专利名称：一种剩余污泥与秸秆水解酸化补充碳源促进生物脱氮的方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明属于废水生物处理领域，更具体地说，主要涉及一种剩余污泥与农作物秸杆水解酸化补充碳源促进生物脱氮的方法及其应用。
背景技术：
富营养化问题是当今世界面临的主要水污染问题之一，而氮、磷是引起水体富营养化的主要因素。随着公众环境意识的提高和国内外对氮、磷排放限制标准的日趋严格。生物脱氮技术是当前应用最为·广泛的污水脱氮技术，即通过硝化菌、反硝化菌作用实现氮的去除，充足的碳源是实现高效脱氮的关键。一般认为，当生物池进水C/N低于3. 4时，需要外加碳源来保证良好的生物脱氮效果，而我国大部分城市污水处理厂进入生物池的污水C/N比均低于此值，污水中有机碳源不足导致生物脱氮效率低下。为提高生物脱氮效率，实现出水总氮(TN)达标排放，需要投加甲醇、乙醇补充有机碳源，这样就增加了污水处理厂运行成本。可见，碳源问题的解决与否关系着生物脱氮效率的高低与城市污水处理厂运行成本的闻低。剩余污泥内存在有机碳源，但是可转化为挥发性脂肪酸(VFAs)被反硝化菌利用的数量较少，需要再寻找新的碳源形式。另外，我国每年农作物秸杆产量巨大，农作物秸杆中有机物含量高，而且可以水解酸化为VFAs被反硝化菌作为碳源利用。但是在我国的广大农村地区，农作物秸杆大部分都被直接焚烧或者废弃堆置。如何利用农作物秸杆中有机物提高生物脱氮效率，这对我国农作物秸杆利用以及低碳氮比污水生物脱氮技术发展具有重要意义。
发明内容
本发明在于克服现有技术的不足，针对剩余污泥中碳源不足的问题，本发明提供了一种剩余污泥与农作物秸杆水解酸化补充碳源促进生物脱氮以及污泥减量的工艺，解决目前污泥排放量大、农作物秸杆未妥善处置、反硝化碳源外加成本高的问题。本发明的目的通过下述技术方案予以实现一种剩余污泥与秸杆水解酸化补充碳源促进生物脱氮的方法，按照下述步骤进行首先(即步骤I)利用剩余污泥浸泡处理秸杆，然后(即步骤2)将剩余污泥与秸杆混合水解酸化，最后(即步骤3)将水解酸化液回流补充碳源促进生物脱氮。具体来说如下所述秸杆可以选用农作物秸杆(例如农作物玉米秸杆、小麦秸杆、高粱秸杆、玉米秸杆、水稻秸杆)，利用机械粉碎机将其粉碎，粉碎后过筛子，筛分后的秸杆存放在通风干燥处保存备用，秸杆粉末尺寸优选20 50目。所述步骤I中，预处理浸泡液为剩余污泥(含水率99. 2wt%-99. 5wt%)，剩余污泥量为进水量(即沉砂池出水)的5% —10%;预处理时，称取筛分后秸杆粉末，按照固液比为1:15 I :25(稻杆质量剩余污泥体积),将其投入稻杆浸泡池,浸泡于剩余污泥中,池中水力停留时间(HRT，即预处理时间)为12 — 48h。所述步骤2中，剩余污泥与秸杆混合后进入水解酸化池进行水解酸化处理，经充分水解酸化，污泥与农作物秸杆中慢速生物降解物质，如纤维素、半纤维素、蛋白质、多糖、脂类等物质分解为大量挥发性脂肪酸类物质(VFAs)，如乙酸、丙酸、丁酸等，这类物质可作为反硝化所需碳源，实现生物反硝化脱氮，水解酸化池最佳水力停留时间为24-72h。所述步骤3中，水解酸化后混合液回流至生物缺氧池前端，反硝化细菌利用其为碳源，将污水中硝酸盐氮转化为氮气，实现生物脱氮，缺氧池最佳水力停留时间为2-4h。
与一般剩余污泥水解酸化补充反硝化碳源工艺相比，本发明的优点在于采用剩余污泥浸泡预处理农作物秸杆，充分利用了剩余污泥中存在的水解酶，提高了农作物秸杆预处理效果，弥补了剩余污泥中水解酸化碳源不足的问题，充分利用了剩余污泥与农作物秸杆中的碳源，无需外加碳源，提高了生物脱氮效率。本发明可以应用于厌氧-缺氧-好氧(A20)或者缺氧-好氧(A0工艺)污水处理厂生物处理工艺升级改造、新建生物除磷脱氮工艺等，经推广后可以提高生物脱氮效率，减少污泥产量，充分利用剩余污泥与农作物秸杆中碳源，实现污泥与农作物秸杆资源化，降低运行费用，产生显著的环境效益和经济效益。
图I为本发明应用于厌氧一缺氧一好氧生物脱氮工艺的流程图，其中二沉池中回流部分污泥至厌氧池的前端，好氧池出口的硝化液回流至缺氧池的前端；剩余污泥参与秸杆的混合和水解后水解液回流至缺氧池的前端。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，采用如附图I所示的厌氧一缺氧一好氧生物脱氮工艺的流程，其中二沉池中回流部分污泥至厌氧池的前端，以保证系统中污泥的使用量，好氧池出口的硝化液回流至缺氧池的前端，以保证系统中硝化液的使用量；二沉池中部分剩余污泥参与秸杆的混合和水解后，水解液回流至缺氧池的前端；二沉池中部分剩余污泥则予以排放。沉砂池出水量，即为系统的进水量Q。实施例I剩余污泥的流量为沉砂池出水量Q的6%，含水率为99. 5%。按照固液比为1:15(玉米秸杆质量剩余污泥体积)称取筛分后过20目筛的玉米秸杆粉末，充分混合，保证秸杆浸泡于剩余污泥中。在秸杆浸泡池中处理24h。预处理后液相中总化学需氧量(TCOD)提高3463mg/L。浸泡后玉米秸杆与剩余污泥混合液进入水解酸化池进行水解酸化反应24h，反应后混合液中VFAs含量达4212mg/L，之后混合液回流至缺氧池前端，补充反硝化所需碳源，缺氧池水力停留时间为2h。整个工艺于夏季连续运行3个月，反硝化效果稳定。监测数据发现，进水化学需氧量(COD) 100-200mg/L，总氮(TN) 40_50mg/L，二沉池出水C0D40_50mg/L，TN 8-12mg/L,出水达到一级A标准(GB18918-2002)，而且减少了剩余污泥排放量，实现了污泥减量。实施例2剩余污泥的流量为沉砂池出水量Q的8%，含水率为99. 2%。按照按照固液比为1:20(秸杆质量剩余污泥体积)称取筛分后过30目筛的高粱秸杆粉末，充分混合，保证秸杆浸泡于剩余污泥中。在秸杆浸泡池中处理48h。预处理后液相中总化学需氧量(TCOD)提高5236mg/L。浸泡后高粱秸杆与剩余污泥混合液进入水解酸化池进行水解酸化反应30h，反应后混合液中VFAs含量达5314mg/L，之后混合液回流至缺氧池前端，补充反硝化所需碳源，缺氧池水力停留时间为4h。整个工 艺于秋季连续运行3个月，反硝化效果稳定。监测数据发现，进水化学需氧量(COD) 100-200mg/L，总氮(TN) 30_45mg/L，二沉池出水C0D40_50mg/L, TN 10-12mg/L，出水达到一级 A 标准(GB18918-2002)。实施例3剩余污泥的流量为沉砂池出水量Q的10%，含水率为99. 3%。按照固液比为1:25(秸杆质量剩余污泥体积)称取筛分后过40目筛的水稻秸杆粉末，充分混合，保证秸杆浸泡于剩余污泥中。在秸杆浸泡池中处理12h。预处理后液相中TCOD提高3256mg/L。浸泡后水稻秸杆与剩余污泥混合液进入水解酸化池进行水解酸化反应72h，反应后混合液中VFAs含量达7542mg/L，之后混合液回流至缺氧池前端，补充反硝化所需碳源，缺氧池水力停留时间为4h。整个工艺于冬季连续运行3个月，反硝化效果稳定。监测数据发现，进水化学需氧量(COD) 100-200mg/L，总氮(TN) 30_45mg/L，二沉池出水C0D40_50mg/L, TN 10-15mg/L，出水达到一级 A 标准(GB18918-2002)。实施例4剩余污泥的流量为沉砂池出水量Q的10%，含水率为99. 3%。按照固液比为1:25(秸杆质量剩余污泥体积)称取筛分后过40目筛的水稻秸杆粉末，充分混合，保证秸杆浸泡于剩余污泥中。在秸杆浸泡池中处理48h。预处理后液相中TCOD提高4256mg/L。浸泡后水稻秸杆与剩余污泥混合液进入水解酸化池进行水解酸化反应60h，反应后混合液中VFAs含量达6542mg/L，之后混合液回流至缺氧池前端，补充反硝化所需碳源，缺氧池水力停留时间为4h。整个工艺于冬季连续运行3个月，反硝化效果稳定。监测数据发现，进水化学需氧量(COD) 100-200mg/L，总氮(TN) 30_45mg/L，二沉池出水C0D40_50mg/L, TN 10-15mg/L，出水达到一级 A 标准(GB18918-2002)。实施例5剩余污泥的流量为沉砂池出水量Q的5%，含水率为99. 3%。按照固液比为1:25(稻杆质量剩余污泥体积)，称取筛分后过40目筛的水稻秸杆粉末，充分混合，保证秸杆浸泡于剩余污泥中。在秸杆浸泡池中处理48h。预处理后液相中TCOD提高4256mg/L。浸泡后水稻秸杆与剩余污泥混合液进入水解酸化池进行水解酸化反应48h，反应后混合液中VFAs含量达6542mg/L，之后混合液回流至缺氧池前端，补充反硝化所需碳源，缺氧池水力停留时间为4h。整个工艺于冬季连续运行3个月，反硝化效果稳定。监测数据发现，进水化学需氧量(COD) 100-200mg/L，总氮(TN) 30_45mg/L，二沉池出水C0D40_50mg/L, TN 10-15mg/L，出水达到一级 A 标准(GB18918-2002)。以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种剩余污泥与秸杆水解酸化补充碳源促进生物脱氮的方法，其特征在于，按照下述步骤进行首先(即步骤I)利用剩余污泥浸泡处理秸杆，然后(即步骤2)将剩余污泥与秸杆混合水解酸化，最后(即步骤3)将水解酸化液回流补充碳源促进生物脱氮。
2.根据权利要求I所述的一种剩余污泥与秸杆水解酸化补充碳源促进生物脱氮的方法，其特征在于，所述秸杆可以选用农作物秸杆，例如农作物玉米秸杆、小麦秸杆、高粱秸杆、玉米秸杆、水稻秸杆，利用机械粉碎机将其粉碎，粉碎后过筛子，筛分后的秸杆存放在通风干燥处保存备用，秸杆粉末尺寸优选20 50目。
3.根据权利要求I所述的一种剩余污泥与秸杆水解酸化补充碳源促进生物脱氮的方法，其特征在于，所述步骤I中，预处理浸泡液为含水率99. 2wt%-99. 5wt%的剩余污泥，剩余污泥量为进水量的5% —10% ;预处理时，称取筛分后秸杆粉末，按照固液比秸杆质量剩余污泥体积为1:15 I :25，将其投入秸杆浸泡池，浸泡于剩余污泥中，池中水力停留时间为 12-48h。
4.根据权利要求I所述的一种剩余污泥与秸杆水解酸化补充碳源促进生物脱氮的方法，其特征在于，所述步骤2中，剩余污泥与秸杆混合后进入水解酸化池进行水解酸化处理，经充分水解酸化，污泥与农作物秸杆中慢速生物降解物质分解为大量挥发性脂肪酸类物质作为反硝化所需碳源，实现生物反硝化脱氮，水解酸化池最佳水力停留时间为24-72h。
5.根据权利要求I所述的一种剩余污泥与秸杆水解酸化补充碳源促进生物脱氮的方法，其特征在于，所述步骤3中，水解酸化后混合液回流至生物缺氧池前端，反硝化细菌利用其为碳源，将污水中硝酸盐氮转化为氮气，实现生物脱氮，缺氧池最佳水力停留时间为2—4h0
6.如权利要求I所述的一种剩余污泥与秸杆水解酸化补充碳源促进生物脱氮的方法在厌氧-缺氧-好氧或者缺氧-好氧污水处理工艺中的应用。
全文摘要
本发明公开了一种剩余污泥与秸秆水解酸化补充碳源促进生物脱氮的方法及其应用，首先利用剩余污泥浸泡处理秸秆，然后剩余污泥与秸秆混合水解酸化，最后水解酸化液回流补充碳源促进生物脱氮。本发明的优点在于采用剩余污泥浸泡预处理农作物秸秆，充分利用了剩余污泥中存在的水解酶，提高了农作物秸秆预处理效果，弥补了剩余污泥中水解酸化碳源不足的问题，充分利用了剩余污泥与农作物秸秆中的碳源，无需外加碳源，提高了生物脱氮效率。本发明可以应用于厌氧-缺氧-好氧或者缺氧-好氧污水处理厂生物处理工艺升级改造。
文档编号C02F3/30GK102718317SQ20121017876
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月1日 优先权日2012年6月1日
发明者姜晓刚, 季民, 王芬 申请人:天津大学