本發明涉及一種內源fna預處理污泥減量化及資源化工藝。
背景技術：
目前污水污泥安全處置與資源化技術遠遠落后于污水處理技術的發展，已成為我國需要迫切解決的重大環境問題。污泥處理成本約占污水處理總成本的一半，污泥處置和管理是全球水行業面臨的重大挑戰之一。據調查，自2007年以來，全國污泥產量年增長率約為13%，截至2013年污泥干固體量已達到625萬噸/年。目前全國處理能力20萬t/d(含)以上城市污水處理廠的污泥約80％沒有經過妥善處理處置，這些污泥的出路也沒有一定的保障，造成了污泥無控排放的現狀。污泥的安全處理處置，已成為突出的環境問題。
厭氧消化由于能夠穩定污泥中的有機質、殺滅致病菌、產生沼氣等顯著優勢而成為污泥處理的主流工藝，在國外的應用十分廣泛。然而，目前國內的污泥處理處置仍然以濃縮—調質—脫水為主要技術路線，而污泥穩定化和干化技術應用比例低。究其原因主要有：工藝技術滯后，設備落后，能耗物耗較高，操作管理水平低，運行費用高等諸多實際問題，尤其是能耗問題突出，許多污水處理廠花巨資建立起污泥處理設施，卻負擔不起運行費用。
一般認為，污泥水解是厭氧消化的限速步驟，往往需要通過預處理來增加污泥水解效率，提高甲烷產量，降低厭氧消化的綜合能耗。市政污泥的厭氧消化過程由多步微生物降解過程構成，包括污泥顆粒溶解、水解、酸化、產甲烷階段。污泥水解緩慢的主要原因是污泥中的有機物大部分為微生物細胞物質，這些物質為細胞壁所包裹，細胞壁中聚多糖束和縮氨酸交聯在一起，這種交聯結構使污泥微生物的細胞壁在厭氧消化過程中破碎和溶解緩慢。
對此，有必要對污泥厭氧消化采用強化預處理技術，破壞污泥中微生物的細胞壁,將原來為微生物細胞壁所包裹的有機物釋放到胞外的水環境中，使原來的不溶性顆粒有機物轉化為溶解性有機物，縮短或減少污泥厭氧消化過程中的污泥微生物細胞壁水解這一過程。目前受到廣泛關注的方法有：熱解，酶分解，機械法如高壓水流噴射法、超聲波、微波法等，化學法如酸/堿溶、臭氧氧化等。
熱預處理雖然可以有效地水解污泥，但是消耗大量的能量，有時會產生有毒的難熔化合物，并且導致酶的鈍化。污水污泥的高溫預處理雖然可以殺滅病原菌，但是費用高。超聲波技術具有無污染、能量密度高、分解速度快等特點，但在促進細胞破碎后固體碎屑的水解方面不如加堿和加熱等方法，同時，超聲波的作用效果受到液體的許多參數（粘度、溫度、表面張力等）和超聲波發生設備的影響，短時間內較難投入大規模的工程化應用。與其它預處理方法比較，堿解法相對簡單、高效。另一方面，加堿預處理過程中會產生某些抑制厭氧消化反應及難溶性的物質，而na+和oh-兩種離子自身也是厭氧消化的抑制劑，因此最合理的堿投加量及堿處理法的負面效應尚需深入研究。
近年來，有研究表明fna對城市污水管道中的厭氧微生物膜具有殺生作用，而且殺生能力與fna濃度具有較強的相關性。wang等研究表明，fna還可以用于污水生物處理工藝中減少剩余污泥的產生，采用兩套處理生活污水的sbr反應器作對比，其中一個反應器50%的剩余污泥經fna處理后回流至原反應器，在同樣的運行工況下經fna處理的sbr反應器污泥產量與對照組相比降低了28%；wang等進一步研究表明，fna預處理還可以提高剩余活性污泥后續厭氧消化處理過程中的甲烷產率。另外，law等提出了一種利用厭氧消化液生產fna的方法，表明fna可以由綠色、可再生的方法而獲得，這進一步降低了fna的生產成本，使fna成為一種很有前景的微生物細胞破解劑。
熱解法、超聲波法、微波法等現有方法都存在能耗高的缺點，而且需要外加設備，限制了他們在實際工程中應用。為便于實際操作，降低運行成本，應在化學法中尋找有效的化學藥劑，提高污泥厭氧消化水解速率，提高甲烷氣體的產氣率。另外，在上述以厭氧消化液生產fna的方法中，aob氧化氨氮的亞硝化過程需要通過外源加堿控制重碳酸鹽與氨氮摩爾比；另外，no2-質子化生成fna的反應也需要外源加酸，這兩方面都會增加生化合成fna的成本。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種內源fna預處理污泥減量化及資源化工藝。
本發明所采取的技術方案是：
一種內源fna預處理污泥減量化及資源化工藝，包括以下流程：
1）往預處理單元中投加污泥，以fna對污泥進行預處理；
2）經預處理的污泥進入產酸相反應器，進行水解酸化；
3）水解酸化后的污泥進入產甲烷相反應器，產甲烷消化后排出；
所述的fna是通過產酸相和產甲烷相的消化液合成的。
步驟2）中，產酸相的消化液回流至預處理單元。
步驟2）中，所述的產酸相ph≤5.5。
步驟2）中，所述的產酸相通過加入有機固廢物調節ph值。
步驟3）中，產甲烷相的消化液經亞硝化單元處理后，回流至預處理單元。
所述的亞硝化單元為sbr反應器。
步驟3）中，所述的產甲烷相反應器溫度為33~38℃。
所述的回流比為5~10%。
產酸相與產甲烷相的有效容積比為1：（5~7）。
本發明的有益效果是：
本發明經fna預處理后的污泥首先進入產酸相被產酸發酵細菌利用產酸，水解酸化速率得到改善；然后，水解酸化污泥再進入產甲烷相被產甲烷菌利用提升甲烷產率，最終消化污泥由產甲烷相排出，實現污泥減量化及資源化。
具體如下：
1、將綠色合成fna的技術方法與兩相厭氧消化工藝相耦合，極大地改善了污泥水解速率及厭氧消化產甲烷性能；
2、采用污泥兩相厭氧消化工藝產酸相、產甲烷相消化液內源生化合成fna，該方法由產酸相消化液提供質子（h+），產甲烷相消化液氨氮亞硝化提供no2-，綠色合成fna，fna制取全過程無需外源加堿、加酸，進一步降低了fna的生產成本；
3、本發明適用于市政污泥/工業有機污泥減量化及資源化利用領域，主要是減排污泥并實現污泥資源化。
附圖說明
圖1是內源生化合成fna/污泥兩相厭氧消化耦合工藝流程示意圖。
具體實施方式
本發明提出了一種無需外源介質加入、完全內源生化合成fna的污泥兩相厭氧消化工藝形式，由產酸相消化液提供質子（h+），產甲烷相消化液氨氮亞硝化提供（no2-），生化合成fna；并以fna對污泥進行預處理融胞，以實現改善污泥厭氧兩相消化過程中污泥減量化及資源化性能。
一種內源fna預處理污泥減量化及資源化工藝，包括以下流程：
1）往預處理單元中投加污泥，以fna對污泥進行預處理；
2）經預處理的污泥進入產酸相反應器，進行水解酸化；
3）水解酸化后的污泥進入產甲烷相反應器，產甲烷消化后排出；
所述的fna是通過產酸相和產甲烷相的消化液合成的。
步驟2）中，產酸相的消化液回流至預處理單元。
優選的，步驟2）中，所述的產酸相反應器溫度為35~70℃。
優選的，步驟2）中，所述的產酸相ph≤5.5。
優選的，步驟2）中，所述的產酸相通過加入有機固廢物調節ph值。
優選的，所述的有機固廢與污泥的干固體質量比為1:1。
優選的，所述的有機固廢物為廚余垃圾。
步驟3）中，產甲烷相的消化液經亞硝化單元處理后，回流至預處理單元。
所述的亞硝化單元為sbr反應器。
優選的，步驟3）中，所述的產甲烷相反應器溫度為33~38℃；進一步優選的，步驟3）中，所述的產甲烷相反應器溫度為34.5~35.5℃。
優選的，所述的回流比為5~10%。
優選的，產酸相與產甲烷相的有效容積比為1：（5~7）；進一步優選的，產酸相與產甲烷相的有效容積比為1：6。
進一步說明對本發明的主流程描述如下：經fna預處理后的污泥首先進入產酸相被產酸發酵細菌利用產酸，水解酸化速率得到改善；然后，水解酸化污泥再進入產甲烷相被產甲烷菌利用提升甲烷產率，最終消化污泥由產甲烷相排出，實現污泥減量化及資源化。
內源生化合成fna的耦合過程描述如下：
1、在預處理單元投加市政污泥或有機污泥，以合成的fna對污泥進行預處理；
2、經預處理污泥在產酸相內進行水解酸化，如有必要可以適當加入一定比例的有機固廢（如廚余垃圾等）降低產酸相ph值，控制產酸相ph≤5.5，用以為后續回流消化液提供質子（h+）；
3、產甲烷相消化液含有高濃度氨氮、高堿度，將產甲烷相消化液回流至富集氨氮氧化菌（aob）的氨氮亞硝化sbr反應器內，使消化液中氨氮轉化為亞硝酸氮（no2-），控制合適的參數提高氨氮轉化率（一般轉化率可以達到90%）；
4、由產酸相消化液提供質子（h+），sbr反應器亞硝化出水提供亞硝酸氮（no2-），將二者按照一定比例回流至預處理單元生化合成fna，合成fna濃度由混合液中由質子（h+）濃度、亞硝酸氮（no2-）濃度決定，一般情況下消化液的回流比控制在5%-10%以內。
以下通過具體的實施例對本發明的內容作進一步詳細的說明。
實施例：
采用該上述的耦合工藝，以城市污水廠含水率為98%的剩余活性污泥為處理對象，在產酸相前投加含水率量為90%的廚余垃圾（按廚余垃圾與剩余活性污泥體積比為1:5投加），產酸相反應器控制溫度在55±0.5℃，產甲烷相控制溫度在35±0.5℃，產酸相與產甲烷相的有效容積比為1:6，當水力停留時間hrt=15d時，此時，產酸相ph=5.5，亞消化單元亞硝酸氮出水濃度為710mg/l，fna預處理單元合成fna濃度約為1.78mghno2-n/l，經過3個hrt的穩定運行，與未采用fna預處理的兩相厭氧消化工藝相比，該耦合工藝最終vs去除率為37%，vs去除率增加18%；甲烷產率為164mlch4/gvs/d，甲烷產率提高17%。