CN113336404A - 一种热水解污泥碳源开发的资源化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于污泥处理和资源化利用领域，公开了一种热水解污泥碳源开发的资源化方法。该方法包括：将污泥依次经过一次脱水、热水解、厌氧产酸发酵和二次脱水处理，得到滤液和污泥泥饼，对所述滤液依次进行滤液氨氮吹脱、滤液氨气吸收和滤液磷回收处理，得到包括碳源、氮源和磷源的产物。本发明的方法是为城镇污水处理厂生产高品质碳源和回收氮磷污染物而进行的全系统设计开发，实现了污泥中碳、氮和磷元素灵活高效资源化的利用。

Description

一种热水解污泥碳源开发的资源化方法
技术领域
本发明属于污泥处理和资源化利用领域，具体地，涉及一种热水解污泥碳源开发的资源化方法。
背景技术
随着污水处理厂的大量建设运行，每年至少产生6000万吨污泥，污泥的处理和处置问题成为社会关注的焦点。一方面，污泥处理或处置不当会造成严重的二次污染。另一方面，污泥中含有大量有机物是潜在的可再生资源，所以，需要最大化利用污泥中的资源，实现污泥的无害化、减量化、资源化利用。
城市污水处理厂进水碳源不足，无法满足生物脱氮除磷的碳源需求，往往需要额外投加乙酸钠、甲醇等碳源，增加了水厂的运行费用。然而，在污水处理过程中约有40％～60％的有机物流入到污泥系统。但是若将污泥中含有大量的难降解有机物以及氮和磷等无机污染物直接应用于污水处理过程，会增加污染物处理负荷。污泥经过热水解单元的高温高压作用实现污泥絮体解体、细胞破壁、物质溶解，释放更多的有机物。所以，热水解污泥是碳源开发工艺的基础。由于热水解污泥厌氧发酵过程中会产生大量的氨氮，发酵液无法直接作为碳源应用于污水处理过程。因此，热水解污泥碳源开发工艺系统重点是提高污泥中可降解的有机物产量和去除污泥中的氮和磷元素含量，实现在生产高品质的碳源的同时回收污泥中的氮和磷元素。因此，目前亟待提出一种新的热水解污泥碳源开发的资源化方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种热水解污泥碳源开发的资源化方法。本发明的方法是为城镇污水处理厂生产高品质碳源和回收氮磷污染物而进行的全系统设计开发，实现了污泥中碳、氮和磷元素灵活高效资源化的利用。
为了实现上述目的，本发明提供了一种热水解污泥碳源开发的资源化方法，该方法包括：将污泥依次经过一次脱水、热水解、厌氧产酸发酵和二次脱水处理，得到滤液和污泥泥饼，对所述滤液依次进行滤液氨氮吹脱、滤液氨气吸收和滤液磷回收处理，得到包括碳源、氮源和磷源的产物。
本发明的技术方案具有的有益效果如下：
本发明的方法是为城镇污水处理厂生产高品质碳源和回收氮磷污染物而进行的全系统设计开发，实现了污泥中碳、氮和磷元素灵活高效资源化的利用；开发的高品质碳源应用于污水处理过程，将污水区和污泥区有机结合，实现污水和污泥的协同联动，同时提高了生物脱氮除磷效率，降低出水超标风险，实现水厂的节能降耗。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了本发明提供的一种热水解污泥碳源开发的资源化方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明提供了一种热水解污泥碳源开发的资源化方法，该方法包括：将污泥依次经过一次脱水、热水解、厌氧产酸发酵和二次脱水处理，得到滤液和污泥泥饼，对所述滤液依次进行滤液氨氮吹脱、滤液氨气吸收和滤液磷回收处理，得到包括碳源、氮源和磷源的产物。
根据本发明，优选地，所述污泥为城镇污水处理厂在污水处理过程中产生的污泥。
根据本发明，优选地，所述污泥为城镇污水处理厂在污水处理过程中产生的初沉污泥、剩余污泥和化学污泥中的至少一种。
根据本发明，优选地，所述一次脱水处理包括将所述污泥的含水率由96％-99％降低至80％-85％。
根据本发明，优选地，所述一次脱水处理的设备为机械脱水设备，优选为离心式脱水机、叠螺式脱水机或板框压滤机。
根据本发明，优选地，所述热水解处理的反应温度为150℃-180℃；所述热水解处理的反应时间为30min-45min。
根据本发明，优选地，所述厌氧产酸发酵处理的设备为厌氧完全混合反应器(CSTR)；所述厌氧产酸发酵处理的反应温度为25℃-55℃；所述厌氧产酸发酵处理的反应时间为2-5d；所述厌氧产酸发酵处理得到的产物的含水率为92％-94％。
根据本发明，优选地，所述二次脱水处理的设备为机械脱水设备，优选为离心式脱水机、叠螺式脱水机或板框压滤机。
根据本发明，优选地，所述滤液氨氮吹脱处理的设备为吹脱塔；吹脱液为碱性溶液，优选为NaOH水溶液；气水比为2500:1-4500:1，单位为m3/m3；所述滤液氨氮吹脱处理的pH为10-12；所述滤液氨氮吹脱处理的反应时间为8-72h。
根据本发明，优选地，所述滤液氨气吸收处理的设备为吸收塔；吸收液为酸性溶液，优选为盐酸溶液或硫酸溶液；所述滤液氨气吸收处理的反应时间为1-2h；经所述滤液氨气吸收处理后得到所述氮源。
根据本发明，优选地，所述滤液磷回收处理的设备为SBR反应器；投加药剂为MgCl·6H2O；所述滤液磷回收处理的pH为8-10；所述滤液磷回收处理的反应时间为1-2h；经所述滤液磷回收处理后得到所述磷源和所述碳源。
以下通过实施例具体说明本发明。
实施例1
本实施例提供一种热水解污泥碳源开发的资源化方法，如图1所示，本实施例的污泥为某城镇污水处理厂在污水处理过程中产生的污泥，进泥量为1t干泥，含水率为97％。
将污泥首先进行一次脱水处理，含水率从97％降至80％，所述一次脱水处理的设备为离心式脱水机；
将经过一次脱水处理后的污泥进行热水解处理，所述热水解处理的反应温度为150℃，反应时间为45min；经热水解反应后，12.5m3污泥，含水率为92％，主要指标为：sCOD＝25000mg/L，VFA＝3000mg/L，sTN＝2000mg/L，NH4 +＝500mg/L，sTP＝80mg/L，PO4 3-＝25mg/L。
将经过热水解处理后的污泥进行厌氧产酸发酵处理，厌氧产酸发酵处理的设备为厌氧完全混合反应器(CSTR)；厌氧产酸发酵处理的反应温度为25℃，反应时间为4d；所述厌氧产酸发酵处理后的12.5m3污泥，含水率为94％，主要指标为：sCOD＝25000mg/L，VFA＝12500mg/L，sTN＝2000mg/L，NH4 +＝1500mg/L，sTP＝80mg/L，PO4 3-＝40mg/L。
将经过厌氧产酸发酵处理后的污泥进行二次脱水处理，即为固液分离，获得含水率85％的滤饼，8.8m3滤液，滤液的主要指标为：sCOD＝25000mg/L，VFA＝12500mg/L，sTN＝2000mg/L，NH4 +＝1500mg/L，sTP＝80mg/L，PO4 3-＝40mg/L。二次脱水处理的设备为离心式脱水机。
将二次脱水处理获得的8.8m3滤液进行滤液氨氮吹脱处理，滤液氨氮吹脱处理的设备为吹脱塔；吹脱液为NaOH水溶液；气水比为3000:1，单位为m3/m3；所述滤液氨氮吹脱处理的pH为11；所述滤液氨氮吹脱处理的反应时间为16h。8.8m3滤液经滤液氨氮吹脱处理后的主要指标为：sCOD＝25000mg/L，VFA＝12500mg/L，sTN＝650mg/L，NH4 +＝150mg/L，sTP＝80mg/L，PO4 3-＝40mg/L。通过吹脱单元后，产生0.016t氨气。
将0.016t氨气进行滤液氨气吸收处理，滤液氨气吸收处理的设备为吸收塔；吸收液为硫酸溶液；反应时间为1h；0.016t氨气经吸收得到氮源0.056t(NH4)2SO4。
将经滤液氨氮吹脱处理后的8.8m3滤液进行磷回收处理，磷回收处理的设备为SBR反应器；投加药剂为MgCl·6H2O；pH为9；反应时间为2h；经所述滤液磷回收处理后得到磷源0.002t MgNH4PO4·6H2O和8.8m3高品质碳源(C/N＝38)，主要参数为：sCOD＝25000mg/L，VFA＝15000mg/L，sTN＝650mg/L，NH4 +＝150mg/L，sTP＝48mg/L，PO4 3-＝8mg/L。实现污泥中N和P的资源化回收。
实施例2
本实施例提供一种热水解污泥碳源开发的资源化方法，如图1所示，本实施例的污泥为某城镇污水处理厂在污水处理过程中产生的污泥，进泥量为1t干泥，含水率为97％。
将污泥首先进行一次脱水处理，含水率从97％降至80％，所述一次脱水处理的设备为离心式脱水机；
将经过一次脱水处理后的污泥进行热水解处理，所述热水解处理的反应温度为160℃，反应时间为30min；经热水解反应后，10m3污泥，含水率为90％，主要指标为：sCOD＝30000mg/L，VFA＝4000mg/L，sTN＝2500mg/L，NH4 +＝650mg/L，sTP＝100mg/L，PO4 3-＝30mg/L。
将经过热水解处理后的污泥进行厌氧产酸发酵处理，厌氧产酸发酵处理的设备为厌氧完全混合反应器(CSTR)；厌氧产酸发酵处理的反应温度为35℃，反应时间为3d；所述厌氧产酸发酵处理后的10m3污泥，含水率为94％，主要指标为：sCOD＝30000mg/L，VFA＝15000mg/L，sTN＝2500mg/L，NH4 +＝2000mg/L，sTP＝100mg/L，PO4 3-＝50mg/L。
将经过厌氧产酸发酵处理后的污泥进行二次脱水处理，即为固液分离，获得含水率85％的滤饼，7m3滤液，滤液的主要指标为：sCOD＝30000mg/L，VFA＝15000mg/L，sTN＝2500mg/L，NH4 +＝2000mg/L，sTP＝100mg/L，PO4 3-＝50mg/L。二次脱水处理的设备为离心式脱水机。
将二次脱水处理获得的7m3滤液进行滤液氨氮吹脱处理，滤液氨氮吹脱处理的设备为吹脱塔；吹脱液为NaOH水溶液；气水比为3500:1，单位为m3/m3；所述滤液氨氮吹脱处理的pH为11；所述滤液氨氮吹脱处理的反应时间为24h。8.8m3滤液经滤液氨氮吹脱处理后的主要指标为：sCOD＝30000mg/L，VFA＝15000mg/L，sTN＝700mg/L，NH4 +＝200mg/L，sTP＝100mg/L，PO4 3-＝50mg/L。通过吹脱单元后，产生0.017t氨气。
将0.017t氨气进行滤液氨气吸收处理，滤液氨气吸收处理的设备为吸收塔；吸收液为硫酸溶液；反应时间为1h；0.017t氨气经吸收得到氮源0.059t(NH4)2SO4。
将经滤液氨氮吹脱处理后的7m3滤液进行磷回收处理，磷回收处理的设备为SBR反应器；投加药剂为MgCl·6H2O；pH为10；反应时间为1h；经所述滤液磷回收处理后得到磷源0.002t MgNH4PO4·6H2O和7m3高品质碳源(C/N＝38)，主要参数为：sCOD＝30000mg/L，VFA＝15000mg/L，sTN＝700mg/L，NH4 +＝200mg/L，sTP＝60mg/L，PO4 3-＝10mg/L。实现污泥中N和P的资源化回收。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种热水解污泥碳源开发的资源化方法，其特征在于，该方法包括：将污泥依次经过一次脱水、热水解、厌氧产酸发酵和二次脱水处理，得到滤液和污泥泥饼，对所述滤液依次进行滤液氨氮吹脱、滤液氨气吸收和滤液磷回收处理，得到包括碳源、氮源和磷源的产物。
2.根据权利要求1所述的热水解污泥碳源开发的资源化方法，其中，所述污泥为城镇污水处理厂在污水处理过程中产生的污泥。
3.根据权利要求2所述的热水解污泥碳源开发的资源化方法，其中，所述污泥为城镇污水处理厂在污水处理过程中产生的初沉污泥、剩余污泥和化学污泥中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的热水解污泥碳源开发的资源化方法，其中，
所述一次脱水处理包括将所述污泥的含水率由96％-99％降低至80％-85％；
所述一次脱水处理的设备为机械脱水设备，优选为离心式脱水机、叠螺式脱水机或板框压滤机。
5.根据权利要求1所述的热水解污泥碳源开发的资源化方法，其中，所述热水解处理的反应温度为150℃-180℃；所述热水解处理的反应时间为30min-45min。
6.根据权利要求1所述的热水解污泥碳源开发的资源化方法，其中，所述厌氧产酸发酵处理的设备为厌氧完全混合反应器；所述厌氧产酸发酵处理的反应温度为25℃-55℃；所述厌氧产酸发酵处理的反应时间为2-5d；所述厌氧产酸发酵处理得到的产物的含水率为92％-94％。
7.根据权利要求1所述的热水解污泥碳源开发的资源化方法，其中，所述二次脱水处理的设备为机械脱水设备，优选为离心式脱水机、叠螺式脱水机或板框压滤机。
8.根据权利要求1所述的热水解污泥碳源开发的资源化方法，其中，所述滤液氨氮吹脱处理的设备为吹脱塔；吹脱液为碱性溶液，优选为NaOH水溶液；气水比为2500:1-4500:1，单位为m3/m3；所述滤液氨氮吹脱处理的pH为10-12；所述滤液氨氮吹脱处理的反应时间为8-72h。
9.根据权利要求1所述的热水解污泥碳源开发的资源化方法，其中，所述滤液氨气吸收处理的设备为吸收塔；吸收液为酸性溶液，优选为盐酸溶液或硫酸溶液；所述滤液氨气吸收处理的反应时间为1-2h；经所述滤液氨气吸收处理后得到所述氮源。
10.根据权利要求1所述的热水解污泥碳源开发的资源化方法，其中，所述滤液磷回收处理的设备为SBR反应器；投加药剂为MgCl·6H2O；所述滤液磷回收处理的pH为8-10；所述滤液磷回收处理的反应时间为1-2h；经所述滤液磷回收处理后得到所述磷源和所述碳源。
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