一种高压均质技术破解剩余污泥提高水解酸化效率的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及环境技术领域，具体涉及一种采用高压均质技术破解剩余污泥提高污 泥水解酸化效率的方法。
【背景技术】
[0002] 随着经济发展、人们生活水平的提高，生活污水中氮、磷含量越来越高，使城市污 水C/N比偏低，导致污水厂生物脱氮过程中反硝化阶段碳源严重不足。为提高生物脱氮效 果，一般投加甲醇、乙醇等补充反硝化碳源。对于污水处理厂，投加甲醇等碳源不仅大大增 加其运行成本，而且甲醇具有一定毒性。
[0003] 污水处理过程中产生大量剩余污泥，一般可以采用厌氧消化技术对剩余污泥进行 稳定化、减量化和资源化。污泥厌氧消化分为三个阶段：水解、酸化和产甲烷阶段。其中，剩 余污泥在水解、酸化阶段产生大量的挥发性脂肪酸，这些挥发性脂肪酸的主要成分为小分 子酸，尤其是乙酸和丙酸含量较高。因此，将剩余污泥进行水解酸化处理，可能获得生物脱 氮工艺中的反硝化碳源。
[0004] 由于蛋白质和多糖等可溶性有机物大多聚集在微生物细胞内或者胞外聚合物中， 微尘物细胞壁的阻碍和污泥絮体的束缚使这些有机物难以释放，大大降低了剩余污泥的水 解酸化速度和效率。采用污泥破解的方法可使污泥絮体破碎，胞内有机物和胞外聚合物释 放到污泥液相，污泥中的固体有机物更容易变为易降解的溶解性有机物。污泥破解可用污 泥破解度来表示，见公式（1)。污泥破解可有效强化剩余污泥的尘物降解。
[0005]
⑴
[0006] 其中：DDotd 污泥破解度，％ ;
[0007] TC0D 污泥的总化学需氧量，mg/L ;
[0008] SCOD〇一一破解前污泥的溶解性化学需氧量，mg/L ;
[0009] SC0D一一破解后污泥的溶解性化学需氧量，mg/L。
[0010] 高压均质技术是一种分散、超微细化的机械破碎技术，可将液体物料或以液体为 载体的固体物料细化至微米级甚至纳米级。由于操作简单、无污染和良好的均质效果等特 点，已广泛应用于食品、化工及制药等行业。此外，高压均质也是目前细胞破碎的主要方法 之一，可短时间内将细胞膜破裂，迅速释放胞内物质，以提取胞内物质。但高压均质技术目 前还较少在环境领域应用，尚未有人尝试将高压均质技术与污泥水解酸化联用，以获取污 水处理过程中的反硝化碳源。本专利采用高压均质技术破解剩余污泥，提高剩余污泥的水 解酸化效率，获得廉价的反硝化碳源。该方法操作方法简单、水解酸化条件易于控制，可极 大地降低污水厂生物脱氮的经济成本，减少剩余污泥的排放，具有较高的经济、社会和环境 效益。
【发明内容】
[0011] 1.发明目的
[0012] 本发明的目的在于，针对当前污水生物脱氮工艺中反硝化碳源缺乏的问题，提供 一种提高剩余污泥水解酸化效率，从剩余污泥生产廉价反硝化碳源的方法。
[0013] 2?技术方案
[0014] 本发明提供一种利用高压均质技术提高剩余污泥水解酸化效率、高效获得挥发性 脂肪酸等反硝化碳源的工艺方法，包括以下步骤：
[0015] (1)剩余污泥高压均质破解：剩余污泥首先用80目筛网过滤，去除污泥中的无机 颗粒；剩余污泥浓缩至含水率为97. 5% -98. 0% ;采用高压均质机在40-60MPa的压强条件 下破解浓缩剩余污泥，污泥破解度为15% -25%。
[0016] (2)破解污泥水解酸化：将破解污泥加入水解酸化反应器，充入一定量氮气，在厌 氧环境下进行污泥水解酸化，控制反应温度为35°C，搅拌速度为100-150r/min，水解酸化 过程中pH维持在6. 5左右，需要水解酸化反应时间60-72h。
[0017] (3)水解酸化液提取：采用离心机将步骤（2)中水解酸化后的泥水混合液离心分 离，离心速度为l〇〇〇〇r/min，离心后的上清液即可用作污水处理过程中的反硝化碳源。
[0018] 3.本发明的有益效果
[0019] 本发明的有益效果在于采用可高效破解剩余污泥的高压均质技术，在不改变污泥 化学性质的条件下，使剩余污泥中的微生物细胞破裂，微生物细胞内或胞外聚合物中的蛋 白质和多糖等溶解性有机物大量释放，为剩余污泥水解酸化提供大量易于利用的有机物， 提高剩余污泥的水解酸化效率。剩余污泥高压均质后，破解污泥水解酸化的反应时间缩短 24-36h。制得的水解酸化液C0D浓度最高达到6682mg/L，是浓缩污泥的87倍，是浓缩污泥 直接水解酸化后水解酸化液的5. 5倍；制得的水解酸化液挥发性脂肪酸（VFAs，以乙酸计） 浓度最高达到2946mg/L，是浓缩污泥的23. 9倍，是浓缩污泥直接水解酸化后水解酸化液的 2.3倍。水解酸化液上清液中乙酸和丙酸的含量为70-75%。该工艺操作简单，水解酸化条 件易于控制，经济成本低廉，具有良好的应用前景。
【具体实施方式】
[0020] 以下通过具体实施例对本发明进一步做详细说明。
[0021] 实施例1 :
[0022] (1)剩余污泥首先用80目筛网过滤，并浓缩至污泥TS为20. 2g/L。将浓缩污泥加 入水解酸化反应器，充入一定量氮气，在厌氧条件下水解酸化，控制反应温度为35°C、搅拌 速度为l〇〇r/min、pH维持在6. 5左右。水解酸化96h后，采用离心机将水解酸化后的泥水 混合液离心分离，离心速度为l〇〇〇〇r/min。上清液的SC0D和VFAs浓度达到最高，分别为 1212 和 1264mg/L。
[0023] (2)剩余污泥首先用80目筛网过滤，并浓缩至污泥TS为20. 2g/L。采用高压均质 机（JJ-30L/100)在40MPa压强条件下破解浓缩污泥，污泥破解度为22.9%。将破解污泥加 入水解酸化反应器，充入一定量氮气，在厌氧条件下水解酸化，控制反应器温度为35°C、搅 拌速度l〇〇r/min，pH维持在6. 5左右。水解酸化72h后，采用离心机将水解酸化后的泥水 混合液离心分离，离心速度为l〇〇〇〇r/min。污泥水解酸化上清液的SC0D和VFAs浓度达到 最高，分别为6682和2946mg/L，是浓缩污泥直接水解酸化的5. 5倍和2. 3倍。离心分离后 上清液中不同种类脂肪酸的分布见图1所示，可以作污水处理过程中的反硝化碳源。
[0024] 实施例2 :
[0025] 剩余污泥首先用80目筛网过滤，并浓缩至污泥TS为20. 2g/L。采用高压均质机 (JJ-30L/100)在50MPa压强条件下破解浓缩污泥，污泥破解度为20.6%。将破解污泥加入 水解酸化反应器，充入一定量氮气，在厌氧条件下水解酸化，控制反应器温度为35°C、搅拌 速度lOOr/min、pH维持在6. 5左右。水解酸化72h后，采用离心机将水解酸化后的泥水混 合液离心分离，离心速度为l〇〇〇〇r/min。污泥水解酸化上清液的SC0D和VFAs浓度分别为 5875和2750mg/L，分别是浓缩污泥直接水解酸化的4. 8倍和2. 2倍。
[0026] 实施例3 :
[0027] 剩余污泥首先用80目筛网过滤，并浓缩至污泥TS为23. 9g/L。采用高压均质机 〇1-3017100)在6010^压强条件下破解浓缩污泥，污泥破解度为16.8%。将破解污泥加入 水解酸化反应器，充入一定量氮气，在厌氧条件下水解酸化，控制反应器温度为35°C、搅拌 速度lOOr/min、pH维持在6. 5左右。水解酸化72h后，采用离心机将水解酸化后的泥水混 合液离心分离，离心速度为l〇〇〇〇r/min。污泥水解酸化上清液的SC0D和VFAs浓度分别为 6347和2864mg/L，分别是浓缩污泥直接水解酸化的5. 2倍和2. 3倍。 【附图说明】 图1是TS为20. 2g/L的剩余污泥，经过40MPa的高压均质破解，进行水解酸化72h后， 污泥上清液中不同种类脂肪酸所占的比例图。
【主权项】
1. 一种利用高压均质技术破解剩余污泥，提高污泥水解酸化效率的方法，其特征在于 所述方法包括以下步骤： (1) 剩余污泥高压均质破解：剩余污泥首先用80目筛网过滤，去除污泥中的无机颗粒； 剩余污泥浓缩至含水率为97. 5 % -98. 0 %;采用高压均质机在40-60MPa压强条件下破解浓 缩污泥，污泥破解度为15 % -25 %。 (2) 破解污泥水解酸化：将破解污泥加入水解酸化反应器，充入一定量氮气，在厌氧条 件下进行污泥水解酸化，控制反应温度为35°C，搅拌速度100r/min，水解酸化过程中pH维 持在6. 5左右，需要水解酸化反应时间60-72h。 (3) 水解酸化液提取：采用离心机将步骤（2)中水解酸化后的泥水混合液离心分离，离 心速度为l〇〇〇〇r/min，离心后的上清液即可作为污水处理过程中的反硝化碳源。2. 根据权利1所述的方法，其特征在于，采用高压均质技术破解剩余污泥后，破解污泥 水解酸化所需时间比浓缩污泥直接水解酸化缩短24-36h。3. 根据权利1所述的方法，其特征在于，采用高压均质技术破解剩余污泥后，破解污泥 水解酸化上清液中挥发性脂肪酸主要由乙酸和丙酸组成，乙酸和丙酸含量占总挥发性脂肪 酸的 70% -75%。
【专利摘要】本发明涉及环境技术领域，具体涉及一种采用高压均质技术破解剩余污泥提高污泥水解酸化效率的方法。剩余污泥首先用80目筛网过滤，浓缩至污泥含水率97.5％-98.0％。利用高压均质机在40-60MPa压强条件下破解浓缩污泥，破解污泥加入水解酸化反应器，在35℃下水解酸化60-72h。泥水混合液利用离心机离心分离，污泥水解酸化上清液可作为反硝化碳源。本发明的优点在于采用高压均质技术破解剩余污泥，为水解酸化提供了丰富的蛋白质和多糖等易被微生物利用的有机物，提高破解污泥的水解酸化效率。污泥水解酸化上清液的COD和VFAs最高分别达到6682和2065mg/L，非常适于作为污水处理过程中的反硝化碳源。该方法操作简单、水解酸化条件易于控制，具有良好的应用前景。
【IPC分类】C02F11/00, C02F11/04
【公开号】CN105110583
【申请号】CN201510456401
【发明人】张盼月, 李高朋, 王毅力, 盛依琪, 李藩, 樊世漾, 唐翔
【申请人】北京林业大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年7月30日