一种剩余污泥高效能源回收及污泥消化液处理方法及装置

本发明涉及污泥生化处理及城市污水处理领域，尤其涉及一种剩余污泥高效能源回收及污泥消化液处理方法及装置。

背景技术：

1、随着我国城镇化率的提高，城市污水产生量与处理量快速增长，剩余污泥产量随之提高，剩余污泥处理处置问题日益突出。厌氧消化可将剩余污泥中的部分有机物转化为甲烷，实现生物质能源回收，已得到广泛应用。但传统的剩余污泥厌氧消化反应器效率较低，导致能源回收效率不高。与此同时，污泥厌氧消化产生的消化液中含有高浓度氨氮，现有做法通常将其回流至污水主流处理工艺，导致主流污水脱氮负荷增加，处理成本提高。

2、厌氧氨氧化工艺的发现，使得污泥消化液的生物脱氮技术出现了革命性变化。厌氧氨氧化工艺是指在缺氧条件下，依靠厌氧氨氧化菌特殊的自养代谢机制，将氨氮和亚硝酸盐直接转变为氮气的生物脱氮过程，相较于传统硝化-反硝化工艺，厌氧氨氧化工艺具有无需碳源投加，鼓风曝气费用减半，出水总氮浓度低等独特优势，特别适用于污泥厌氧消化液等高氨氮废水的脱氮处理。然而，该技术也尚存一些不足之处：(1)传统污泥厌氧消化反应器产生的污泥消化液中有机物和悬浮固体浓度仍然较高，因此在高浓度有机物和悬浮固体胁迫下，反硝化菌可能过量增殖，并淘汰厌氧氨氧化菌成为优势菌种，导致厌氧氨氧化体系不稳定；(2)污泥消化液含有高浓度氨氮，可能会对厌氧氨氧化菌造成抑制；(3)污泥消化液中的组分浓度复杂多变，对厌氧氨氧化反应器耐冲击性能有较高的要求。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是：(1)传统污泥厌氧消化反应器产生的污泥消化液中有机物和悬浮固体浓度仍然较高，因此在高浓度有机物和悬浮固体胁迫下，反硝化菌可能过量增殖，并淘汰厌氧氨氧化菌成为优势菌种，导致厌氧氨氧化体系不稳定；(2)污泥消化液含有高浓度氨氮，可能会对厌氧氨氧化菌造成抑制；(3)污泥消化液中的组分浓度复杂多变，对厌氧氨氧化反应器耐冲击性能有较高的要求。本发明提供了一种剩余污泥高效能源回收及污泥消化液处理方法及装置，采用厌氧膜生物反应器实现对剩余污泥的高效厌氧消化能源回收，同时经厌氧膜生物反应器处理的剩余污泥消化液中，有机物和悬浮固体浓度较低，保障后续厌氧氨氧化脱氮工艺的稳定运行；在无需外加碳源且曝气能耗减半的情况下实现了污泥消化液的高效脱氮，降低了城市污水主流工艺的脱氮负荷和处理费用。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种剩余污泥高效能源回收及污泥消化液处理方法，包括剩余污泥先在剩余污泥预处理反应器中进行预处理，然后经过预处理的剩余污泥进入厌氧膜生物反应器中进一步降解有机质，然后再进入一体式短硝化/厌氧氨氧化反应器中，由好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌生物膜系统实现消化液深度脱氮；出水最终回流至污水厂进水井。

3、进一步地，剩余污泥先在剩余污泥预处理反应器中进行预处理，具体包括将剩余污泥泵入连续搅拌槽反应器(cstr)，进行3-7天酸性发酵预处理，复杂的有机物在产酸菌的作用下被分解为低分子的中间产物，主要是一些低分子有机酸(乙酸、丙酸、丁酸等)和醇类(甲醇、乙醇等)，并有氢、二氧化碳、氨氮、硫化氢等气体产生。

4、进一步地，经过预处理的剩余污泥进入厌氧膜生物反应器中进一步降解有机质，具体包括将经过预处理的剩余污泥泵入厌氧膜生物反应器，反应12-20天，剩余污泥在产甲烷菌的作用下继续分解为甲烷和二氧化碳。

5、进一步地，进入一体式短硝化/厌氧氨氧化反应器中，由好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌生物膜系统实现消化液深度脱氮，具体包括将厌氧膜生物反应器的出水泵入一体式短硝化/厌氧氨氧化反应器中，好氧氨氧化菌通过短程硝化将一部分氨氮氧化为亚硝态氮，然后厌氧氨氧化菌以亚硝态氮为电子受体，氨氮为电子供体反应生成氮气从而实现脱氮。

6、进一步地，所述剩余污泥预处理反应器中cstr反应器ph值设置为控制在5.5-6.5之内。

7、进一步地，所述一体式短程硝化/厌氧氨氧化反应器内的悬浮载体密度为0.98g/m3，比表面积为1300-1500m2/m3，载体直径10mm×长度10mm，厌氧氨氧化菌和硝化菌附着生长在悬浮载体上。

8、本发明又一较佳实施例提供了一种剩余污泥高效能源回收及污泥消化液处理方法的装置，包括进水装置、剩余污泥预处理反应器、高效厌氧膜生物反应器和一体式短硝化/厌氧氨氧化反应器，所述进水装置、所述剩余污泥预处理反应器、所述高效厌氧膜生物反应器和所述一体式短硝化/厌氧氨氧化反应器依次连接。

9、进一步地，所述进水装置包括进水管和进水泵，所述进水管通过进水泵与所述剩余污泥预处理反应器连接，所述剩余污泥预处理反应器还包括第一出水管，所述第一出水管与所述高效厌氧膜生物反应器连接。

10、进一步地，所述高效厌氧膜生物反应器设置为浸没式厌氧膜生物反应器，包括反应区、膜组件、沼气加压泵、真空表、抽吸泵、沼气罐；

11、进一步地，一体式短程硝化/厌氧氨氧化反应器通过第三进水管和所述抽吸泵与所述高效厌氧膜生物反应器相连；所述一体式短程硝化/厌氧氨氧化反应器分为反应区和沉淀区；所述反应区设置曝气泵、气体流量计、气量调节阀、曝气头和加热棒；通过挡流板将沉淀区与反应区隔离。

12、技术效果

13、本发明的一种剩余污泥高效能源回收及污泥消化液处理方法及装置，采用厌氧膜生物反应器实现对剩余污泥的高效厌氧消化能源回收，同时经厌氧膜生物反应器处理的剩余污泥消化液中，有机物和悬浮固体浓度较低，保障后续厌氧氨氧化脱氮工艺的稳定运行；采用厌氧氨氧化生物脱氮工艺，在无需外加碳源且曝气能耗减半的情况下实现了污泥消化液的高效脱氮，降低了城市污水主流工艺的脱氮负荷和处理费用；采用新型一体式短程硝化/厌氧氨氧化反应器，通过添加悬浮载体培养形成外层主要为好氧氨氮氧化菌而内层为厌氧氨氧化菌的生物膜。生物膜系统的形成提高了该反应器的耐冲击负荷能力，使其能承受高氨氮及水质水量波动的影响；新型一体式短程硝化/厌氧氨氧化反应器实现了污泥消化液深度脱氮，出水总氮浓度低于60mg n/l。

14、以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

技术特征：

1.一种剩余污泥高效能源回收及污泥消化液处理方法，其特征在于，包括剩余污泥先在剩余污泥预处理反应器中进行酸性发酵预处理，剩余污泥中的大分子有机物被分解为低分子有机酸和醇类，然后经过预处理的剩余污泥进入厌氧膜生物反应器中进一步分解为甲烷和二氧化碳，这些气体产物会被利用或排放，残留的混合物再进入一体式短硝化/厌氧氨氧化反应器中，由好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌生物膜系统实现消化液深度脱氮；出水最终回流至污水厂进水井。

2.如权利要求1所述的一种剩余污泥高效能源回收及污泥消化液处理方法，其特征在于，剩余污泥先在剩余污泥预处理反应器中进行预处理，具体包括：将剩余污泥加热至34-36℃，泵入连续搅拌槽反应器(cstr)，进行3-7天酸性发酵预处理，复杂的有机物在产酸菌的作用下被分解为低分子的中间产物，主要是一些低分子有机酸和醇类，并有氢、二氧化碳、氨氮、硫化氢等气体产生。

3.如权利要求2所述的一种剩余污泥高效能源回收及污泥消化液处理方法，其特征在于，经过预处理的剩余污泥进入厌氧膜生物反应器中进一步降解有机质，具体包括：将经过预处理的剩余污泥泵入厌氧膜生物反应器，剩余污泥在产甲烷菌的作用下继续分解为甲烷和二氧化碳。

4.如权利要求3所述的一种剩余污泥高效能源回收及污泥消化液处理方法，其特征在于，进入一体式短硝化/厌氧氨氧化反应器中，由好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌生物膜系统实现消化液深度脱氮，具体包括将厌氧膜生物反应器的出水泵入一体式短硝化/厌氧氨氧化反应器中，好氧氨氧化菌将一部分氨氮氧化为亚硝态氮，然后厌氧氨氧化菌以亚硝态氮为电子受体，氨氮为电子供体反应生成氮气从而实现脱氮。

5.如权利要求2所述的一种剩余污泥高效能源回收及污泥消化液处理方法，其特征在于，所述剩余污泥预处理反应器中cstr反应器ph值设置为控制在5.5-6.5之内。

6.如权利要求4所述的一种剩余污泥高效能源回收及污泥消化液处理方法，其特征在于，所述一体式短程硝化/厌氧氨氧化反应器内的悬浮载体密度为0.98g/m3，比表面积为1300-1500m2/m3，载体直径10mm×长度10mm，厌氧氨氧化菌和硝化菌附着生长在悬浮载体上。

7.如1-6任一所述的一种剩余污泥高效能源回收及污泥消化液处理方法的装置，包括进水装置、剩余污泥预处理反应器、高效厌氧膜生物反应器和一体式短硝化/厌氧氨氧化反应器，所述进水装置、所述剩余污泥预处理反应器、所述高效厌氧膜生物反应器和所述一体式短硝化/厌氧氨氧化反应器依次连接。

8.如权利要求7所述的一种剩余污泥高效能源回收及污泥消化液处理方法的装置，其特征在于，所述进水装置包括进水管和进水泵，所述进水管通过进水泵与所述剩余污泥预处理反应器连接，所述剩余污泥预处理反应器还包括第一出水管，所述第一出水管与所述高效厌氧膜生物反应器连接。

9.如权利要求8所述的一种剩余污泥高效能源回收及污泥消化液处理方法的装置，其特征在于，所述高效厌氧膜生物反应器设置为浸没式厌氧膜生物反应器，包括反应区、膜组件、沼气加压泵、真空表、抽吸泵、沼气罐，其中膜组件布置于反应区的底部，通过连接管与沼气加压泵相连，沼气加压泵布置于反应区底部，沼气罐布置在反应器的外部，沼气加压泵与沼气罐通过连接管相连；真空表和抽吸泵都安装在反应器的顶部，通过连接管相连。

10.如权利要求9所述的一种剩余污泥高效能源回收及污泥消化液处理方法的装置，其特征在于，一体式短程硝化/厌氧氨氧化反应器通过第三进水管和所述抽吸泵与所述高效厌氧膜生物反应器相连；所述一体式短程硝化/厌氧氨氧化反应器分为反应区和沉淀区；所述反应区设置曝气泵、气体流量计、气量调节阀、曝气头和加热棒，其中曝气泵、气体流量计、气量调节阀、曝气头依次通过连接管相连，加热棒则单独布置于反应区底部，通过电线与反应器外部电源相连以便维持反应器内的温度恒定；通过挡流板将沉淀区与反应区隔离。

技术总结
本发明公开了一种剩余污泥高效能源回收及污泥消化液处理方法，属于污泥生化处理及城市污水处理领域，包括剩余污泥先在剩余污泥预处理反应器中进行预处理，然后经过预处理的剩余污泥进入厌氧膜生物反应器中进一步降解有机质，然后再进入一体式短硝化/厌氧氨氧化反应器中，由好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌生物膜系统实现消化液深度脱氮；出水最终回流至污水厂进水井。本发明的一种剩余污泥高效能源回收及污泥消化液处理方法及装置，采用厌氧膜生物反应器实现对剩余污泥的高效厌氧消化能源回收，同时经处理的剩余污泥消化液中，有机物和悬浮固体浓度较低；在无需外加碳源且曝气能耗减半的情况下实现了污泥消化液的高效脱氮，降低了城市污水主流工艺的脱氮负荷和处理费用。

技术研发人员：刘建勇,许洲,蔡文雄,蔡彬,刘超,周章华,吴金武
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13