申请日2012.04.12
公开(公告)日2012.08.15
IPC分类号C02F11/00
摘要
一种回收剩余污泥中碳源和氮磷元素的方法，属于污泥污水处理领域。针对剩余污泥在单独以氢氧化钠提供碱度的碱性环境下发酵时，发酵液中存在正磷酸盐和氨氮的摩尔比较低，不利于污泥发酵液中氨氮和磷回收的缺点。本发明利用磷酸钠既能提供碱度又能提供正磷酸盐的特性，联合使用氢氧化钠溶液，将剩余污泥的pH值控制在碱性条件，通过增强剩余污泥水解和抑制产甲烷过程，使剩余污泥中的有机物最大程度地转化为有机酸。同时通过控制磷酸钠的投加量，调节污泥发酵液中正磷酸盐和氨氮的摩尔比为(0.9～1.4)∶1，从而便于污泥发酵液中的氨氮和正磷酸盐以鸟粪石沉淀的形式回收。该方法和单独以氢氧化钠控制碱性条件下剩余污泥的产酸量相当，但节省成本。
权利要求书
1.一种回收剩余污泥中碳源和氮磷元素的方法，其特征在于具体如下步 骤：
(1)首先将剩余污泥加入反应器中，剩余污泥总悬浮固体的浓度为 9000～13000mg/L，挥发性悬浮固体浓度为7000～11000mg/L;使用磷酸钠将 剩余污泥的pH调为8～8.5，而后使用氢氧化溶液调节剩余污泥的pH为10，曝 氮气将反应器顶部的空气排出，最后密闭反应器，搅拌发酵，发酵的温度为 15～35℃;
(2)使用pH电极实时监测反应器中的pH变化情况，使用磷酸钠或氢 氧化钠溶液控制反应器的pH为10±0.2;
(3)监测污泥发酵液中正磷酸盐和氨氮的摩尔比，当正磷酸盐和氨氮 的摩尔比在(0.9～1.4)∶1的范围时，采用氢氧化钠溶液来控制反应器的pH值， 而当正磷酸盐和氨氮的摩尔比小于0.9时，使用磷酸钠控制溶液的pH值;
(4)剩余污泥发酵4～14天后，离心分离，得到上清液，上清液中含有 有机酸;
(5)将上清液pH控制在碱性条件，向剩余污泥发酵液中投加镁盐，调 节镁离子与氨氮的摩尔比为(1.8～2.0)∶1，搅拌15～20min，而后离心，上清液中 富含有机酸，且氨氮和正磷酸盐的浓度低。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于氢氧化钠溶液的浓度为2～4 mol/L。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于密闭反应器的搅拌速度为 100～200rpm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于加入的镁盐为硫酸镁或氯化 镁。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(5)中，使用2～4mol/L 的氢氧化钠和2～4mol/L盐酸将上清液的pH控制在10，搅拌速率为80～100 rpm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(4)和(5)中的离心 速率为4000～9000rpm，离心时间为20～30min。
说明书
一种回收剩余污泥中碳源和氮磷元素的方法
技术领域
本发明涉及到一种剩余污泥厌氧处理的方法，适用于污水生物脱 氮除磷过程中缺乏碳源的污水处理厂，属于污泥和污水处理领域。
背景技术
生活污水处理厂中存在着两个严重的问题。一方面随着污水处理 行业的发展，废水处理过程中产生了大量的剩余污泥，剩余污泥的处 理处置费用占到污水处理厂运行和管理费用的50～60%。一方面污水 生物脱氮除磷过程需要易降解的有机物，而废水中往往缺乏易降解的 有机物，因此需要投加外加碳源，如甲醇，乙酸钠和乙醇等。外加碳 源不仅增加了污水厂的运行费用，而且外碳源会进一步转化为剩余污 泥增加污水厂剩余污泥的产量。剩余污泥中含有大量的蛋白质和多 糖，研究发现在碱性条件下发酵剩余污泥中的有机物可以转化为大量 的有机酸，这些有机酸可以作为污水脱氮除磷的碳源，且在剩余污泥 发酵过程中，污泥的减量率能达到40～60%，因此将剩余污泥在碱性 条件下发酵是一种可持续的技术。
随着工农业的发展，人类对磷矿石的需求量日益增加，而磷在生 物圈中是一种单向流动的元素，进一步加剧了需求和供给之间的矛 盾。剩余污泥在碱性发酵过程中能释放大量的氨氮和正磷酸盐，不利 于发酵液作为脱氮除磷的碳源进行使用。对发酵液中氨氮和正磷酸盐 回收可以减少人类对自然界磷矿的开采，而且可以减少发酵液中氨氮 和正磷酸盐对后续脱氮除磷工艺带来的负荷。使用鸟粪石沉淀的方法 对剩余污泥发酵液中的氨氮和正磷酸盐回收是一种有效的方法。理论 上生成鸟粪石要求水溶液中镁离子，氨氮和正磷酸的摩尔比为1∶1∶ 1，而在单独以氢氧化钠提供碱度的碱性环境下，剩余污泥发酵液中 正磷酸盐和氨氮的摩尔比(P/N)往往在0.1左右，不利于氨氮和正 磷酸盐的回收。因此有必要开发出一种方法既能保障污泥发酵过程中 的产酸量，又能解决正磷酸盐和氨氮的摩尔比低的问题。
发明内容：
本发明的目的是针对污水处理厂中碳源缺乏，以及自然界磷矿短 缺的问题，提供了一种既能回收剩余污泥中碳源又便于回收剩余污泥 中氨氮和正磷酸盐的方法，实现了剩余污泥中有机碳源和氮磷元素的 循环利用。
本发明提出的一种回收剩余污泥中碳源和氮磷元素的方法，将以 往单纯使用氢氧化钠控制剩余污泥的pH值，改为联合使用磷酸钠和 氢氧化钠控制剩余污泥的pH值。
本发明提出的一种回收剩余污泥中碳源和氮磷元素的方法，不同 于以往在剩余污泥发酵后调节发酵液中的磷酸盐和氨氮的摩尔比，而 是在发酵过程中调节磷酸盐和氨氮的摩尔比。
本发明提出的一种回收剩余污泥中碳源和氮磷元素的方法，具体 步骤如下：
(1)首先将剩余污泥加入反应器中，剩余污泥总悬浮固体的浓度为 9000～13000mg/L，挥发性悬浮固体浓度为7000～11000mg/L;使用 磷酸钠将剩余污泥的pH调为8～8.5，而后使用氢氧化溶液调节剩余 污泥的pH为10，曝氮气将反应器顶部的空气排出，最后密闭反应器， 搅拌发酵，发酵的温度为15～35℃;
(2)使用pH电极实时监测反应器中的pH变化情况，使用磷酸钠 或氢氧化钠溶液控制反应器的pH为10±0.2;
(3)监测污泥发酵液中正磷酸盐和氨氮的摩尔比，当正磷酸 盐和氨氮的摩尔比在(0.9～1.4)∶1的范围时，采用氢氧化钠溶液来控制 反应器的pH值，而当正磷酸盐和氨氮的摩尔比小于0.9时，使用磷 酸钠控制溶液的pH值;
(4)剩余污泥发酵4～14天后，离心分离，得到上清液，上清液中 含有有机酸;
(5)将上清液pH控制在碱性条件，向剩余污泥发酵液中投加镁盐， 调节镁离子与氨氮的摩尔比为(1.8～2.0)∶1，搅拌15～20min，而后离心， 上清液中富含有机酸，且氨氮和正磷酸盐的浓度低。
离心后，沉淀物中含有较丰富的鸟粪石。
进一步，氢氧化钠溶液的浓度为2～4mol/L。
进一步，密闭反应器的搅拌速度为100～200rpm。
进一步，加入的镁盐为硫酸镁或氯化镁。
进一步，步骤(5)中，使用2～4mol/L的氢氧化钠和2～4mol/L盐 酸将上清液的pH控制在10，搅拌速率为80～100rpm。
进一步，步骤(4)和(5)中的离心速率为4000～9000rpm，离心 时间为20～30min。
本发明的技术原理为：碱性条件下，氢氧根离子能破坏维持微生 物胞外聚合物结构的酸性基团反应，促进剩余污泥胞外聚合物中蛋白 质和多糖的溶出;同时碱性条件能破坏微生物细胞的结构，导致微生 物胞内物质的释放。由此可知，碱性条件能促进剩余污泥的水解，并 且碱性条件能抑制产甲烷活性，因此在碱性条件下可以促进产酸。并 且本实验使用磷酸钠和氢氧化钠联合调控反应器的pH，提高了反应 器中正磷酸的浓度，因此提高了P/N，利于剩余污泥发酵液中氨氮和 正磷酸盐以鸟粪石的形式回收。
本发明的有益效果为：
(1)该方法条件下，10～14天内，剩余污泥的减量率能达到 50～65%，和传统的厌氧发酵方式相比，剩余污泥的减量速率提高了1 倍。
(2)本方法条件下和单纯以氢氧化钠为碱源的条件下相比，剩 余污泥产生的有机酸量相当，实现了对剩余污泥的资源化利用。
(3)以鸟粪石的形式回收了发酵液中的氮磷，氨氮和正磷酸盐 的回收率均在70～85%，减轻了发酵液用于污水脱氮除磷时带来的氨 氮和正磷酸盐的负荷，且回收的鸟粪石可用于农田，实现了剩余污泥 资源化利用。
(4)本方法利用了磷酸钠既能提供碱度又能提供磷酸盐的特 性，可以减少控制反应器pH值所需的氢氧化钠的量，调节剩余污泥 pH所需的氢氧化钠的量，节省成本。
(5)在发酵过程中调节发酵液P/N和在发酵后调节相比，可以 减少在回收发酵液鸟粪石时调节pH所需的盐酸量，节省成本。