本發(fā)明涉及一種內(nèi)源fna預(yù)處理污泥減量化及資源化工藝。

背景技術(shù)：

目前污水污泥安全處置與資源化技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于污水處理技術(shù)的發(fā)展，已成為我國(guó)需要迫切解決的重大環(huán)境問(wèn)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(yè)面臨的重大挑戰(zhàn)之一。據(jù)調(diào)查，自2007年以來(lái)，全國(guó)污泥產(chǎn)量年增長(zhǎng)率約為13%，截至2013年污泥干固體量已達(dá)到625萬(wàn)噸/年。目前全國(guó)處理能力20萬(wàn)t/d(含)以上城市污水處理廠的污泥約80％沒(méi)有經(jīng)過(guò)妥善處理處置，這些污泥的出路也沒(méi)有一定的保障，造成了污泥無(wú)控排放的現(xiàn)狀。污泥的安全處理處置，已成為突出的環(huán)境問(wèn)題。

厭氧消化由于能夠穩(wěn)定污泥中的有機(jī)質(zhì)、殺滅致病菌、產(chǎn)生沼氣等顯著優(yōu)勢(shì)而成為污泥處理的主流工藝，在國(guó)外的應(yīng)用十分廣泛。然而，目前國(guó)內(nèi)的污泥處理處置仍然以濃縮—調(diào)質(zhì)—脫水為主要技術(shù)路線，而污泥穩(wěn)定化和干化技術(shù)應(yīng)用比例低。究其原因主要有：工藝技術(shù)滯后，設(shè)備落后，能耗物耗較高，操作管理水平低，運(yùn)行費(fèi)用高等諸多實(shí)際問(wèn)題，尤其是能耗問(wèn)題突出，許多污水處理廠花巨資建立起污泥處理設(shè)施，卻負(fù)擔(dān)不起運(yùn)行費(fèi)用。

一般認(rèn)為，污泥水解是厭氧消化的限速步驟，往往需要通過(guò)預(yù)處理來(lái)增加污泥水解效率，提高甲烷產(chǎn)量，降低厭氧消化的綜合能耗。市政污泥的厭氧消化過(guò)程由多步微生物降解過(guò)程構(gòu)成，包括污泥顆粒溶解、水解、酸化、產(chǎn)甲烷階段。污泥水解緩慢的主要原因是污泥中的有機(jī)物大部分為微生物細(xì)胞物質(zhì)，這些物質(zhì)為細(xì)胞壁所包裹，細(xì)胞壁中聚多糖束和縮氨酸交聯(lián)在一起，這種交聯(lián)結(jié)構(gòu)使污泥微生物的細(xì)胞壁在厭氧消化過(guò)程中破碎和溶解緩慢。

對(duì)此，有必要對(duì)污泥厭氧消化采用強(qiáng)化預(yù)處理技術(shù)，破壞污泥中微生物的細(xì)胞壁,將原來(lái)為微生物細(xì)胞壁所包裹的有機(jī)物釋放到胞外的水環(huán)境中，使原來(lái)的不溶性顆粒有機(jī)物轉(zhuǎn)化為溶解性有機(jī)物，縮短或減少污泥厭氧消化過(guò)程中的污泥微生物細(xì)胞壁水解這一過(guò)程。目前受到廣泛關(guān)注的方法有：熱解，酶分解，機(jī)械法如高壓水流噴射法、超聲波、微波法等，化學(xué)法如酸/堿溶、臭氧氧化等。

熱預(yù)處理雖然可以有效地水解污泥，但是消耗大量的能量，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生有毒的難熔化合物，并且導(dǎo)致酶的鈍化。污水污泥的高溫預(yù)處理雖然可以殺滅病原菌，但是費(fèi)用高。超聲波技術(shù)具有無(wú)污染、能量密度高、分解速度快等特點(diǎn)，但在促進(jìn)細(xì)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(shí)，超聲波的作用效果受到液體的許多參數(shù)（粘度、溫度、表面張力等）和超聲波發(fā)生設(shè)備的影響，短時(shí)間內(nèi)較難投入大規(guī)模的工程化應(yīng)用。與其它預(yù)處理方法比較，堿解法相對(duì)簡(jiǎn)單、高效。另一方面，加堿預(yù)處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生某些抑制厭氧消化反應(yīng)及難溶性的物質(zhì)，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(fù)面效應(yīng)尚需深入研究。

近年來(lái)，有研究表明fna對(duì)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(qiáng)的相關(guān)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(chǎn)生，采用兩套處理生活污水的sbr反應(yīng)器作對(duì)比，其中一個(gè)反應(yīng)器50%的剩余污泥經(jīng)fna處理后回流至原反應(yīng)器，在同樣的運(yùn)行工況下經(jīng)fna處理的sbr反應(yīng)器污泥產(chǎn)量與對(duì)照組相比降低了28%；wang等進(jìn)一步研究表明，fna預(yù)處理還可以提高剩余活性污泥后續(xù)厭氧消化處理過(guò)程中的甲烷產(chǎn)率。另外，law等提出了一種利用厭氧消化液生產(chǎn)fna的方法，表明fna可以由綠色、可再生的方法而獲得，這進(jìn)一步降低了fna的生產(chǎn)成本，使fna成為一種很有前景的微生物細(xì)胞破解劑。

熱解法、超聲波法、微波法等現(xiàn)有方法都存在能耗高的缺點(diǎn)，而且需要外加設(shè)備，限制了他們?cè)趯?shí)際工程中應(yīng)用。為便于實(shí)際操作，降低運(yùn)行成本，應(yīng)在化學(xué)法中尋找有效的化學(xué)藥劑，提高污泥厭氧消化水解速率，提高甲烷氣體的產(chǎn)氣率。另外，在上述以厭氧消化液生產(chǎn)fna的方法中，aob氧化氨氮的亞硝化過(guò)程需要通過(guò)外源加堿控制重碳酸鹽與氨氮摩爾比；另外，no2^-質(zhì)子化生成fna的反應(yīng)也需要外源加酸，這兩方面都會(huì)增加生化合成fna的成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種內(nèi)源fna預(yù)處理污泥減量化及資源化工藝。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種內(nèi)源fna預(yù)處理污泥減量化及資源化工藝，包括以下流程：

1）往預(yù)處理單元中投加污泥，以fna對(duì)污泥進(jìn)行預(yù)處理；

2）經(jīng)預(yù)處理的污泥進(jìn)入產(chǎn)酸相反應(yīng)器，進(jìn)行水解酸化；

3）水解酸化后的污泥進(jìn)入產(chǎn)甲烷相反應(yīng)器，產(chǎn)甲烷消化后排出；

所述的fna是通過(guò)產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相的消化液合成的。

步驟2）中，產(chǎn)酸相的消化液回流至預(yù)處理單元。

步驟2）中，所述的產(chǎn)酸相ph≤5.5。

步驟2）中，所述的產(chǎn)酸相通過(guò)加入有機(jī)固廢物調(diào)節(jié)ph值。

步驟3）中，產(chǎn)甲烷相的消化液經(jīng)亞硝化單元處理后，回流至預(yù)處理單元。

所述的亞硝化單元為sbr反應(yīng)器。

步驟3）中，所述的產(chǎn)甲烷相反應(yīng)器溫度為33~38℃。

所述的回流比為5~10%。

產(chǎn)酸相與產(chǎn)甲烷相的有效容積比為1：（5~7）。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明經(jīng)fna預(yù)處理后的污泥首先進(jìn)入產(chǎn)酸相被產(chǎn)酸發(fā)酵細(xì)菌利用產(chǎn)酸，水解酸化速率得到改善；然后，水解酸化污泥再進(jìn)入產(chǎn)甲烷相被產(chǎn)甲烷菌利用提升甲烷產(chǎn)率，最終消化污泥由產(chǎn)甲烷相排出，實(shí)現(xiàn)污泥減量化及資源化。

具體如下：

1、將綠色合成fna的技術(shù)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(chǎn)甲烷性能；

2、采用污泥兩相厭氧消化工藝產(chǎn)酸相、產(chǎn)甲烷相消化液內(nèi)源生化合成fna，該方法由產(chǎn)酸相消化液提供質(zhì)子（h⁺），產(chǎn)甲烷相消化液氨氮亞硝化提供no2^-，綠色合成fna，fna制取全過(guò)程無(wú)需外源加堿、加酸，進(jìn)一步降低了fna的生產(chǎn)成本；

3、本發(fā)明適用于市政污泥/工業(yè)有機(jī)污泥減量化及資源化利用領(lǐng)域，主要是減排污泥并實(shí)現(xiàn)污泥資源化。

附圖說(shuō)明

圖1是內(nèi)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(shí)施方式

本發(fā)明提出了一種無(wú)需外源介質(zhì)加入、完全內(nèi)源生化合成fna的污泥兩相厭氧消化工藝形式，由產(chǎn)酸相消化液提供質(zhì)子（h⁺），產(chǎn)甲烷相消化液氨氮亞硝化提供（no2^-），生化合成fna；并以fna對(duì)污泥進(jìn)行預(yù)處理融胞，以實(shí)現(xiàn)改善污泥厭氧兩相消化過(guò)程中污泥減量化及資源化性能。

一種內(nèi)源fna預(yù)處理污泥減量化及資源化工藝，包括以下流程：

1）往預(yù)處理單元中投加污泥，以fna對(duì)污泥進(jìn)行預(yù)處理；

2）經(jīng)預(yù)處理的污泥進(jìn)入產(chǎn)酸相反應(yīng)器，進(jìn)行水解酸化；

3）水解酸化后的污泥進(jìn)入產(chǎn)甲烷相反應(yīng)器，產(chǎn)甲烷消化后排出；

所述的fna是通過(guò)產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相的消化液合成的。

步驟2）中，產(chǎn)酸相的消化液回流至預(yù)處理單元。

優(yōu)選的，步驟2）中，所述的產(chǎn)酸相反應(yīng)器溫度為35~70℃。

優(yōu)選的，步驟2）中，所述的產(chǎn)酸相ph≤5.5。

優(yōu)選的，步驟2）中，所述的產(chǎn)酸相通過(guò)加入有機(jī)固廢物調(diào)節(jié)ph值。

優(yōu)選的，所述的有機(jī)固廢與污泥的干固體質(zhì)量比為1:1。

優(yōu)選的，所述的有機(jī)固廢物為廚余垃圾。

步驟3）中，產(chǎn)甲烷相的消化液經(jīng)亞硝化單元處理后，回流至預(yù)處理單元。

所述的亞硝化單元為sbr反應(yīng)器。

優(yōu)選的，步驟3）中，所述的產(chǎn)甲烷相反應(yīng)器溫度為33~38℃；進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟3）中，所述的產(chǎn)甲烷相反應(yīng)器溫度為34.5~35.5℃。

優(yōu)選的，所述的回流比為5~10%。

優(yōu)選的，產(chǎn)酸相與產(chǎn)甲烷相的有效容積比為1：（5~7）；進(jìn)一步優(yōu)選的，產(chǎn)酸相與產(chǎn)甲烷相的有效容積比為1：6。

進(jìn)一步說(shuō)明對(duì)本發(fā)明的主流程描述如下：經(jīng)fna預(yù)處理后的污泥首先進(jìn)入產(chǎn)酸相被產(chǎn)酸發(fā)酵細(xì)菌利用產(chǎn)酸，水解酸化速率得到改善；然后，水解酸化污泥再進(jìn)入產(chǎn)甲烷相被產(chǎn)甲烷菌利用提升甲烷產(chǎn)率，最終消化污泥由產(chǎn)甲烷相排出，實(shí)現(xiàn)污泥減量化及資源化。

內(nèi)源生化合成fna的耦合過(guò)程描述如下：

1、在預(yù)處理單元投加市政污泥或有機(jī)污泥，以合成的fna對(duì)污泥進(jìn)行預(yù)處理；

2、經(jīng)預(yù)處理污泥在產(chǎn)酸相內(nèi)進(jìn)行水解酸化，如有必要可以適當(dāng)加入一定比例的有機(jī)固廢（如廚余垃圾等）降低產(chǎn)酸相ph值，控制產(chǎn)酸相ph≤5.5，用以為后續(xù)回流消化液提供質(zhì)子（h⁺）；

3、產(chǎn)甲烷相消化液含有高濃度氨氮、高堿度，將產(chǎn)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(yīng)器內(nèi)，使消化液中氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸氮（no2^-），控制合適的參數(shù)提高氨氮轉(zhuǎn)化率（一般轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到90%）；

4、由產(chǎn)酸相消化液提供質(zhì)子（h⁺），sbr反應(yīng)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(yù)處理單元生化合成fna，合成fna濃度由混合液中由質(zhì)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(nèi)。

以下通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

實(shí)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(duì)象，在產(chǎn)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(chǎn)酸相反應(yīng)器控制溫度在55±0.5℃，產(chǎn)甲烷相控制溫度在35±0.5℃，產(chǎn)酸相與產(chǎn)甲烷相的有效容積比為1:6，當(dāng)水力停留時(shí)間hrt=15d時(shí)，此時(shí)，產(chǎn)酸相ph=5.5，亞消化單元亞硝酸氮出水濃度為710mg/l，fna預(yù)處理單元合成fna濃度約為1.78mghno2-n/l，經(jīng)過(guò)3個(gè)hrt的穩(wěn)定運(yùn)行，與未采用fna預(yù)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(chǎn)率為164mlch4/gvs/d，甲烷產(chǎn)率提高17%。