专利名称：一种去除污泥发酵液中氮磷以提高有机酸回用效果的方法
技术领域：
本发明属于新型环保技术领域，具体涉及一种去除污泥发酵液中氮磷以提高有机酸回用效果的方法。
背景技术：
随着污水处理技术的进一步发展，剩余污泥的妥善处理问题引起越来越多的关注。由于污泥处置方式存在着各种弊端，如今污泥的资源化受到人们越来越多的重视。此夕卜，因为污水生物脱氮除磷过程中需要易降解的有机物作为碳源，但是城市污水处理厂进水中往往缺少此类碳源，因此需要外加碳源，如乙酸钠、甲醇等。外加碳源不仅增加污水厂运行费用，还会导致污水厂剩余污泥产量增加。剩余污泥中有机物的含量在60%左右，生物易降解有机组分在40%以上，这些生物易降解有机物都是微生物丰富的营养源。通过一定技术条件，剩余污泥厌氧发酵产生有机酸，不仅减少剩余污泥的绝对产量，同时有机酸作为污泥厌氧发酵的高附加值产物，用途广泛，其中一个最大用途即作为碳源回用到城市污水处理厂中。污泥厌氧发酵过程中除产生大量有机酸之外，还会释放大量的氮磷，主要以氨氮和正磷酸盐的形式存在，而它们的存在会降低有机酸作为脱氮除磷碳源回用到污水处理厂的效果。碱渣是生产纯碱过程中产生的废渣，制得一吨碱约排放固体废渣约30(T350Kg。大量的碱渣被堆置而未被利用，长时间定点堆放，不仅占用大量的土地资源，而且还会对大气、地下水环境等造成严重影响。目前，碱渣的主要综合利用方法包括用于建筑工程领域和作为工业原料。然而将碱渣用于环境领域，尤其是水处理方面的研究很少，而分子筛是一种结晶型的铝硅酸盐， 其晶体结构中有规整而均匀的孔道，在化学工业中作为固体吸附剂，被其吸附的物质可以解吸，一直被用来吸附低浓度氨氮。目前结合上述两种技术去除污泥发酵液中氮磷以提高有机酸回用效果的方法未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提出一种去除污泥发酵液中氮磷以提高有机酸回用效果的方法。将碱渣作为吸附剂来去除水体中的磷污染物，吸附完的含磷物质可以作为制肥原料而被再次利用，并且此物质对氨氮有一定吸附效果，可降低后续分子筛的使用量。包括如下步骤:
(1)将剩余污泥加入反应器中，控制反应器中剩余污泥的pH值为9 10，反应器温度在35 40。。；
(2)剩余污泥厌氧发酵l(T20d后，取泥样，离心分离，得到上清液，上清液中含有有机酸和大量氮磷；
(3)在碱性条件下，向步骤(2)中得到的上清液中投加碱渣，碱渣投加量由上清液中磷含量决定；
(4)将碱洛处理后的上清液尚心,去除沉淀,再投加分子筛，分子筛投加量由上清液中剩余氮含量决定；二次离心，得到含有有机酸的上清液，且上清液中氨氮和正磷酸盐的浓度低，上清液可回用至城市污水厂。其中，步骤(I)中，剩余污泥取自污水处理厂二沉池，剩余污泥总悬浮固体浓度为24000mg/L^32000mg/L,挥发性固体浓度为10200mg/L 13000mg/L ;调节反应器中剩余污泥的PH值选用氢氧化钠溶液，浓度在2 4mol/L。步骤(2)和(4)中，离心速率在5000 6000prm,离心时间在10 15min。步骤(3)中，碱渣取自氨碱厂，碱渣处理步骤为:将碱渣破碎至1(Γ20目，用去离子水洗净、105°C烘干、研磨至过140目筛碱渣粉，选用lmol/L氢氧化钠将其浸泡2h，即碱洗改性，碱渣投加量为8 24mg正磷酸盐/g碱渣，充分混合反应时控制转速为15(T200r/min，反应时间为24 30小时，温度为25 35°C。步骤(4)中，选用的是4A型分子筛，分子筛投加量为5r97mg氨氮/g分子筛，充分混合反应时控制转速为15(T200r/min，反应时间为24 30小时，温度为25 35°C。本发明的有益效果:(1)本方法条件下，碱渣不需要复杂的加工或改造，简单的破碎、碱洗烘干后经过磨细，即可吸附去除发酵液中正磷酸盐，并对氨氮也有一定去除效果，减少后续分子筛的使用量，降低成本。(2)本发明利用氨碱厂碱渣，不仅实现了以废治废，获得了较高的磷去除率(发酵液中磷去除率可达88%以上)，而且吸附完的材料可以作为制肥原料而被再次利用，同时实现了无二次污染。(3)分子筛用于吸附氨氮后也可通过解析再生。(4)本发明既为氨碱厂碱渣综合利用开辟了新途径，变废为宝，又实现了对剩余污泥的资源化利用，提高污泥发酵液作为脱氮除磷碳源在城市污水处理厂的回用效果，节省了投加外加碳源的费用，同时提高污水厂的脱氮除磷效果，减少对水环境的污染。
图1是实施例1和2中不同正磷酸盐/碱渣质量比下正磷酸盐磷和氨氮随吸附时间的变化曲线；
图2是实施例1和2中不同氨氮/分子筛质量比下氨氮随吸附时间的变化曲线；
图3是实施例3和4中不同吸附温度下正磷酸盐随吸附时间的变化曲线；
图4是实施例3和4中不同吸附温度下氨氮随吸附时间的变化曲线。
具体实施例方式下面的实施例可以使本专业技术人员更全面地理解本发明。一种去除污泥发酵液中氮磷以提高有机酸回用效果的方法，其特征在于结合碱渣和分子筛两者的特点，通过控制条件使剩余污泥碱性发酵液中氮磷最大程度去除，具体步骤如下:
(1)将剩余污泥加入反应器中，控制反应器中剩余污泥的PH值为9 10，反应器温度在35 40。。；
(2)剩余污泥厌氧发酵l(T20d后，取泥样，离心分离，得到上清液，上清液中含有有机酸和大量氮磷；
(3)在碱性条件下，向步骤(2)中得到的上清液中投加碱渣，碱渣投加量由上清液中磷含量决定；
(4)将碱洛处理后的上清液尚心,去除沉淀,再投加分子筛，分子筛投加量由上清液中剩余氮含量决定；二次离心，得到含有有机酸的上清液，且上清液中氨氮和正磷酸盐的浓度低，上清液可回用至城市污水厂。实施例1:
(1)取0.8L剩余污泥加入反应器中，剩余污泥总悬浮固体浓度为32000mg/L，挥发性固体浓度为13000mg/L ;使用pH计实时检测反应器中的pH变化情况，控制反应器中剩余污泥的PH值为9，反应器温度在40°C ；
(2)剩余污泥厌氧发酵20d后，取泥样，在5000rpm离心15min，得到上清液IOOmL,上清液中含有有机酸114mgC0D/gVSS,氨氮43mg,正磷酸盐14mg ；
(3)将上清液控制在pH=9，向上清液中投加经过氢氧化钠碱洗改性的碱渣0.583g，控制碱渣与正磷酸盐质量比为24mg正磷酸盐/g碱渣，在35°C下反应24h后正磷酸盐质量降为2.4mg,氨氮质量降为22mg ；
(4)将碱渣处理后的上清液在5000rpm离心lOmin，去除沉淀，得到上清液96mL，投加分子筛0.407g,控制分子筛与氨氮质量比为54mg氨氮/g分子筛，在35°C下反应24h后正磷酸盐质量降为1.4mg，氨氮质量降为1.2mg，上清液中有机酸114mgC0D/gVSS。实施例2:
(1)取0.8L剩余污泥加入反应器中，剩余污泥总悬浮固体浓度为32000mg/L，挥发性固体浓度为13000mg/L ;使用pH计实时检测反应器中的pH变化情况，控制反应器中剩余污泥的PH值为9，反应器温度在40°C ；
(2)剩余污泥厌氧发酵20d后，取泥样，在5000rpm离心15min，得到上清液IOOmL,上清液中含有有机酸114mgC0D/gVSS,氨氮43mg,正磷酸盐14mg ；
(3)将上清液控制在pH=9，向上清液中投加经过氢氧化钠碱洗改性的碱渣1.75g，控制碱渣与正磷酸盐质量比为8mg正磷酸盐/g碱渣，在35 °C下反应30h后正磷酸盐质量降为3.1mg,氨氮质量降为28.4mg ；
(4)将碱渣处理后的上清液在5000rpm离心lOmin，去除沉淀，得到上清液96mL，投加分子筛0.293g，控制分子筛与氨氮质量比为97mg氨氮/g分子筛，在35°C下反应30h后正磷酸盐质量降为1.7mg，氨氮质量降为1.9mg，上清液中有机酸114mgC0D/gVSS。实施例3:
(1)取0.8L剩余污泥加入反应器中，剩余污泥总悬浮固体浓度为24000mg/L，挥发性固体浓度为10200mg/L ;使用pH计实时检测反应器中的pH变化情况，控制反应器中剩余污泥的PH值为10，反应器温度在35 °C ；
(2)剩余污泥厌氧发酵15d后，取泥样，在5000rpm离心15min，得到上清液IOOmL，上清液中含有有机酸101.6mgC0D/gVSS，氨氮36mg，正磷酸盐12.4mg ；
(3)将上清液控制 在pH=10，向上清液中投加经过氢氧化钠碱洗改性的碱渣0.517g，控制碱渣与正磷酸盐质量比为24mg正磷酸盐/g碱渣，在35°C下反应24h后正磷酸盐质量降为2.4mg,氨氮质量降为20.3mg ；(4)将碱渣处理后的上清液在5000rpm离心lOmin，去除沉淀，得到上清液96mL，投加分子筛0.561g，控制分子筛与氨氮质量比为54mg氨氮/g分子筛，在25°C下反应30h后正磷酸盐质量降为1.5mg，氨氮质量降为1.4mg，上清液中有机酸101.6mgCOD/gVSS。实施例4:
(1)取0.8L剩余污泥加入反应器中，剩余污泥总悬浮固体浓度为24000mg/L，挥发性固体浓度为10200mg/L ;使用pH计实时检测反应器中的pH变化情况，控制反应器中剩余污泥的PH值为10，反应器温度在35 °C ；
(2)剩余污泥厌氧发酵15d后，取泥样，在5000rpm离心15min，得到上清液IOOmL，上清液中含有有机酸101.6mgC0D/gVSS，氨氮36mg，正磷酸盐12.4mg ；
(3)将上清液控制在pH=10，向上清液中投加经过氢氧化钠碱洗改性的碱渣0.517g，控制碱渣与正磷酸盐质量比为24mg正磷酸盐/g碱渣，在25°C下反应30h后正磷酸盐质量降为3.1mg,氨氮质量降为30.2mg ；
(4)将碱渣处理后的上清液在5000rpm离心lOmin，去除沉淀，得到上清液96mL，投加分子筛0.578g，控制分子筛与氨氮质量比为54mg氨氮/g分子筛，在35°C下反应30h后正磷酸盐质量降为1.5mg， 氨氮质量降为1.3mg，上清液中有机酸101.6mgC0D/gVSS。
权利要求
1.一种去除污泥发酵液中氮磷以提高有机酸回用效果的方法，其特征在于结合碱渣和分子 筛两者的特点，通过控制条件使剩余污泥碱性发酵液中氮磷最大程度去除，具体步骤如下: (1)将剩余污泥加入反应器中，控制反应器中剩余污泥的PH值为9 10，反应器温度在35 40。。； (2)剩余污泥厌氧发酵l(T20d后，取泥样，离心分离，得到上清液，上清液中含有有机酸和大量氮磷； (3)在碱性条件下，向步骤(2)中得到的上清液中投加碱渣，碱渣投加量由上清液中磷含量决定； (4)将碱洛处理后的上清液尚心,去除沉淀,再投加分子筛，分子筛投加量由上清液中剩余氮含量决定；二次离心，得到含有有机酸的上清液，且上清液中氨氮和正磷酸盐的浓度低，上清液可回用至城市污水厂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(I)中，剩余污泥取自污水处理厂二沉池，剩余污泥总悬浮固体浓度为24000mg/L 32000mg/L，挥发性固体浓度为10200mg/L 13000mg/L。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(I)中，调节反应器中剩余污泥的pH值选用氢氧化钠溶液，浓度在2 4mol/L。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(2)和(4)中，离心速率在5000 6000prm,离心时间在10 15min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(3)中，碱渣取自氨碱厂，碱渣处理步骤为:将碱渣破碎至1(Γ20目，用去离子水洗净、105°C烘干、研磨至过140目筛碱渣粉，选用lmol/L氢氧化钠将其浸泡2h，即碱洗改性，碱渣投加量为8 24mg正磷酸盐/g碱渣，充分混合反应时控制转速为15(T200r/min，反应时间为24 30小时，温度为25 35°C。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(4)中，选用的是4A型分子筛，分子筛投加量为54、7mg氨氮/g分子筛， 充分混合反应时控制转速为15(T200r/min，反应时间为24 30小时，温度为25 35°C。
全文摘要
本发明属于新型环保技术领域，具体涉及利用一种去除污泥发酵液中氮磷以提高有机酸回用效果的方法。剩余污泥碱性厌氧发酵液中含有有机酸，其中混有大量氮磷，不利于发酵液中有机酸作为碳源回用到城市污水处理厂。采用氨碱厂废渣(以下简称碱渣)和分子筛联合吸附发酵液中氮磷，经处理过的发酵液可作为碳源回用到污水厂。本发明中碱渣高效吸磷并可与磷作用后再吸附部分氨氮，而分子筛可吸附剩余的较低浓度氨氮，结合两者特点可使剩余污泥发酵液中氮磷最大程度去除，既能提高发酵液中有机酸的回用效果，减少污水处理厂外加碳源的费用，又能做到资源化利用污泥，还能回用氨碱厂废渣，达到以废治废的效果。
文档编号C02F11/04GK103224304SQ20131015950
公开日2013年7月31日 申请日期2013年5月3日 优先权日2013年5月3日
发明者孙秀云, 王连军, 陈灿, 黄诚, 沈锦优, 李健生, 刘晓东, 韩卫清, 严玉波, 马芳变 申请人:南京理工大学