申請(qǐng)日2015.07.30
公開(公告)日2015.12.02
IPC分類號(hào)C02F11/04; C02F11/00
摘要
本發(fā)明涉及環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用高壓均質(zhì)技術(shù)破解剩余污泥提高污泥水解酸化效率的方法。剩余污泥首先用80目篩網(wǎng)過濾，濃縮至污泥含水率97.5%-98.0%。利用高壓均質(zhì)機(jī)在40-60MPa壓強(qiáng)條件下破解濃縮污泥，破解污泥加入水解酸化反應(yīng)器，在35℃下水解酸化60-72h。泥水混合液利用離心機(jī)離心分離，污泥水解酸化上清液可作為反硝化碳源。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于采用高壓均質(zhì)技術(shù)破解剩余污泥，為水解酸化提供了豐富的蛋白質(zhì)和多糖等易被微生物利用的有機(jī)物，提高破解污泥的水解酸化效率。污泥水解酸化上清液的COD和VFAs最高分別達(dá)到6682和2065mg/L，非常適于作為污水處理過程中的反硝化碳源。該方法操作簡(jiǎn)單、水解酸化條件易于控制，具有良好的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求書
1.一種利用高壓均質(zhì)技術(shù)破解剩余污泥，提高污泥水解酸化效率的方法，其特征在于所 述方法包括以下步驟：
(1)剩余污泥高壓均質(zhì)破解：剩余污泥首先用80目篩網(wǎng)過濾，去除污泥中的無機(jī)顆粒; 剩余污泥濃縮至含水率為97.5%-98.0%;采用高壓均質(zhì)機(jī)在40-60MPa壓強(qiáng)條件下破解濃縮 污泥，污泥破解度為15%-25%。
(2)破解污泥水解酸化：將破解污泥加入水解酸化反應(yīng)器，充入一定量氮?dú)�，在厭氧條 件下進(jìn)行污泥水解酸化，控制反應(yīng)溫度為35℃，攪拌速度100r/min，水解酸化過程中pH維 持在6.5左右，需要水解酸化反應(yīng)時(shí)間60-72h。
(3)水解酸化液提�。翰捎秒x心機(jī)將步驟(2)中水解酸化后的泥水混合液離心分離，離 心速度為10000r/min，離心后的上清液即可作為污水處理過程中的反硝化碳源。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的方法，其特征在于，采用高壓均質(zhì)技術(shù)破解剩余污泥后，破解污泥 水解酸化所需時(shí)間比濃縮污泥直接水解酸化縮短24-36h。
3.根據(jù)權(quán)利1所述的方法，其特征在于，采用高壓均質(zhì)技術(shù)破解剩余污泥后，破解污泥 水解酸化上清液中揮發(fā)性脂肪酸主要由乙酸和丙酸組成，乙酸和丙酸含量占總揮發(fā)性脂肪酸 的70%-75%。
說明書
一種高壓均質(zhì)技術(shù)破解剩余污泥提高水解酸化效率的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用高壓均質(zhì)技術(shù)破解剩余污泥提高污泥水解酸化效率的方法。
背景技術(shù)
隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人們生活水平的提高，生活污水中氮、磷含量越來越高，使城市污水C/N比偏低，導(dǎo)致污水廠生物脫氮過程中反硝化階段碳源嚴(yán)重不足。為提高生物脫氮效果，一般投加甲醇、乙醇等補(bǔ)充反硝化碳源。對(duì)于污水處理廠，投加甲醇等碳源不僅大大增加其運(yùn)行成本，而且甲醇具有一定毒性。
污水處理過程中產(chǎn)生大量剩余污泥，一般可以采用厭氧消化技術(shù)對(duì)剩余污泥進(jìn)行穩(wěn)定化、減量化和資源化。污泥厭氧消化分為三個(gè)階段：水解、酸化和產(chǎn)甲烷階段。其中，剩余污泥在水解、酸化階段產(chǎn)生大量的揮發(fā)性脂肪酸，這些揮發(fā)性脂肪酸的主要成分為小分子酸，尤其是乙酸和丙酸含量較高。因此，將剩余污泥進(jìn)行水解酸化處理，可能獲得生物脫氮工藝中的反硝化碳源。
由于蛋白質(zhì)和多糖等可溶性有機(jī)物大多聚集在微生物細(xì)胞內(nèi)或者胞外聚合物中，微塵物細(xì)胞壁的阻礙和污泥絮體的束縛使這些有機(jī)物難以釋放，大大降低了剩余污泥的水解酸化速度和效率。采用污泥破解的方法可使污泥絮體破碎，胞內(nèi)有機(jī)物和胞外聚合物釋放到污泥液相，污泥中的固體有機(jī)物更容易變?yōu)橐捉到獾娜芙庑杂袡C(jī)物。污泥破解可用污泥破解度來表示，見公式(1)。污泥破解可有效強(qiáng)化剩余污泥的塵物降解。
其中：DDCOD——污泥破解度，%;
TCOD——污泥的總化學(xué)需氧量，mg/L;
SCOD0——破解前污泥的溶解性化學(xué)需氧量，mg/L;
SCOD——破解后污泥的溶解性化學(xué)需氧量，mg/L。
高壓均質(zhì)技術(shù)是一種分散、超微細(xì)化的機(jī)械破碎技術(shù)，可將液體物料或以液體為載體的固體物料細(xì)化至微米級(jí)甚至納米級(jí)。由于操作簡(jiǎn)單、無污染和良好的均質(zhì)效果等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于食品、化工及制藥等行業(yè)。此外，高壓均質(zhì)也是目前細(xì)胞破碎的主要方法之一，可短時(shí)間內(nèi)將細(xì)胞膜破裂，迅速釋放胞內(nèi)物質(zhì)，以提取胞內(nèi)物質(zhì)。但高壓均質(zhì)技術(shù)目前還較少在環(huán)境領(lǐng)域應(yīng)用，尚未有人嘗試將高壓均質(zhì)技術(shù)與污泥水解酸化聯(lián)用，以獲取污水處理過程中的反硝化碳源。本專利采用高壓均質(zhì)技術(shù)破解剩余污泥，提高剩余污泥的水解酸化效率，獲得廉價(jià)的反硝化碳源。該方法操作方法簡(jiǎn)單、水解酸化條件易于控制，可極大地降低污水廠生物脫氮的經(jīng)濟(jì)成本，減少剩余污泥的排放，具有較高的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。
發(fā)明內(nèi)容
1.發(fā)明目的
本發(fā)明的目的在于，針對(duì)當(dāng)前污水生物脫氮工藝中反硝化碳源缺乏的問題，提供一種提高剩余污泥水解酸化效率，從剩余污泥生產(chǎn)廉價(jià)反硝化碳源的方法。
2.技術(shù)方案
本發(fā)明提供一種利用高壓均質(zhì)技術(shù)提高剩余污泥水解酸化效率、高效獲得揮發(fā)性脂肪酸等反硝化碳源的工藝方法，包括以下步驟：
(1)剩余污泥高壓均質(zhì)破解：剩余污泥首先用80目篩網(wǎng)過濾，去除污泥中的無機(jī)顆粒;剩余污泥濃縮至含水率為97.5%-98.0%;采用高壓均質(zhì)機(jī)在40-60MPa的壓強(qiáng)條件下破解濃縮剩余污泥，污泥破解度為15%-25%。
(2)破解污泥水解酸化：將破解污泥加入水解酸化反應(yīng)器，充入一定量氮?dú)�，在厭氧環(huán)境下進(jìn)行污泥水解酸化，控制反應(yīng)溫度為35℃，攪拌速度為100-150r/min，水解酸化過程中pH維持在6.5左右，需要水解酸化反應(yīng)時(shí)間60-72h。
(3)水解酸化液提�。翰捎秒x心機(jī)將步驟(2)中水解酸化后的泥水混合液離心分離，離心速度為10000r/min，離心后的上清液即可用作污水處理過程中的反硝化碳源。
3.本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明的有益效果在于采用可高效破解剩余污泥的高壓均質(zhì)技術(shù)，在不改變污泥化學(xué)性質(zhì)的條件下，使剩余污泥中的微生物細(xì)胞破裂，微生物細(xì)胞內(nèi)或胞外聚合物中的蛋白質(zhì)和多糖等溶解性有機(jī)物大量釋放，為剩余污泥水解酸化提供大量易于利用的有機(jī)物，提高剩余污泥的水解酸化效率。剩余污泥高壓均質(zhì)后，破解污泥水解酸化的反應(yīng)時(shí)間縮短24-36h。制得的水解酸化液COD濃度最高達(dá)到6682mg/L，是濃縮污泥的87倍，是濃縮污泥直接水解酸化后水解酸化液的5.5倍;制得的水解酸化液揮發(fā)性脂肪酸(VFAs，以乙酸計(jì))濃度最高達(dá)到2946mg/L，是濃縮污泥的23.9倍，是濃縮污泥直接水解酸化后水解酸化液的2.3倍。水解酸化液上清液中乙酸和丙酸的含量為70-75%。該工藝操作簡(jiǎn)單，水解酸化條件易于控制，經(jīng)濟(jì)成本低廉，具有良好的應(yīng)用前景。
具體實(shí)施方式
以下通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步做詳細(xì)說明。
實(shí)施例1：
(1)剩余污泥首先用80目篩網(wǎng)過濾，并濃縮至污泥TS為20.2g/L。將濃縮污泥加入水解酸化反應(yīng)器，充入一定量氮?dú)�，在厭氧條件下水解酸化，控制反應(yīng)溫度為35℃、攪拌速度為100r/min、pH維持在6.5左右。水解酸化96h后，采用離心機(jī)將水解酸化后的泥水混合液離心分離，離心速度為10000r/min。上清液的SCOD和VFAs濃度達(dá)到最高，分別為1212和1264mg/L。
(2)剩余污泥首先用80目篩網(wǎng)過濾，并濃縮至污泥TS為20.2g/L。采用高壓均質(zhì)機(jī)(JJ-30L/100)在40MPa壓強(qiáng)條件下破解濃縮污泥，污泥破解度為22.9%。將破解污泥加入水解酸化反應(yīng)器，充入一定量氮?dú)�，在厭氧條件下水解酸化，控制反應(yīng)器溫度為35℃、攪拌速度100r/min，pH維持在6.5左右。水解酸化72h后，采用離心機(jī)將水解酸化后的泥水混合液離心分離，離心速度為10000r/min。污泥水解酸化上清液的SCOD和VFAs濃度達(dá)到最高，分別為6682和2946mg/L，是濃縮污泥直接水解酸化的5.5倍和2.3倍。離心分離后上清液中不同種類脂肪酸的分布見圖1所示，可以作污水處理過程中的反硝化碳源。
實(shí)施例2：
剩余污泥首先用80目篩網(wǎng)過濾，并濃縮至污泥TS為20.2g/L。采用高壓均質(zhì)機(jī)(JJ-30L/100)在50MPa壓強(qiáng)條件下破解濃縮污泥，污泥破解度為20.6%。將破解污泥加入水解酸化反應(yīng)器，充入一定量氮?dú)�，在厭氧條件下水解酸化，控制反應(yīng)器溫度為35℃、攪拌速度100r/min、pH維持在6.5左右。水解酸化72h后，采用離心機(jī)將水解酸化后的泥水混合液離心分離，離心速度為10000r/min。污泥水解酸化上清液的SCOD和VFAs濃度分別為5875和2750mg/L，分別是濃縮污泥直接水解酸化的4.8倍和2.2倍。
實(shí)施例3：
剩余污泥首先用80目篩網(wǎng)過濾，并濃縮至污泥TS為23.9g/L。采用高壓均質(zhì)機(jī)(JJ-30L/100)在60MPa壓強(qiáng)條件下破解濃縮污泥，污泥破解度為16.8%。將破解污泥加入水解酸化反應(yīng)器，充入一定量氮?dú)猓趨捬鯒l件下水解酸化，控制反應(yīng)器溫度為35℃、攪拌速度100r/min、pH維持在6.5左右。水解酸化72h后，采用離心機(jī)將水解酸化后的泥水混合液離心分離，離心速度為10000r/min。污泥水解酸化上清液的SCOD和VFAs濃度分別為6347和2864mg/L，分別是濃縮污泥直接水解酸化的5.2倍和2.3倍。
