一种利用剩余污泥发酵获取反硝化脱氮碳源的方法

摘要

一种利用剩余污泥发酵获取反硝化脱氮碳源的方法，它涉及一种获取反硝化脱氮碳源的方法。方法：一、剩余污泥进行超声波预处理，再发酵；二、发酵后产生的上清液进行曝气，然后采用鸟粪石法进行处理，反应池出水即为利用剩余污泥发酵获取的反硝化脱氮碳源。本发明采用的原料都是城市污水处理厂的废物，使用本发明具有废物资源化的目的；而且在污水厂产生的污泥就地处理，生产碳源，节省了运输费用；发酵后剩下的污泥也完成了无害化和减量化的目的，可进一步堆肥或发酵产沼气或填埋处理，利于后续处理，成本低廉；产生的污泥上清液作为碳源短链脂肪酸含量高，C/N比高，反应池出水可直接输送到反硝化反应池中作为碳源使用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种获取反硝化脱氮碳源的方法。

背景技术

目前应用广泛的脱氮工艺一般采用硝化反硝化的联合工艺，一般包含着空间或时间上厌氧、缺氧、好氧三种状态的交替，通过调整和优化三种状态的组合方式及其数量的时空分布以及回流方式、位置而达到高效脱氮的目的。其中在反硝化段脱氮需要大量的有机物。由于我国城市污水实际C/N较低，并且在硝化段避免不了的要消耗一部分碳源，往往在反硝化过程中不能满足反硝化细菌的需要，有机碳源的不足严重影响了污水脱氮除磷效果。目前城市污水处理厂解决碳源不足的方法包一般采用外加碳源的方法。投加的外加碳源有甲醇和乙酸等。甲醇脱氮效率虽高，但本身的毒性会给环境造成潜在的危险；乙醇和乙酸的毒性虽然没有甲醇强，但成本较高。

而另一方面，剩余污泥是污水处理中产生的固体废物，数量巨大，如何妥善处理这些污泥，已成为世界各国关注的课题。近年来，污泥处理的发展趋势是污泥资源化。

发明内容

本发明目的是提供一种利用剩余污泥发酵获取反硝化脱氮碳源的方法。

利用剩余污泥发酵获取反硝化脱氮碳源的方法按以下步骤进行：一、对城市污水厂产生的剩余污泥进行超声波预处理5～10min，然后进入储存池，再投加到发酵罐中，在温度为20～30℃、pH值为5.5～6.5的条件下厌氧发酵5～7天；二、步骤一发酵后产生的上清液进入反应池中进行曝气，使溶解氧浓度为4～6mg/L，然后采用鸟粪石法进行处理，反应池出水即为利用剩余污泥发酵获取的反硝化脱氮碳源；其中步骤一中超声波预处理采用的超声功率为5KW；步骤一中投加到发酵罐中的污泥投加量占发酵罐总体积的15％～20％，且投加采用间歇式，每2天投加一次。

本发明采用的原料都是城市污水处理厂的废物，使用本发明具有废物资源化的目的；而且在污水厂产生的污泥就地处理，生产碳源，节省了运输费用；发酵后剩下的污泥也完成了无害化和减量化的目的，可进一步堆肥或发酵产沼气或填埋处理，利于后续处理，成本低廉；产生的污泥上清液作为碳源短链脂肪酸含量高达90％以上，COD为3000mg/L，C/N比高达14～16∶1，污泥发酵效率100～120mgSCFAs·g-1VSS，可见，反应池出水可直接输送到反硝化反应池中作为碳源使用。

本发明采用常温发酵，不设加温装置，只设置保温措施，外壁用隔热保温泡沫塑料制作保温层，设备上要求不高，节约成本，更适合大范围推广使用。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式利用剩余污泥发酵获取反硝化脱氮碳源的方法按以下步骤进行：一、对城市污水厂产生的剩余污泥进行超声波预处理5～10min，然后进入储存池，再投加到发酵罐中，在温度为20～30℃、pH值为5.5～6.5的条件下厌氧发酵5～7天；二、步骤一发酵后产生的上清液进入反应池中进行曝气，使溶解氧浓度为4～6mg/L，然后采用鸟粪石法进行处理，反应池出水即为利用剩余污泥发酵获取的反硝化脱氮碳源；其中步骤一中超声波预处理采用的超声功率为5KW；步骤一中投加到发酵罐中的污泥投加量占发酵罐总体积的15％～20％，且投加采用间歇式，每2天投加一次。

本实施方式步骤一中剩余污泥是通过污泥泵泵入超声设备中进行超声波预处理的；超声设备为成套购买得到。

本实施方式步骤一中剩余污泥进行超声波预处理，目的是使污泥物质结构中相当数量的微生物细胞壁破碎，使细胞质和酶得以释放，胞内物质作为底物供微生物生长，被释放出来的细胞质作为补充碳源从厌氧段进入生物系统；并且可以提高生物降解率，减少剩余污泥量。

本实施方式步骤一中是厌氧发酵，因此发酵设备需要全封闭。

本实施方式步骤一发酵后产生的上清液C/N比为8～12∶1，pH值为5.5～6.5；经过曝气处理后pH值为7～11，这是因为上清液中溶有大量的CO₂，使用曝气的方法可以吹脱CO₂，以使pH值提高。

本实施方式采用鸟粪石法进行处理，目的是进一步降低上清液中氮磷含量，优点是在去除废水中氨氮的同时，所得到的沉淀物MgNH₄PO₄可作为复合肥料，从而实现废物的综合利用，具有明显的经济效益；原理为：通过向废水中投加镁盐和磷酸盐，使Mg²⁺、PO₄^3-与废水中的NH₄⁺发生化学反应，生成复盐MgNH₄PO₄·6H₂O沉淀，从而将NH₄⁺脱除；其主要化学反应如下：

Mg²⁺+NH₄⁺+PO₄^3-+6H₂O→MgNH₄PO₄·6H₂O↓

Mg²⁺+NH₄⁺+HPO₃²-+6H₂O→MgNH₄PO₄·6H₂O↓+H⁺

Mg²⁺+NH₄⁺+HPO₃^2-+6H₂O+OH^-→MgNH₄PO₄·6H₂O↓+H₂O

本实施方式中上清液经过鸟粪石处理后C/N比为14～16∶1，COD为3000mg/L；其中短链脂肪酸含量90％以上，污泥发酵效率100～120mgSCFAs·g-1VSS，可见，反应池出水可直接输送到反硝化反应池中作为碳源使用。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中对城市污水厂产生的剩余污泥进行超声波预处理5min，然后进入储存池，再投加到发酵罐中，在温度为20℃、pH值为5.5的条件下厌氧发酵7天。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中对城市污水厂产生的剩余污泥进行超声波预处理10min，然后进入储存池，再投加到发酵罐中，在温度为30℃、pH值为6.5的条件下厌氧发酵5天。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中对城市污水厂产生的剩余污泥进行超声波预处理6～9min，然后进入储存池，再投加到发酵罐中，在温度为22～28℃、pH值为5.8～6.2的条件下厌氧发酵5.5～6.5天。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中对城市污水厂产生的剩余污泥进行超声波预处理8min，然后进入储存池，再投加到发酵罐中，在温度为25℃、pH值为6的条件下厌氧发酵6天。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤一中投加到发酵罐中的污泥投加量占发酵罐总体积的15％。其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤一中投加到发酵罐中的污泥投加量占发酵罐总体积的20％。它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤一中投加到发酵罐中的污泥投加量占发酵罐总体积的16％～19％。它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤一中投加到发酵罐中的污泥投加量占发酵罐总体积的18％。它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是步骤二中使溶解氧浓度为5mg/L。它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是步骤二中曝气采用单孔膜曝气或穿孔管曝气方式。它步骤及参数与具体实施方式一至十之一相同。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同的是步骤二中采用鸟粪石法进行处理，所用的镁磷量比为1∶1、搅拌时间为20～30min。它步骤及参数与具体实施方式一至十一之一相同。

具体实施方式十三：本实施方式利用剩余污泥发酵获取反硝化脱氮碳源的方法按以下步骤进行：一、对城市污水厂产生的剩余污泥进行超声波预处理8min，然后进入储存池，再投加到发酵罐中，在温度为25℃、pH值为6的条件下厌氧发酵6天；二、步骤一发酵后产生的上清液进入反应池中进行曝气，使溶解氧浓度为5mg/L，然后采用鸟粪石法进行处理，反应池出水即为利用剩余污泥发酵获取的反硝化脱氮碳源；其中步骤一中超声波预处理采用的超声功率为5KW；步骤一中投加到发酵罐中的污泥投加量占发酵罐总体积的18％，且投加采用间歇式，每2天投加一次。

本实施方式中上清液经过鸟粪石处理后C/N比为16∶1，COD为3000mg/L；其中短链脂肪酸含量95％，污泥发酵效率120mgSCFAs·g-1VSS，可见，反应池出水可直接输送到反硝化反应池中作为碳源使用。