一種提高剩余活性污泥資源能源回收率的清潔生產(chǎn)方法
【專利說(shuō)明】一種提高剩余活性污泥資源能源回收率的清潔生產(chǎn)方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種提高剩余活性污泥資源能源回收率的清潔生產(chǎn)方法，實(shí)現(xiàn)污水處理廠從剩余活性污泥中高效回收資源、能源目標(biāo)，屬于剩余活性污泥處理和資源化技術(shù)領(lǐng)域，是一種清潔生產(chǎn)新技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0003]全國(guó)約86.2%的污水處理廠采用活性污泥法，在處理過(guò)程中產(chǎn)生的剩余活性污泥體積比約占污水處理總量的0.3%?0.5%，處理處置費(fèi)用通常占到污水處理操作成本的40%-60%以上?，F(xiàn)階段普遍采用的處理方式以垃圾場(chǎng)填埋處置或在污水廠厭氧消化處理為主。對(duì)污泥脫水進(jìn)行填埋處置需要的填埋場(chǎng)地大、污泥運(yùn)輸費(fèi)用高，并且易產(chǎn)生地下水污染和臭氣散逸等二次污染問(wèn)題；而單純的針對(duì)活性污泥的厭氧消化工藝未對(duì)其資源回收利用?；钚晕勰嘀械挠袡C(jī)物含量在60%左右，生物易降解有機(jī)組分在40%以上，磷約占污泥干重的5.0%，氮元素的含量更為豐富約8-9.3%，因此活性污泥中蘊(yùn)藏著極大的資源，處理處置中應(yīng)首先考慮資源和能源的回收利用。
[0004]經(jīng)濟(jì)高效的預(yù)處理方式對(duì)提高污泥資源化能源化利用有非常重要的作用。目前報(bào)道的污泥預(yù)處理方法有微波法、超聲波法、加熱法、凍融法、高壓均質(zhì)法、珠磨法、臭氧氧化法、濕式氧化法、酸法和生物破解法即酶法等等，對(duì)污泥的破解作用各有特點(diǎn)，但實(shí)踐應(yīng)用時(shí)對(duì)設(shè)備要求高，存在操作復(fù)雜和安全隱患等問(wèn)題，很多技術(shù)難以實(shí)施工程應(yīng)用。中國(guó)發(fā)明專利“污泥碳源兩級(jí)堿性水解酸化回收方法”(CN101708932B)，中國(guó)發(fā)明專利“堿解預(yù)處理一磷酸銨鎂法回收磷氮一厭氧消化產(chǎn)甲烷的集成工藝處理剩余污泥的方法”(201310708860.6)利用堿解預(yù)處理對(duì)剩余活性污泥進(jìn)行資源化利用，堿解方式預(yù)處理能促進(jìn)污泥融胞釋放氮磷，對(duì)污泥減量化有較好的效果，但堿處理后污泥液色度均很重，例如經(jīng)過(guò)5%Na0H處理污泥后上清液呈現(xiàn)黑褐色，而且堿處理中含有大量的Na+、0H等造成上清液鹽度大、堿性高，會(huì)增大后續(xù)處理出水色度、鹽度，不利于廢水達(dá)標(biāo)排放，特別是處理液pH值高，不利于后續(xù)的厭氧消化處理，無(wú)法實(shí)現(xiàn)綜合的污泥處理處置和資源化利用。
[0005]本發(fā)明利用污水廠對(duì)污泥進(jìn)行減量化處理的機(jī)械脫水設(shè)施，即污水廠常用機(jī)械脫水設(shè)備:板框壓濾機(jī)、真空過(guò)濾機(jī)、帶式壓濾機(jī)和離心機(jī)等，對(duì)污泥進(jìn)行過(guò)濾壓榨，機(jī)械力的作用會(huì)造成污泥顆粒擠壓破解，污泥絮體結(jié)構(gòu)被破壞，微生物細(xì)胞裂解，胞內(nèi)物質(zhì)流出。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)將機(jī)械壓榨過(guò)的污泥與水重新混合后發(fā)生融胞釋放氮磷等物質(zhì)的現(xiàn)象，特別是在微曝氣攪拌作用下其融胞釋放氮、磷濃度遠(yuǎn)高于堿解法中氮、磷最大釋放濃度，可溶性有機(jī)物(SC0D)也提高約70%，為后期厭氧產(chǎn)甲烷效率提高起到重要作用。因此改變污泥處理工藝路線，用“污泥壓榨脫水-再混合-曝氣攪拌-MAP沉淀-厭氧發(fā)酵”的技術(shù)路線對(duì)剩余活性污泥進(jìn)行資源化再利用，能克服堿解處理的缺陷，將氮磷資源與甲烷能源回收率提高2-3倍，最終污水廠每年污泥排放體積減少70-90%，是一種清潔高效從污泥中回收資源能源的新技術(shù)。與其他處理技術(shù)相比，本發(fā)明利用污水廠現(xiàn)有設(shè)施達(dá)到污泥再利用的目標(biāo)，操作方便易行，與酸、堿處理液相比，沒(méi)有引入新的化學(xué)物質(zhì)，處理液與原污水顏色相近，且污泥資源與能源的回收使污水廠運(yùn)行成本降低20-40%，達(dá)到污水廠實(shí)施清潔生產(chǎn)的目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]目前污水處理廠缺乏剩余活性污泥資源化、能源化回收再利用的技術(shù)工藝，與實(shí)施清潔生產(chǎn)還有很大的差距，本發(fā)明提供一種提高剩余活性污泥資源能源回收率的清潔生產(chǎn)方法。
[0007]改變目前污泥處理工藝路線，利用污水廠機(jī)械脫水設(shè)施作為污泥破解方法，將機(jī)械脫水后的壓榨污泥與水再以一定的質(zhì)量體積比混合浸泡，通過(guò)對(duì)曝氣攪拌方式特殊設(shè)計(jì)將污泥氮磷物質(zhì)釋放到混合液中，可使混合液氮磷濃度分別高達(dá)420-490mg/L和120-210mg/L以上，超過(guò)堿解工藝中30-180mg/L和20-150 mg/L氨氮和正磷酸鹽濃度。對(duì)混合液氮磷進(jìn)一步利用MAP沉淀法和中國(guó)專利201420458242.0 “一種對(duì)廢水磷氮進(jìn)行鳥糞石資源化回收的裝置”對(duì)此氮磷沉淀進(jìn)行分離回收作為緩釋肥利用，氨氮的回收率為86-95%，溶解性磷的回收率是90-99%，對(duì)污泥總氮磷的回收率40_60%，均高于堿解處理工藝氮磷回收率?；厥盏缀髮⑽勰噙M(jìn)一步通過(guò)厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷回收能量，甲烷最大比產(chǎn)氣率高達(dá)1.03-1.38 L/ (g.VS)，高于常用厭氧工藝甲烷產(chǎn)率。將甲烷氣體燃燒產(chǎn)熱或發(fā)電能以及氮磷的高效回收可有效降低污水廠20-40%運(yùn)行成本。剩余活性污泥經(jīng)過(guò)本發(fā)明循環(huán)利用后，最終每年污泥排放體積減少70-90%，是一種清潔高效從污泥中回收資源能源的新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了污水處理廠清潔生產(chǎn)的理念。
[0008]基于上述，本發(fā)明提供一種提高剩余活性污泥資源能源回收率的清潔生產(chǎn)方法，該方法包括:
(1)對(duì)污泥進(jìn)行壓榨至污泥的含水率為75-80%;
(2)將壓榨后的污泥與水按lg/3-5ml比例重新混合浸泡2h;
(3)對(duì)上述混合液進(jìn)行攪拌和曝氣，12-72h后對(duì)攪拌曝氣后的混合液進(jìn)行自然沉降；
(4)將步驟(3)中上清液排入MAP沉淀反應(yīng)器中通過(guò)投加鎂鹽溶液和磷鹽溶液，調(diào)整P/Mg/N摩爾比1/1.2/1，在攪拌的條件下，用5MNa0H調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液pH值8.9±0.1，使上清液中氮磷發(fā)生MAP沉淀反應(yīng)，將沉淀后上清液排入?yún)捬跽{(diào)節(jié)池，沉淀排放到分離回收裝置回收沉淀；
(5)將步驟(4)中MAP沉淀后的上清液和步驟(3)中自然沉降后的沉淀底泥分別排入?yún)捬跽{(diào)節(jié)池，通過(guò)混合利用沉淀底泥中的堿將混合液pH值調(diào)節(jié)至7.9-8.5后排入?yún)捬醴磻?yīng)器，進(jìn)一步發(fā)酵產(chǎn)甲烷回收能源。
[0009]在步驟(3)中，攪拌速率150-400rpm，攪拌方式為每轉(zhuǎn)10秒停5秒，曝氣量為3L/L.min0
[0010]在步驟(3)中，測(cè)定自然沉降后的上清液中氨氮和溶解性磷的濃度分別達(dá)到420-490mg/L 和 120_210mg/L，SC0D 在 3500_6400mg/L，再將上清液排入 MAP 沉淀反應(yīng)器。[0011 ] 在步驟(4)中，攪拌方式為800rpm攪拌5分鐘后，降為200rpm攪拌15分鐘，停止攪拌后沉淀2-3h。
[0012]所述鎂鹽溶液的質(zhì)量百分比濃度為17%，所述鎂鹽溶液為MgCl2溶液、MgS04溶液和MgO溶液中的一種；所述磷鹽溶液的質(zhì)量百分比濃度為5%，所述磷鹽溶液為NaH2P04溶液、Na2HP04溶液、Na 3P04溶液、KH 2P04溶液和Κ 2ΗΡ04溶液中的一種。
[0013]對(duì)污泥進(jìn)行壓榨的機(jī)械設(shè)備為污水處理廠對(duì)污泥進(jìn)行機(jī)械脫水的各類裝置，如真空過(guò)濾機(jī)、板框壓濾機(jī)、帶式壓濾機(jī)或離心機(jī)。對(duì)污泥進(jìn)行過(guò)濾壓榨，機(jī)械力的作用會(huì)造成污泥顆粒擠壓破解，污泥絮體結(jié)構(gòu)被破壞，微生物細(xì)胞裂解，胞內(nèi)物質(zhì)流出。
[0014]上述中，與污泥混合用水可以是污水廠二沉池排水，這樣可節(jié)約污水廠新鮮水用量，同時(shí)減少污水排放總量。
[0015]上述中，所述剩余污泥為城市污水處理廠的二沉池或貯泥池中剩余活性污泥、濃縮池污泥、脫水污泥和厭氧消化污泥，包括經(jīng)過(guò)處理的剩余污泥；所述處理包括酸、堿、熱、臭氧、超聲中的一種以上。
[0016]對(duì)上述泥水混合液進(jìn)行攪拌和曝氣，進(jìn)一步使污泥顆粒融胞破解、促進(jìn)污泥胞外聚合物剝離或污泥細(xì)胞破碎釋放溶解性氮磷、可溶性有機(jī)碳、多糖、蛋白質(zhì)等進(jìn)入混合液中。
[0017]所述的厭氧反應(yīng)器為完全混合式厭氧反應(yīng)器、上流式厭氧污泥床、厭氧濾池、厭氧擋板反應(yīng)器、厭氧膨脹顆粒污泥床或厭氧序批式反應(yīng)器。反應(yīng)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)后每次進(jìn)料的料液比1/3-1/5，C0D去除率85-90%以上，甲烷最大比產(chǎn)氣率達(dá)到1.03-1.38 L/ (g*VS)0厭氧反應(yīng)器中污泥最終再經(jīng)過(guò)機(jī)械脫水后進(jìn)行填埋處理，與初始機(jī)械脫水后剩余活性污泥相比，VSS減少80-90%，每年最終污泥排放體積減少70-90%。極大地降低污水廠污泥處理處置費(fèi)用，甲烷氣體燃燒產(chǎn)熱或發(fā)電能以及氮磷的高效回收可有效降低污水廠20-40%運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)了污水處理廠清潔生產(chǎn)的理念。
[0018]本發(fā)明具有以下的積極效果:
(1)為污水處理廠提供整套對(duì)剩余活性污泥再利用的清潔生產(chǎn)技術(shù)路線，彌補(bǔ)目前污水廠對(duì)剩余活性污泥利用的技術(shù)缺陷。與目前堿解工藝相比，充分實(shí)現(xiàn)對(duì)污泥中氮磷資源與能源高效回收利用的目標(biāo)，且不引入新的污染物，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益。
[0019](2)利用污水廠機(jī)械脫水設(shè)備達(dá)到污泥融胞釋放氮磷的效果，不加入酸、堿等化學(xué)物質(zhì)，將脫水后的污泥與水按lg/3-5ml比例重新混合后浸泡2h，對(duì)氮磷釋放濃度分別高達(dá)370-550mg/L和170-300mg/L以上，高于堿解預(yù)處理中30-180mg/L和20-150 mg/L氨氮和正磷酸鹽濃度，并且與污泥混合用水為污水廠二沉池排水，極大程度節(jié)約污水廠新鮮水用量、同時(shí)減少污水排放總量。
[0020](3)本發(fā)明將壓榨污泥與水重新混合經(jīng)攪拌曝氣后底泥再與MAP沉淀后上清液混合，有效達(dá)到調(diào)節(jié)厭氧發(fā)酵進(jìn)水pH值的目的，利用污泥自身的堿中和能力，節(jié)省酸用量，克服了堿解處理后污泥pH值高，需加酸調(diào)節(jié)的一大缺陷。
[0021](4)本發(fā)明技術(shù)路線處理后最終排放的污泥與初始剩余活性污泥相比，VSS減少80-90%，最終排放體積減少70-90