CN114477676A - 一种污泥脱水性能强化提升耦合氮磷回收的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种污泥脱水性能强化提升耦合氮磷回收的方法，包括：S1、对消化污泥进行pH的调节；S2、通过向步骤S1处理过的污泥中投加磷酸钠，产生盐析效应使污泥中持水性蛋白质沉积在固相中；S3、进行脱水使得污泥固液分离；S4、调节分离得到液相的氮磷比，投加镁盐使氮磷以Mg(NH4)[PO4]·6H2O晶体形式同步回收，分离得到的固相进行磷形态与重金属形态测定，评估其环境风险，进行土地利用。根据本发明，可使液相中的氮磷以Mg(NH4)[PO4]·6H2O晶体形式同步回收，降低污泥后续土地利用的二次污染风险，形成脱水性能提升、氮磷营养盐回收和重金属洗脱的一体化污泥处理。

Description

一种污泥脱水性能强化提升耦合氮磷回收的方法
技术领域
本发明涉及厌氧消化污泥处理的技术领域，特别涉及一种污泥脱水性能强化提升耦合氮磷回收的方法。
背景技术
目前随着工业和农业的迅速发展，生活中产生的污水急剧增加，对于污水的处理方式多种多样，其中最常见的处理方法就是生物处理方法，微生物处理污水主要通过代谢和同化两个方面的作用，代谢就是通过代谢作用将污染物转化为无污染或污染轻的物质，同时产生维持生命活动所需的能量和营养，同化则是利用水体中的污染物质进行自身的生长繁殖，将这些污染物质固定在细胞当中，这类物质主要包括有机物如蛋白质和糖类等，以及微生物所需的营养盐等。随着污水的处理量越来越多，污泥的产量大幅度的增加，污泥主要是由微生物以及伴随着它们的生命活动所产生的代谢产物所组成的，其有机物的含量非常高，其他的各类污染物如氨氮与磷这类营养盐和重金属离子的含量也很高。因此，在污水处理之后，污泥应当如何处理俨然成为一个新的问题，污泥处理要达到稳定化、减量化和无害化的目的。
由于污泥的有机物含量非常高，所以一般用厌氧消化的方法达到污泥稳定化，在无氧条件下，由兼性菌和厌氧细菌将污泥中的可生物降解的有机物分解成二氧化碳、甲烷和水等，其机理可分为三个阶段。第一阶段为水解酸化阶段，污泥中的非水溶性高分子有机物，如碳水化合物、蛋白质、脂肪、纤维素等在微生物水解酶的作用下水解成溶解性的物质；水解后的物质在兼性菌和厌氧菌的作用下，转化成短链脂肪酸，如乙酸、丙酸、丁酸等，还有乙醇、二氧化碳。第二阶段为乙酸化阶段，乙酸菌将水解酸化产物，有机物、乙醇等转变为乙酸。第三阶段为产甲烷阶段，在这一过程中，甲烷菌将乙酸(CH3COOH)和H2、CO2转化为甲烷。
污泥经过厌氧消化稳定后，因为含水率依然维持在较高的水平，所以污泥的体积还是非常大的，对于污泥的后续处理和运输都非常不利，并且会增加很多不必要的成本，因此要对要对消化污泥进行脱水，实现污泥减量。找到一种高效低成本的提高污泥脱水性能的方法，对于污泥脱水来说至关重要。同时，污泥经厌氧消化后去除的主要是有机物，像上述的氨氮和磷这类的营养盐以及重金属依然留存其中，如何处理这部分污染物，对消化污泥的处理与处置非常关键。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种污泥脱水性能强化提升耦合氮磷回收的方法，可使液相中的氮磷以Mg(NH4)[PO4]·6H2O晶体形式同步回收，降低污泥后续土地利用的二次污染风险，形成脱水性能提升、氮磷营养盐回收和重金属洗脱的一体化污泥处理。为了实现本发明的上述目的和其他优点，提供了一种污泥脱水性能强化提升耦合氮磷回收的方法，包括：
S1、对消化污泥进行pH的调节；
S2、通过向步骤S1处理过的污泥中投加Na3PO4，产生盐析效应使污泥中持水性蛋白质沉积在固相中；
S3、进行脱水使得污泥固液分离；
S4、将分离得到液相进行调节氮磷比，使得氮磷以Mg(NH4)[PO4]·6H2O晶体形式同步回收，分离得到的固相进行磷形态与重金属形态测定，评估其环境风险，进行土地利用。
优选的，所述步骤S1中通过加入酸使得污泥的pH降低，提升污泥脱水性能的同时强化污泥固相中磷向液相释放。
优选的，投加的酸的种类为硫酸，浓度为1～5％，污泥酸化后的pH为2～7，酸投加量可根据污泥碱度和相应pH下的污泥脱水性能确定。
优选的，步骤S2中所需投加的盐根据投加后产生的盐析效果选择投加Na3PO4。
优选的，步骤S4中脱水液氮磷回收，应测定污泥脱水后产生的液相中的氨氮和磷的含量，按照氨氮和磷摩尔比1:1的比例投加(NH4)2SO4。
优选的，所述脱水液氮磷回收，投加的镁盐为MgCl2或MgSO4，其中磷和镁摩尔比为0.9:1，按照一定条件进行搅拌，生成Mg(NH4)[PO4]·6H2O晶体，实现液相中的氮磷同步回收，并且Mg(NH4)[PO4]·6H2O晶体可以作为肥料使用。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：投加酸使污泥pH降低，中和污泥碱度，降低污泥亲水性、提高污泥脱水性能的同时，强化污泥固相中磷向液相释放；向酸化污泥再投加Na3PO4，通过盐析作用，使污泥中持水性蛋白质沉积在固相中，可进一步提高污泥的脱水性能；此外，盐析过程投加的Na3PO4可调节污泥固液分离后脱除水中的氮磷比，适当补充Na3PO4或(NH4)2SO4后，即可使液相中的氮磷以Mg(NH4)[PO4]·6H2O晶体形式同步回收，使氨氮和磷的去除率均为90％以上，达到污泥脱水调理耦合最小化沼液处理需求的工艺目的，将污泥脱水调理由物料消耗型工艺转变为资源回收型工艺；同时，酸性调节还可强化溶出污泥中的重金属，降低污泥后续土地利用的二次污染风险，形成脱水性能提升、氮磷营养盐回收和重金属洗脱的一体化污泥处理处置工艺方案。
附图说明
图1为根据本发明的污泥脱水性能强化提升耦合氮磷回收的方法的流程图。
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。
参照图1，一种污泥脱水性能强化提升耦合氮磷回收的方法，包括：S1、对消化污泥进行pH的调节；
S2、通过向步骤S1处理过的污泥中投加Na3PO4，进行盐析使污泥中持水性蛋白质沉积在固相中，向酸化污泥再投加Na3PO4，通过盐析作用，使污泥中持水性蛋白质沉积在固相中，可进一步提高污泥的脱水性能；此外，盐析过程投加的Na3PO4可调节污泥固液分离后脱除水中的氮磷比，适当补充Na3PO4或(NH4)2SO4平衡氮磷比后，投加镁盐即可使液相中的氮磷以Mg(NH4)[PO4]·6H2O晶体形式同步回收，达到污泥脱水调理耦合最小化沼液处理需求的工艺目的；同时，酸性调节还可强化溶出污泥中的重金属，降低污泥后续土地利用的二次污染风险，形成脱水性能提升、氮磷营养盐回收和重金属洗脱的一体化污泥处理处置工艺方案，盐析所需投加的盐根据投加后产生的盐析效果选择投加Na3PO4，如果投加的盐为Na3PO4，在投加量达到饱和溶解度的50％以上时可有效提高脱水性能，这还可以减少液相调节氮磷比时所需投加的磷酸盐的含量，所述盐析后污泥的脱水方式可根据污泥的性质、所需脱除水分的量以及经济效益，确定采用离心脱水或压滤脱水方式；
S3、进行脱水使得污泥固液分离；
S4、将分离得到液相进行调节氮磷比，投加镁盐使得氮磷以Mg(NH4)[PO4]·6H2O晶体形式同步回收，分离得到的固相进行磷形态与重金属形态测定，评估其环境风险，进行土地利用。
进一步的，所述步骤S1中通过加入酸使得污泥的pH降低，强化污泥固相中磷向液相释放，中和污泥碱度，降低污泥亲水性、提高污泥脱水性能的同时，强化污泥固相中磷向液相释放。
进一步的，投加的酸的种类为硫酸，浓度为1～5％，污泥酸化后的pH为2～7，酸投加量可根据污泥碱度和相应pH下的污泥脱水性能确定。
进一步的，步骤S2中所需投加的盐可以根据投加后产生的盐析效果选择投加Na3PO4。
进一步的，步骤S4中脱水液氮磷回收，应测定污泥脱水后产生的液相中的氨氮和磷的含量，按照氨氮和磷摩尔比1:1的比例投加(NH4)2SO4。
进一步的，所述脱水液氮磷回收，投加的镁盐为MgCl2或MgSO4，其中磷和镁摩尔比为0.9:1，按照一定条件进行搅拌，生成Mg(NH4)[PO4]·6H2O晶体，实现液相中的氮磷同步回收，并且Mg(NH4)[PO4]·6H2O晶体可以作为肥料使用。
实施例，包括以下步骤：S1.利用1％～5％的硫酸调节污泥pH至2～7；
S2.将所需的酸投加到污泥处理的构筑物中，搅拌使酸在污泥中均匀分布，充分反应；
S3.将Na3PO4投加到与酸充分反应的酸化污泥中，并搅拌均匀，使盐充分溶解到污泥中，Na3PO4投加量为其液相溶解度的50％～100％；
S4.使用污泥脱水装置加酸加盐处理后的污泥进行脱水，将分离出的液相引入到反应装置内做进一步处理；
S5.测定污泥脱水后产生的液相中的氨氮和磷的含量，按照氨氮与磷摩尔比1:1的比例，计算出所需投加(NH4)2SO4的量，向反应装置中投加磷酸盐，并搅拌均匀；
S6.继续向液相中的投加镁盐，进行搅拌，生成Mg(NH4)[PO4]·6H2O晶体，实现液相中的氨氮同步去除。
实施例1上海某污水厂污泥脱水性能提升耦合氮磷回收
利用5％的硫酸调节污泥pH至2；将所需的酸投加到污泥处理的构筑物中，搅拌使酸在污泥中均匀分布，充分反应；将Na3PO4投加到与酸充分反应的酸化污泥中，并搅拌均匀，使盐充分溶解到污泥中，Na3PO4投加量为其液相溶解度的50％；经测试，调理后污泥结合水含量较原污泥降低42％；使用污泥脱水装置加酸加盐处理后的污泥进行脱水，将分离出的液相引入到某个反应装置内做进一步处理；测定污泥脱水后产生的液相中的氨氮和磷的含量分别为2837.3mg/L和257.34mg/L，按照氨氮与磷摩尔比1:1的比例，计算出所需投加(NH4)2SO4的量为0.0469mol/L，向反应装置中投加(NH4)2SO4并搅拌均匀；继续向液相中的投加镁盐0.3324mol/L，按照一定条件进行搅拌，生成Mg(NH4)[PO4]·6H2O晶体，实现液相中的氨氮同步去除，最终氨氮、磷浓度分别降低至105.7mg/L和28.6736mg/L。
实施例2湖南某污水厂污泥脱水性能提升耦合氮磷回收
利用1％的硫酸调节污泥pH至5；将所需的酸投加到污泥处理的构筑物中，搅拌使酸在污泥中均匀分布，充分反应；将Na3PO4投加到与酸充分反应的酸化污泥中，并搅拌均匀，使盐充分溶解到污泥中，Na3PO4投加量为其液相溶解度的100％；经测试，调理后污泥结合水含量较原污泥降低55.79％；使用污泥脱水装置加酸加盐处理后的污泥进行脱水，将分离出的液相引入到某个反应装置内做进一步处理；测定污泥脱水后产生的液相中的氨氮和磷的含量分别为2612.42mg/L和236.39mg/L，按照氨氮与磷摩尔比1:1的比例，计算出所需投加(NH4)2SO4的量为0.2594mol/L，向反应装置中投加(NH4)2SO4并搅拌均匀；继续向液相中的投加镁盐0.7837mol/L，按照一定条件进行搅拌，生成Mg(NH4)[PO4]·6H2O晶体，实现液相中的氨氮同步去除，最终氨氮、磷浓度分别降低至156.298mg/L和24.5894mg/L。
实施例3厦门某污水厂污泥脱水性能提升耦合氮磷回收
利用3％的硫酸调节污泥pH至7；将所需的酸投加到污泥处理的构筑物中，搅拌使酸在污泥中均匀分布，充分反应；将Na3PO4投加到与酸充分反应的酸化污泥中，并搅拌均匀，使盐充分溶解到污泥中，Na3PO4投加量为其液相溶解度的70％；经测试，调理后污泥结合水含量较原污泥降低58.34％；使用污泥脱水装置加酸加盐处理后的污泥进行脱水，将分离出的液相引入到某个反应装置内做进一步处理；测定污泥脱水后产生的液相中的氨氮和磷的含量分别为2687.38mg/L和263.14mg/L，按照氨氮与磷摩尔比1:1的比例，计算出所需投加(NH4)2SO4的量为0.1414mol/L，向反应装置中投加磷酸盐，并搅拌均匀；继续向液相中的投加镁盐0.5276mol/L，按照一定条件进行搅拌，生成Mg(NH4)[PO4]·6H2O晶体，实现液相中的氨氮同步去除，最终氨氮、磷浓度分别降低至186.282mg/L和23.0011mg/L。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的，对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种污泥脱水性能强化提升耦合氮磷回收的方法，其特征在于，包括：
S1、对消化污泥进行pH的调节；
S2、通过向步骤S1处理过的污泥中投加Na3PO4，产生盐析效应使污泥中持水性蛋白质沉积在固相中；
S3、进行脱水使得污泥固液分离；
S4、将分离得到液相进行调节氮磷比，使得氮磷以Mg(NH4)[PO4]·6H2O晶体形式同步回收，分离得到的固相进行磷形态与重金属形态测定，评估其环境风险，进行土地利用。
2.如权利要求1所述的一种污泥脱水性能强化提升耦合氮磷回收的方法，其特征在于，所述步骤S1中通过加入酸使得污泥的pH降低，提升污泥脱水性能的同时强化污泥固相中磷向液相释放。
3.如权利要求2所述的一种污泥脱水性能强化提升耦合氮磷回收的方法，其特征在于，投加的酸的种类为硫酸，浓度为1～5％，污泥酸化后的pH为2～7，酸投加量可根据污泥碱度和相应pH下的污泥脱水性能确定。
4.如权利要求1所述的一种污泥脱水性能强化提升耦合氮磷回收的方法，其特征在于，步骤S2中所需投加的盐根据投加后产生的盐析效果选择投加Na3PO4。
5.如权利要求4所述的一种污泥脱水性能强化提升耦合氮磷回收的方法，其特征在于，步骤S4中脱水液氮磷回收，应测定污泥脱水后产生的液相中的氨氮和磷的含量，按照氨氮和磷摩尔比1:1的比例投加硫酸铵。
6.如权利要求5所述的一种污泥脱水性能强化提升耦合氮磷回收的方法，其特征在于，所述脱水液氮磷回收，投加的镁盐为MgCl2或MgSO4，其中磷和镁摩尔比为0.9:1，按照一定条件进行搅拌，生成Mg(NH4)[PO4]·6H2O晶体，实现液相中的氮磷同步回收，并且Mg(NH4)[PO4]·6H2O晶体可以作为肥料使用。
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