申请日2015.08.12
公开(公告)日2017.05.03
IPC分类号C02F11/00; C02F11/04
摘要
一种污水处理厂剩余活性污泥再利用的清洁生产方法，该方法包括：(1)将城市污水处理厂二沉池的剩余活性污泥自然沉降至污泥沉降比为50‑60%后不经过任何预处理直接加入曝气搅拌池中，经过110‑120h的曝气搅拌处理,然后自然沉降;(2)将自然沉降后的上清液排入MAP沉淀反应器中,通过投加镁盐溶液和磷盐溶液，调整P/Mg/N摩尔比1/1.2/1，用5MNaOH调节反应溶液pH值8.9±0.1，将沉淀后上清液排入厌氧调节池，产生的沉淀排放到分离回收装置;(3)将步骤(1)中自然沉降后的沉淀底泥排入厌氧调节池，再将步骤(2)中MAP沉淀后的上清液排入厌氧调节池，进一步发酵产甲烷回收能源。本发明操作方便易行，没有引入新的化学物质，有利于后续污泥厌氧消化处理，且氮磷资源与能源的回收成本低。
权利要求书
1.一种 污水处理厂剩余活性污泥再利用的清洁生产方法，其特征在于，该方法包括：
(1)将城市污水处理厂二沉池的剩余活性污泥自然沉降至污泥沉降比为50-60%后不经过任何预处理直接加入曝气搅拌池中，经过110-120h的曝气搅拌处理,然后自然沉降;曝气量5L/min，搅拌速率300rpm，搅拌方式为每转10秒停5秒;
(2)将自然沉降后的上清液排入MAP沉淀反应器中,通过投加镁盐溶液和磷盐溶液，调整P/Mg/N摩尔比1/1.2/1，在搅拌的条件下，用5MNaOH调节反应溶液pH值8.9±0.1，使上清液中氮磷发生MAP沉淀反应，将沉淀后上清液排入厌氧调节池，产生的沉淀排放到分离回收装置;
(3)将步骤(1)中自然沉降后的沉淀底泥排入厌氧调节池，再将步骤(2)中MAP沉淀后的上清液排入厌氧调节池，并利用污泥自身的碱调节两者混合液的pH值至8.2-8.5后排入厌氧反应器，进一步发酵产甲烷回收能源。
2.根据权利要求1所述的一种污水处理厂剩余活性污泥再利用的清洁生产方法，其特征在于，在步骤(2)中，测定自然沉降后的上清液中氨氮和溶解性磷的浓度分别达到143.2-185.3mg/L和109.3-132.7mg/L，SCOD在3300-5000mg/L，再排入MAP沉淀反应器中。
3.根据权利要求1所述的一种污水处理厂剩余活性污泥再利用的清洁生产方法，其特征在于，在步骤(2)中，搅拌方式为800rpm搅拌5分钟后，改为200rpm搅拌15分钟，停止搅拌后沉淀2-3h，再将上清液排入厌氧调节池。
4.根据权利要求1所述的一种污水处理厂剩余活性污泥再利用的清洁生产方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述镁盐溶液的质量百分比浓度为17%，镁盐溶液为MgCl2溶液、MgSO4溶液和MgO溶液中的一种;所述磷盐溶液的质量百分比浓度为5%，磷盐溶液为NaH2PO4溶液、Na2HPO4溶液、Na3PO4溶液、KH2PO4溶液和K2HPO4溶液中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种污水处理厂剩余活性污泥再利用的清洁生产方法，其特征在于，在步骤(3)中，厌氧反应器为完全混合式厌氧反应器、上流式厌氧污泥床、厌氧滤池、厌氧挡板反应器、厌氧膨胀颗粒污泥床或厌氧序批式反应器。
说明书
一种污水处理厂剩余活性污泥再利用的清洁生产方法
技术领域
本发明涉及一种污水处理厂剩余活性污泥再利用的清洁生产方法，实现污水处理厂对剩余活性污泥循环利用目标，属于污泥污水处理和资源化技术领域，是一种清洁生产新技术。
背景技术
我国城镇污水处理厂每年干污泥产量大约为30万吨，并且每年以大约10%的速度增长，其处理处置费用占污水处理厂总运行费用的25%～40%。然而我国剩余污泥处理水平比污水处理技术水平要落后许多，国内拥有稳定污泥处理设施的污水处理厂不足 1/4，城镇污水厂污泥的处理与处置已经成为我国现代化建设过程中亟待解决的重大环境问题。但是活性污泥中的有机物含量在60%-75%，生物易降解有机组分在40%以上，磷约占污泥干重的5.0%，氮元素的含量更为丰富约9.3%，因此活性污泥中蕴藏着极大的资源。但如何将其资源化利用是目前污水处理厂的技术瓶颈问题之一。
目前在污泥资源化减量化处理中常用的方法有投加酸、碱或臭氧的方法。常用的酸、碱物质分别是HCI和NaOH溶液，二者均能有效地促进污泥融胞释放氮磷，对污泥减量化有很好的效果，但酸、碱的处理液色度均很重。中国发明专利“污泥碳源两级碱性水解酸化回收方法”(CN101708932B)，中国发明专利“碱解预处理—磷酸铵镁法回收磷氮—厌氧消化产甲烷的集成工艺处理剩余污泥的方法”(201310708860.6)中均使用碱解处理方法，但经过5%NaOH处理污泥后上清液呈现黑褐色;且大量的Na+、OH-造成上清液盐度大，会增大后续处理出水色度、盐度，不利于废水达标排放。10%HCI处理液呈现褐黄色，而且酸处理上清液中含有大量的CI-离子。所以酸碱处理法都在处理系统中引入了新的污染物质，不利于后续的进一步厌氧消化产甲烷回收生物质能。而臭氧法目前主要用于废水三级处理，且臭氧法的设备一次性投入大，处理过程能耗高，因此会大幅度增加处理成本。
发明人发现在污泥池中将沉降比为50-60%的污泥经过一定时间的曝气处理后，上清液氨氮、溶解性磷浓度高于酸、碱处理液中氮磷的浓度，曝气造成污泥溶胞释放氮磷和可溶性有机物(SCOD)的现象。因此本发明将污水厂贮泥池(或污泥浓缩池)进行结构改造，安装曝气和搅拌装置，通过对搅拌装置和搅拌方式的特殊设计增大污泥颗粒间接触碰撞几率和挤压力，与曝气形成的剪切力共同作用进一步使污泥颗粒溶胞破解，达到污泥胞外聚合物剥离细胞破碎释放氮磷的目的。对于曝气搅拌后上清液进一步利用中国专利 “一种对废水氮磷进行鸟粪石资源化回收的装置”(201420458242.0)对产生的MAP沉淀作为缓释肥利用，将氮磷回收后的污泥进一步厌氧发酵产甲烷回收能源。由于曝气搅拌使污泥溶胞释放较多的蛋白质、多糖等SCOD，所以厌氧产甲烷效率比通常污水厂污泥厌氧提高10-15%。本发明通过“曝气搅拌-MAP沉淀-厌氧发酵”的技术路线对剩余活性污泥进行资源化能源化再利用，弥补了碱解工艺造成污泥pH值高不利于后续厌氧发酵的技术缺陷，特别是污泥经过曝气搅拌处理后释放氮、磷浓度与碱解法中氮、磷最大释放浓度相当，是一种清洁高效从污泥中回收资源和能源的新技术。
与其他处理系统相比，本发明通过对污水厂现有设施改造达到污泥再利用的目标，操作方便易行，没有引入新的化学物质，与酸、碱处理液相比，曝空气的处理液与原污水颜色相近，有利于后续污泥厌氧消化处理，且氮磷资源与能源的回收降低约10-20%操作成本，达到污水厂实施清洁生产的目标。
发明内容
针对目前污水处理厂剩余活性污泥再利用问题，本发明提供一种污水处理厂剩余活性污泥氮磷资源化能源化再利用的清洁生产方法。
发明人发现在污泥池中将沉降比达到50-60%的污泥经过一定时间的曝气处理后，上清液氨氮、溶解性磷浓度高于或接近酸、碱处理液中氮磷的浓度，曝气造成污泥溶胞释放氮磷和可溶性有机物(SCOD)的现象。本发明改变污泥处理工艺路线，将污水厂贮泥池(或污泥浓缩池)进行结构改造，安装曝气和搅拌装置，通过对搅拌装置和搅拌方式的特殊设计促使污泥氮磷物质释放到混合液中，当曝气量5L/L∙min、曝气时间为120h，污泥融胞释放的氨氮和溶解性磷浓度分别达到143.2-185.3mg/L和109.3-132.7mg/L，高于同条件下的酸、碱处理法中氨氮的最大释放浓度110.1-146.6mg/L，与溶解性磷的释放浓度115.18-125.43mg/L接近。再进一步利用MAP沉淀法和中国专利 “一种对废水磷氮进行鸟粪石资源化回收的装置”(201420458242.0)对此氮磷进行回收作为缓释肥利用，氨氮的回收率是86-95%，溶解性磷的回收率是90-99%，对污泥总氮磷的回收率30-45%，均高于碱解处理工艺。将氮磷回收后的污泥进一步厌氧发酵产甲烷回收能源。最终排放体积减少50-60%，氮磷资源与能源的回收降低约10-20%操作成本，实现了污水处理厂清洁生产的理念。
基于上述，本发明提供一种污水处理厂剩余活性污泥再利用的清洁生产方法，该方法包括：
(1)将城市污水处理厂二沉池的剩余活性污泥自然沉降至污泥沉降比为50-60%后不经过任何预处理直接加入曝气搅拌池中，经过110-120h的曝气搅拌处理,然后自然沉降;
(2)将自然沉降后的上清液排入MAP沉淀反应器中,通过投加镁盐溶液和磷盐溶液，调整P/Mg/N摩尔比1/1.2/1，在搅拌的条件下，用5MNaOH调节反应溶液pH值8.9±0.1，使上清液中氮磷发生MAP沉淀反应，将沉淀后上清液排入厌氧调节池，产生的沉淀排放到分离回收装置;
(3)将步骤(1)中自然沉降后的沉淀底泥排入厌氧调节池，再将步骤(2)中MAP沉淀后的上清液排入厌氧调节池，并利用污泥自身的碱调节两者混合液的pH值至8.2-8.5后排入厌氧反应器，进一步发酵产甲烷回收能源。
在步骤(1)中，曝气量5L/L∙min，搅拌速率150-400rpm，搅拌方式为每转10秒停5秒。
在步骤(2)中，测定自然沉降后的上清液中氨氮和溶解性磷的浓度分别达到143.2-185.3mg/L和109.3-132.7mg/L以上，SCOD在3300-5000mg/L，再排入MAP沉淀反应器中。
在步骤(2)中，搅拌方式为800rpm搅拌5分钟后，改为200rpm搅拌15分钟，停止搅拌后沉淀2-3h，再将上清液排入厌氧调节池。
在步骤(2)中，所述镁盐溶液的质量百分比浓度为17%，镁盐溶液为MgCl2溶液、MgSO4溶液和MgO溶液中的一种;所述磷盐溶液的质量百分比浓度为5%，磷盐溶液为NaH2PO4溶液、Na2HPO4溶液、Na3PO4溶液、KH2PO4溶液和K2HPO4溶液中的一种。
在步骤(3)中，厌氧反应器为完全混合式厌氧反应器、上流式厌氧污泥床、厌氧滤池、厌氧挡板反应器、厌氧膨胀颗粒污泥床或厌氧序批式反应器。反应器正常运转后每次进料的料液比1/3-1/5，COD去除率82-87%以上，由于曝气搅拌使污泥溶胞释放较多的蛋白质、多糖等SCOD，所以厌氧产甲烷效率高，在35℃时比通常污水厂污泥厌氧效率提高10-15%，污泥最终排放体积减少50-60%。氮磷资源与能源的回收降低约10-20%操作成本，实现了污水处理厂清洁生产的理念。
本发明具有以下的积极效果：
(1)为污水处理厂提供整套对剩余活性污泥再利用的清洁生产技术路线，弥补目前污水厂没有对剩余活性污泥利用的技术缺陷。与目前碱解工艺相比，充分实现对污泥中氮磷资源与能源高效回收利用的目标，且不引入新的污染物，具有显著的经济效益、环境效益。
(2)利用污水厂贮泥池(或污泥浓缩池)进行结构改造，污泥融胞释放的氨氮和溶解性磷浓度分别达到143.2-185.3mg/L和109.3-132.7mg/L，高于同条件下的酸、碱处理法中氨氮的最大释放浓度110.1-146.6mg/L，与溶解性磷的释放浓度115.18-125.43mg/L接近，对污泥总氮磷的回收率30-45%，高于酸、碱处理工艺。
(3)本发明将搅拌曝气后底泥与MAP沉淀后上清液混合，达到调节pH值的目的，厌氧后在35℃时产甲烷效率比通常污水厂污泥厌氧产甲烷提高10-15%，污泥最终排放体积减少50-70%，克服了碱解处理后污泥pH值高不利于后续厌氧处理的技术缺陷。
(4)经本发明技术路线处理后，最终排放的污泥与初始剩余活性污泥相比，VSS减少80-90%，排放体积减少50-60%，比现有工艺极大地降低污泥处理费用，氮磷资源与能源的回收降低约10-20%操作成本，实现了污水处理厂清洁生产的理念。