CN114772886A - 一种剩余污泥全量反硝化脱氮的方法 - Google Patents

一种剩余污泥全量反硝化脱氮的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种剩余污泥全量反硝化脱氮的方法，通过浓缩或稀释方式将剩余污泥的含水率调节至特定程度，随后送至热解工段，并控制热解温度、反应时间、碱投加量、钙盐投加量进行热解反应，热解反应完成后，将处理后的泥水混合物作为碳源直接投加至反硝化沉淀池，反硝化沉淀池的运行需要根据具体情况控制泥水混合物的投加量、反硝化沉淀池剩余污泥的排出量和排出时间间隔。本发明充分利用了污泥固相和液相中的易降解有机质强化生物脱氮，进一步实现了污泥的生物减量，并且通过严格控制污泥含水率，减少了所需热解的污泥体积，有利于解决热传质效率低和热量输入高带来的费用问题。

Description

一种剩余污泥全量反硝化脱氮的方法
技术领域
本发明属于环境保护和节能技术领域，特别涉及一种剩余污泥全量反硝化脱氮的方法。
背景技术
随着我国城市化发展水平的提高，污水的处理量逐年递增，同时也带来了污泥处理处置的环境问题。据估算，2025年我国剩余污泥的产量将达到6000～8000万吨(80％含水率)。污泥的处置成本一般占污水处理厂运行成本的20％～50％。因此，采取经济合理的方式对剩余污泥进行处理处置很有必要。
污泥的资源化利用是现阶段污泥处理处置领域的重点研究方向。其中，污泥热水解技术因其成本较低、操作简单等优势应用前景广阔。目前，国内外采取物化手段处理剩余污泥的重点都聚焦于获取的液体碳源。事实上，处理后的污泥固相中仍存在大量有机质。如果只考虑污泥热解的液体碳源，那么剩余污泥固相中残留的有机碳源未能得到充分的利用且极易产生二次污染。
因此，发明一种剩余污泥全量反硝化脱氮的方法来解决上述问题很有必要。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种剩余污泥全量反硝化脱氮的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种剩余污泥全量反硝化脱氮的方法，包括以下步骤：
S1：收集水厂生化反应工段的硝化液，一部分加入至反硝化池内部进行反硝化处理，另一部分加入至反硝化沉淀池内部进行后续处理；
S2：进入反硝化池内部的硝化液进行反硝化处理后，产生的规格水进入下一水处理构筑物程序，产生的剩余污泥进行收集；
S3：将步骤S2收集的剩余污泥通过浓缩或稀释方式调节含水率调节至特定程度，随后送至热解工段；
S4：剩余污泥进入热水解反应阶段后，控制剩余污泥的含水率、热解温度、反应时间、碱投加量、钙盐投加量，直至热解反应完成，产生泥水混合物；
S5：热解反应完成后，将处理后的泥水混合物作为碳源直接投加至反硝化沉淀池，与步骤S1进入反硝化沉淀池内部的硝化液进行反应，并且控制热解污泥的投加量、反硝化沉淀池剩余污泥的排出量和排出时间间隔，最终通过热解的手段在反硝化沉淀内实现剩余污泥作为可利用碳源的全量反硝化；
S6：将步骤S5中反硝化后的剩余污泥进行固液分离，分离出的液体作为上清液加入至反硝化池中，分离出的固体压制成污泥泥饼外运处理。
进一步的，所述步骤S3中剩余污泥含水率控制在75-90％，步骤S4中热解反应阶段的污泥含水率控制在90-92％。
进一步的，所述步骤S4中碱投放后的热解温度控制在70-90℃，反应的时间控制在0.5-1.5h。
进一步的，所述步骤S4中碱投加量是采用氢氧化钠将热水解反应器内的污泥溶液pH调节至12-13为依据，且投加量为0.15-0.25gNaOH/gVS。
进一步的，所述步骤S4中钙盐投加量按照摩尔比OH-：Ca2+＝2:1作为依据，且投加量为0.2-0.35gCaCl2/gVS或0.1-0.175gCaO/VS。
进一步的，所述反硝化沉淀池是以具有反硝化功能的活性污泥为主体的反应器，其同时具有反硝化脱氮反应和泥水沉淀分离的功能，且反硝化沉淀池的进水是生化工段富含硝态氮的硝化液。
进一步的，所述步骤S5中的碳源其投加量依据于每公斤剩余污泥(有机质干重)经过热碱解后得到的污泥混合液可以用于废水中0.01-0.03公斤硝态氮去除。
进一步的，所述反硝化沉淀池的剩余污泥的排出量按照污泥停留时间为20-60天进行控制，每次剩余污泥的排出时间间隔为5-15天。
本发明的技术效果和优点：
1、本发明在保证处理效果和不影响后续处理工艺的前提下严格控制较低含水率的污泥进入热水解反应阶段，这充分减少了所需热解的污泥体积，有利于解决热传质效率低和热量输入高带来的费用问题。
2、本发明提出的剩余污泥全量反硝化脱氮的方法相比于热碱解液作为补充碳源的传统方法，它是将处理后的污泥混合液全部投入至反硝化沉淀池，这样减少了污泥脱水工序，一定程度上可以节约处理成本。
3、本发明提出了剩余污泥全量反硝化脱氮的方法，通过加药热解的方式充分裂解释放了污泥颗粒内部的有机质，极大程度地利用了胞内、胞外有机物作为碳源用于生物脱氮反应，从而最大化实现了污泥中碳源的资源化利用。
4、本发明提出的剩余污泥全量反硝化脱氮的方法不仅能够充分利用释放到热解液中碳源，还可以充分利用污泥固相中的易降解有机质。这样不仅极大程度地利用了污泥中的有机质，而且还将进一步实现污泥的生物减量。
5、本发明提出反硝化沉淀池作为单独的生物脱氮单元可以用作水厂处理工艺中补充脱氮工艺，其不仅可以实现工艺中回流硝化液的脱氮处理，还可以实现污泥的进一步减量。
6、本发明提出的污泥处理方法在热碱处理的作用下可以实现较好的污泥中病原微生物及寄生虫卵的灭活效果，相比于其余的污泥处理处置方法具有更高的污泥稳定化和无害化程度。此外，这种剩余污泥全量反硝化脱氮的方式还极大程度地实现了污泥的减量化和资源化利用。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书和附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明污泥全量处理流程图；
图2为裂解液的BOD5/COD(B/C)比值情况示意图；
图3为裂解液的反硝化效果示意图；
图4为裂解液反硝化的碳源利用情况示意图；
图5为反应器出水COD情况示意图；
图6为反应器出水总氮情况示意图；
图7为反应器出水硝态氮情况示意图；
图8为反应器出水氨氮情况示意图；
图9为反应器污泥浓度变化情况示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例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。
实施案例1
本发明提出的是一种剩余污泥全量反硝化脱氮的方法，案例1将从裂解液的角度，利用处理后脱水所得的裂解液作为碳源以分析其实际可利用性；具体实验方法如下：
(1)检测待处理剩余污泥的含水率，并将其调节至90％含水率；
(2)药剂投加量如下表1所示；将药剂与污泥充分混合后，马上用保鲜膜密封烧杯，并将其放入90℃水浴加热锅中热解1h；
(3)热解反应完成后，将热解污泥离心脱水以得到相应裂解液，并检测其BOD5/COD比值；
(4)利用所得的裂解液进行反硝化活性实验；实验在一个500mL的烧杯内进行，通过控制裂解液投加量，保持反应初始COD为180mg/L，另投加硝酸钠保持初始硝态氮浓度为30mg/L，实验的污泥浓度控制为2g VS/L；水样用0.45μm的滤膜过滤后检测滤后水样中硝态氮和亚硝态氮的浓度之和(NOX --N)的变化过程；实验持续至硝态氮和亚硝态氮浓度之和不再发生明显变化为止；
案例1实施结果如图2、图3、图4所示；从BOD5/COD比值结果可以看到，在添加有钙离子作用后，裂解液的B/C比均有30％-50％的提升，其中在OH-：Ca2+＝1.2:1～2:1之间具有最高的B/C比值，约为0.45，故在此范围内裂解液理应具有最好的活性效果；由反硝化实验结果也可以看到，同样在OH-：Ca2+＝1.2:1～2:1之间，反硝化脱氮效果达到最好，反应最后所剩余的COD含量也仅为30％左右；另外，经过实验检测，OH-：Ca2+＝2:1的实验组的裂解液仅含有8-9mg/lTP和约20mg/l的氨氮，其裂解液的COD：N：P≈400：2.5：1，其作为碳源并不会带来明显额外的氮磷污染，是具有作为碳源的可利用性的；所以综合来看，OH-：Ca2+＝2:1的实验组的处理更加经济合理。
由离心脱水后的湿重减少比例可估算，1吨90％泥大约可得到约520kg裂解液；考虑到裂解液本身带入的氨氮等污染，经过校核，每
表1实验药剂投加量表
Figure BDA0003559837720000061
千克裂解液的净脱氮量约为1.15g，若按反应所需C/N＝4估计，则每千克裂解液的净生化COD约为4.6g；若按照每吨污水中含有30mg/l硝态氮且将其完全去除来计算，由每千克裂解液的净脱氮量可以估计，该裂解液部分可以用于6.7吨污水的净脱氮作用。
实施案例2
本发明提出的是一种剩余污泥全量反硝化脱氮的方法，案例2将从处理后脱水污泥的角度，利用处理后脱水所得的污泥作为碳源以分析其实际可利用性；具体实验方法如下：
(1)实验设置两组SBR反应器，每个反应器有效容积为9L，设置反应周期为12h(进水搅拌1h、缺氧8h、沉淀2h、出水闲置1h)，每个周期的进、出水量均为3L；
(2)两组的运行条件如下:
a.空白组：碳源采用乙酸钠，每周期投加乙酸钠2.30g，保证进水的理论COD值为600mg/l；硝态氮采用KNO3配置，保证进水的理论硝态氮值为100mg/l；此外进水配置400mg/l的NaHCO3以实现缓冲和维持pH的目的；
b.实验组：碳源采用碱钙处理组(90％污泥在90℃下热解1h，加药量为0.2gNaOH/gVS、0.28g CaCl2/g VS，即OH-：Ca2+＝2:1)的脱水污泥，每个周期投加脱水污泥28g(按照理论估计1gVS≈0.8gCOD，进水COD约为600mg/l)；硝态氮采用KNO3配置，保证进水的理论硝态氮值为100mg/l；此外进水配置400mg/l的NaHCO3以实现缓冲和维持pH的目的；
(3)两个反应器均正常运行30个周期以保证反应器运行效果稳定，30个周期后停止加药加泥；
(4)实验定期取得反应器的出水水样，检测空白组和实验组的出水中的COD、硝态氮、氨氮等指标；实验中还定期取得两个反应器中的混合均匀的污泥以检测污泥浓度变化情况；
案例2的实施结果如图5、图6、图7、图8、图9所示；从整体脱氮性能来看，乙酸钠组的脱氮率几乎为百分之百，说明实验所用的活性污泥具有极强的反硝化活性；实验组(碱钙处理污泥组)在稳定后每个周期约有11.15mg/L的硝态氮去除效果，若按反应所需C/N＝4估计，则该脱水污泥每克VS约有可生化COD 63.40mg；但是由于本身带入的氨氮污染，经过校核，从最后的总氮去除效果来看，实验组(碱钙处理污泥组)在稳定后每个周期仍约有7.85mg/L的净脱氮效果，若按反应所需C/N＝4估计，则该脱水污泥每克VS约有净生化COD44.64mg；这说明该泥中存在具有一定可利用性的有机质，若提升污泥投加量可以进一步提高脱氮率；从30个周期后停止加泥的的效果来看，实验组在短期内仍然具有一定脱氮效果，并且其反应器内的VS、TS含量确实存在一定下降的趋势，这说明存在一定的污泥生物降解作用；
由离心脱水后的湿重减少比例可估算，1吨90％泥大约可得到约480kg脱水污泥；若按照每吨污水中含有30mg/l硝态氮且将其完全去除来计算，由每克VS的净脱氮量可以估计，该脱水污泥部分可以用于13.4吨污水的净脱氮作用。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种剩余污泥全量反硝化脱氮的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：收集水厂生化反应工段的硝化液，一部分加入至反硝化池内部进行反硝化处理，另一部分加入至反硝化沉淀池内部进行后续处理；
S2：进入反硝化池内部的硝化液进行反硝化处理后，产生的规格水进入下一水处理构筑物程序，产生的剩余污泥进行收集；
S3：将步骤S2收集的剩余污泥通过浓缩或稀释方式调节含水率调节至特定程度，随后送至热解工段；
S4：剩余污泥进入热水解反应阶段后，控制剩余污泥的含水率、热解温度、反应时间、碱投加量、钙盐投加量，直至热解反应完成，产生泥水混合物；
S5：热解反应完成后，将处理后的泥水混合物作为碳源直接投加至反硝化沉淀池，与步骤S1进入反硝化沉淀池内部的硝化液进行反应，并且控制热解污泥的投加量、反硝化沉淀池剩余污泥的排出量和排出时间间隔，最终通过热解的手段在反硝化沉淀内实现剩余污泥作为可利用碳源的全量反硝化；
S6：将步骤S5中反硝化后的剩余污泥进行固液分离，分离出的液体作为上清液加入至反硝化池中，分离出的固体压制成污泥泥饼外运处理。
2.根据权利要求1所述的一种剩余污泥全量反硝化脱氮的方法，其特征在于：所述步骤S3中剩余污泥含水率控制在75-90%，步骤S4中热解反应阶段的污泥含水率控制在90-92%。
3.根据权利要求1所述的一种剩余污泥全量反硝化脱氮的方法，其特征在于：所述步骤S4中碱投放后的热解温度控制在70-90℃，反应的时间控制在0.5-1.5h。
4.根据权利要求1所述的一种剩余污泥全量反硝化脱氮的方法，其特征在于：所述步骤S4中碱投加量是采用氢氧化钠将热水解反应器内的污泥溶液pH调节至12-13为依据，且投加量为0.15-0.25gNaOH/gVS。
5.根据权利要求1所述的一种剩余污泥全量反硝化脱氮的方法，其特征在于：所述步骤S4中钙盐投加量按照摩尔比OH-：Ca2+=2:1作为依据，且投加量为0.2-0.35gCaCl2/gVS或0.1-0.175gCaO/VS。
6.根据权利要求1所述的一种剩余污泥全量反硝化脱氮的方法，其特征在于：所述反硝化沉淀池是以具有反硝化功能的活性污泥为主体的反应器，其同时具有反硝化脱氮反应和泥水沉淀分离的功能，且反硝化沉淀池的进水是生化工段富含硝态氮的硝化液。
7.根据权利要求1所述的一种剩余污泥全量反硝化脱氮的方法，其特征在于：所述步骤S5中的碳源其投加量依据于每公斤剩余污泥（有机质干重）经过热碱解后得到的污泥混合液可以用于废水中0.01-0.03公斤硝态氮去除。
8.根据权利要求1所述的一种剩余污泥全量反硝化脱氮的方法，其特征在于：所述反硝化沉淀池的剩余污泥的排出量按照污泥停留时间为20-60天进行控制，每次剩余污泥的排出时间间隔为5-15天。
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