申请日2020.02.05
公开(公告)日2020.06.19
IPC分类号C02F11/04; C02F11/10; C10B53/00; C02F9/04; C10L3/10; C02F11/00
摘要
本发明公开了一种污水厂生活污泥资源化的处理方法，属于污泥资源化处理技术领域。本发明解决了现有污泥处理过程中沼渣和沼液资源利用不彻底，造成的资源浪费甚至环境污染问题。本发明将浓缩污泥和脱水污泥混合后，采用中温厌氧发酵法处理，获得沼渣、沼液和沼气，分别进行热解处理、氨氮吹脱‑氧化法和混凝沉淀处理和净化提纯处理后，不仅能够进一步降解污泥中的有机物质，提高污泥的卫生水平和稳定性，还能产生沼气，回收能源。本发明制得的沼渣基生物炭可广泛应用于固碳、吸附、土壤修复等方面，具有较好的应用前景。此外，本发明的技术还可以实现调整沼液碳氮磷比例，然后回流至厌氧发酵单元，提高污泥厌氧发酵效率。
权利要求书
1.一种污水厂生活污泥资源化的处理方法，其特征在于，该处理方法包括以下步骤：
步骤一，将浓缩污泥和脱水污泥混合后，获得混合污泥，混合污泥采用中温厌氧发酵法处理，获得沼渣、沼液和沼气;
步骤二，采用热解法处理步骤一产生的沼渣，获得沼渣生物质炭;
步骤三，对步骤一获得的沼液依次进行氨氮吹脱、氧化法、混凝沉淀处理后，获得碳、氮、磷比为200：5：1的沼液。
2.根据权利要求1所述的一种污水厂生活污泥资源化的处理方法，其特征在于，所述的步骤一中浓缩污泥为利用重力浓缩法处理污水厂生活污泥获得，脱水污泥为利用机械脱水法处理污水厂生活污泥获得，浓缩污泥与脱水污泥按照质量比为1：1混合。
3.根据权利要求1所述的一种污水厂生活污泥资源化的处理方法，其特征在于，所述的混合污泥含水率为90%～95%，干物质含量TS为5%～10%，含碳与含氮摩尔比C/N为10～20，铁盐絮凝剂浓度不高于150mg/L、铝盐絮凝剂的浓度不高于50mg/L、PAM的浓度不高于50mg/L、聚季铵盐絮凝剂的浓度不高于10mg/L。
4.根据权利要求1所述的一种污水厂生活污泥资源化的处理方法，其特征在于，所述的步骤一的具体操作过程为：首先，将混合污泥使用NaOH溶液、KOH溶液或Ca(OH)2溶液调节pH为6.9～7.5;然后将接种污泥接种至混合污泥，在温度为35±1℃条件下，进行厌氧发酵20d～30d。
5.根据权利要求4所述的一种污水厂生活污泥资源化的处理方法，其特征在于，所述的接种污泥为沼气池污泥，接种污泥接种质量为混合污泥质量的7.5%～10%。
6.根据权利要求1所述的一种污水厂生活污泥资源化的处理方法，其特征在于，所述的步骤二的具体操作过程为：首先，将步骤一获得的沼渣进行机械脱水，脱水至含水率为79%～81%，然后放入烘箱中，烘干至含水率低于5%，研磨，过筛后，放入管式炉中，在氮气氛围下，按照10℃/min～20℃/min的升温速率升至550℃～700℃后，保温30min～60min，使用去离子水冲洗至pH为中性后，烘干，得到沼渣基生物炭。
7.根据权利要求1所述的一种污水厂生活污泥资源化的处理方法，其特征在于，所述的步骤三的具体操作过程为：首先使用浓度为10%的石灰乳将步骤一获得的沼液pH调节至10～11，然后将沼液进行固液分离，在常温下以空气作为载气对上清液进行吹脱处理，处理时间为2h～3h，然后加入氧化剂，氧化处理0.5h后，加入混凝剂，反应10min～30min后，静置30min后，获得碳、氮、磷比为200：5：1的沼液，将该沼液回流至厌氧发酵单元，作为污泥厌氧处理原料。
8.根据权利要求7所述的一种污水厂生活污泥资源化的处理方法，其特征在于，所述的氧化剂为次氯酸钠或次氯酸钙。
9.根据权利要求7所述的一种污水厂生活污泥资源化的处理方法，其特征在于，所述的混凝剂为三氯化铁。
10.根据权利要求7或9所述的一种污水厂生活污泥资源化的处理方法，其特征在于，所述的混凝剂的加入浓度为沼液中磷酸盐浓度的1.4倍。
说明书
一种污水厂生活污泥资源化的处理方法
技术领域
本发明涉及一种污水厂生活污泥资源化的处理方法，属于污泥资源化处理技术领域。
背景技术
污泥含有大量的营养元素，如氮、磷等和各种微量元素，同时也含有难降解有机物、重金属以及病原微生物和寄生虫卵等有害物。目前常规污泥处理处置方法为卫生填埋、直接土地利用、干化焚烧、好氧堆肥等，虽有一定的优点，但若是处理不当，会造成严重的二次污染。
污泥厌氧发酵是有效处置和污泥资源化的重要手段，但是大量的厌氧发酵残余物也随之产生，其主要是由沼渣和沼液两部分组成。沼渣富含有机质，营养成分和生物活性物质，是良好的土壤改良剂。但是由于沼渣中占主要成分的有机物、氮、磷和病原微生物一旦进入环境，会造成环境污染及资源浪费，而且由于污泥成分的复杂性，沼渣中可能含有各种重金属，若用于还田或动植物生长原料，重金属会通过食物链富集作用直接威胁人类健康。且在厌氧发酵过程中，由于脱氮和厌氧释磷作用，使得大量的氮、磷进入沼液中。沼液不仅含有氮、磷、钾等营养元素，还含有丰富的氨基酸、抗生素、生长激素、微量元素等营养物质，可以有效地刺激、调控植物生长和抑制植物病虫害，可见沼液在农业生产中有着较为重要的作用。但是，沼液的连续排放与农作物的季节性需肥不匹配，致使沼液被直接排放到自然环境中，成为污染新来源。因此，提供一种污水厂生活污泥资源化的处理方法是十分必要的。
发明内容
本发明为了解决现有上述技术问题，提供一种污水厂生活污泥资源化的处理方法。
本发明的技术方案：
一种污水厂生活污泥资源化的处理方法，该处理方法包括以下步骤：
步骤一，将浓缩污泥和脱水污泥混合后，获得混合污泥，混合污泥采用中温厌氧发酵法处理，获得沼渣、沼液和沼气;
步骤二，采用热解法处理步骤一产生的沼渣，获得沼渣生物质炭;
步骤三，对步骤一获得的沼液依次进行氨氮吹脱、氧化法、混凝沉淀处理后，获得满足厌氧发酵所需碳氮磷比为200：5：1的沼液。
进一步限定，采用净化罐处理步骤一产生的沼气，沼气先进入膜法分离单元分离出CO2，再进入生物脱硫单元，利用微生物将沼气中H2S转化为S去除，最后可获得较高纯度的甲烷气体。
进一步限定，步骤一中浓缩污泥为利用重力浓缩法处理污水厂生活污泥获得，脱水污泥为利用机械脱水法处理污水厂生活污泥获得，浓缩污泥与脱水污泥按照质量比为1：1混合。
进一步限定，混合污泥含水率为90%～95%，干物质含量TS为5%～10%，含碳与含氮摩尔比C/N为10～20，铁盐絮凝剂浓度不高于150mg/L、铝盐絮凝剂的浓度不高于50mg/L、PAM的浓度不高于50mg/L、聚季铵盐絮凝剂的浓度不高于10mg/L。
进一步限定，步骤一的具体操作过程为：首先，将混合污泥使用NaOH溶液、KOH溶液或Ca(OH)2溶液调节pH为6.9～7.5;然后将接种污泥接种至混合污泥，在温度为35±1℃条件下，进行厌氧发酵20d～30d。
进一步限定，接种污泥为沼气池污泥，接种污泥接种质量为混合污泥质量的7.5%～10%。
进一步限定，步骤二的具体操作过程为：首先，将步骤一获得的沼渣进行机械脱水，脱水至含水率为79%～81%，然后放入烘箱中，烘干至含水率低于5%，研磨，过筛后，放入管式炉中，在氮气氛围下，按照10℃/min～20℃/min的升温速率升至550℃～700℃后，保温30min～60min，使用去离子水冲洗至pH为中性后，烘干，得到沼渣基生物炭。
进一步限定，步骤三的具体操作过程为：首先使用浓度为10%的石灰乳将步骤一获得的沼液pH调节至10～11，然后将沼液进行固液分离，在常温下以空气作为载气对上清液进行吹脱处理，处理时间为2h～3h，然后加入氧化剂，氧化处理0.5h后，加入混凝剂，反应10min～30min后，静置30min后，获得满足厌氧发酵所需碳氮磷比为200：5：1的沼液，回流至污水处理工艺前端，作为污泥厌氧处理原料。
进一步限定，氧化剂为次氯酸钠或次氯酸钙，加入量为6.2kg的NaClO/kgNH4+(具体为沼液上清液中每千克的NH4+加入6.2kg的NaClO)。
进一步限定，混凝剂为三氯化铁。
进一步限定，混凝剂的加入浓度为沼液中磷酸盐浓度的1.4倍。
本发明具有以下有益效果：本发明供一种污水厂生活污泥资源化的全流程处理工艺，该工艺可以提高厌氧发酵系统的转化效率并实现沼渣的高效利用和沼液的回用，进一步回收污泥中的资源和能源，实现了污泥全流程资源化和能源化处理。
1)本发明采用浓缩污泥(重力浓缩)和脱水污泥(机械脱水)按照质量比为1:1进行混合，可以提供合适C/N、含水率、絮凝剂浓度的混合污泥用于厌氧发酵，并且一定浓度范围内的无机高分子絮凝剂会提高甲烷产量和抑制H2S的产生，整体可有效降低污泥脱水的能耗和减少剩余污泥的排放，实现污水厂污泥原位的资源化处理。采用的中温厌氧发酵处理混合污泥，具备可持续性，其不仅能降解污泥中的有机物质，消除气味，提高污泥的卫生水平和稳定性，还可以回收污泥中的N、P作为肥料原料，同时产生沼气，回收能源，实现污泥的资源化、减量化、稳定化和减量化。
2)本发明通过热解炭化方式制得的沼渣基生物炭具有良好的孔隙结构和多种官能基团，可广泛应用于固碳、吸附、土壤修复等方面。热解过程中产生的小分子可燃气体(CO、H2、CH4)，可进一步回收能源，并且热解后沼渣中的重金属比较稳定，不易浸出造成二次污染。
3)采用“氨氮吹脱-氧化法联合混凝沉淀法”组合工艺处理污泥厌氧发酵产生的低C/N沼液，可以使处理后的沼液中氨氮(NH3-N)和磷酸盐浓度分别降到25mg/L和5mg/L以下，可得满足厌氧发酵所需碳氮磷比为200：5：1的沼液，回流至厌氧发酵单元，作为污泥厌氧处理原料，可以提高厌氧发酵系统的转化效率，并实现沼液中碳、氮、磷资源的二次利用。（发明人张军;陈俊杰;尹琳琳;丛东来;田禹）