵池新生成的碳源随着进水进入后续生物脱氮除磷的系统，为生物脱氮除磷提供碳源。主流混合液发酵池的水力停留时间为0.1-8h。主流混合液发酵池装有潜水推流器，推流器的功率为3-30kw/1000m3。主流混合液发酵池的推流器运行模式为间歇式搅拌，推流器的总的运行时间为0.1-6h/天以控制泥龄为2-60小时。如果是市政污水厂设计有初级沉淀池，可以直接把初级沉淀池改造成主流混合液发酵池。对于新建的污水厂，如果是处理非市政废水的污水厂需要利用预混凝工艺段去除一些难降解的COD，那么污水厂需要在初沉池后和生物脱氮除磷系统前新建主流混合液发酵池；如果是市政水污水厂，可以直接建设混合液发酵池取代初沉池，直接把初沉污泥和二沉池污泥，侧流水解酸化后的污泥混合在主流混合液发酵池进行发酵生成碳源。如果现有的污水厂没有多余的空地建造主流混合液发酵池，可以在厌氧池或者缺氧池隔离出一段池容改造成主流混合液发酵池。
主流的生物脱氮除磷系统可以是缺氧/好氧系统、或者厌氧/缺氧/好氧系统、或者厌氧/缺氧/好氧/缺氧/好氧系统、或者是有缺氧段和好氧段的氧化沟系统、或者是有厌氧段/缺氧段/好氧段的氧化沟系统、或者是多级缺氧/好氧系统、或者是厌氧+多级缺氧/好氧系统。从二沉池回流的污泥除了侧流预处理和水解酸化部分和回流到主流混合液发酵池进水端的部分，剩余的回流污泥回流到生物脱氮除磷的第一个池子或者最前端以维持生化系统的污泥浓度。如果运行的是膜池，回流污泥除了回流到侧流的预处理反应池、污泥浓缩池和主流混合液发酵池，剩余的回流污泥回流到主流生物脱氮除磷系统的好氧池前端或缺氧池前端。
实施例1
市政污水厂的二沉池污泥的浓度为1.7％，将污泥加入1000mg/L次氯酸钠混合8小时后加入到相当于侧流污泥水解酸化工艺段的水解酸化池，水解酸化池保持在室温下维持12小时停留时间运行成连续CSTR模式。经过预处理和水解酸化后的污泥的溶解性COD SCOD从原先的28mg/L升高到898mg/L。接着在1升的相当于主流混合液发酵池中加入100毫升经过侧流污泥预处理和水解酸化处理的泥水混合液，相当于10％Q的二沉池回流污泥经过侧流预处理后加上侧流水解酸化后的污泥，加入100毫升用清水清洗过几遍的浓度为1.7％的二沉池污泥，相当于二沉池回流10％Q的回流污泥到主流混合液发酵池，接着加入清水到1000毫升，同时加入KNO3药剂溶解使混合液中含有50mgN/L NO3 -。1升的主流发酵反应器维持泥龄20小时进行主流水解酸化生成碳源，同时直接利用生成的碳源进行反硝化去除总氮，从而实现了27mgN/L的总氮去除。而在实际运营中为了去除27mgN/L的总氮如果需要加入葡萄糖作为碳源，碳源药耗成本是0.486元/吨水(葡萄糖按照3000元/吨核算)。所以,污水厂如果没有足够碳源而需要外加葡萄糖作为碳源才可以实现27mg N/L总氮去除的时候，按照700元/吨的次氯酸钠的价格核算，利用本发明公开的方法扣除次氯酸钠药耗后可以帮助水厂实现碳源药耗降耗0.41元/吨水。
实施例2
工业污水厂的二沉池污泥的浓度为1.2％，将污泥加入400mg/L 30％氢氧化钠混合1小时后加入到相当于侧流污泥水解酸化工艺段的水解酸化池，水解酸化池在室温下维持19小时停留时间运行成连续CSTR模式。经过预处理和水解酸化后的污泥的SCOD从原先的14mg/L升高到661mg/L。接着在1升的相当于主流混合液发酵池中加入100毫升经过侧流预处理和水解酸化处理的泥水混合液，相当于10％Q的二沉池回流污泥经过侧流预处理后加上侧流水解酸化后的污泥，加入200毫升用清水清洗过几遍的浓度为1.2％的二沉池污泥，相当于二沉池回流20％Q的回流污泥到主流混合液发酵池，接着加入清水到1000毫升，同时加入KNO3药剂溶解使混合液中含有70mgN/L NO3 -。1升主流发酵反应器维持泥龄22小时进行主流水解酸化生成碳源，同时直接利用生成的碳源进行反硝化去除总氮，从而实现了28.5mgN/L的总氮去除。而在实际运营中为了去除28.5mg N/L的总氮如果需要加入葡萄糖作为碳源，碳源药耗成本是0.51元/吨水(葡萄糖按照3000元/吨核算)。所以污水厂如果没有足够碳源而需要外加葡萄糖作为碳源才可以实现28.5mg N/L总氮去除的时候，按照800元/吨的液碱价格，利用本发明公开的方法扣除液碱的药耗后可是帮助水厂实现碳源药耗降耗0.478元/吨水。
实施例3
市政污水厂的二沉池污泥进一步沉降后的浓度为2％，将污泥加入2000mg/L 30％双氧水混合后接着加入1000mg/L 1+1盐酸混合3小时后加入到相当于侧流污泥水解酸化工艺段的水解酸化池，水解酸化在室温下维持22小时停留时间运行成连续CSTR模式。经过预处理和水解酸化后的污泥的SCOD从原先的14mg/L升高到590mg/L。接着在1升的相当于主流混合液发酵池中加入100毫升经过侧流预处理和水解酸化处理后的泥水混合液，相当于10％Q的二沉池回流污泥经过侧流预处理后加上侧流水解酸化后的污泥，加入150毫升用清水清洗过几遍的浓度为1-2％的二沉池污泥，相当于二沉池回流15％Q的回流污泥到主流混合液发酵池，接着加入清水到1000毫升，同时加入KNO3药剂溶解使混合液中含有60mg N/LNO3 -。1升的主流混合液发酵反应器维持泥龄24小时进行主流水解酸化生成碳源，同时直接利用生成的碳源进行反硝化去除总氮，从而实现了32mg N/L的总氮去除。而在实际运营中为了去除32mg N/L的总氮需要加入葡萄糖作为碳源，碳源药耗成本是0.57元/吨水(葡萄糖按照3000元/吨核算)。所以污水厂如果没有足够碳源而需要外加葡萄糖作为碳源才可以实现32mg N/L总氮去除的时候，按照双氧水价格1400元/吨和盐酸价格280元/吨核算，利用本发明公开的方法可以帮助水厂实现碳源药耗降耗0.27元/吨水。
实施例4
市政污水厂二沉池污泥的浓度为1.2％，把二沉池污泥混合一些污泥浓缩池收集的剩余污泥后加入500mg/L次氯酸钠连续搅拌4小时进行预处理后，接着加入到相当于侧流水解酸化池的水解酸化反应器，水解酸化反应器在室温下运行成连续运行CSTR模式,水解酸化反应器污泥的泥龄为16小时，经过预处理和侧流水解酸化后的污泥的溶解性COD SCOD从处理前的23mg/L升高到756mg/L。从侧流水解酸化反应器出来的污泥接着加入到相当于主流混合液发酵池的厌氧发酵反应器，加入的污泥的量相当于10％Q的二沉池回流污泥量，接着加入相当于20％Q的缺氧池回流污泥的量，最后是加入含有100mg/L硝态氮的配水，为了验证从污泥中回收碳源的效果，配水里并不含有反硝化反应可利用的COD。厌氧发酵反应器在室温下维持20小时泥龄运行，实现了32.8mg/L的总氮去除，如果外加碳源去除这些浓度的总氮需要的碳源成本是0.59元/吨水(以3000元/吨葡萄糖核算)。所以利用本发明的方法实现了从污泥中回收碳源促进总氮去除和碳源药耗成本的降低。
实施例5
工业污水厂膜池污泥的浓度为1.5％，加入2000mg/L次氯酸钠连续混合搅拌3小时进行预处理后，接着加入到相当于侧流水解酸化池的水解酸化反应器，水解酸化反应器在室温下运行成连续运行的CSTR模式,水解酸化反应器污泥的泥龄为17小时，经过预处理和侧流水解酸化后的污泥的溶解性COD SCOD从处理前的25mg/L升高到879mg/L。侧流水解酸化反应器出来的污泥接着加入到相当于主流混合液发酵池的厌氧发酵反应器，加入的污泥的量相当于10％Q膜池回流污泥量，接着加入相当于40％Q的缺氧池回流污泥的量，最后是加入含有100mg/L硝态氮的配水，为了验证从污泥中回收碳源的效果，配水里并不含有反硝化反应可利用的COD。厌氧发酵反应器在室温下维持20小时泥龄运行，实现了42.2mg/L的总氮去除，如果外加碳源去除这些浓度的总氮需要的碳源成本是0.75元/吨水(以3000元/吨葡萄糖核算)。所以利用本发明的方法实现了从污泥中回收碳源促进总氮去除和碳源药耗成本的降低。
实施例6
市政污水厂膜池污泥的浓度为1.5％，加入液碱把污泥pH调高到8后搅拌1小时进行预处理后接着加入到相当于侧流水解酸化池的水解酸化反应器，水解酸化反应器在35℃温度下运行成序批次SBR模式(1批次/天),水解酸化反应器污泥的泥龄为3天，经过预处理和侧流水解酸化后的污泥的溶解性COD SCOD从处理前的45mg/L升高到1008mg/L。侧流水解酸化反应器出来的污泥接着加入到相当于主流混合液发酵池的厌氧发酵反应器，加入的污泥的量相当于10％Q的膜池回流污泥量，接着加入相当于30％Q的缺氧池回流污泥的量，最后是加入含有70mg/L硝态氮的配水，为了验证从污泥中回收碳源的效果，配水里并不含有反硝化反应可利用的COD。厌氧发酵反应器在室温下维持16小时泥龄运行，实现了34.5mg/L的总氮去除，如果外加碳源去除这些浓度的总氮需要的碳源成本是0.62元/吨水(以3000元/吨葡萄糖核算)。所以利用本发明的方法实现了从污泥中回收碳源促进总氮去除和碳源药耗成本的降低。
实施例7
市政污水厂二沉池污泥的浓度为1.2％，加入盐酸把污泥pH调低到5.5后搅拌1小时进行预处理后，接着加入到相当于侧流水解酸化池的水解酸化反应器，水解酸化反应器室在室温下运行成连续运行的CSTR,水解酸化反应器污泥的泥龄为3天，经过预处理和侧流水解酸化后的污泥的溶解性COD SCOD从处理前的28mg/L升高到670mg/L。侧流水解酸化反应器出来的污泥接着加入到相当于主流混合液发酵池的厌氧发酵反应器，加入的污泥的量相当于10％Q的二沉池回流污泥量，接着加入相当于35％Q的缺氧池回流的污泥的量，最后是加入含有60mg/L硝态氮的配水，为了验证从污泥中回收碳源的效果，配水里并不含有反硝化反应可利用的COD。厌氧发酵反应器在室温下维持20小时泥龄运行，实现了35.2mg/L的总氮去除，如果外加碳源去除这些浓度的总氮需要的碳源成本是0.63元/吨水(以3000元/吨葡萄糖核算)。所以利用本发明的方法实现了从污泥中回收碳源促进总氮去除和碳源药耗成本的降低。
综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。

Claims (12)

1.一种利用污水厂污泥资源化生成碳源的再利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将污水厂的污水依次送入主流混合液发酵池、生物脱氮除磷系统、二沉池/膜池后进行排放处理，其中，二沉池/膜池回流污泥中的污泥分流为四部分，第一部分直接回流到主流混合液发酵池的进水端，与污水厂的进水相混合以吸附进水中的易降解有机物后再进入主流混合液发酵池水解发酵生成碳源，同时也作为主流混合液发酵池内反硝化去除硝态氮和亚硝态氮的菌种；第二部分回流到生物脱氮除磷系统的第一个池子或者生物脱氮除磷系统的最前端；第三部分作为剩余污泥送入污泥浓缩池，经污泥脱水处理后排出；第四部分送入侧流的预处理反应池，进行细胞的初步破壁后再进入侧流水解酸化池进行高效的水解和酸化生成碳源，之后再回流到主流的混合液发酵池进一步发酵生成更多的碳源；
预处理反应池的预处理方法采用加入氧化剂、酸、碱、氧化剂+酸、氧化剂+碱中的任一种，进行细胞初步破壁，其中，氧化剂为双氧水、次氯酸钠或臭氧，剂量为50-5000mg/L，加入盐酸或者硫酸把pH控制在2-7，加入碱把pH控制在7-12；
步骤2，从主流生物脱氮除磷系统的缺氧池回流(1％-150％)Q缺氧池污泥到主流混合液发酵池进水端，与污水厂进水混合，吸附进水中的容易降解的有机物，混合后进入主流混合液发酵池，缺氧池回流污泥和污水厂进水的混合模式采用水力混合模式或者机械搅拌模式；
步骤3，主流混合液发酵池生成的碳源部分直接在发酵池被利用去除进水中含有硝态氮和亚硝态氮，或者二沉池/膜池回流带回来的硝态氮和亚硝态氮，接着再和进水一起进入后续的生物脱氮除磷系统被利用以促进生物脱氮除磷的过程，同时实现碳源降耗。
2.根据权利要求1所述利用污水厂污泥资源化生成碳源的再利用方法，其特征在于，第四部分送入侧流预处理反应池的进行污泥预处理量为(2％-80％)Q，Q为进水流量。
3.根据权利要求1所述利用污水厂污泥资源化生成碳源的再利用方法，其特征在于，把二沉池回流污泥中的剩余污泥送入污泥浓缩池的时候，如果污水厂污泥浓缩池中的剩余污泥主要是生化污泥，把污泥浓缩池的浓缩好的准备送往污泥脱水处理的剩余生化污泥直接分流出1％-80％的剩余污泥的量到污泥预处理工艺段进行预处理；如果污泥浓缩池里的剩余污泥还含有前混凝工艺段或者深度处理工艺段的化学沉淀污泥，污泥浓缩池的剩余污泥直接送去脱水处理而不分流到污泥预处理工艺段进行预处理。
4.根据权利要求2或3所述利用污水厂污泥资源化生成碳源的再利用方法，其特征在于，污泥预处理工艺段的污泥固体浓度为0.2％-10％，浓度为质量体积比浓度。
5.根据权利要求1所述利用污水厂污泥资源化生成碳源的再利用方法，其特征在于，污泥预处理采用在预处理反应池中完成，预处理反应池的水力停留时间为0.1-24小时，反应池采用机械搅拌的模式，机械搅拌使用的搅拌器的功率3-30kw/1000m3；预处理工艺段需要的氧化剂、或者酸、或者碱通过加药泵加入反应池利用机械搅拌混合、或者加在管道利用管道混合器实现混合；如果药剂是加在管道利用管道混合器混合，管道后接混合反应池；如果加的只是酸或者碱，管道后接混合反应池、或者直接接水解酸化池。
6.根据权利要求5所述利用污水厂污泥资源化生成碳源的再利用方法，其特征在于，所述预处理反应池安装在线pH计以监控pH的变化，预处理工艺段采用连续运行模式或者序批次运行模式，如果序批次运行模式，运行1-12批次/天。
7.根据权利要求1所述利用污水厂污泥资源化生成碳源的再利用方法，其特征在于，所述侧流水解酸化池运行成连续完全混合式CSTR模式、或者连续推流式PFR模式、或者序批次SBR模式；序批次SBR模式运行1-12批次/天，侧流水解池的水力停留时间为0.2-5天；侧流水解酸化池安装推流器以保证混合均匀，推流器的功率是3-30kw/1000m3；侧流水解酸化池运行的温度为室温到70℃。
8.根据权利要求7所述利用污水厂污泥资源化生成碳源的再利用方法，其特征在于，所述侧流水解酸化池和污泥预处理反应池串联运行或做成一体化的设备而分隔成预处理段和水解酸化段，两个工艺段间用隔墙或者隔板隔开，侧流水解酸化池处理后的泥水混合液直接排到主流混合液发酵池。
9.根据权利要求1所述利用污水厂污泥资源化生成碳源的再利用方法，其特征在于，所述主流混合液发酵池设于主流生物脱氮除磷系统的前端，二沉池回流污泥中的(2％-60％)Q，Q为进水流量，回流到主流混合液发酵池进水端首先和污水厂进水混合，吸附进水中的容易降解的有机物，二沉池回流污泥和污水厂进水的混合模式直接采用水力混合模式或者机械搅拌模式；混合后进入主流混合液发酵池。
10.根据权利要求1所述利用污水厂污泥资源化生成碳源的再利用方法，其特征在于，所述主流混合液发酵池的水力停留时间为0.1-8h，主流混合液发酵池装有潜水推流器，推流器的功率为3-30kw/1000m3，主流混合液发酵池的推流器运行模式为间歇式搅拌，推流器的总的运行时间为0.1-6h/天以控制泥龄为2-60小时。
11.根据权利要求1所述利用污水厂污泥资源化生成碳源的再利用方法，其特征在于，如果是市政污水厂设计有初级沉淀池，直接把初级沉淀池改造成主流混合液发酵池；对于新建的污水厂，如果是处理非市政废水的污水厂需要利用预混凝工艺段去除一些难降解的COD，污水厂需要在初沉池后和生物脱氮除磷系统前新建主流混合液发酵池；如果是市政水污水厂，直接建设主流混合液发酵池取代初沉池，直接把初沉污泥和二沉池污泥，侧流水解酸化后的污泥混合在主流混合液发酵池进行发酵生成碳源，如果现有的污水厂没有多余的空地建造主流混合液发酵池，在厌氧池或者缺氧池隔离出一段池容改造成主流混合液发酵池。
12.根据权利要求1所述利用污水厂污泥资源化生成碳源的再利用方法，其特征在于，所述主流生物脱氮除磷系统为缺氧/好氧系统、或者厌氧/缺氧/好氧系统、或者厌氧/缺氧/好氧/缺氧/好氧系统、或者是有缺氧段和好氧段的氧化沟系统、或者是有厌氧段/缺氧段/好氧段的氧化沟系统、或者是多级缺氧/好氧系统、或者是厌氧+多级缺氧/好氧系统。
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