專利名稱：一種剩余污泥與秸稈水解酸化補充碳源促進生物脫氮的方法及其應用的制作方法
技術領域：
本發明屬于廢水生物處理領域，更具體地說，主要涉及一種剩余污泥與農作物秸桿水解酸化補充碳源促進生物脫氮的方法及其應用。
背景技術：
富營養化問題是當今世界面臨的主要水污染問題之一，而氮、磷是引起水體富營養化的主要因素。隨著公眾環境意識的提高和國內外對氮、磷排放限制標準的日趨嚴格。生物脫氮技術是當前應用最為·廣泛的污水脫氮技術，即通過硝化菌、反硝化菌作用實現氮的去除，充足的碳源是實現高效脫氮的關鍵。一般認為，當生物池進水C/N低于3. 4時，需要外加碳源來保證良好的生物脫氮效果，而我國大部分城市污水處理廠進入生物池的污水C/N比均低于此值，污水中有機碳源不足導致生物脫氮效率低下。為提高生物脫氮效率，實現出水總氮(TN)達標排放，需要投加甲醇、乙醇補充有機碳源，這樣就增加了污水處理廠運行成本。可見，碳源問題的解決與否關系著生物脫氮效率的高低與城市污水處理廠運行成本的聞低。剩余污泥內存在有機碳源，但是可轉化為揮發性脂肪酸(VFAs)被反硝化菌利用的數量較少，需要再尋找新的碳源形式。另外，我國每年農作物秸桿產量巨大，農作物秸桿中有機物含量高，而且可以水解酸化為VFAs被反硝化菌作為碳源利用。但是在我國的廣大農村地區，農作物秸桿大部分都被直接焚燒或者廢棄堆置。如何利用農作物秸桿中有機物提高生物脫氮效率，這對我國農作物秸桿利用以及低碳氮比污水生物脫氮技術發展具有重要意義。
發明內容
本發明在于克服現有技術的不足，針對剩余污泥中碳源不足的問題，本發明提供了一種剩余污泥與農作物秸桿水解酸化補充碳源促進生物脫氮以及污泥減量的工藝，解決目前污泥排放量大、農作物秸桿未妥善處置、反硝化碳源外加成本高的問題。本發明的目的通過下述技術方案予以實現一種剩余污泥與秸桿水解酸化補充碳源促進生物脫氮的方法，按照下述步驟進行首先(即步驟I)利用剩余污泥浸泡處理秸桿，然后(即步驟2)將剩余污泥與秸桿混合水解酸化，最后(即步驟3)將水解酸化液回流補充碳源促進生物脫氮。具體來說如下所述秸桿可以選用農作物秸桿(例如農作物玉米秸桿、小麥秸桿、高粱秸桿、玉米秸桿、水稻秸桿)，利用機械粉碎機將其粉碎，粉碎后過篩子，篩分后的秸桿存放在通風干燥處保存備用，秸桿粉末尺寸優選20 50目。所述步驟I中，預處理浸泡液為剩余污泥(含水率99. 2wt%-99. 5wt%)，剩余污泥量為進水量(即沉砂池出水)的5% —10%;預處理時，稱取篩分后秸桿粉末，按照固液比為1:15 I :25(稻桿質量剩余污泥體積),將其投入稻桿浸泡池,浸泡于剩余污泥中,池中水力停留時間(HRT，即預處理時間)為12 — 48h。所述步驟2中，剩余污泥與秸桿混合后進入水解酸化池進行水解酸化處理，經充分水解酸化，污泥與農作物秸桿中慢速生物降解物質，如纖維素、半纖維素、蛋白質、多糖、脂類等物質分解為大量揮發性脂肪酸類物質(VFAs)，如乙酸、丙酸、丁酸等，這類物質可作為反硝化所需碳源，實現生物反硝化脫氮，水解酸化池最佳水力停留時間為24-72h。所述步驟3中，水解酸化后混合液回流至生物缺氧池前端，反硝化細菌利用其為碳源，將污水中硝酸鹽氮轉化為氮氣，實現生物脫氮，缺氧池最佳水力停留時間為2-4h。
與一般剩余污泥水解酸化補充反硝化碳源工藝相比，本發明的優點在于采用剩余污泥浸泡預處理農作物秸桿，充分利用了剩余污泥中存在的水解酶，提高了農作物秸桿預處理效果，彌補了剩余污泥中水解酸化碳源不足的問題，充分利用了剩余污泥與農作物秸桿中的碳源，無需外加碳源，提高了生物脫氮效率。本發明可以應用于厭氧-缺氧-好氧(A20)或者缺氧-好氧(A0工藝)污水處理廠生物處理工藝升級改造、新建生物除磷脫氮工藝等，經推廣后可以提高生物脫氮效率，減少污泥產量，充分利用剩余污泥與農作物秸桿中碳源，實現污泥與農作物秸桿資源化，降低運行費用，產生顯著的環境效益和經濟效益。
圖I為本發明應用于厭氧一缺氧一好氧生物脫氮工藝的流程圖，其中二沉池中回流部分污泥至厭氧池的前端，好氧池出口的硝化液回流至缺氧池的前端；剩余污泥參與秸桿的混合和水解后水解液回流至缺氧池的前端。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作進一步的說明，采用如附圖I所示的厭氧一缺氧一好氧生物脫氮工藝的流程，其中二沉池中回流部分污泥至厭氧池的前端，以保證系統中污泥的使用量，好氧池出口的硝化液回流至缺氧池的前端，以保證系統中硝化液的使用量；二沉池中部分剩余污泥參與秸桿的混合和水解后，水解液回流至缺氧池的前端；二沉池中部分剩余污泥則予以排放。沉砂池出水量，即為系統的進水量Q。實施例I剩余污泥的流量為沉砂池出水量Q的6%，含水率為99. 5%。按照固液比為1:15(玉米秸桿質量剩余污泥體積)稱取篩分后過20目篩的玉米秸桿粉末，充分混合，保證秸桿浸泡于剩余污泥中。在秸桿浸泡池中處理24h。預處理后液相中總化學需氧量(TCOD)提高3463mg/L。浸泡后玉米秸桿與剩余污泥混合液進入水解酸化池進行水解酸化反應24h，反應后混合液中VFAs含量達4212mg/L，之后混合液回流至缺氧池前端，補充反硝化所需碳源，缺氧池水力停留時間為2h。整個工藝于夏季連續運行3個月，反硝化效果穩定。監測數據發現，進水化學需氧量(COD) 100-200mg/L，總氮(TN) 40_50mg/L，二沉池出水C0D40_50mg/L，TN 8-12mg/L,出水達到一級A標準(GB18918-2002)，而且減少了剩余污泥排放量，實現了污泥減量。實施例2剩余污泥的流量為沉砂池出水量Q的8%，含水率為99. 2%。按照按照固液比為1:20(秸桿質量剩余污泥體積)稱取篩分后過30目篩的高粱秸桿粉末，充分混合，保證秸桿浸泡于剩余污泥中。在秸桿浸泡池中處理48h。預處理后液相中總化學需氧量(TCOD)提高5236mg/L。浸泡后高粱秸桿與剩余污泥混合液進入水解酸化池進行水解酸化反應30h，反應后混合液中VFAs含量達5314mg/L，之后混合液回流至缺氧池前端，補充反硝化所需碳源，缺氧池水力停留時間為4h。整個工 藝于秋季連續運行3個月，反硝化效果穩定。監測數據發現，進水化學需氧量(COD) 100-200mg/L，總氮(TN) 30_45mg/L，二沉池出水C0D40_50mg/L, TN 10-12mg/L，出水達到一級 A 標準(GB18918-2002)。實施例3剩余污泥的流量為沉砂池出水量Q的10%，含水率為99. 3%。按照固液比為1:25(秸桿質量剩余污泥體積)稱取篩分后過40目篩的水稻秸桿粉末，充分混合，保證秸桿浸泡于剩余污泥中。在秸桿浸泡池中處理12h。預處理后液相中TCOD提高3256mg/L。浸泡后水稻秸桿與剩余污泥混合液進入水解酸化池進行水解酸化反應72h，反應后混合液中VFAs含量達7542mg/L，之后混合液回流至缺氧池前端，補充反硝化所需碳源，缺氧池水力停留時間為4h。整個工藝于冬季連續運行3個月，反硝化效果穩定。監測數據發現，進水化學需氧量(COD) 100-200mg/L，總氮(TN) 30_45mg/L，二沉池出水C0D40_50mg/L, TN 10-15mg/L，出水達到一級 A 標準(GB18918-2002)。實施例4剩余污泥的流量為沉砂池出水量Q的10%，含水率為99. 3%。按照固液比為1:25(秸桿質量剩余污泥體積)稱取篩分后過40目篩的水稻秸桿粉末，充分混合，保證秸桿浸泡于剩余污泥中。在秸桿浸泡池中處理48h。預處理后液相中TCOD提高4256mg/L。浸泡后水稻秸桿與剩余污泥混合液進入水解酸化池進行水解酸化反應60h，反應后混合液中VFAs含量達6542mg/L，之后混合液回流至缺氧池前端，補充反硝化所需碳源，缺氧池水力停留時間為4h。整個工藝于冬季連續運行3個月，反硝化效果穩定。監測數據發現，進水化學需氧量(COD) 100-200mg/L，總氮(TN) 30_45mg/L，二沉池出水C0D40_50mg/L, TN 10-15mg/L，出水達到一級 A 標準(GB18918-2002)。實施例5剩余污泥的流量為沉砂池出水量Q的5%，含水率為99. 3%。按照固液比為1:25(稻桿質量剩余污泥體積)，稱取篩分后過40目篩的水稻秸桿粉末，充分混合，保證秸桿浸泡于剩余污泥中。在秸桿浸泡池中處理48h。預處理后液相中TCOD提高4256mg/L。浸泡后水稻秸桿與剩余污泥混合液進入水解酸化池進行水解酸化反應48h，反應后混合液中VFAs含量達6542mg/L，之后混合液回流至缺氧池前端，補充反硝化所需碳源，缺氧池水力停留時間為4h。整個工藝于冬季連續運行3個月，反硝化效果穩定。監測數據發現，進水化學需氧量(COD) 100-200mg/L，總氮(TN) 30_45mg/L，二沉池出水C0D40_50mg/L, TN 10-15mg/L，出水達到一級 A 標準(GB18918-2002)。以上對本發明做了示例性的描述，應該說明的是，在不脫離本發明的核心的情況下，任何簡單的變形、修改或者其他本領域技術人員能夠不花費創造性勞動的等同替換均落入本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種剩余污泥與秸桿水解酸化補充碳源促進生物脫氮的方法，其特征在于，按照下述步驟進行首先(即步驟I)利用剩余污泥浸泡處理秸桿，然后(即步驟2)將剩余污泥與秸桿混合水解酸化，最后(即步驟3)將水解酸化液回流補充碳源促進生物脫氮。
2.根據權利要求I所述的一種剩余污泥與秸桿水解酸化補充碳源促進生物脫氮的方法，其特征在于，所述秸桿可以選用農作物秸桿，例如農作物玉米秸桿、小麥秸桿、高粱秸桿、玉米秸桿、水稻秸桿，利用機械粉碎機將其粉碎，粉碎后過篩子，篩分后的秸桿存放在通風干燥處保存備用，秸桿粉末尺寸優選20 50目。
3.根據權利要求I所述的一種剩余污泥與秸桿水解酸化補充碳源促進生物脫氮的方法，其特征在于，所述步驟I中，預處理浸泡液為含水率99. 2wt%-99. 5wt%的剩余污泥，剩余污泥量為進水量的5% —10% ;預處理時，稱取篩分后秸桿粉末，按照固液比秸桿質量剩余污泥體積為1:15 I :25，將其投入秸桿浸泡池，浸泡于剩余污泥中，池中水力停留時間為 12-48h。
4.根據權利要求I所述的一種剩余污泥與秸桿水解酸化補充碳源促進生物脫氮的方法，其特征在于，所述步驟2中，剩余污泥與秸桿混合后進入水解酸化池進行水解酸化處理，經充分水解酸化，污泥與農作物秸桿中慢速生物降解物質分解為大量揮發性脂肪酸類物質作為反硝化所需碳源，實現生物反硝化脫氮，水解酸化池最佳水力停留時間為24-72h。
5.根據權利要求I所述的一種剩余污泥與秸桿水解酸化補充碳源促進生物脫氮的方法，其特征在于，所述步驟3中，水解酸化后混合液回流至生物缺氧池前端，反硝化細菌利用其為碳源，將污水中硝酸鹽氮轉化為氮氣，實現生物脫氮，缺氧池最佳水力停留時間為2—4h0
6.如權利要求I所述的一種剩余污泥與秸桿水解酸化補充碳源促進生物脫氮的方法在厭氧-缺氧-好氧或者缺氧-好氧污水處理工藝中的應用。
全文摘要
本發明公開了一種剩余污泥與秸稈水解酸化補充碳源促進生物脫氮的方法及其應用，首先利用剩余污泥浸泡處理秸稈，然后剩余污泥與秸稈混合水解酸化，最后水解酸化液回流補充碳源促進生物脫氮。本發明的優點在于采用剩余污泥浸泡預處理農作物秸稈，充分利用了剩余污泥中存在的水解酶，提高了農作物秸稈預處理效果，彌補了剩余污泥中水解酸化碳源不足的問題，充分利用了剩余污泥與農作物秸稈中的碳源，無需外加碳源，提高了生物脫氮效率。本發明可以應用于厭氧-缺氧-好氧或者缺氧-好氧污水處理廠生物處理工藝升級改造。
文檔編號C02F3/30GK102718317SQ20121017876
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月1日 優先權日2012年6月1日
發明者姜曉剛, 季民, 王芬 申請人:天津大學