公布日：2022.09.13
申请日：2022.06.28
分类号：C02F11/04(2006.01)I
摘要
本发明公开了一种强化剩余污泥厌氧发酵和发酵液回流强化污水脱氮除磷的方法及装置，方法过程包括：预处理阶段：在污水处理阶段得到的剩余污泥中添加碱溶液、络合剂预搅拌混合；厌氧发酵阶段；氮/磷分离回收阶段；发酵液回用阶段。装置包括预处理系统、厌氧发酵系统、氮/磷分离回收系统、发酵液回流系统。优点包括：提高了厌氧污泥产酸的效果，且产出的VFA中主要成分是易于水处理微生物利用的乙酸，强化污泥细胞内的氮、磷释放；兼顾了对碳源、磷源、氮源的回收，碳源进行回流可用于强化污水脱氮除磷效果；装置结构简单、操作方便，反应条件不苛刻，采用的反应原料容易获取。
权利要求书
1.一种强化剩余污泥厌氧发酵和发酵液回流强化污水脱氮除磷的方法，其特征在于：过程包括：(1)预处理阶段：在污水处理阶段得到的剩余污泥中添加碱溶液、络合剂预搅拌混合；(2)厌氧发酵阶段；(3)氮/磷分离回收阶段；(4)发酵液回用阶段。
2.根据权利要求1所述的一种强化剩余污泥厌氧发酵和发酵液回流强化污水脱氮除磷的方法，其特征在于：所述预处理阶段中使用的碱溶液是氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液浓度是2mol/L，将剩余污泥调节至pH为10；络合剂是柠檬酸钠，络合剂与污泥TSS之比为0.05g络合剂：1gTSS-0.2g络合剂：1gTSS；所述预处理阶段先加入碱溶液，搅拌调节pH，然后添加络合剂25-35℃以100r/min速度搅拌150min。
3.根据权利要求1所述的一种强化剩余污泥厌氧发酵和发酵液回流强化污水脱氮除磷的方法，其特征在于：所述厌氧发酵阶段在步骤(1)所得污泥中先添加碱溶液调节pH，再厌氧搅拌发酵消化；所述碱溶液是氢氧化钠溶液，在步骤(1)所得污泥中添加氢氧化钠溶液调节pH为10，然后在35℃、搅拌速度为100r/min的条件下，厌氧搅拌发酵消化5天。
4.根据权利要求1所述的一种强化剩余污泥厌氧发酵和发酵液回流强化污水脱氮除磷的方法，其特征在于：所述厌氧发酵阶段处理后的污泥经过离心处理后，上清液进入所述氮/磷分离回收阶段处理；所述离心操作是4000r/min的条件下离心10min。
5.根据权利要求1所述的一种强化剩余污泥厌氧发酵和发酵液回流强化污水脱氮除磷的方法，其特征在于：所述氮/磷分离回收阶段处理如下：当同时回收氮和磷时，采用鸟粪石法，生成鸟粪石；当仅回收磷时，投加含钙元素的晶种生成羟基磷灰石结晶。
6.根据权利要求4所述的一种强化剩余污泥厌氧发酵和发酵液回流强化污水脱氮除磷的方法，其特征在于：所述鸟粪石法过程包括：加入碱溶液调节体系pH为9-9.5，按摩尔比n(Mg)：n(P)＝2计，加入氯化镁溶液，速率为150-180rmp搅拌反应30min；仅回收磷时，按Ca2+：PO43-摩尔比为3.33计，投入含钙元素的晶种，含钙元素的晶种选自含钙元素的牛骨粉。
7.根据权利要求1所述的一种强化剩余污泥厌氧发酵和发酵液回流强化污水脱氮除磷的方法，其特征在于：所述发酵液回用阶段的过程包括：将氮/磷分离回收阶段处理后的污泥固液分离，沉淀物压滤后烘干得到污泥氮/磷回收物，上清液回流至污水处理阶段。
8.一种用于权利要求1所述的强化剩余污泥厌氧发酵和发酵液回流强化污水脱氮除磷的方法的装置，其特征在于：包括预处理系统、厌氧发酵系统、氮/磷分离回收系统、发酵液回流系统；所述预处理系统包括设有第一搅拌装置、第一pH计的预处理装置，所述预处理装置还连接有第一碱液罐、络合剂罐；所述厌氧发酵系统包括厌氧发酵装置，所述厌氧发酵装置通过第一泵连接所述预处理装置，所述厌氧发酵装置上设有厌氧发酵腔体、第二搅拌装置、第二pH计、排气软管、液封装置、加热装置、恒温控制器、水浴保温层；所述氮/磷分离回收系统包括氮/磷回收反应装置，所述氮/磷回收反应装置通过第二泵连接在所述厌氧发酵装置上，所述氮/磷回收反应装置上设有第三pH计、TP检测装置、TN检测装置，所述氮/磷回收反应装置还连接有第二药剂罐；所述发酵液回流系统包括发酵液静置装置、压滤机、第四泵；所述发酵液静置装置通过第三泵连接所述氮/磷回收反应装置；所述第四泵的进口连接在发酵液静置装置上，且第四泵出口连接在污水处理阶段上；所述压滤机上设有两条进口支路，一条进口支路连接在氮/磷回收反应装置上，另一条进口支路连接在所述发酵液静置装置上。
9.根据权利要求8所述的一种用于强化剩余污泥厌氧发酵和发酵液回流强化污水脱氮除磷的方法的装置，其特征在于：所述第二泵和氮/磷回收反应装置之间设有离心机。
10.根据权利要求8所述的一种用于强化剩余污泥厌氧发酵和发酵液回流强化污水脱氮除磷的方法的装置，其特征在于：所述第二搅拌装置、第二pH计、排气软管、液封装置连接在所述厌氧发酵腔体上，水浴保温层设置在厌氧发酵腔体外围，所述加热装置、恒温控制器连接在水浴保温层上；所述厌氧发酵腔体侧壁还连接有出水口、取样口，出水口、取样口穿过水浴保温层延伸到厌氧发酵装置外；所述氮/磷回收反应装置通过第二泵连接所述厌氧发酵装置的出水口上，所述压滤机出口连接有烘干装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种强化剩余污泥厌氧发酵和发酵液回流强化污水脱氮除磷的装置及方法。
为了达到上述目的本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种强化剩余污泥厌氧发酵和发酵液回流强化污水脱氮除磷的方法，过程包括：
(1)预处理阶段：在污水处理阶段得到的剩余污泥中添加碱溶液、络合剂预搅拌混合；
(2)厌氧发酵阶段；
(3)氮/磷分离回收阶段；
(4)发酵液回用阶段。
进一步地，所述预处理阶段中使用的碱溶液是氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液浓度是2mol/L，将剩余污泥调节至pH为10；
络合剂是柠檬酸钠，绿色无毒，络合剂与污泥TSS之比为0.05g络合剂：1gTSS-0.2g络合剂：1gTSS。
进一步地，络合剂为工业级柠檬酸钠(Na3C6H5O7•2H2O)。
进一步地，所述预处理阶段先加入碱溶液，搅拌调节pH，然后添加络合剂25-35℃以100r/min速度搅拌150min，破坏污泥胞外聚合物(EPS)。
进一步地，所述厌氧发酵阶段在步骤(1)所得污泥中先添加碱溶液调节pH，再厌氧搅拌发酵消化；
所述碱溶液是氢氧化钠溶液，在步骤(1)所得污泥中添加氢氧化钠溶液调节pH为10，然后在35℃、搅拌速度为100r/min的条件下，厌氧搅拌发酵消化5天。
进一步地，所述厌氧发酵阶段处理后的污泥经过离心处理后，上清液进入所述氮/磷分离回收阶段处理；所述离心操作是4000r/min的条件下离心10min，离心过程中破碎细胞的磷脂双分子层中的磷也会进入上清液中。
进一步地，所述氮/磷分离回收阶段处理如下：
当同时回收氮和磷时，采用鸟粪石法，生成鸟粪石；当仅回收磷时，投加含钙元素的晶种生成羟基磷灰石结晶。
进一步地，所述鸟粪石法过程包括：加入碱溶液调节体系pH为9-9.5，按摩尔比n(Mg)：n(P)＝2计，加入氯化镁溶液，速率为150-180rmp搅拌反应30min；
仅回收磷时，按Ca2+：PO43-摩尔比为3.33计，投入含钙元素的晶种，含钙元素的晶种选自含钙元素的牛骨粉。
进一步地，所述发酵液回用阶段的过程包括：将氮/磷分离回收阶段处理后的污泥固液分离，沉淀物压滤后烘干得到污泥氮/磷回收物；上清液回流至污水处理阶段，使活性污泥处理同步脱氮除磷系统工作，为污水处理脱氮除磷的缺氧段提供碳源，无需为污水处理额外投加碳源，不增加氮、磷处理负荷，使污水处理脱氮除磷工艺出水水质能优于一级A排放标准。
本发明还提供一种用于强化剩余污泥厌氧发酵和发酵液回流强化污水脱氮除磷的方法的装置，包括预处理系统、厌氧发酵系统、氮/磷分离回收系统、发酵液回流系统；
所述预处理系统包括设有第一搅拌装置、第一pH计的预处理装置，所述预处理装置还连接有第一碱液罐、络合剂罐；
所述厌氧发酵系统包括厌氧发酵装置，所述厌氧发酵装置通过第一泵连接所述预处理装置，所述厌氧发酵装置上设有厌氧发酵腔体、第二搅拌装置、第二pH计、排气软管、液封装置、加热装置、恒温控制器、水浴保温层；
所述氮/磷分离回收系统包括氮/磷回收反应装置，所述氮/磷回收反应装置通过第二泵连接所述厌氧发酵装置，所述氮/磷回收反应装置上设有第三pH计、TP检测装置、TN检测装置，所述氮/磷回收反应装置还连接有第二药剂罐；
所述发酵液回流系统包括发酵液静置装置、压滤机、第四泵；所述发酵液静置装置通过第三泵连接所述氮/磷回收反应装置；所述第四泵的进口连接在发酵液静置装置上，且第四泵出口连接在污水处理阶段上；所述压滤机上设有两条进口支路，一条进口支路连接在氮/磷回收反应装置上，另一条进口支路连接在所述发酵液静置装置上。
进一步地，所述第二泵和氮/磷回收反应装置之间设有离心机。
进一步地，所述第二搅拌装置、第二pH计、排气软管、液封装置连接在所述厌氧发酵腔体上，水浴保温层设置在厌氧发酵腔体外围，所述加热装置、恒温控制器连接在水浴保温层上；所述厌氧发酵腔体侧壁还连接有出水口、取样口，出水口、取样口穿过水浴保温层延伸到厌氧发酵装置外；
所述氮/磷回收反应装置通过第二泵连接所述厌氧发酵装置的出水口上，
所述压滤机出口连接有烘干装置。
本发明的优点包括：
(1)剩余污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸(VFA)是一种高效的污泥处置方式，预处理段的碱有利于污泥破壁溶胞，柠檬酸钠/柠檬酸有利于破坏污泥EPS，提高污泥微生物胞内有机物和营养物质的溶出量，提高溶出物的可生化性，二者具有协同效应，从而使得污泥中具有更高浓度可供厌氧发酵的可生化底物，因此利用NaOH耦合柠檬酸钠/柠檬酸进行预处理可以强化污泥厌氧发酵，进一步提高单位污泥的VFA产量；
(2)仅在预处理初始时和厌氧发酵初始时调节pH，减少了NaOH的使用量；
(3)污泥厌氧发酵系统为35℃的低温厌氧发酵，发酵5d，发酵液(消化液)中的VFA浓度可达到13000mg•COD•L-1；污泥厌氧发酵系统的消化液VFA中乙酸占比在70.64％—90.82％，乙酸为易于污水生物利用的碳源；
(4)将含有VFA的污泥发酵液回流至污水处理阶段的主体生物脱氮除磷工艺，能够为脱氮除磷微生物提供碳源，解决C/N比偏低的问题，强化微生物脱氮除磷效能，是一项具有较好应用前景的技术。
(5)装置结构简单，操作方便，经济性强，不仅可以通过污泥资源化、稳定化提供污水处理阶段中生物脱氮除磷所必需的碳源，强化生化段脱氮除磷效果，减少污水处理中的碳排放，同时，还能够从污泥中回收含氮、磷的营养物质。
（发明人：周午阳;杜至力;任鹏飞;罗凡;李振兴;董浩韬）
