一种污泥的处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种污泥的处理方法，属于污泥处理与资源化利用技术领域。本发明所述方法将污水厂二沉池剩余污泥与部分消化脱水污泥混合，调配至既定固体物浓度后送往反应器进行高温微氧消化，每隔一段时间排出一定体积的消化污泥，经浓缩、脱水处理后收集滤液。污泥消化处理后，挥发性固体物去除率为26～35%；消化污泥脱水所得滤液含高浓度的短链挥发性脂肪酸浓度，可以充当低碳氮比生活污水、滇池等面源废水生化处理系统的外加碳源。
【专利说明】
一种污泥的处理方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种污泥的处理方法，属于污泥处理与资源化利用技术领域。
【背景技术】
[0002]我国城市污水处理能力及处理效率在“十一五”、“十二五”期间得到了快速发展，带来了污泥产量的迅速增加。2009年，我国城镇污水处理量为280亿m3，湿污泥(含水率以80%核计)产量约为2005万吨。2015年，我国湿污泥产量已高达近4000万吨。
[0003]相比污泥产量的快速增长，我国污泥处理处置设施建设相对滞后。目前，我国污水处理厂仅有25%左右的污泥得到了较为妥善的处理，污泥未经处理处置而随意堆放的现象时有发生，对周围生态环境带来严重影响。2015年4月，国务院颁布《水污染防治行动计划》，明确提出“污水处理设施产生的污泥应进行稳定化、无害化和资源化处理处置，地级及以上城市污泥无害化处理处置率应于2020年底前达到90%以上”。
[0004]发达国家污泥处理强调资源化利用，欧美以土地利用为主，日本以焚烧后建材利用为主。随着环保和资源化利用的呼声日渐高涨，发达国家明确地将土地利用作为污泥处理处置的鼓励方向，并逐渐限制填埋、焚烧等污泥处置方式。从技术发展方向看，污泥深度脱水后卫生填埋只是短期内过渡性的技术路线;污泥干化焚烧减量化效果最好，但存在处理处置成本偏高、焚烧烟气难处理这类不足;污泥厌氧消化/好氧发酵后土地利用由于其资源化利用效率较高，将是污泥处理处置的主要方式。
[0005]污泥厌氧消化可回收能源物质一沼气，但厌氧消化工艺复杂、基建投资较高、运行管理复杂，因而只适宜于大型污水处理厂污泥的稳定化处理。污泥好氧消化处理具有有机物降解速率快、运行控制灵活等优点，但其能耗与运行费用相对较高，因而中、小型城市污水处理厂较多采用。已有发明专利CN200410066202.2公开了一种污泥高温好氧消化装置，消化过程反应器温度可稳定上升至45?65°C，污泥在5?12 d可得到稳定化处理。该方法侧重于污泥中挥发性有机组分的减量化处理，污泥经好氧消化处理后，含碳有机组分最终转化为C02、H20等小分子产物。发明专利CN200910309367.0公开了一种有机污泥资源化回收处理方法，浓缩污泥在48?52°C的反应器内进行消化处理，污泥分别经历第一反应区高温兼氧水解酸化与第二反应区高温微好氧消化，排放的消化污泥经后续脱水处理后制成泥饼外运。脱水污泥氮、磷、钾等养分丰富，可作为肥料或改良土壤的添加剂安全农用，从而实现污泥资源化的目的。发明专利CN20140067635.3公开了一种有机污泥高温微好氧一厌氧消化装置与方法，有机污泥经高温微好氧消化后投加碱液调整PH值至近中性，之后通过厌氧发酵完成污泥的稳定化处理。该方法利用有机污泥第一阶段高温消化过程氧限制性供给而产生一定量的挥发性脂肪酸VFA，从而有利于第二阶段厌氧消化产生甲烷;但该方法存在碱液投加量大、工艺过程复杂等不足，难以在中小型污水处理厂的污泥稳定化处理中得以推广应用。现有的污泥生物处理技术中，较多强调污泥中有机组分的生物降解，消化污泥脱水后一般可满足农用要求，但消化过程代谢产生的含碳中间产物并没有加以有效利用；另外，消化污泥脱水过程所得滤液氨氮浓度通常较高，从而影响其后续处理与利用。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种运行成本经济、操作过程较为简便的污泥减量化处理与资源化利用技术方法。采用高温微氧消化技术处理污水厂剩余污泥，利用污泥中有机质氧化分解释放的热量维持反应器的自热与高温状态，高温、微氧的消化环境进一步促使常温微生物快速衰亡并释放胞内有机质，经代谢转化为短链挥发性脂肪酸(SCFAs)而进入污泥消化液中。排出的消化污泥经脱水处理后，所得滤液中碳源充足，可充当低碳氮废水处理系统的外加碳源;所得滤饼氮、磷、钾等养分含量较高，满足土地利用或农用的需求。该技术方法不仅能有效解决低碳氮废水处理系统的碳源补充问题，而且有机结合了污水厂污泥的稳定化处理与资源化利用。
[0007]本发明所述方法主要操作步骤与技术内容如下:
(1)将污水厂剩余污泥浓缩后送至污泥消化反应器3，采用微孔曝气装置9进行低强度曝气，同时添加外源物质氧化镁，氧化镁的用量为0.5?0.8 kg/(m3污泥)；污泥从污泥消化反应器3底部引出经污泥回流栗10从污泥消化反应器3顶部重新喷淋送回污泥消化反应器3中；
(2)消化装置连续运行条件下，每隔一段时间进行一次排泥操作，并补充等体积的浓缩污泥至消化反应器，排泥量按污泥有效容积以及污泥平均停留时间2?4d确定(排泥量计算为污泥有效容积+污泥停留时间);排出的消化污泥送至污泥浓缩池4进行浓缩处理，之后送入污泥压滤装置5中进行污泥脱水处理;脱水过程所得滤液即为含有挥发性脂肪酸的污泥内碳源;所得滤渣脱水污泥一部分废弃另一部分则与生化处理系统二沉池8中的剩余污泥通入进料混合槽2中进行混合与调配，再重新送回污泥消化反应器3。
[0008]优选的，本发明所述污泥消化反应器3中进料污泥固体物含量为3.5?6.5%;为保证反应器的微氧消化环境，曝气强度控制在0.6?1.0 m3空气/(hi3污泥)，微孔曝气盘均匀安装在反应器底部;消化体系的氧化还原电位(ORP)维持在-350?-lOOmV。
[0009]优选的，本发明所述污泥消化反应器3内污泥消化温度为45?60°C;为维持自热高温的消化状态，按180?300 W/ (m3污泥)的能量输入密度确定污泥回流栗1的功率大小。
[0010]本发明所述消化污泥脱水后得到滤液可直接作为低碳氮废水处理系统的外加碳源，与污水处理系统调节池6送入的待处理水按比例混合后送入废水生物脱氮反应单元σ-ι 缺氧池，7-2好氧池)；相比没有补充污泥碳源的情况，二沉池8出水生物脱氮效果提高54%以上。
[0011 ]本发明具有的有益效果如下:
(I)污泥消化进程中投加外源物质氧化镁，有效降低高温微氧消化过程释放的氨氮与磷酸盐，消化污泥脱水后的滤液可直接充当低碳氮废水生化处理系统的外加碳源。
[0012](2)污泥高温微氧消化处理后，脱水后的消化污泥满足农用要求，脱水过程所得滤液可充当碳源，污泥中有机固体物组分去除率不低于26%，同时实现了污泥的减量化、稳定化与资源化，有效解决了污水厂污泥处理处置以及低碳氮废水处理过程需额外补充碳源的问题，污水厂长期、稳定运行时经济、环境效益明显。
[0013]【附图说明】:
图1高温微氧消化释放污泥内碳源强化低碳氮废水生物脱氮的工艺流程图中:I一污泥贮槽;2—进料混合槽;3—污泥消化反应器;4一污泥浓缩池;5—污泥压滤装置;6—污水处理系统调节池;7—废水生物脱氮装置(7-1缺氧池，7-2好氧池);8—二沉池;9一曝气装置;1—污泥回流栗。
【具体实施方式】
[0014]以下结合所附图1对本发明的实施例作详细说明；本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
[0015]以下实施例中释放污泥内碳源强化低碳氮废水生物处理效果的评价方式如下:废水处理系统采用A/0工艺，主要运行参数为:缺氧池溶解氧DO 0.3?0.4 mg/L，水力停留时间HRT 5 h;好氧池DO 2.2?3.0 mg/L,pH 7.2?7.6，MLSS 1800?2200 mg/L,HRT 15 h;二沉池上清液至缺氧池回流比200%，污泥回流比120%，污泥龄SRT 40 d。低碳氮废水水质指标如下:COD 230?250 mg/L,TN 37?40 mg/L,TP 1.8?2.1 mg/L。按A/0系统进水流量的I/30加入消化污泥脱水过程所得滤液。
[0016]实施例1
采用有效容积为2.0m3的圆柱形污泥消化反应器3，循环污泥从污泥消化反应器3底部引出，经污泥回流栗10送至塔顶后喷淋返回消化反应器，塔顶均匀设置3个喷淋装置，反应器底部均匀安装3个300mm微孔曝气装置9，污泥消化反应器3池体外部、进气管路及污泥回流管路均包覆6cm厚的保温材料以维持反应器的自热高温状态。
[0017](I)污泥消化反应器3启动时，将污水厂剩余污泥浓缩后(初始进料污泥固体物含量为3.5%)送至污泥消化反应器3，采用微孔曝气装置9进行低强度曝气，同时添加外源物质氧化镁，氧化镁的用量为0.5 kg/(m3污泥)；按能量输入密度250 W/(m3污泥)确定污泥回流栗10的功率大小为500 W，回流污泥从消化反应器3底部引出经污泥回流栗10从污泥消化反应器3顶部重新喷淋送回消化反应器内；污泥消化反应器3的曝气强度为0.6m3空气/(hi3污泥)，即各分支管路气流总量1.2m3/h，产生的尾气送至污水处理厂的废气处理装置进行统一处理。
[0018](2)污泥消化反应器3内的首批污泥连续运行3d后，按污泥停留时间2.5 d的要求进行半连续运行。每24 1!排出0.8 m3消化污泥，并补充等体积的新鲜污泥(固体物含量3.4?3.7%)，同时添加氧化镁0.4kg;运行1d后，排出的消化污泥送至污泥浓缩池4进行浓缩处理，之后送入污泥压滤装置5中进行污泥脱水处理;脱水过程所得滤液即为含有挥发性脂肪酸，SCFAs浓度达8450?9380 mg/L;所得滤渣脱水污泥一部分废弃另一部分则与生化处理系统二沉池8中的剩余污泥通入进料混合槽2中进行混合与调配，再重新送回污泥消化反应器3。运行期间，反应器温度达到45?50°C，消化体系ORP值为-290?-100mV，污泥挥发性有机物去除率为30?35%。
[0019]低碳氮进水的废水A/0系统出水指标如下:COD 82?90 mg/L，氨氮7?10 mg/L，磷酸盐0.3?0.4 mg/L;没有加入污泥消化液的废水A/0系统出水氨氮浓度为18?22 mg/L;相比没有补充碳源的废水生化处理系统，添加污泥内碳源后的废水处理系统生物脱氮效果提高了 54 ?61%。
[0020]实施例2 采用有效容积为12m3的圆柱形污泥消化反应器3，循环污泥从污泥消化反应器3底部引出，经污泥回流栗10送至塔顶后喷淋返回污泥消化反应器3，塔顶均匀设置7个喷淋装置，反应器底部均匀安装5个300 mm微孔曝气装置9，污泥消化反应器3池体外部、进气管路及污泥回流管路均包覆6 cm厚的保温材料以维持反应器的自热高温状态。
[0021](I)污泥消化反应器3启动时，将污水厂剩余污泥浓缩后(初始进料污泥固体物含量为6.5%)送至污泥消化反应器3，采用微孔曝气装置9进行低强度曝气，同时添加外源物质氧化镁，氧化镁的用量为0.7 kg/(m3污泥)；按能量输入密度180 W/(m3污泥)确定污泥回流栗10的功率大小为2.2kW，回流污泥从消化反应器3底部引出经污泥回流栗10从污泥消化反应器3顶部重新喷淋送回消化反应器内；污泥消化反应器3的曝气强度为1.0m3空气/(hi3污泥)，即污泥消化反应器3曝气总量为12 m3/h，产生的尾气送至污水处理厂的废气处理装置进行统一处理。
[0022](2)污泥消化反应器3内的首批污泥连续运行3d后，按污泥停留时间3d的要求进行半连续运行，每24h排出4.0m3消化污泥，并补充等体积新鲜污泥(固体物含量6.4?6.7%)，同时添加氧化镁2.8kg;运行I Od后，排出的消化污泥送至污泥浓缩池4进行浓缩处理，之后送入污泥压滤装置5中进行污泥脱水处理；脱水过程所得滤液即为含有挥发性脂肪酸，SCFAs浓度达9130?11600mg/L;所得滤渣脱水污泥一部分废弃另一部分则与生化处理系统二沉池8中的剩余污泥通入进料混合槽(2)中进行混合与调配，再重新送回污泥消化反应器
3。运行期间，反应器温度达到51?55°C，消化体系ORP值为-340?-130 mV，污泥挥发性有机物去除率为26?32%。
[0023]加入消化污泥脱水过程所得滤液补充碳源后，低碳氮废水处理系统出水指标如下:COD 83?92 mg/L，氨氮7?9 mg/L，磷酸盐0.3?0.4 mg/L;没有加入污泥消化液的废水A/0系统出水氨氮浓度为19?23 mg/L;相比没有补充碳源的废水生化处理系统，添加污泥内碳源后的废水处理系统生物脱氮效果提高近60%。
[0024]实施例3
采用有效容积为2.0 m3的圆柱形污泥消化反应器3，循环污泥从污泥消化反应器3底部引出，经污泥回流栗10送至塔顶后喷淋返回污泥消化反应器3，塔顶均匀设置3个喷淋装置，反应器底部均匀安装3个300 mm微孔曝气装置9;污泥消化装置外围安装加热管与温控器，控制污泥消化反应温度为60°C。
[0025](I)污泥消化反应器3启动时，将污水厂剩余污泥浓缩后(初始进料污泥固体物含量为5.0%)送至污泥消化反应器3，采用微孔曝气装置9进行低强度曝气，同时添加外源物质氧化镁，氧化镁的用量为0.8 kg/(m3污泥)；按能量输入密度200 W/(m3污泥)确定污泥回流栗10的功率大小为400W，回流污泥从消化反应器3底部引出经污泥回流栗10从污泥消化反应器3顶部重新喷淋送回消化反应器内；污泥消化反应器3的曝气强度为0.Sm3空气/(hi3污泥)，即污泥消化反应器3曝气总量为1.6m3/h，产生的尾气送至污水处理厂的废气处理装置进行统一处理。
[0026](2)污泥消化反应器3内的首批污泥连续运行3d后，按污泥停留时间4d的要求进行半连续运行，每24 h排出0.5m3消化污泥，并补充等体积新鲜污泥(固体物含量4.9?5.2%)，同时添加氧化镁0.4kg;运行10 d后，排出的消化污泥送至污泥浓缩池4进行浓缩处理，之后送入污泥压滤装置5中进行污泥脱水处理；脱水过程所得滤液即为含有挥发性脂肪酸，SCFAs浓度达8570?9690mg/L;所得滤渣脱水污泥一部分废弃另一部分则与生化处理系统二沉池8中的剩余污泥通入进料混合槽2中进行混合与调配，再重新送回污泥消化反应器3。运行期间，污泥消化反应器通过加热管与温控器控制消化温度为60°C，消化体系ORP值为-320?-120 mV，污泥挥发性有机物去除率为34?39%。
[0027]低碳氮进水的废水A/0系统出水指标如下:COD 80?91 mg/L，氨氮8?10 mg/L，磷酸盐0.3?0.4 mg/L。没有加入污泥消化液的废水A/0系统出水氨氮浓度为18?22 mg/L。相比没有补充碳源的废水生化处理系统，添加污泥内碳源后的废水处理系统生物脱氮效果提高近55%。
【主权项】
1.一种污泥的处理方法，其特征在于，具体包括以下步骤: (1)将污水厂剩余污泥浓缩后送至污泥消化反应器，采用微孔曝气装置进行低强度曝气，同时添加外源物质氧化镁，氧化镁的用量为0.5?0.8 kg/(m3污泥)；污泥从污泥消化反应器底部引出经污泥回流栗从污泥消化反应器顶部重新喷淋送回污泥消化反应器中； (2)消化装置连续运行条件下，每隔一段时间进行一次排泥操作，并补充等体积的浓缩污泥至消化反应器，排泥量按污泥有效容积以及污泥平均停留时间2?4d确定;排出的消化污泥送至污泥浓缩池进行浓缩处理，之后送入污泥压滤装置中进行污泥脱水处理;脱水过程所得滤液即为含有挥发性脂肪酸的污泥内碳源;所得滤渣脱水污泥一部分废弃另一部分则与生化处理系统二沉池中的剩余污泥通入进料混合槽中进行混合与调配，再重新送回污泥消化反应器。2.根据权利要求1所述污泥的处理方法，其特征在于:污泥消化反应器中进料污泥固体物含量为3.5?6.5%，曝气强度0.6?1.0 m3空气/(h.m3污泥)，消化体系的氧化还原电位(ORP)维持在-350 ?-lOOmV。3.根据权利要求1所述污泥的处理方法，其特征在于:污泥消化反应器内污泥消化温度为 45 ?60°C。4.根据权利要求1所述污泥的处理方法，其特征在于:按180?300W/(m3污泥)的能量输入密度确定污泥回流栗的功率大小。5.根据权利要求1所述污泥的处理方法，其特征在于:消化污泥脱水后得到滤液可直接作为低碳氮废水处理系统的外加碳源。
【文档编号】C02F11/00GK106007278SQ201610442808
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】刘树根, 宁平, 瞿广飞, 谢容生, 陈晓天, 李婷
【申请人】昆明理工大学