一种促进污泥水解释放溶解性有机物的方法

摘要

本发明涉及环保技术领域，公开了一种促进污泥水解释放溶解性有机物的方法，包含下述步骤：分别取污水处理厂的初沉污泥和剩余污泥组成混合污泥，初沉污泥和剩余污泥的质量比为10:1～1:10；向混合污泥中投加尿素和碱，投加尿素的质量低于混合污泥质量的15%，投加碱的质量低于混合污泥质量的15%；置于0~5℃下预冷0.5～3小时；在预冷过程中，对污泥进行厌氧搅拌，搅拌速度为20～150rpm，增加有机物的溶出。本发明通过投加碱和尿素，然后经过预冷处理，极大地促进污泥的破胞和有机物的溶出，可为污泥的厌氧发酵提供丰富的底物，实现污泥的资源化利用。

说明书

技术领域

本发明属于环保技术领域，特别涉及一种大幅促进污泥水解释放有机物的方法。

背景技术

活性污泥法是目前广泛应用的一种污水生物处理技术，该技术能够在去除有机物的同时去除氮和磷。然而，活性污泥法在处理污水的同时会产生大量的污泥（包括初沉污泥和剩余污泥。具体来说，初沉污泥是指从污水处理厂的初沉淀池排出的沉淀物，而剩余污泥是指活性污泥系统中从二次沉淀池（或沉淀区）排出系统外的活性污泥）。活性污泥具有含水率高、有机组分含量高和成分复杂等特点，如果得不到有效的处理处置，很容易造成二次污染。在污泥的稳定化、资源化和无害化处理中，厌氧消化由于其低能耗、可产生大量能源等优点而被广泛用于活性污泥的处理。

污泥通过厌氧发酵过程可以转化为有机酸、氢气和甲烷等资源。污泥的厌氧发酵分为水解、酸化和甲烷化三个阶段。诸多文献证实，污泥的水解是污泥厌氧发酵的限制步骤，污泥能否进一步得到有效的资源化利用取决于水解段底物的溶出情况。因此，要想实现污泥的资源化过程，必须首先将污泥的颗粒性有机物水解，释放出能够被微生物利用的溶解性有机物。

发明内容

本发明的目的在于提供一种促进污泥水解释放溶解性有机物的方法，可极大地促进污泥的破胞和有机物的溶出，可为污泥的厌氧发酵提供丰富的底物，实现污泥的资源化利用。

为解决上述问题，本发明所提供的一种促进污泥水解释放溶解性有机物的方法，包含以下步骤：

（1）分别取污水处理厂的初沉污泥和剩余污泥组成混合污泥，所述混合污泥中，初沉污泥和剩余污泥的质量比为10:1～1:10；

（2）向步骤（1）所述的混合污泥中投加尿素和碱（NaOH，KOH或Ca(OH)₂），所述投加尿素的质量低于混合污泥质量的15%，所述投加碱的质量低于混合污泥质量的15%；

（3）将经过步骤（2）处理后的混合污泥置于0~5℃的条件下预冷0.5～3小时；在预冷过程中，对污泥进行厌氧搅拌，搅拌速度为20～150rpm，增加有机物的溶出。

本发明提供的污泥预处理方法，通过投加碱和尿素，经过预冷处理，极大地促进污泥的破胞和有机物的溶出，可为污泥的厌氧发酵提供丰富的底物，实现污泥的资源化利用。首先，本发明通过碱和尿素的联合作用促进污泥底物的溶出，增加了溶液中溶解性蛋白质和糖的含量，为发酵过程提供了丰富的底物。其次，碱和尿素预处理后，污泥絮体的破胞导致了污泥脱水性的增强，有利于后续的污泥残渣处理。

特别地，尽管投加碱有利于污泥的破胞并增加多糖类有机物的溶出，但对蛋白质类有机物溶出的促进作用有限。蛋白质在水中溶解度有限，尿素可以显著增加蛋白质的溶解度，但尿素对破胞过程没有显著促进作用。利用本发明提供的方法，同时投加碱和尿素时，碱能破坏氢键，尿素能稳定污泥的疏水部分，二者协同作用可以破坏污泥絮体结构，有利于混合污泥的破胞和多种有机物的溶出，显著改善单一投加碱或尿素的污泥水解效果。与高温热水解、微波、超声波等污泥水解工艺相比，本发明具有工艺简单、能耗低、不需复杂设备、操作简便、水解效果效率高等优点。

有利地，所述步骤（1）中，混合污泥中初沉污泥和剩余污泥的质量比优选为1:1。

有利地，所述步骤（2）中，向混合污泥中投加尿素的质量优选为混合污泥质量的10%。

有利地，所述步骤（2）中，向混合污泥中投加碱的质量优选为混合污泥质量的10%。

有利地，所述步骤（3）中，预冷时间优选为1小时。

有利地，所述步骤（3）中，对污泥进行厌氧搅拌的搅拌速度优选为100 rpm。

初沉污泥中多糖类有机物较多，剩余污泥中蛋白质类有机物较多。初沉污泥和剩余污泥质量比为1:1时，多糖和蛋白质达到平衡，相互促进了对方的水解。增加尿素和碱的量有利于混合污泥的水解，但尿素投加量大于10%和碱投加量大于10%时，水解效果没有显著增效。增加预冷时间有利于混合污泥水解，但预冷时间大于1小时对水解效果没有显著增效。混合强度对混合污泥水解过程有利，搅拌速度低于100rpm时，污泥不能完全混合，增加搅拌速度有利于混合污泥的水解，但搅拌速度大于100rpm对水解效果没有显著增效。因此在优选条件下，混合污泥水解溶出有机物达最佳值，且在保证水解效果的情况下节省了能耗和加药量。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步详细说明本发明。

实施例1

取污水处理厂的初沉污泥1 kg，剩余污泥1 kg（初沉污泥和剩余污泥的质量比为1:1），组成用于进行本实施例处理的混合污泥。向混合污泥中投加10%的尿素和10%的NaOH，然后将污泥置于4 ℃下预冷1小时，在预冷过程中，对污泥进行厌氧搅拌，搅拌速度为100 rpm，增加有机物的溶出。

按照上述实施例1的方法处理混合污泥与不添加任何物质的原剩余污泥做对比：

按照上述实施例1的方法处理混合污泥后测定溶解性有机物，主要为糖和蛋白质的含量。污泥基本性质：总悬浮固体颗粒TSS=20 g/L；挥发性成分占比重VSS/TSS=70%。

空白对照组（不处理）：溶解性糖浓度：12 mg/L，溶解性蛋白质185 mg/L

采用上述实施例1的方法处理后的污泥：溶解性糖浓度：1257 mg/L，溶解性蛋白质6328mg/L。

实施例2

取污水处理厂的初沉污泥1 kg，剩余污泥1 kg（初沉污泥和剩余污泥的质量比为1:1），组成用于进行本实施例处理的混合污泥。向混合污泥中投加10%的NaOH和10%的尿素，然后将污泥置于4℃下预冷2小时，在预冷过程中，对污泥进行厌氧搅拌，搅拌速度为100 rpm，增加有机物的溶出。

采用上述实施例2的方法处理后的污泥：溶解性糖浓度：1272 mg/L，溶解性蛋白质6340 mg/L。

实施例3

取污水处理厂的初沉污泥1 kg，剩余污泥1 kg（初沉污泥和剩余污泥的质量比为1:1），组成用于进行本实施例处理的混合污泥。向混合污泥中投加10%的NaOH和10%的尿素，然后将污泥置于4℃下预冷0.5小时，在预冷过程中，对污泥进行厌氧搅拌，搅拌速度为100 rpm，增加有机物的溶出。

采用上述实施例3的方法处理后的污泥：溶解性糖浓度：783 mg/L，溶解性蛋白质4158 mg/L。

实施例4

取污水处理厂的初沉污泥1 kg，剩余污泥1 kg（初沉污泥和剩余污泥的质量比为1:1），组成用于进行本实施例处理的混合污泥。向混合污泥中投加10%的NaOH和10%的尿素，然后将污泥置于4℃下预冷1小时，在预冷过程中，对污泥进行厌氧搅拌，搅拌速度为20 rpm，增加有机物的溶出。

采用上述实施例4的方法处理后的污泥：溶解性糖浓度：537 mg/L，溶解性蛋白质3759 mg/L。

实施例5

取污水处理厂的初沉污泥1 kg，剩余污泥1 kg（初沉污泥和剩余污泥的质量比为1:1），组成用于进行本实施例处理的混合污泥。向混合污泥中投加5%的NaOH和5%的尿素，然后将污泥置于4 ℃下预冷1小时，在预冷过程中，对污泥进行厌氧搅拌，搅拌速度为100 rpm，增加有机物的溶出。

采用上述实施例5的方法处理后的污泥：溶解性糖浓度：961 mg/L，溶解性蛋白质5887 mg/L。

实施例6

取污水处理厂的初沉污泥1 kg，剩余污泥1 kg（初沉污泥和剩余污泥的质量比为1:1），组成用于进行本实施例处理的混合污泥。向混合污泥中投加15%的NaOH和15%的尿素，然后将污泥置于4℃下预冷1小时，在预冷过程中，对污泥进行厌氧搅拌，搅拌速度为100 rpm，增加有机物的溶出。

采用上述实施例6的方法处理后的污泥：溶解性糖浓度：1339mg/L，溶解性蛋白质6497mg/L。

实施例7

取污水处理厂的初沉污泥10 kg，剩余污泥1 kg（初沉污泥和剩余污泥的质量比为10:1），组成用于进行本实施例处理的混合污泥。向混合污泥中投加10%的NaOH和10%的尿素，然后将污泥置于4℃下预冷1小时，在预冷过程中，对污泥进行厌氧搅拌，搅拌速度为100 rpm，增加有机物的溶出。

采用上述实施例7的方法处理后的污泥：溶解性糖浓度：1562 mg/L，溶解性蛋白质4726 mg/L。

实施例8

取污水处理厂的初沉污泥1 kg，剩余污泥10 kg（初沉污泥和剩余污泥的质量比为1:10），组成用于进行本实施例处理的混合污泥。向混合污泥中投加10%的NaOH和10%的尿素，然后将污泥置于4℃下预冷1小时，在预冷过程中，对污泥进行厌氧搅拌，搅拌速度为100rpm，增加有机物的溶出。

采用上述实施例8的方法处理后的污泥：溶解性糖浓度：835 mg/L，溶解性蛋白质7254 mg/L。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。