一種含磷好氧顆粒污泥的資源化方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于污泥資源化處理處置與磷資源回收領(lǐng)域,尤其涉及一種含磷好氧顆粒污泥的資源化方法。該方法包括如下步驟:將培養(yǎng)含磷好氧顆粒污泥反應(yīng)器中的混合液沉降后棄去上清液,將剩余的好氧顆粒污泥用蒸餾水沖洗,然后在一定溫度下干燥,優(yōu)選在50~70℃下干燥24~36 h。稱取一定量干燥后的好氧顆粒污泥于帶隔板的石英管中,放入管式試驗爐中,在N2保護條件下加熱,優(yōu)選在100~300℃下加熱1~2 h,得到處理過的好氧顆粒污泥。本發(fā)明能夠高效的處理好氧顆粒污泥工藝末端的剩余污泥,同時富集污泥中的磷資源,并實現(xiàn)氮、磷、鉀、鈣等元素的回收利用以及含磷好氧顆粒污泥的資源化。
【專利說明】
一種含磷好氧顆粒污泥的資源化方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于污泥資源化處理處置與磷資源回收領(lǐng)域,尤其涉及一種含磷好氧顆粒污泥的資源化方法。。
【背景技術(shù)】
[0002]磷是動植物生長所必須的營養(yǎng)元素,磷也是不可再生資源。據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)資料顯示,目前世界磷礦含量約有620億噸,包括150億噸難以開采或是含有雜質(zhì)過多的磷礦。2008年,世界范圍內(nèi)磷礦開采量為1.61億噸,如果按照最保守的計算方法,現(xiàn)有的每年2.5%?3%的磷需求增長率計算的話,磷資源可供人類使用的時間僅有125年。而與磷資源危機相矛盾的是磷所帶來的環(huán)境問題。磷大量進入水體會引起水體富營養(yǎng)化,導(dǎo)致某些特征性藻類異常增殖,使水體溶解氧下降,水中魚類大量死亡,水質(zhì)惡化。
[0003]好氧顆粒污泥現(xiàn)象從上世紀90年代首次報道后迅速成為國內(nèi)外研究熱點。好氧顆粒污泥技術(shù)相對于傳統(tǒng)活性污泥技術(shù)擁有巨大的優(yōu)勢,該微生物技術(shù)的主要特點是好氧顆粒污泥擁有相對密實的微觀結(jié)構(gòu),沉降性能好,微生物菌落豐富,單位反應(yīng)器內(nèi)微生物含量高。因此,在實際應(yīng)用中能在很大程度上提高單位體積生物反應(yīng)效率,耐受沖擊負荷,減少沉淀單元體積。好氧顆粒污泥能夠處理不同水質(zhì)廢水,尤其是利用好氧顆粒污泥內(nèi)部的結(jié)構(gòu)特點及微生物菌落的分布特點可以實現(xiàn)同時去除廢水中有機物和氮、磷等營養(yǎng)物。
[0004]目前,對于好氧顆粒污泥的研究大多集中在好氧顆粒污泥處理各種廢水,顆粒污泥的形成機理以及顆粒污泥的穩(wěn)定性,而對好氧顆粒污泥這項技術(shù)的后續(xù)延伸,即好氧顆粒污泥工藝的剩余污泥的處理與處置研究較少?,F(xiàn)有的文獻報道中關(guān)于好氧顆粒污泥技術(shù)剩余污泥的處理處置方向主要有:好氧顆粒污泥通過干燥或是改性等處理后用作吸附劑;在好氧顆粒污泥工藝運行過程中富集或純化某一產(chǎn)物進而回收利用。但這些方法存在無法回收污泥中的磷資源,處理步驟較繁瑣等問題。好氧顆粒污泥技術(shù)能夠抗擊較強的沖擊負荷,污泥沉降時間短,占地面積小,能夠?qū)崿F(xiàn)同步脫氮除磷,并且較普通活性污泥磷含量較高,有著很好的工程應(yīng)用前景。因此,能夠?qū)⒑椎氖S嗪醚躅w粒污泥資源化,有助于緩解磷資源危機,有良好的發(fā)展前景。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]發(fā)明的目的:針對現(xiàn)有的技術(shù)問題,本發(fā)明的目的是提供一種含磷好氧顆粒污泥的資源化方法,解決含磷好氧顆粒污泥工藝后期對剩余污泥的處理處置問題,有效回收含磷好氧顆粒污泥中的磷資源,提高處理的附加值。
[0006]為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
將培養(yǎng)含磷好氧顆粒污泥反應(yīng)器中的混合液沉降后棄去上清液,將剩余的好氧顆粒污泥用蒸餾水沖洗,然后在一定溫度下干燥,優(yōu)選在50?70°C下干燥24?36 h。稱取一定量干燥后的好氧顆粒污泥于帶隔板的石英管中,放入管式試驗爐中,在仏保護條件下加熱,優(yōu)選在100?300°C下加熱I?2 h,得到處理過的好氧顆粒污泥。
[0007]所述的培養(yǎng)含磷好氧顆粒污泥的反應(yīng)器為序批式反應(yīng)器,每周期換水量為I?5L0
[0008]所述的反應(yīng)器在20?30°C下運行,進水采用底部隔膜栗進水;排水采用重力排水;好氧或厭氧階段采用底部微孔曝氣方式。
[0009]所述的培養(yǎng)含磷好氧顆粒污泥的反應(yīng)器采用周期性運行方式,每天運行4個周期,每個周期包括I?5 min進水;50?70 min厭氧,氣量1~5 L/min;250-300 min好氧,氣量1~5L/min;5?10 min沉降和3?8 min排水。
[0010]所述的培養(yǎng)含磷好氧顆粒污泥的反應(yīng)器的接種污泥為好氧顆粒污泥的碎片,初始的MLSS為3000?4000 mg/L。
[0011]所述的培養(yǎng)含磷好氧顆粒污泥的反應(yīng)器進水采用人工配水,人工配水水質(zhì)為:COD含量為700?900 mg/L,其中乙酸鉀和丙酸鈉各占COD的40?60%;TN含量為20?40 mg/L,采用氯化錢;TP含量為10?30 mg/L,采用磷酸二氫鉀和磷酸氫二鉀,各占TP的40?60%;堿度采用碳酸氫鈉提供,含量為50?200 mg/L;Ca2+含量為40?50 mg/L。
[0012]所述的反應(yīng)器混合液中的好氧顆粒污泥呈球形或橢球形顆粒,粒徑為0.3?3.0mm,污泥富磷率為2~5%,好氧顆粒污泥中的化學(xué)磷沉淀主要是錳、鐵、鈣的磷酸鹽化合物。
[0013]本發(fā)明與同現(xiàn)有技術(shù)相比,具有以下優(yōu)點和有益效果:
采用犯保護下加熱處理好氧顆粒污泥,可以使污泥中的微生物細胞死亡破裂,實現(xiàn)污泥的無害化。處理后的污泥產(chǎn)率隨著制備溫度的提高而下降,為63.8%?95.3%,隨著制備溫度的升高,污泥中有更多的揮發(fā)分析出。若將處理后的好氧顆粒污泥作為肥料,N、P、K的含量是肥料質(zhì)量的重要考量指標。60°C下干燥后的好氧顆粒污泥中的總氮、磷(以P2O5計)和鉀(以K2O計)含量分別為2.24%?2.80%、7.81%?9.07%、0.79%-1.28%。在不同溫度下處理后的污泥的總氮含量隨著制備溫度的升高稍有降低,磷含量隨著制備溫度的升高顯著增加,鉀含量隨著制備溫度的升高稍有增加,其中磷含量最高達21.44%?23.19%,磷和鉀會在處理后的污泥中富集。根據(jù)NY525-2012中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標準中《有機肥料》的標準,總養(yǎng)分(氮+五氧化二磷+氧化鉀)的質(zhì)量分數(shù)(以烘干基計)為大于5%,經(jīng)過處理后的污泥樣品符合這一標準。
[0014]本發(fā)明能夠高效的處理好氧顆粒污泥工藝末端的剩余污泥,同時富集污泥中的磷資源,并實現(xiàn)氮、磷、鉀、鈣等元素的回收利用以及含磷好氧顆粒污泥的資源化。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明實施例中的序批式反應(yīng)器示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明實施例培養(yǎng)出的含磷好氧顆粒污泥樣品XRD衍射圖與(Mn+2,F(xiàn)e+2,Ca) 3 (P04) 2標準譜圖的對比。
[0017]附圖1標注:
I取樣口; 2微孔曝氣頭;3電磁閥;4轉(zhuǎn)子流量計;5氮氣瓶;6時間控制開關(guān);
7單向閥;8進水栗;9蓄水池;10空氣栗;11有機玻璃柱體。
【具體實施方式】
[0018]本發(fā)明采用的裝置為圓柱形的SBR反應(yīng)器(序批式反應(yīng)器),由有機玻璃制成,內(nèi)徑100 mm,有效高度600 mm,有效容積為4.6 L,每周期換水量為2.3 L。反應(yīng)器在室溫(20?30°c)下運行,進水采用底部隔膜栗進水,進水口裝有單向閥以防止反應(yīng)器中污泥的倒流;排水采用重力排水;好氧(或厭氧)階段采用底部微孔曝氣方式,即曝氣栗將空氣(或氮氣)通入到反應(yīng)器的底部,經(jīng)微孔曝氣頭釋放對反應(yīng)器進行充氧(或氮氣),同時達到攪拌和提供水力剪切力的作用,以使反應(yīng)器內(nèi)的微生物與底物達到充分混合。
[0019]系統(tǒng)通過時間繼電器實現(xiàn)周期性的進水、厭氧曝氣、好氧曝氣、沉降和排水五個階段。每天運行4個周期,每個循環(huán)周期為6 h,包括I min進水,60 min厭氧(氣量2?3 L/min),284 min好氧(氣量3?4 L/min), 10 min沉降和5 min排水。
[0020]接種污泥為好氧顆粒污泥的碎片,初始的MLSS為3500mg/L。進水采用人工配水,人工配水水質(zhì)參數(shù)為:COD含量為800 mg/L(其中乙酸鉀和丙酸鈉各占COD的50%),TN含量為30 mg/L(采用氯化銨);TP含量為20 mg/L(采用磷酸二氫鉀和磷酸氫二鉀,各占TP的50%),堿度采用碳酸氫鈉提供,含量為100 mg/L,Ca2+含量為40?50 mg/L。微量元素(mg/L):MgSO4.7H20,22.4;FeS04-7H20,9.2;CoCl2-6H20,0.1;MnS04-H20,0.1;CuS04-5H20,0.1;NiCl2-6H20,
0.1ο
[0021]培養(yǎng)70?120d后,得到的好氧顆粒污泥呈淡黃色球形或橢球形顆粒,粒徑為0.3?3.0 mm。污泥沉降性能隨著污泥顆粒程度的提高顯著提高。第53 d時,反應(yīng)器的MLSS為4582mg/L,MLVSS為3010 mg/L,MLVSS/MLSS為65.7%,污泥的SVI30為91.66 mL/g,污泥富磷率為3.8%,其對⑶D、TP和TN的去除率分別可達85%,76%和66%。至第86 d,反應(yīng)器的MLSS為10260mg/L,MLVSS為6896 mg/L,MLVSS/MLSS為67.2%,污泥的SVI3Q為36.I mL/g,污泥富磷率為3.3%,其對(:00、了?和了~的去除率分別可達76%,94%和86%。第70~120 d,反應(yīng)器對COD、TP和TN的去除率分別維持在67%?84%、67%?100%、76%?92%附圖2的XRD測試結(jié)果可以看出,含磷好氧顆粒污泥樣品XRD衍射圖與(Mn+2,F(xiàn)e+2,Ca)3(P04)2標準譜圖的匹配較好,表明富集在好氧顆粒污泥中的化學(xué)磷沉淀主要是錳、鐵、鈣的磷酸鹽化合物(Mn+2,F(xiàn)e+2,Ca)3(P04)2。
[0022]將反應(yīng)器中的混合液沉降后棄去上清液,將剩余的好氧顆粒污泥用蒸餾水沖洗3?4次,然后在60°C下干燥24?36 h。稱取一定量干燥后的好氧顆粒污泥于帶隔板的石英管中,放入管式試驗爐中,在N2保護條件下,分別在100°C、200°C、300°C下加熱I h,得到處理過的好氧顆粒污泥。
[0023]實施例1
取500 ml反應(yīng)器好氧運行末端的混合液,沉降后棄去上清液,用蒸餾水清洗好氧顆粒污泥3次,將沖洗后的污泥置于60°C的烘箱中干燥30 11,稱取1.5 g干燥后的好氧顆粒污泥于帶隔板的石英管中,放入管式試驗爐中,在犯保護條件下,在100°C下加熱I h,得到處理過的好氧顆粒污泥。處理后的好氧顆粒污泥的產(chǎn)率為95.23%,總氮、磷(以P2O5計)和鉀(以K2O計)含量分別為2.24%,9.36%、I.16%,有機質(zhì)的含量為45.05%,鈣、鎂含量分別為17.72%、
0.87%。
[0024]實施例2
取500 ml反應(yīng)器好氧運行末端的混合液,沉降后棄去上清液,用蒸餾水清洗好氧顆粒污泥3次,將沖洗后的污泥置于60°C的烘箱中干燥30 11,稱取1.5 g干燥后的好氧顆粒污泥于帶隔板的石英管中,放入管式試驗爐中,在N2保護條件下,在200°C下加熱I h,得到處理過的好氧顆粒污泥。處理后的好氧顆粒污泥的產(chǎn)率為82.48%,總氮、磷(以P2O5計)和鉀(以K2O計)含量分別為2.52%,20.47%、1.29%,有機質(zhì)的含量為47.32%,鈣、鎂含量分別為17.75%、0.99% O
[0025] 實施例3
取500 ml反應(yīng)器好氧運行末端的混合液,沉降后棄去上清液,用蒸餾水清洗好氧顆粒污泥3次,將沖洗后的污泥置于60°C的烘箱中干燥30 11,稱取1.5 g干燥后的好氧顆粒污泥于帶隔板的石英管中,放入管式試驗爐中,在N2保護條件下,在300°C下加熱I h,得到處理過的好氧顆粒污泥。處理后的好氧顆粒污泥的產(chǎn)率為69.67%,總氮、磷(以P2O5計)和鉀(以K2O計)含量分別為1.96%,22.12%、1.47%,有機質(zhì)的含量為41.12%,鈣、鎂含量分別為22.95%、1.17%。
【主權(quán)項】
1.一種含磷好氧顆粒污泥的資源化方法,其特征在于:包括如下步驟:將培養(yǎng)含磷好氧顆粒污泥反應(yīng)器中的混合液沉降后棄去上清液,將剩余的好氧顆粒污泥用蒸餾水沖洗,然后在一定溫度下干燥;稱取一定量干燥后的好氧顆粒污泥于帶隔板的石英管中,放入管式試驗爐中,在他保護條件下加熱,得到處理過的好氧顆粒污泥。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含磷好氧顆粒污泥的資源化方法,其特征在于:所述的培養(yǎng)含磷好氧顆粒污泥的反應(yīng)器為序批式反應(yīng)器,每周期換水量為I?5 L03.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含磷好氧顆粒污泥的資源化方法,其特征在于:所述的反應(yīng)器在20?30°C下運行,進水采用底部隔膜栗進水;排水采用重力排水;好氧或厭氧階段采用底部微孔曝氣方式。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含磷好氧顆粒污泥的資源化方法,其特征在于:所述的培養(yǎng)含磷好氧顆粒污泥的反應(yīng)器采用周期性運行方式,每天運行4個周期,每個周期包括:1~5 min進水;50~70 min厭氧,氣量I?5 L/min ; 250~300 min好氧,氣量I?5 L/min ; 5~10 min沉降和3~8 min排水。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含磷好氧顆粒污泥的資源化方法,其特征在于:所述的培養(yǎng)含磷好氧顆粒污泥的反應(yīng)器的接種污泥為好氧顆粒污泥的碎片,初始的MLSS為3000?4000mg/L06.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含磷好氧顆粒污泥的資源化方法,其特征在于:所述的培養(yǎng)含磷好氧顆粒污泥的反應(yīng)器進水采用人工配水,人工配水水質(zhì)為:COD含量為700?900 mg/L,其中乙酸鉀和丙酸鈉各占COD的40?60%;TN含量為20?40 mg/L,采用氯化銨;TP含量為10~30mg/L,采用磷酸二氫鉀和磷酸氫二鉀,各占TP的40?60% ;堿度采用碳酸氫鈉提供,含量為50?200 mg/L;Ca2+含量為40?50 mg/L。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含磷好氧顆粒污泥的資源化方法,其特征在于:所述的反應(yīng)器混合液中的好氧顆粒污泥呈球形或橢球形顆粒,粒徑為0.3-3.0 mm,污泥富磷率為2~5%。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含磷好氧顆粒污泥的資源化方法,其特征在于:將培養(yǎng)含磷好氧顆粒污泥反應(yīng)器中的混合液沉降后棄去上清液,將剩余的好氧顆粒污泥用蒸餾水沖洗,然后在50?70 °C下干燥24?36 h。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的含磷好氧顆粒污泥的資源化方法,其特征在于:稱取一定量干燥后的好氧顆粒污泥于帶隔板的石英管中,放入管式試驗爐中,在N2保護條件下,在100?300°C下加熱I?2 h,得到處理過的好氧顆粒污泥。
【文檔編號】C02F3/12GK105948234SQ201610476588
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月27日
【發(fā)明人】萬俊鋒, 劉青, 李海松, 李順義, 李紅麗, 遲媛媛, 王巖
【申請人】鄭州大學(xué), 知和環(huán)??萍加邢薰?br>