CN115536232A - 一种基于污泥热水解的碳源回收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于污泥处理技术领域，公开了一种基于污泥热水解的碳源回收方法。该方法包括：将污水处理过程产生的初沉污泥和剩余污泥进行除砂除渣、离心脱水，得到预脱水污泥和脱水滤液；将预脱水污泥进行热水解处理、稀释换热和离心脱水，得到脱水污泥和高浓度有机滤液；将高浓度有机滤液依靠自身存在的微生物类群增殖进行酸化过程，再经脱氮除磷处理，作为反硝化碳源回到污水处理厂；将脱水污泥进行高含固厌氧消化，得到沼气，并转化为电能和/或热能。本发明一方面实现污泥处理的“无害化、稳定化、减量化、资源化”，另一方面可以有效利用滤液中的碳源进一步实现资源化利用。

Description

一种基于污泥热水解的碳源回收方法
技术领域
本发明属于污泥处理技术领域，更具体地，涉及一种基于污泥热水解的碳源回收方法。
背景技术
近年来，城镇污水处理得到迅速发展，城镇水环境治理取得显著成效。但是，城镇污水处理过程产生的大量污泥还未普遍得到有效处理处置。这些污泥非常容易对地下水、土壤等造成二次污染，成为环境安全和公众健康的威胁，影响节能减排实施的积极效果，可见污泥的有效处理处置目前是亟待解决的一项难题。
对于性质较差、有机质低、含砂量大、而且性质波动较大的污泥，既有的污泥处理处置理论和技术无法切实解决当前面临的特殊困境，而适应性质较差的污泥的处理处置技术起步较晚，成熟度尚有待验证，经过近年来的发展，虽然百花齐放，但仍以单元技术的开发与推广为主。然而，污泥的处理处置是一个多单元技术集成的复杂系统，真正做到全链条的工程项目数量极少，且有待于进一步的长期验证和系统评估。基于此，目前亟待提出了一种基于污泥热水解的碳源回收方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种基于污泥热水解的碳源回收方法，本发明一方面实现污泥处理的“无害化、稳定化、减量化、资源化”，另一方面可以有效利用滤液中的碳源进一步实现资源化利用。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于污泥热水解的碳源回收方法，该方法包括如下步骤：
S1：将污水处理过程产生的初沉污泥和剩余污泥进行除砂除渣处理；
S2：将除砂除渣处理后的污泥进行离心脱水，得到预脱水污泥和脱水滤液；
S3：将所述预脱水污泥进行热水解处理，得到热水解污泥；
S4：对所述热水解污泥依次进行稀释换热和离心脱水，得到脱水污泥和高浓度有机滤液；
S5：将所述高浓度有机滤液依靠自身存在的微生物类群增殖进行酸化过程，再经脱氮除磷处理，作为反硝化碳源回到污水处理厂；
S6：将所述脱水污泥进行高含固厌氧消化，得到沼气，并转化为电能和/或热能。
根据本发明，优选地，在步骤S1中，
采用旋流除砂器将污水处理过程产生的初沉污泥和剩余污泥进行除砂除渣处理；
对于粒径大于50μm的砂粒，所述除砂除渣处理的效果达到94-96％。
根据本发明，优选地，在步骤S2中，
将所述脱水滤液送回污水处理厂进行处理；
离心脱水的脱水药剂为阳离子聚丙烯酰胺；
进行离心脱水的设备为卧螺离心机，转速为2000-4000rpm，转速差为 0-30rpm；
所述预脱水污泥的含水率为80-85％。
根据本发明，优选地，在步骤S3中，
所述热水解处理采用Cambi热水解工艺；
所述热水解处理的操作条件包括：反应压力为0.6-1.0MPa，反应温度为160-180℃，反应持续时间为30-60min。
根据本发明，优选地，在步骤S4中，
进行所述稀释换热的设备为板式换热器，稀释换热后的污泥的含水率为88-92％，温度为37-55℃；
稀释换热后的污泥的离心脱水不添加脱水药剂(这是由于热水解温度超过160℃，因此，污泥离心脱水不需要添加脱水药剂)；进行离心脱水的设备为卧螺离心机，转速为2000-4000rpm，转速差为0-30rpm；
离心脱水后的污泥的含水率为80-85％。
根据本发明，优选地，在步骤S5中，
所述酸化过程的水力停留时间控制在3天以下，酸化发酵温度为 35-60℃，进行所述酸化过程的设备为全混式反应器；在本发明中，作为优选方案，发酵温度可选择中温(40℃)或高温(55℃)；
所述脱氮除磷处理包括对经过所述酸化过程的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。
根据本发明，优选地，将滤液氨氮吹脱得到的氨气经所述滤液氨气吸收处理后得到氮源，将经滤液氨氮吹脱处理后的滤液经所述滤液磷回收处理后得到磷源和碳源。
根据本发明，优选地，
所述滤液氨氮吹脱处理的pH为10-11；
所述滤液氨气吸收处理使用的吸收液为磷酸和/或硫酸溶液；
所述滤液磷回收处理包括采用鸟粪石沉淀法回收经滤液氨氮吹脱处理后的滤液中的磷。
根据本发明，优选地，所述鸟粪石沉淀法的Mg:N:P的摩尔比为(1-1.2)： 1：(1-1.2)。
根据本发明，优选地，在步骤S6中，
将所述沼气转化为制备饱和蒸汽的热能，所述饱和蒸汽为所述热水解处理中使用的饱和蒸汽；所述饱和蒸汽通过沼气锅炉制得。
将所述脱水污泥进行高含固厌氧消化的有机负荷控制在2.7-4.5gVS/L/d。
本发明的技术方案的有益效果如下：
本发明的污泥经过热水解-离心脱水-滤液酸化作反硝化碳源-泥饼高含固厌氧消化后能充分利用污泥中的碳源，以较低的成本实现污泥处理的“无害化、稳定化、减量化、资源化”。
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示出了本发明实施例1提出的一种基于污泥热水解的碳源回收方法的流程示意图。
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。
实施例1
本实施例提供一种基于污泥热水解的碳源回收方法，如图1所示，该方法包括如下步骤：
S1：采用旋流除砂器将污水处理过程产生的初沉污泥和剩余污泥进行除砂除渣处理，对于粒径大于50μm的砂粒，使其分离效果达到94-96％。
S2：将除砂除渣处理后的污泥进行离心脱水，得到含水率为80％预脱水污泥和脱水滤液；将所述脱水滤液送回污水处理厂进行处理；
离心脱水的脱水药剂为5‰(干基)的阳离子聚丙烯酰胺；进行离心脱水的设备为卧螺离心机，转速为2000-4000rpm，转速差为0-30rpm；
S3：将所述预脱水污泥采用Cambi热水解工艺进行热水解处理，得到热水解污泥；
所述热水解处理的操作条件包括：反应压力为0.6-1.0MPa，反应温度为160-180℃，反应持续时间为30-60min。
S4：对所述热水解污泥依次进行稀释换热和离心脱水，得到含水率为 80-85％的脱水污泥和高浓度有机滤液；
进行所述稀释换热的设备为板式换热器，稀释换热后的污泥的含水率为88-92％，温度为37-55℃；
离心脱水不添加脱水药剂；进行离心脱水的设备为卧螺离心机，转速为2000-4000rpm，转速差为0-30rpm；
S5：将所述高浓度有机滤液依靠自身存在的微生物类群增殖进行酸化过程，再经脱氮除磷处理，作为反硝化碳源回到污水处理厂；
所述酸化过程的水力停留时间控制在3天以下，酸化发酵温度为中温 (40℃)，进行所述酸化过程的设备为全混式反应器；
所述脱氮除磷处理包括对经过所述酸化过程的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。将滤液氨氮吹脱得到的氨气经所述滤液氨气吸收处理后得到氮源，将经滤液氨氮吹脱处理后的滤液经所述滤液磷回收处理后得到磷源和碳源。
所述滤液氨氮吹脱处理的pH为10-11；
所述滤液氨气吸收处理使用的吸收液为磷酸溶液；
所述滤液磷回收处理包括采用鸟粪石沉淀法回收经滤液氨氮吹脱处理后的滤液中的磷，其中Mg:N:P的摩尔比为1.2：1：1.2；
S6：将所述脱水污泥进行高含固厌氧消化，有机负荷控制在2.7-4.5gVS/L/d，高含固厌氧消化采用全混式反应器，反应器采用间歇式搅拌，得到沼气，一部分用于本实施例中热水解所需蒸汽的产生，剩余部分用于沼气发电。
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)

1.一种基于污泥热水解的碳源回收方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1：将污水处理过程产生的初沉污泥和剩余污泥进行除砂除渣处理；
S2：将除砂除渣处理后的污泥进行离心脱水，得到预脱水污泥和脱水滤液；
S3：将所述预脱水污泥进行热水解处理，得到热水解污泥；
S4：对所述热水解污泥依次进行稀释换热和离心脱水，得到脱水污泥和高浓度有机滤液；
S5：将所述高浓度有机滤液依靠自身存在的微生物类群增殖进行酸化过程，再经脱氮除磷处理，作为反硝化碳源回到污水处理厂；
S6：将所述脱水污泥进行高含固厌氧消化，得到沼气，并转化为电能和/或热能。
2.根据权利要求1所述的基于污泥热水解的碳源回收方法，其中，在步骤S1中，
采用旋流除砂器将污水处理过程产生的初沉污泥和剩余污泥进行除砂除渣处理；
所述除砂除渣处理的效果达到94-96％。
3.根据权利要求1所述的基于污泥热水解的碳源回收方法，其中，在步骤S2中，
将所述脱水滤液送回污水处理厂进行处理；
离心脱水的脱水药剂为阳离子聚丙烯酰胺；
进行离心脱水的设备为卧螺离心机，转速为2000-4000rpm，转速差为0-30rpm；
所述预脱水污泥的含水率为80-85％。
4.根据权利要求1所述的基于污泥热水解的碳源回收方法，其中，在步骤S3中，
所述热水解处理采用Cambi热水解工艺；
所述热水解处理的操作条件包括：反应压力为0.6-1.0MPa，反应温度为160-180℃，反应持续时间为30-60min。
5.根据权利要求1所述的基于污泥热水解的碳源回收方法，其中，在步骤S4中，
进行所述稀释换热的设备为板式换热器，稀释换热后的污泥的含水率为88-92％，温度为37-55℃；
稀释换热后的污泥的离心脱水不添加脱水药剂；进行离心脱水的设备为卧螺离心机，转速为2000-4000rpm，转速差为0-30rpm；
离心脱水后的污泥的含水率为80-85％。
6.根据权利要求1所述的基于污泥热水解的碳源回收方法，其中，在步骤S5中，
所述酸化过程的水力停留时间控制在3天以下，酸化发酵温度为35-60℃，进行所述酸化过程的设备为全混式反应器；
所述脱氮除磷处理包括对经过所述酸化过程的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。
7.根据权利要求6所述的基于污泥热水解的碳源回收方法，其中，将滤液氨氮吹脱得到的氨气经所述滤液氨气吸收处理后得到氮源，将经滤液氨氮吹脱处理后的滤液经所述滤液磷回收处理后得到磷源和碳源。
8.根据权利要求7所述的基于污泥热水解的碳源回收方法，其中，
所述滤液氨氮吹脱处理的pH为10-11；
所述滤液氨气吸收处理使用的吸收液为磷酸和/或硫酸溶液；
所述滤液磷回收处理包括采用鸟粪石沉淀法回收经滤液氨氮吹脱处理后的滤液中的磷。
9.根据权利要求8所述的基于污泥热水解的碳源回收方法，其中，所述鸟粪石沉淀法的Mg:N:P的摩尔比为(1-1.2)：1：(1-1.2)。
10.根据权利要求1所述的基于污泥热水解的碳源回收方法，其中，在步骤S6中，
将所述沼气转化为制备饱和蒸汽的热能，所述饱和蒸汽为所述热水解处理中使用的饱和蒸汽；
将所述脱水污泥进行高含固厌氧消化的有机负荷控制在2.7-4.5gVS/L/d。
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