申请日2019.08.27
公开(公告)日2019.11.12
IPC分类号C02F11/04; C02F11/121; C02F11/14; C02F11/127
摘要
一种用于剩余污泥胞外聚合物剥离和资源化的装置，所述装置包括储泥池，其出口与剩余污泥预处理单元连接;剩余污泥预处理单元，包括加药预混池和水力旋流器，其中加药预混池用于对储泥池输送过来的污泥添加表面活性剂，分离有机杂质;水力旋流器，用于高速搅动在加药预混池中添加了表面活性剂的污泥;短程厌氧发酵单元，包括污泥厌氧发酵反应器;剩余污泥脱水单元，包括污泥浓缩池和脱水干化设备。本发明还提供了采用上述装置进行剩余污泥胞外聚合物剥离和资源化的方法。本发明在保证剩余污泥中微生物活力的同时高效实现了剩余污泥胞外聚合物的剥离;实现了剩余污泥中难利用碳源向易利用的高价值碳源转化。
权利要求书
1.一种用于剩余污泥胞外聚合物剥离和资源化的装置，其特征在于，所述装置包括储泥池、剩余污泥预处理单元、短程厌氧发酵单元和剩余污泥脱水单元，其中：
储泥池，其出口与剩余污泥预处理单元连接，用于储存输入的待处理的污泥;
剩余污泥预处理单元，包括加药预混池和水力旋流器，其中加药预混池用于对储泥池输送过来的污泥添加表面活性剂，分离有机杂质;水力旋流器，用于高速搅动在加药预混池中添加了表面活性剂的污泥;
短程厌氧发酵单元，包括污泥厌氧发酵反应器，用于对水力旋流器高速分离处理后的污泥进行厌氧发酵处理;
剩余污泥脱水单元，包括污泥浓缩池和脱水干化设备，用于对短程厌氧发酵单元发酵处理后的污泥进行浓缩干燥。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括二沉池，所述二沉池用于浓缩和回流活性污泥，其出口连接储泥池和剩余污泥预处理单元中的加药预混池。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述加药预混池的顶部设置有加药口和搅拌装置;
作为优选，所述储泥池底部与剩余污泥脱水单元相连。
4.根据权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，所述加药预混池中的污泥通过高速离心泵输送到水力旋流器中，且所述高速离心泵与水力旋流器组合实现高速水力旋流过程;
作为优选，所述水力旋流器顶部和底部分别与加药预混池连接并加装控制阀形成回流，用来保证所需的水力旋流循环时间。
5.根据权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述污泥厌氧发酵反应器顶部设置搅拌装置，所述污泥厌氧发酵反应器的主体内加装有温度控制套件、pH传感器和/或DO传感器。
6.一种采用权利要求2-5任一项所述的装置进行剩余污泥胞外聚合物剥离和资源化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将储泥池中的污泥和二沉池进口污泥按照比例注入加药预混池;
测定加药预混池中混合剩余污泥浓度，加入表面活性剂;
使经过生物表面活性剂处理过的剩余污泥高速进入水力旋流器;
将预处理后的剩余污泥注入剩余污泥厌氧发酵反应器中进行厌氧发酵处理;
排出所述厌氧发酵反应器中的发酵污泥，进行浓缩干燥处理。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将二沉池剩余污泥注入储泥池中暂存，暂存时间为1～3d，加药预混池中的剩余污泥由储泥池暂存污泥与二沉池进口污泥按照1∶1的比例混合而成，进入水力旋流器的混合剩余污泥的浓度为15～18g/L。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据加药预混池中按比例混合的剩余污泥的污泥浓度，加入0.005～0.1g/gTSS的表面活性剂;
作为优选，经过生物表面活性剂处理过的剩余污泥高速进入水力旋流器并在加药预混池和水力旋流器之间持续旋流多个循环，持续时间为0.5～20min。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将预处理后的剩余污泥注入污泥厌氧发酵反应器中，发酵2～8d，并通过温控套件、pH传感器和/或DO传感器监测和控制发酵体系的对应参数，其中温度控制在25～40℃、pH为6.5～8.0、DO为0.05～1.0。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，剩余污泥注入剩余污泥厌氧发酵反应器中厌氧发酵处理后得到发酵液，后续对发酵液的回收和利用方法包括：一是通过浓缩压滤回收发酵液提取短链脂肪酸，二是直接将压滤液回流至污水处理反硝化环节中作为污水脱氮的回补碳源。
说明书
用于剩余污泥胞外聚合物剥离和资源化的装置及方法
技术领域
本发明涉及污水污泥的生物处理技术领域，尤其涉及用于剩余污泥胞外聚合物剥离和资源化的装置及方法。
背景技术
污水处理过程中伴生大量的剩余污泥，近五年全国剩余污泥产生量平均约4760万吨/年(80%含水率)，预计2020年达到近5300万吨，其处理处置费用通常占到污水处理总操作成本的30-40%，预计2020年全国污泥处理处置投入将达450-600亿。剩余污泥中蕴含大量有机质，其中TCOD约为780-980mg/gTSS、TN约为20-60mg/gTSS、TP约为2.5-5mg/gTSS，是一种有潜力被转化为有用资源的废弃物。剩余污泥的胞外聚合物是微生物胞外除细胞和水以外的第三大组成部分，占剩余污泥总有机物的50-90%，主要由蛋白质和多糖以及腐殖质等组成，空间结构上由内而外分为TB-EPS、LB-EPS以及溶解性EPS，除TB-EPS较难以剥离以外，溶解性和松散结合的EPS容易通过理化方法实现剥离。
随着2002年国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》颁布，总氮的最高排放浓度被提高，而绝大多数国内水厂达不到要求，关键原因就是我国城市污水的C/N普遍较低，无法满足脱氮的需求，一般都需要补充额外的碳源，但这样不仅增加了污水厂的CO2排放而且增加了剩余污泥产量。通过厌氧发酵能够将污泥中复杂碳源转化为小分子短链脂肪酸，可以作为污水厂内部高效的反硝化碳源利用，剩余污泥中胞外聚合物(Extracellularpolymeric substances，EPS)的有效破解是提升污泥水解和后续生物转化的关键。目前在污水处理存在污水处理厂污泥产量巨大、资源化利用程度不高以及剩余污泥难以进行高效预处理的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种用于剩余污泥胞外聚合物剥离和资源化的装置及方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
为了实现上述目的，作为本发明的一方面，提供了一种用于剩余污泥胞外聚合物剥离和资源化的装置，所述装置包括储泥池、剩余污泥预处理单元、短程厌氧发酵单元和剩余污泥脱水单元，其中：
储泥池，其出口与剩余污泥预处理单元连接，用于储存输入的待处理的污泥;
剩余污泥预处理单元，包括加药预混池和水力旋流器，其中加药预混池用于对储泥池输送过来的污泥添加表面活性剂，分离有机杂质;水力旋流器，用于高速搅动在加药预混池中添加了表面活性剂的污泥;
短程厌氧发酵单元，包括污泥厌氧发酵反应器，用于对水力旋流器高速分离处理后的污泥进行厌氧发酵处理;
剩余污泥脱水单元，包括污泥浓缩池和脱水干化设备，用于对短程厌氧发酵单元发酵处理后的污泥进行浓缩干燥。
其中，所述装置还包括二沉池，所述二沉池用于浓缩和回流活性污泥，其出口连接储泥池和剩余污泥预处理单元中的加药预混池。
其中，所述加药预混池的顶部设置有加药口和搅拌装置;
作为优选，所述储泥池底部与剩余污泥脱水单元相连。
其中，所述加药预混池中的污泥通过高速离心泵输送到水力旋流器中，且所述高速离心泵与水力旋流器组合实现高速水力旋流过程;
作为优选，所述水力旋流器顶部和底部分别与加药预混池连接并加装控制阀形成回流，用来保证所需的水力旋流循环时间。
其中，所述污泥厌氧发酵反应器顶部设置搅拌装置，所述污泥厌氧发酵反应器的主体内加装有温度控制套件、pH传感器和/或DO传感器。
作为本发明的另一方面，提供了一种用于剩余污泥胞外聚合物剥离和资源化的方法，包括以下步骤：
将储泥池中的污泥和二沉池进口污泥按照比例注入加药预混池;
测定加药预混池中混合剩余污泥浓度，加入表面活性剂;
使经过生物表面活性剂处理过的剩余污泥高速进入水力旋流器;
将预处理后的剩余污泥注入剩余污泥厌氧发酵反应器中进行厌氧发酵处理;
排出所述厌氧发酵反应器中的发酵污泥，进行浓缩干燥处理。
其中，将二沉池剩余污泥注入储泥池中暂存，暂存时间为1～3d，加药预混池中的剩余污泥由储泥池暂存污泥与二沉池进口污泥按照1∶1的比例混合而成，进入水力旋流器的混合剩余污泥的浓度为15～18g/L。
其中，根据加药预混池中按比例混合的剩余污泥的污泥浓度，加入0.005～0.1g/gTSS的表面活性剂;
作为优选，经过生物表面活性剂处理过的剩余污泥高速进入水力旋流器并在加药预混池和水力旋流器之间持续旋流多个循环，持续时间为0.5～20min。
其中，将预处理后的剩余污泥注入污泥厌氧发酵反应器中，发酵2～8d，并通过温控套件、pH传感器和/或DO传感器监测和控制发酵体系的对应参数，其中温度控制在25～40℃、pH为6.5～8.0、DO为0.05～1.0。
其中，剩余污泥注入剩余污泥厌氧发酵反应器中厌氧发酵处理后得到发酵液，后续对发酵液的回收和利用方法包括：一是通过浓缩压滤回收发酵液提取短链脂肪酸，二是直接将压滤液回流至污水处理反硝化环节中作为污水脱氮的回补碳源。
基于上述技术方案可知，本发明的用于剩余污泥胞外聚合物剥离和资源化的装置及方法相对于现有技术至少具有如下有益效果之一：
(1)在保证剩余污泥中微生物活力的同时高效实现了剩余污泥胞外聚合物的剥离;
(2)有效降低了剩余污泥的产量;
(3)实现了剩余污泥中难利用碳源向易利用的高价值碳源转化;
(4)可以实现利用剩余污泥在中低温下发酵产酸;
(5)在原水碳源不足难以满足脱氮反硝化过程的碳源需求时，可以将发酵产物作为回补碳源，促进总氮的脱除。（发明人王爱杰;李西齐;刘文宗;李佳琦;高翔宇;张文哲;王博）
