CN115417567A - 一种基于碳源回用且脱水性能稳定的剩余污泥水解酸化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于碳源回用且脱水性能稳定的剩余污泥水解酸化方法。所述的方法包括下述步骤：取二沉池剩余污泥静置；取部分静置后污泥采用高压灭菌锅进行加热处理；将静置后污泥和加热处理后的污泥按预定比例放入恒温培养箱中进行水解酸化，同时以NaOH+Ca(OH)2混合碱调节控制PH值，反应器连续运行预定时间。本发明通过从剩余污泥中回收碳源，可减少外加碳源的投加量，实现污水处理过程节能减排，同时对剩余污泥水解酸化，有利于污泥的减量化和资源化，预计可实现剩余污泥减量50％，从而降低剩余污泥处理处置费用。
Description
技术领域
本发明公开了一种基于碳源回用且脱水性能稳定的剩余污泥水解酸化方法，属于污泥处理与资源化领域。
背景技术
截止2019年底，中国城镇污水处理厂每年产生含水率为80％的污泥超过6.16×107t，城市污泥的处理处置已经成为制约整个污水处理行业发展的瓶颈问题。城市污泥水解酸化过程及其产物的研究与应用在污水、污泥处理与资源化领域已引起广泛关注。污泥水解酸化可产生较多的溶解性有机物，包括高浓度的VFAs，VFAs中的乙酸和丙酸是增强生物脱氮的有利基质，拥有比甲醇和乙醇更高的反硝化速率。
国外大多数的研究中利用污水处理厂的初沉污泥水解发酵产酸，也有对初沉污泥与剩余污泥的混合污泥和高浓度污水的水解酸化研究。Elef-siniotis等研究初沉污泥厌氧消化产生的VFAs的反硝化速率，结果显示挥发酸中的小分子物质如甲酸、乙酸极易被反硝化菌利用，平均反硝化速率为0.0111g NO-x-N/(g VSS·d)，VFAs比其他有机质更适合作为碳源被微生物利用。Aravinthan等研究了不同的方法获得的污泥水解酸化产物用于反硝化速率的对比实验，在灭菌锅条件下碱性水解酸化液的反硝化速率最高，不同的处理方法对水解酸化液生物降解性能有重要的影响。
吴一平等以初沉污泥厌氧水解/酸化产物为反硝化的碳源研究脱氮速率，发现初沉污泥水解产物的脱氮速率分别为城市污水脱氮速率的3倍，是投加甲醇脱氮速率的1.33倍；Tong等利用回收氮磷后的剩余污泥水解酸化液作为外加碳源研究了SBR生物脱氮除磷性能，在酸化液流量与进水流量之比为1∶35时，TN和TP的去除率分别为83.2％和92.9％，同时比较了出水COD中的主要成分；同济大学进行了活性污泥在碱性条件下(pH值＝10)水解补充VFA强化脱氮除磷的中试研究。但国内工程规模的污泥水解案例尚未见报道。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于碳源回用且脱水性能稳定的剩余污泥水解酸化方法，本发明能够提高溶解性有机物及挥发性脂肪酸(VFAs)积累、降低对污泥脱水性能影响、提升出水水质、降低运行成本，是污水厂剩余污泥资源化利用的一种途径。
为解决上述技术问题，本发明基于碳源回用且脱水性能稳定的剩余污泥水解酸化方法，包括下述步骤：
取二沉池剩余污泥静置；
取部分静置后污泥采用高压灭菌锅进行加热处理；
将静置后污泥和加热处理后的污泥按预定比例放入恒温培养箱中进行水解酸化，同时以NaOH+Ca(OH)2混合碱调节控制PH值，反应器连续运行预定时间。
进一步的，所述的二沉池剩余污泥是静置浓缩8h后，撇除上清液所得到的污泥。
进一步的，所述的采用高压灭菌锅进行加热处理的步骤为：采用高压灭菌锅在100℃加热15min。
进一步的，所述的将静置后污泥和加热处理后的污泥按预定比例放入恒温培养箱中进行水解酸化的步骤中，将加热处理后的污泥与静置后的污泥以40:60的比例混合。
进一步的，所述的以NaOH+Ca(OH)2混合碱调节控制PH值的步骤为：用体积比为20:80的NaOH+Ca(OH)2混合碱控制pH＝10。
进一步的，所述的反应器的运行过程为：
首先曝氮气3min以驱除反应器中的氧气，用橡胶塞密闭，橡胶塞上开2个孔，一个插入pH电极以监测pH变化，另一个插入玻璃棒以加碱调节pH或定期取样，放入35℃的恒温培养箱中进行厌氧发酵；
用磁力搅拌器对反应器搅拌，转速控制在100±10rpm；
反应器的pH值每天调节两次，控制pH变化不超过0.2，反应器共运行14d。
进一步的，上清液是将污泥溶液在4000r/min下离心10min后取得。
本发明通过从剩余污泥中回收碳源，可减少外加碳源的投加量，实现污水处理过程节能减排，同时对剩余污泥水解酸化，有利于污泥的减量化和资源化，预计可实现剩余污泥减量50％，从而降低剩余污泥处理处置费用。
附图说明
图1为混合热碱不同混合比条件下污泥溶解情况
图2为混合热碱不同混合比条件下VFAs的产生情况
图3为混合热碱不同混合比条件下污泥的脱水性能
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的一实施例，
步骤一：取二沉池剩余污泥，静置浓缩8h后，撇除上清液；
步骤二：取上述污泥160mL，测定污泥TSS、VSS、pH值，并将污泥溶液在4000r/min下离心10min后取上清液测定sCOD、VFAs、CST；
步骤三：取步骤一静置后污泥9L，采用高压灭菌锅对其进行加热处理，控制温度为100℃加热15min，取样60mL测定污泥TSS、VSS、pH值，并将污泥溶液在4000r/min下离心10min后取上清液测定sCOD、VFAs、CST；其余污泥待后续发酵；
步骤四：取步骤三热处理后的污泥与步骤一静置后的污泥共2800mL，按照加热处理后的污泥与静置后的污泥以40:60的比例混合，投加至6个3L的广口试剂瓶，编号为1～6#，用NaOH和Ca(OH)2的混合碱控制pH＝10。混合碱中NaOH、Ca(OH)2的浓度分别为2mol/L和1mol/L，1～6#反应器中NaOH和Ca(OH)2混合液的体积比分别为100:0、80:20、60:40、40:60、20:80、0:100。曝氮气3min以驱除反应器中的氧气，用橡胶塞密闭，橡胶塞上开2个孔，一个插入pH电极以监测pH变化，另一个插入玻璃棒以加碱调节pH或定期取样，放入35℃的恒温培养箱中进行厌氧发酵。用磁力搅拌器对反应器搅拌，转速控制在100±10rpm。反应器的pH值每天调节两次，控制pH变化不超过0.2。反应器共运行14d，每2d取样160mL，测定污泥TSS、VSS、pH值，并将污泥溶液在4000r/min下离心10min后取上清液测定sCOD、VFAs、CST；
下面是实验情况：
对污泥溶解情况的影响：剩余污泥溶解情况可以用污泥发酵液中的SCOD的含量表示。如图1所示，混合热碱NaOH和Ca(OH)2的混合比对污泥的溶解不会产生太大的影响，污泥溶解速率在第6～8d逐渐变慢，趋于稳定。
对污泥产酸情况的影响：剩余污泥在热碱发酵过程中产生的VFAs主要包括乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、异丁酸、异戊酸等，将它们的和用来表示污泥的产酸情况。图2可见，NaOH条件下污泥水解酸化VFAs累积量明显高于Ca(OH)2处理的，但混合碱条件下与NaOH条件下的产酸量相比，最终产酸量基本相同。考虑到NaOH成本远高于Ca(OH)2，故可考虑降低NaOH用量。
对污泥脱水性能的影响，剩余污泥的脱水性能用CST评价。如图3所示，Ca(OH)2条件下处理剩余污泥，对污泥脱水性能的影响明显小于NaOH条件下。且随着Ca(OH)2投加量的增加，污泥脱水性能改善明显。
综合来看，单独使用NaOH或Ca(OH)2热碱处理控制pH值虽然对污泥的溶解影响不大，但不能同时得到较高的产酸量和较好的污泥脱水效果，考虑各方面效果及成本分析，宜选用NaOH：Ca(OH)2为20：80的热碱溶液来控制污泥发酵的pH值。
本发明的机理：
一方面，剩余污泥在Ca(OH)2条件下污泥的脱水性能好，但由于发酵液中存在高浓度的钙离子，抑制了蛋白质的水解，导致污泥产酸量较低。在使用两者的混合液控制pH值时，降低了发酵液中钠离子的浓度，且氢氧化钙释放的钙离子在发酵过程中可以和氢氧化钠以及二氧化碳反应生成沉淀，从而使得钙离子的浓度较低，对蛋白质的抑制作用不明显；另一方面，热处理能促进污泥破解释放有机物，且加热处理后对污泥的沉降脱水性能没有明显影响。因此，使用混合热碱处理污泥，不仅使污泥的产酸量较高，而且污泥的脱水性能也较好，即有较多的VFAs可以用来进行脱氮除磷，而且含有丰富的发酵液能与VFAs污泥较好的分离。
需要说明的是，结合实例对本发明作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。对不脱离本发明的构思和范围做出许多其他改变和改型，应当视为本发明保护范围。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种基于碳源回用且脱水性能稳定的剩余污泥水解酸化方法，其特征在于,所述的方法包括下述步骤：
取二沉池剩余污泥静置；
取部分静置后污泥采用高压灭菌锅进行加热处理；
将静置后污泥和加热处理后的污泥按预定比例放入恒温培养箱中进行水解酸化，同时以NaOH+Ca(OH)2混合碱调节控制PH值，反应器连续运行预定时间。
2.根据权利要求1所述的一种基于碳源回用且脱水性能稳定的剩余污泥水解酸化方法，其特征在于：所述的二沉池剩余污泥是静置浓缩8h后，撇除上清液所得到的污泥。
3.根据权利要求1所述的一种基于碳源回用且脱水性能稳定的剩余污泥水解酸化方法，其特征在于：所述的采用高压灭菌锅进行加热处理的步骤为：采用高压灭菌锅在100℃加热15min。
4.根据权利要求1所述的一种基于碳源回用且脱水性能稳定的剩余污泥水解酸化方法，其特征在于：所述的将静置后污泥和加热处理后的污泥按预定比例放入恒温培养箱中进行水解酸化的步骤中，将加热处理后的污泥与静置后的污泥以40:60的比例混合。
5.根据权利要求1所述的一种基于碳源回用且脱水性能稳定的剩余污泥水解酸化方法，其特征在于：所述的以NaOH+Ca(OH)2混合碱调节控制PH值的步骤为：用体积比为20:80的NaOH+Ca(OH)2混合碱控制pH＝10。
6.根据权利要求1所述的一种基于碳源回用且脱水性能稳定的剩余污泥水解酸化方法，其特征在于：所述的反应器的运行过程为：
首先曝氮气3min以驱除反应器中的氧气，用橡胶塞密闭，橡胶塞上开2个孔，一个插入pH电极以监测pH变化，另一个插入玻璃棒以加碱调节pH或定期取样，放入35℃的恒温培养箱中进行厌氧发酵；
用磁力搅拌器对反应器搅拌，转速控制在100±10rpm；
反应器的pH值每天调节两次，控制pH变化不超过0.2，反应器共运行14d。
7.根据权利要求2所述的一种基于碳源回用且脱水性能稳定的剩余污泥水解酸化方法，其特征在于：上清液是将污泥溶液在4000r/min下离心10min后取得。
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