CN115594376A - 高铁酸钾预处理协同热碱强化污泥定向酸化做碳源的方法 - Google Patents

高铁酸钾预处理协同热碱强化污泥定向酸化做碳源的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高铁酸钾预处理协同热碱强化污泥定向酸化做碳源的方法，所述方法包括如下步骤：步骤一、以污水厂的剩余污泥作为发酵底物，向发酵底物中投加高铁酸钾混合均匀，调节pH至9～11，加热进行预处理；步骤二、接种步骤一预处理后的污泥至厌氧发酵罐进行厌氧发酵；步骤三、厌氧发酵后的污泥经过物理化学调理之后进行脱水，污泥脱水后获得的滤液可作为碳源进入生物厌氧池强化厌氧发酵脱氮作用，促进硝态氮的去除。本发明利用高铁酸钾协同热碱的双重预处理破坏污泥絮凝体，改变污泥结构，增强污泥的有机溶解和水解，释放细胞有机物，从而加速厌氧发酵产酸的速率和产量。

Description

高铁酸钾预处理协同热碱强化污泥定向酸化做碳源的方法
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，涉及一种污泥预处理机制强化定向酸化做碳源的方法，具体涉及一种高铁酸钾预处理强化污泥定向酸化做碳源的方法。
背景技术
废水在污水处理厂进行生物处理时，会产生大量的剩余污泥作为副产品。处理和处置剩余污泥的成本约占正常整个污水处理厂运营成本的30～60％。
在多种污泥减量资源化方法中，厌氧发酵具有绿色、节能的优点，是处理剩余污泥的一种很有前途的方法。在厌氧发酵过程中，剩余污泥可以被生物利用产生有价值的产品(例如短链脂肪酸)，从而实现剩余污泥的减量和资源化。近年来，因产生的短链脂肪酸可作为微生物去除营养物质的首选碳源而受到越来越多的关注。然而，剩余污泥生产挥发性脂肪酸通常受到水解速度慢和生物难降解的限制。污泥絮凝体结构复杂且刚性，其溶解和水解过程较慢，限制了后续酸化过程中有机物的释放。污泥絮凝体被胞外聚合物包围以及细胞膜抑制胞内可溶性有机物的溶出，水解成为厌氧发酵的限速步骤。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述问题，促进污泥厌氧发酵过程中有机物的生物转化，提高挥发性脂肪酸的产量，本发明提供了一种高铁酸钾预处理协同热碱强化污泥定向酸化做碳源的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种高铁酸钾预处理协同热碱强化污泥定向酸化做碳源的方法，包括如下步骤：
步骤一、以污水厂的剩余污泥作为发酵底物，向发酵底物中投加高铁酸钾混合均匀，调节pH至9～11，加热进行预处理，控制剩余污泥的浓度为10000～80000mg/L，高铁酸钾的投加量为0.05～0.2g/g TS，预处理的温度为30～50℃，时间为2～10小时；
步骤二、接种步骤一预处理后的污泥至厌氧发酵罐进行厌氧发酵，控制厌氧发酵的温度为30～50℃，时间为3～8天；
步骤三、厌氧发酵后的污泥经过物理化学调理之后进行脱水，污泥脱水后获得的滤液可作为碳源进入生物厌氧池强化厌氧发酵脱氮作用，促进硝态氮的去除。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
1、高铁酸钾在中性或碱性条件下的氧化还原电位为0.72V，具有强氧化性，利用其强氧化性对污泥预处理可促进厌氧消化。结果表明预处理强化了污泥细胞的破碎和有机物的溶出，为挥发性脂肪酸的形成提供了大量基底，大幅度提高了脂肪酸的转化。
2、高铁酸钾的加入破坏了不饱和共轭化学键，降低了有机物的芳香性，增加了污泥细胞的解体和污泥中腐殖质和木质纤维素等大量难降解有机物的降解，从而为VFSs的生成提供了更多的物质，联合热碱处理，可同时增加污泥的溶解，进一步提升有机物的溶出。
3、本发明利用高铁酸钾协同热碱的双重预处理破坏污泥絮凝体，改变污泥结构，增强污泥的有机溶解和水解，释放细胞有机物，从而加速厌氧发酵产酸的速率和产量。
4、本发明可以实现污泥的定向酸化并作为碳源促进污水处理中的脱氮效果，为污泥减量和资源化提供了新的简便方法。
附图说明
图1为污泥不同预处理COD的溶出；
图2为污泥不同预处理厌氧发酵产VFAs。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
本发明提供了一种高铁酸钾预处理协同热碱强化污泥定向酸化做碳源的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一、以污水厂的剩余污泥作为发酵底物，调节剩余污泥的浓度为2～4％，向发酵底物中投加高铁酸钾混合均匀，控制高铁酸钾的投加量为0.05～0.2g/g TS，利用NaOH调节pH至9～11，加热至30～50℃，进行预处理2～10小时。高铁酸钾在中性或碱性条件下的氧化还原电位为0.72V，具有强氧化性，利用其强氧化性对污泥预处理可促进厌氧消化。结果表明预处理强化了污泥细胞的破碎和有机物的溶出，为挥发性脂肪酸的形成提供了大量基底，大幅度提高了脂肪酸的转化。
步骤二、接种步骤一预处理后的污泥至厌氧发酵罐进行厌氧发酵，控制厌氧发酵的温度为30～50℃，时间为3～8天。
步骤三、厌氧发酵后的污泥经过物理化学调理之后进入板框压滤机进行脱水，污泥脱水后获得的滤液富含挥发性脂肪酸可作为碳源投入到生物脱氮工艺中的厌氧端强化生物反硝化脱氮。
本发明中，所述污水厂包括城市污水厂和工业污水厂。
本发明中，所述物理化学调理的方法为：先投加聚合硫酸铁进行搅拌30～60分钟，其有效铁投加量为绝干泥量的2～5％，随后投加阳离子聚丙烯酰胺进行搅拌30～60分钟，其投加量为绝干泥量的0.05～0.2％。
本发明中，板框压滤机脱水的压榨压力为1.6～2.0MPa，压榨时间为2500～5500秒，进行泥水分离。
以深圳市某水质净化厂剩余污泥作为处理对象，污泥浓度为40886mg/L，MLVSS/MLSS＝0.55。采用不同预处理方法对污泥进行破壁处理，结果如图1所示。利用NaOH将pH调整至10，加热至35℃进行预处理5小时，可大幅度对污泥进行破壁，大量有机物溶出，再协同采用0.5g/L(即：0.5/40.886g/g TS)K2FeO4后，溶出有机物进一步提高，COD可高达1523mg/L。由于破壁程度的提高，释放大量微生物可利用的有机物，在微生物的作用下可将这些有机物转化为VFAs，结果如图2所示。K2FeO4的加入破坏了不饱和共轭化学键，降低了有机物的芳香性，增加了污泥细胞的解体和污泥中腐殖质和木质纤维素等大量难降解有机物的降解，从而为VFSs的生成提供了更多的物质，联合热碱处理，可同时增加污泥的溶解，进一步提升有机物的溶出。然后接种活性污泥进行厌氧发酵反应，控制厌氧发酵的温度为50℃，时间为5天。向厌氧发酵后的污泥中先投加聚合硫酸铁进行搅拌30分钟，其有效铁投加量为绝干泥量的4％，随后投加阳离子聚丙烯酰胺进行搅拌30分钟，其投加量为绝干泥量的0.1％。调理完后的污泥进入板框压滤机脱水，控制压榨压力为2.0MPa，压榨时间为3000秒，进行泥水分离，获得的滤液富含挥发性脂肪酸可作为碳源投入到生物脱氮工艺中的厌氧端强化生物反硝化脱氮。

Claims (8)

1.一种高铁酸钾预处理协同热碱强化污泥定向酸化做碳源的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
步骤一、以污水厂的剩余污泥作为发酵底物，向发酵底物中投加高铁酸钾混合均匀，调节pH至9～11，加热进行预处理；
步骤二、接种步骤一预处理后的污泥至厌氧发酵罐进行厌氧发酵；
步骤三、厌氧发酵后的污泥经过物理化学调理之后进行脱水，污泥脱水后获得的滤液可作为碳源进入生物厌氧池强化厌氧发酵脱氮作用，促进硝态氮的去除。
2.根据权利要求1所述的高铁酸钾预处理协同热碱强化污泥定向酸化做碳源的方法，其特征在于所述污水厂包括城市污水厂和工业污水厂。
3.根据权利要求1所述的高铁酸钾预处理协同热碱强化污泥定向酸化做碳源的方法，其特征在于所述剩余污泥的浓度为10000～80000mg/L。
4.根据权利要求1所述的高铁酸钾预处理协同热碱强化污泥定向酸化做碳源的方法，其特征在于所述高铁酸钾的投加量为0.05～0.2g/g TS。
5.根据权利要求1所述的高铁酸钾预处理协同热碱强化污泥定向酸化做碳源的方法，其特征在于所述预处理的温度为30～50℃，时间为2～10小时。
6.根据权利要求1所述的高铁酸钾预处理协同热碱强化污泥定向酸化做碳源的方法，其特征在于所述厌氧发酵的温度为30～50℃，时间为3～8天。
7.根据权利要求1所述的高铁酸钾预处理协同热碱强化污泥定向酸化做碳源的方法，其特征在于所述物理化学调理的方法为：先投加聚合硫酸铁进行搅拌30～60分钟，其有效铁投加量为绝干泥量的2～5％，随后投加阳离子聚丙烯酰胺进行搅拌30～60分钟，其投加量为绝干泥量的0.05～0.2％。
8.根据权利要求1所述的高铁酸钾预处理协同热碱强化污泥定向酸化做碳源的方法，其特征在于所述脱水的压力为1.6～2.0MPa，时间为2500～5500秒。
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