申请日2017.01.25
公开(公告)日2017.05.31
IPC分类号C02F11/12; C02F11/00; C02F11/04; C02F11/10
摘要
本发明的一种基于消化污泥水热处理的污泥资源回收方法，污泥经脱水处理后得到含固率为15%‑20%的脱水污泥;脱水污泥与脱除氮磷后的压滤液在浆化调质反应器内进行混合，并进行预热、浆化、调质;经浆化调质后的污泥泵入厌氧消化系统，产生的沼气;经过厌氧消化后污泥进入热水解反应器进行水热处理，热水解释压降温后的混合液，采用板框压滤脱水形成高干沼渣;压滤液，调节pH值至9‑11后，添加镁盐生成鸟粪石，实现磷的回收;再将调节pH值至11‑13后，进行氨吹脱，实现氮的回收;脱除氮磷后的压滤液回流至浆化调质反应器再与脱水污泥进行混合，进行循环处理。其优点是：有效提高污泥降解率和甲烷产率，同时实现氮磷资源的回收。
权利要求书
1.一种基于消化污泥水热处理的污泥资源回收方法，其特征是：包括以下步骤：
步骤一、将城市污水处理厂的污泥经脱水处理后得到含固率为15%-20%的脱水污泥;
步骤二、脱水污泥与脱除氮磷后的压滤液在浆化调质反应器内进行混合，并进行预热、浆化、调质;
步骤三、经浆化调质后的污泥泵入厌氧消化系统，产生的沼气被热电联产系统回收利用;
步骤四、经过厌氧消化后污泥进入热水解反应器进行水热处理，高温杀灭厌氧微生物，释放大量可降解有机质，热水解释压降温后的混合液，直接采用板框压滤脱水形成高干沼渣;
步骤五、压滤液，调节pH值至9-11后，添加镁盐，生成鸟粪石，实现磷资源的回收;
步骤六、再将调节pH值至11-13后，进行氨吹脱，实现氮资源的回收;
步骤七、脱除氮磷后的压滤液回流至浆化调质反应器再与脱水污泥进行混合，进行循环处理。
2.根据权利要求1所述的一种基于消化污泥水热处理的污泥资源回收方法，其特征是：所述的步骤二中，脱水污泥与脱除氮磷后的压滤液混合后，污泥的含固率为12%-15%。
3.根据权利要求2所述的一种基于消化污泥水热处理的污泥资源回收方法，其特征是:所述的步骤二中，浆化调质反应器内停留时间为4h-8h。
4.根据权利要求3所述的一种基于消化污泥水热处理的污泥资源回收方法，其特征是:所述的步骤二中，浆化调质反应器的预热热源来自消化污泥水热处理后所产生的释压蒸汽。
5.根据权利要求4所述的一种基于消化污泥水热处理的污泥资源回收方法，其特征是:所述的步骤二中，污泥预热后温度为60℃-80℃。
6.根据权利要求5所述的一种基于消化污泥水热处理的污泥资源回收方法，其特征是:所述的水热处理的水热温度为120℃-175℃，水热时间为0.3h-1h。
7.根据权利要求6所述的一种基于消化污泥水热处理的污泥资源回收方法，其特征是:所述的镁盐为MgCl2。
8.根据权利要求7所述的一种基于消化污泥水热处理的污泥资源回收方法，其特征是:所述的步骤三，厌氧消化系统为单相厌氧消化系统，或者酸化+消化的两相厌氧消化系统。
9.根据权利要求8所述的一种基于消化污泥水热处理的污泥资源回收方法，其特征是:所述的单相厌氧消化系统中，中温单相温度为35±1℃，停留时间15d-20d。
10.根据权利要求8所述的一种基于消化污泥水热处理的污泥资源回收方法，其特征是:所述的酸化+消化的两相厌氧消化系统中，酸化相温度为50℃-70℃，停留时间为1d-4d，中温产甲烷相温度为35±1℃，停留时间为12d-15d。
说明书
一种基于消化污泥水热处理的污泥资源回收方法
技术领域
本发明涉及固体废物资源化技术领域，尤其是一种基于消化污泥水热处理的污泥资源回收方法。
背景技术
随着我国城镇化和污水处理的发展，产生大量的剩余污泥亟待安全处理处置。截至2016年3月，我国已建成3910多座城镇污水处理厂，污水处理能力达到1.67亿立方米/日，每年产生3000万吨-4000 万吨市政污泥(含水率在80%)。然而由于我国污泥处理处置技术滞后，管理和法律法规体制不完善，一直存在“重水轻泥”的现状，80%污泥进行不规范倾倒处置，而国家最新颁布的“水十条”明确提出要推进污泥处理处置。
据研究表明，污水厂进水中约有60%COD、40%N和90%P进入污泥中，污泥中含有大量的生物质能和N、P资源。通常污泥处理费用约占污水厂运行费用的50%左右，而污水厂唯一能够产生能源的就是利用污泥中有机质产能，污泥厌氧消化是目前最经济有效且应用最广泛的废物处理和能源资源回收的技术。然而，国内污泥厌氧消化工程应用一直受限，全国建成厌氧消化工程约60座，但是能够长期正常运行的不到15座，主要的原因是产气性能差、运行费用高等，而污泥厌氧消化在欧洲和美国等发达国家占到60%以上，并且向自给自足型污水厂的方向发展。
随着对生污泥(未消化污泥)进行水热(又称热水解)预处理技术的突破，使污泥厌氧消化效率得到了显著提高。以Cambi和Veolia公司为主的商业规模热水解厌氧消化工程在国外已经有75座在建或运行，而且该技术也逐渐成为解决我国低有机质污泥处理处置的重要技术手段，并在长沙、镇江、襄阳、北京等地开展了工程示范，有效的提升了污泥有机质厌氧转化效率。但是，现有的热水解预处理+高含固污泥厌氧消化工艺也存在以下几个问题：(1)热水解系统部分能量和体积浪费在水解易降解有机质，(2)污泥进行热水解可以不用添加化学药剂直接进行脱水，但是热水解污泥消化后沼渣脱水性能会相对变差，(3)厌氧消化污泥稳定程度和品质随着发展还有一定的提升空间，(4)污泥中大量的氮磷资源没有得到有效的回收。
针对我国城市污泥传统厌氧消化效率低的问题，目前开展的关于热水解预处理+高含固厌氧消化技术研究较多，专利文献201110319442.9公开了一种高含固生物污泥连续热水解装置与方法，通过管式进料器、高温高压闪蒸反应釜和闪蒸蒸汽储汽罐组合进行污泥浆化-水热-高效厌氧消化，同时实现了闪蒸热能的高效回收利用。但是该方法浪费了部分热水解体积和能量在易降解有机质上，特别是处理初沉污泥含量较高的混合污泥，且沼渣脱水性能变差。另外，专利文献201610355208.4公开了一种中间强化的污泥消化工艺，污泥先进行普通厌氧消化去除易降解有机质，然后利用酸、碱、超声、热处理等手段，使不易降解有机质转化为易降解有机质，再进行消化，实现提高污泥降解和产气的目的，但是存在厌氧消化停留时间长，反应器体积大的缺点。专利文献201510271760.0公开了一种厌氧消化污泥调质系统及方法，生污泥首先和回流的水热污泥和压滤液混合，然后进行厌氧消化，产生的沼气用于发电，消化污泥通过添加高分子絮凝剂进行浓缩-离心脱水，固体进入热水解反应罐进行水热处理，热水解污泥和离心脱水压滤液回流至进泥端。该方法主要采用后置热水解处理的工艺，大大提高了能源的利用效率，但是没有考虑沼渣脱水以及氮磷资源回收，没有充分利用热水解的水热作用，且含高氨氮热水解污泥回流可能会对消化系统造成抑制。
目前国内外关于热水解技术的研究主要集中污泥预处理，常规热水解预处理作用主要是解决了污泥有机质水解慢这一限速性步骤，改善污泥流动性和后续脱水性能，但目前的工程应用表明，水热预处理后污泥脱水性能是大大改善的，但经厌氧消化后其沼渣的脱水性能又下降，导致脱水加药量和含水率仍不理想。热水解技术最早用于提高污泥脱水性能，但目前仅有的几篇关于后置热水解的报道也没有完全利用热水解对污泥脱水提升以及氮磷释放的优势。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状，而提供了一种基于消化污泥水热处理的污泥资源回收方法，通过将高含固厌氧消化技术和后置热水解技术的结合，能够有效提高污泥降解率和甲烷产率，显著改善污泥脱水性能，减少加药量，同时高效回收氮磷资源，实现污泥资源的高效回收。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种基于消化污泥水热处理的污泥资源回收方法，包括以下步骤：
步骤一、将城市污水处理厂的污泥经脱水处理后得到含固率为15%-20%的脱水污泥;
步骤二、脱水污泥与脱除氮磷后的压滤液在浆化调质反应器内进行混合，并进行预热、浆化、调质;
步骤三、经浆化调质后的污泥泵入厌氧消化系统，产生的沼气被热电联产系统回收利用;
步骤四、经过厌氧消化后污泥进入热水解反应器进行水热处理，高温杀灭厌氧微生物，释放大量可降解有机质，热水解释压降温后的混合液，直接采用板框压滤脱水形成高干沼渣;
步骤五、压滤液，调节pH值至9-11后，添加镁盐，生成鸟粪石，实现磷资源的回收;
步骤六、再将调节pH值至11-13后，进行氨吹脱，实现氮资源的回收;
步骤七、脱除氮磷后的压滤液回流至浆化调质反应器再与脱水污泥进行混合，进行循环处理。
为优化上述技术方案，采取的措施还包括：
上述的步骤二中，脱水污泥与脱除氮磷后的压滤液混合后，污泥的含固率为12%-15%。
上述的步骤二中，浆化调质反应器内停留时间为4h-8h。
上述的步骤二中，浆化调质反应器的预热热源来自消化污泥水热处理后所产生的释压蒸汽。
上述的步骤二中，污泥预热后温度为60℃-80℃。
上述的水热处理的水热温度为120℃-175℃，水热时间为0.3h-1h。
上述的镁盐为MgCl2。
上述的步骤三，厌氧消化系统为单相厌氧消化系统，或者酸化+消化的两相厌氧消化系统。
上述的单相厌氧消化系统中，中温单相温度为35±1℃，停留时间15d-20d。
上述的酸化+消化的两相厌氧消化系统中，酸化相温度为50℃-70℃，停留时间为1d-4d，中温产甲烷相温度为35±1℃，停留时间为12d-15d。
与现有技术相比，本发明的一种基于消化污泥水热处理的污泥资源回收方法，通过将高含固厌氧消化技术和后置热水解技术的结合，具有以下优点：
(1)后置热水解技术同时实现沼渣中有机质和氮磷的释放，有利于显著提高系统降解率和甲烷产率，同时实现氮磷的高效回收;
(2)后置热水解技术大大地改善了沼渣脱水性能，减少加药量，节省药耗;
(3)后置热水解释压蒸汽用于进料污泥浆化，有效提高污泥流动性，同时富含易降解有机质和腐殖类有机物的碱性压滤液对生污泥进行浆化调质，易降解有机质提高甲烷产量和系统降解率，腐殖类有机物络合固定重金属，进一步提高有机质的生物降解。