專利名稱：一種剩余污泥與秸稈水解酸化補(bǔ)充碳源促進(jìn)生物脫氮的方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于廢水生物處理領(lǐng)域，更具體地說，主要涉及一種剩余污泥與農(nóng)作物秸桿水解酸化補(bǔ)充碳源促進(jìn)生物脫氮的方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
富營養(yǎng)化問題是當(dāng)今世界面臨的主要水污染問題之一，而氮、磷是引起水體富營養(yǎng)化的主要因素。隨著公眾環(huán)境意識(shí)的提高和國內(nèi)外對氮、磷排放限制標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格。生物脫氮技術(shù)是當(dāng)前應(yīng)用最為·廣泛的污水脫氮技術(shù)，即通過硝化菌、反硝化菌作用實(shí)現(xiàn)氮的去除，充足的碳源是實(shí)現(xiàn)高效脫氮的關(guān)鍵。一般認(rèn)為，當(dāng)生物池進(jìn)水C/N低于3. 4時(shí)，需要外加碳源來保證良好的生物脫氮效果，而我國大部分城市污水處理廠進(jìn)入生物池的污水C/N比均低于此值，污水中有機(jī)碳源不足導(dǎo)致生物脫氮效率低下。為提高生物脫氮效率，實(shí)現(xiàn)出水總氮(TN)達(dá)標(biāo)排放，需要投加甲醇、乙醇補(bǔ)充有機(jī)碳源，這樣就增加了污水處理廠運(yùn)行成本。可見，碳源問題的解決與否關(guān)系著生物脫氮效率的高低與城市污水處理廠運(yùn)行成本的聞低。剩余污泥內(nèi)存在有機(jī)碳源，但是可轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)被反硝化菌利用的數(shù)量較少，需要再尋找新的碳源形式。另外，我國每年農(nóng)作物秸桿產(chǎn)量巨大，農(nóng)作物秸桿中有機(jī)物含量高，而且可以水解酸化為VFAs被反硝化菌作為碳源利用。但是在我國的廣大農(nóng)村地區(qū)，農(nóng)作物秸桿大部分都被直接焚燒或者廢棄堆置。如何利用農(nóng)作物秸桿中有機(jī)物提高生物脫氮效率，這對我國農(nóng)作物秸桿利用以及低碳氮比污水生物脫氮技術(shù)發(fā)展具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對剩余污泥中碳源不足的問題，本發(fā)明提供了一種剩余污泥與農(nóng)作物秸桿水解酸化補(bǔ)充碳源促進(jìn)生物脫氮以及污泥減量的工藝，解決目前污泥排放量大、農(nóng)作物秸桿未妥善處置、反硝化碳源外加成本高的問題。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種剩余污泥與秸桿水解酸化補(bǔ)充碳源促進(jìn)生物脫氮的方法，按照下述步驟進(jìn)行首先(即步驟I)利用剩余污泥浸泡處理秸桿，然后(即步驟2)將剩余污泥與秸桿混合水解酸化，最后(即步驟3)將水解酸化液回流補(bǔ)充碳源促進(jìn)生物脫氮。具體來說如下所述秸桿可以選用農(nóng)作物秸桿(例如農(nóng)作物玉米秸桿、小麥秸桿、高粱秸桿、玉米秸桿、水稻秸桿)，利用機(jī)械粉碎機(jī)將其粉碎，粉碎后過篩子，篩分后的秸桿存放在通風(fēng)干燥處保存?zhèn)溆?，秸桿粉末尺寸優(yōu)選20 50目。所述步驟I中，預(yù)處理浸泡液為剩余污泥(含水率99. 2wt%-99. 5wt%)，剩余污泥量為進(jìn)水量(即沉砂池出水)的5% —10%;預(yù)處理時(shí)，稱取篩分后秸桿粉末，按照固液比為1:15 I :25(稻桿質(zhì)量剩余污泥體積),將其投入稻桿浸泡池,浸泡于剩余污泥中,池中水力停留時(shí)間(HRT，即預(yù)處理時(shí)間)為12 — 48h。所述步驟2中，剩余污泥與秸桿混合后進(jìn)入水解酸化池進(jìn)行水解酸化處理，經(jīng)充分水解酸化，污泥與農(nóng)作物秸桿中慢速生物降解物質(zhì)，如纖維素、半纖維素、蛋白質(zhì)、多糖、脂類等物質(zhì)分解為大量揮發(fā)性脂肪酸類物質(zhì)(VFAs)，如乙酸、丙酸、丁酸等，這類物質(zhì)可作為反硝化所需碳源，實(shí)現(xiàn)生物反硝化脫氮，水解酸化池最佳水力停留時(shí)間為24-72h。所述步驟3中，水解酸化后混合液回流至生物缺氧池前端，反硝化細(xì)菌利用其為碳源，將污水中硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，?shí)現(xiàn)生物脫氮，缺氧池最佳水力停留時(shí)間為2-4h。
與一般剩余污泥水解酸化補(bǔ)充反硝化碳源工藝相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于采用剩余污泥浸泡預(yù)處理農(nóng)作物秸桿，充分利用了剩余污泥中存在的水解酶，提高了農(nóng)作物秸桿預(yù)處理效果，彌補(bǔ)了剩余污泥中水解酸化碳源不足的問題，充分利用了剩余污泥與農(nóng)作物秸桿中的碳源，無需外加碳源，提高了生物脫氮效率。本發(fā)明可以應(yīng)用于厭氧-缺氧-好氧(A20)或者缺氧-好氧(A0工藝)污水處理廠生物處理工藝升級(jí)改造、新建生物除磷脫氮工藝等，經(jīng)推廣后可以提高生物脫氮效率，減少污泥產(chǎn)量，充分利用剩余污泥與農(nóng)作物秸桿中碳源，實(shí)現(xiàn)污泥與農(nóng)作物秸桿資源化，降低運(yùn)行費(fèi)用，產(chǎn)生顯著的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。


圖I為本發(fā)明應(yīng)用于厭氧一缺氧一好氧生物脫氮工藝的流程圖，其中二沉池中回流部分污泥至厭氧池的前端，好氧池出口的硝化液回流至缺氧池的前端；剩余污泥參與秸桿的混合和水解后水解液回流至缺氧池的前端。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，采用如附圖I所示的厭氧一缺氧一好氧生物脫氮工藝的流程，其中二沉池中回流部分污泥至厭氧池的前端，以保證系統(tǒng)中污泥的使用量，好氧池出口的硝化液回流至缺氧池的前端，以保證系統(tǒng)中硝化液的使用量；二沉池中部分剩余污泥參與秸桿的混合和水解后，水解液回流至缺氧池的前端；二沉池中部分剩余污泥則予以排放。沉砂池出水量，即為系統(tǒng)的進(jìn)水量Q。實(shí)施例I剩余污泥的流量為沉砂池出水量Q的6%，含水率為99. 5%。按照固液比為1:15(玉米秸桿質(zhì)量剩余污泥體積)稱取篩分后過20目篩的玉米秸桿粉末，充分混合，保證秸桿浸泡于剩余污泥中。在秸桿浸泡池中處理24h。預(yù)處理后液相中總化學(xué)需氧量(TCOD)提高3463mg/L。浸泡后玉米秸桿與剩余污泥混合液進(jìn)入水解酸化池進(jìn)行水解酸化反應(yīng)24h，反應(yīng)后混合液中VFAs含量達(dá)4212mg/L，之后混合液回流至缺氧池前端，補(bǔ)充反硝化所需碳源，缺氧池水力停留時(shí)間為2h。整個(gè)工藝于夏季連續(xù)運(yùn)行3個(gè)月，反硝化效果穩(wěn)定。監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，進(jìn)水化學(xué)需氧量(COD) 100-200mg/L，總氮(TN) 40_50mg/L，二沉池出水C0D40_50mg/L，TN 8-12mg/L,出水達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)，而且減少了剩余污泥排放量，實(shí)現(xiàn)了污泥減量。實(shí)施例2剩余污泥的流量為沉砂池出水量Q的8%，含水率為99. 2%。按照按照固液比為1:20(秸桿質(zhì)量剩余污泥體積)稱取篩分后過30目篩的高粱秸桿粉末，充分混合，保證秸桿浸泡于剩余污泥中。在秸桿浸泡池中處理48h。預(yù)處理后液相中總化學(xué)需氧量(TCOD)提高5236mg/L。浸泡后高粱秸桿與剩余污泥混合液進(jìn)入水解酸化池進(jìn)行水解酸化反應(yīng)30h，反應(yīng)后混合液中VFAs含量達(dá)5314mg/L，之后混合液回流至缺氧池前端，補(bǔ)充反硝化所需碳源，缺氧池水力停留時(shí)間為4h。整個(gè)工 藝于秋季連續(xù)運(yùn)行3個(gè)月，反硝化效果穩(wěn)定。監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，進(jìn)水化學(xué)需氧量(COD) 100-200mg/L，總氮(TN) 30_45mg/L，二沉池出水C0D40_50mg/L, TN 10-12mg/L，出水達(dá)到一級(jí) A 標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)。實(shí)施例3剩余污泥的流量為沉砂池出水量Q的10%，含水率為99. 3%。按照固液比為1:25(秸桿質(zhì)量剩余污泥體積)稱取篩分后過40目篩的水稻秸桿粉末，充分混合，保證秸桿浸泡于剩余污泥中。在秸桿浸泡池中處理12h。預(yù)處理后液相中TCOD提高3256mg/L。浸泡后水稻秸桿與剩余污泥混合液進(jìn)入水解酸化池進(jìn)行水解酸化反應(yīng)72h，反應(yīng)后混合液中VFAs含量達(dá)7542mg/L，之后混合液回流至缺氧池前端，補(bǔ)充反硝化所需碳源，缺氧池水力停留時(shí)間為4h。整個(gè)工藝于冬季連續(xù)運(yùn)行3個(gè)月，反硝化效果穩(wěn)定。監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，進(jìn)水化學(xué)需氧量(COD) 100-200mg/L，總氮(TN) 30_45mg/L，二沉池出水C0D40_50mg/L, TN 10-15mg/L，出水達(dá)到一級(jí) A 標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)。實(shí)施例4剩余污泥的流量為沉砂池出水量Q的10%，含水率為99. 3%。按照固液比為1:25(秸桿質(zhì)量剩余污泥體積)稱取篩分后過40目篩的水稻秸桿粉末，充分混合，保證秸桿浸泡于剩余污泥中。在秸桿浸泡池中處理48h。預(yù)處理后液相中TCOD提高4256mg/L。浸泡后水稻秸桿與剩余污泥混合液進(jìn)入水解酸化池進(jìn)行水解酸化反應(yīng)60h，反應(yīng)后混合液中VFAs含量達(dá)6542mg/L，之后混合液回流至缺氧池前端，補(bǔ)充反硝化所需碳源，缺氧池水力停留時(shí)間為4h。整個(gè)工藝于冬季連續(xù)運(yùn)行3個(gè)月，反硝化效果穩(wěn)定。監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，進(jìn)水化學(xué)需氧量(COD) 100-200mg/L，總氮(TN) 30_45mg/L，二沉池出水C0D40_50mg/L, TN 10-15mg/L，出水達(dá)到一級(jí) A 標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)。實(shí)施例5剩余污泥的流量為沉砂池出水量Q的5%，含水率為99. 3%。按照固液比為1:25(稻桿質(zhì)量剩余污泥體積)，稱取篩分后過40目篩的水稻秸桿粉末，充分混合，保證秸桿浸泡于剩余污泥中。在秸桿浸泡池中處理48h。預(yù)處理后液相中TCOD提高4256mg/L。浸泡后水稻秸桿與剩余污泥混合液進(jìn)入水解酸化池進(jìn)行水解酸化反應(yīng)48h，反應(yīng)后混合液中VFAs含量達(dá)6542mg/L，之后混合液回流至缺氧池前端，補(bǔ)充反硝化所需碳源，缺氧池水力停留時(shí)間為4h。整個(gè)工藝于冬季連續(xù)運(yùn)行3個(gè)月，反硝化效果穩(wěn)定。監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，進(jìn)水化學(xué)需氧量(COD) 100-200mg/L，總氮(TN) 30_45mg/L，二沉池出水C0D40_50mg/L, TN 10-15mg/L，出水達(dá)到一級(jí) A 標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)。以上對本發(fā)明做了示例性的描述，應(yīng)該說明的是，在不脫離本發(fā)明的核心的情況下，任何簡單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費(fèi)創(chuàng)造性勞動(dòng)的等同替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種剩余污泥與秸桿水解酸化補(bǔ)充碳源促進(jìn)生物脫氮的方法，其特征在于，按照下述步驟進(jìn)行首先(即步驟I)利用剩余污泥浸泡處理秸桿，然后(即步驟2)將剩余污泥與秸桿混合水解酸化，最后(即步驟3)將水解酸化液回流補(bǔ)充碳源促進(jìn)生物脫氮。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種剩余污泥與秸桿水解酸化補(bǔ)充碳源促進(jìn)生物脫氮的方法，其特征在于，所述秸桿可以選用農(nóng)作物秸桿，例如農(nóng)作物玉米秸桿、小麥秸桿、高粱秸桿、玉米秸桿、水稻秸桿，利用機(jī)械粉碎機(jī)將其粉碎，粉碎后過篩子，篩分后的秸桿存放在通風(fēng)干燥處保存?zhèn)溆茫諚U粉末尺寸優(yōu)選20 50目。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種剩余污泥與秸桿水解酸化補(bǔ)充碳源促進(jìn)生物脫氮的方法，其特征在于，所述步驟I中，預(yù)處理浸泡液為含水率99. 2wt%-99. 5wt%的剩余污泥，剩余污泥量為進(jìn)水量的5% —10% ;預(yù)處理時(shí)，稱取篩分后秸桿粉末，按照固液比秸桿質(zhì)量剩余污泥體積為1:15 I :25，將其投入秸桿浸泡池，浸泡于剩余污泥中，池中水力停留時(shí)間為 12-48h。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種剩余污泥與秸桿水解酸化補(bǔ)充碳源促進(jìn)生物脫氮的方法，其特征在于，所述步驟2中，剩余污泥與秸桿混合后進(jìn)入水解酸化池進(jìn)行水解酸化處理，經(jīng)充分水解酸化，污泥與農(nóng)作物秸桿中慢速生物降解物質(zhì)分解為大量揮發(fā)性脂肪酸類物質(zhì)作為反硝化所需碳源，實(shí)現(xiàn)生物反硝化脫氮，水解酸化池最佳水力停留時(shí)間為24-72h。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種剩余污泥與秸桿水解酸化補(bǔ)充碳源促進(jìn)生物脫氮的方法，其特征在于，所述步驟3中，水解酸化后混合液回流至生物缺氧池前端，反硝化細(xì)菌利用其為碳源，將污水中硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，?shí)現(xiàn)生物脫氮，缺氧池最佳水力停留時(shí)間為2—4h0
6.如權(quán)利要求I所述的一種剩余污泥與秸桿水解酸化補(bǔ)充碳源促進(jìn)生物脫氮的方法在厭氧-缺氧-好氧或者缺氧-好氧污水處理工藝中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種剩余污泥與秸稈水解酸化補(bǔ)充碳源促進(jìn)生物脫氮的方法及其應(yīng)用，首先利用剩余污泥浸泡處理秸稈，然后剩余污泥與秸稈混合水解酸化，最后水解酸化液回流補(bǔ)充碳源促進(jìn)生物脫氮。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于采用剩余污泥浸泡預(yù)處理農(nóng)作物秸稈，充分利用了剩余污泥中存在的水解酶，提高了農(nóng)作物秸稈預(yù)處理效果，彌補(bǔ)了剩余污泥中水解酸化碳源不足的問題，充分利用了剩余污泥與農(nóng)作物秸稈中的碳源，無需外加碳源，提高了生物脫氮效率。本發(fā)明可以應(yīng)用于厭氧-缺氧-好氧或者缺氧-好氧污水處理廠生物處理工藝升級(jí)改造。
文檔編號(hào)C02F3/30GK102718317SQ20121017876
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月1日
發(fā)明者姜曉剛, 季民, 王芬 申請人:天津大學(xué)