一種高效利用污泥中碳源的污水處理工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于污水處理和固廢資源化領(lǐng)域，是一種高效利用污泥中碳源的污水處理工藝。本發(fā)明通過(guò)將高含固污泥厭氧消化后的沼液回流，調(diào)控系統(tǒng)氨氮濃度以促進(jìn)乙酸利用型產(chǎn)甲烷菌系統(tǒng)向氫利用型產(chǎn)甲烷菌系統(tǒng)轉(zhuǎn)化，充分利用CO2/H2產(chǎn)甲烷途徑，節(jié)省以短鏈脂肪酸（乙酸等）為代表的有機(jī)碳源。同時(shí)，利用厭氧消化系統(tǒng)產(chǎn)生的沼氣對(duì)沼液進(jìn)行氨氮吹脫，降低沼液中氨氮濃度并實(shí)現(xiàn)沼氣的凈化，用水或酸性溶劑吸收氨氣，以氯化銨或硫酸銨的形式進(jìn)行回收。氨氮吹脫后富含短鏈脂肪酸的沼液回流至污水處理系統(tǒng)中，補(bǔ)充反硝化階段的碳源，促進(jìn)脫氮除磷。沉淀池出水中所剩余的NO2?/NO3?，進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行的甲烷厭氧氧化反應(yīng)池，以污泥厭氧消化過(guò)程中產(chǎn)生的甲烷為碳源來(lái)實(shí)現(xiàn)深度脫氮。
【專利說(shuō)明】
一種高效利用污泥中碳源的污水處理工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于污水處理和固廢資源化領(lǐng)域，是將污泥高含固厭氧消化過(guò)程中產(chǎn)生的沼液進(jìn)行回流以對(duì)系統(tǒng)中氨氮濃度進(jìn)行合理調(diào)控，充分利用co2/H2途徑產(chǎn)甲烷，減少碳排放，同時(shí)將所節(jié)省的以短鏈脂肪酸(乙酸等)為代表的有機(jī)碳源直接應(yīng)用于主流污水處理系統(tǒng)中，補(bǔ)充反硝化過(guò)程中碳源，促進(jìn)脫氮除磷的一種高效利用污泥中碳源的污水處理工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]污水處理中的碳中和運(yùn)行是實(shí)現(xiàn)整個(gè)污水處理過(guò)程的能源自給自足的技術(shù)要求，是未來(lái)污水處理的核心內(nèi)容。歐美甚至周邊一些亞洲國(guó)家相繼頒布了面向21世紀(jì)污水處理碳中和運(yùn)行的路線圖并付諸實(shí)踐。
[0003]隨著污水產(chǎn)生和處理量的快速增長(zhǎng)，剩余污泥產(chǎn)生量也隨之大幅增加。污泥作為一種潛在的能源載體物質(zhì)，需要徹底改變以污泥減量方式為主的現(xiàn)行觀念，而視其為碳中和運(yùn)行的原料。同時(shí)，我國(guó)所面臨的碳減排壓力越來(lái)越嚴(yán)峻，通過(guò)技術(shù)層面實(shí)現(xiàn)碳減排是十分必要的。目前，世界污泥處理處置的主流技術(shù)有厭氧消化、好氧堆肥、干化焚燒、土地利用等，厭氧消化以污泥穩(wěn)定化、能源化的良好效果得到了國(guó)內(nèi)外的青睞，成為了目前國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的污泥處理方法之一。污泥高含固厭氧消化技術(shù)由于具有反應(yīng)器體積小、加熱能耗低、單位容積處理量高、單位容積產(chǎn)氣率較高等優(yōu)勢(shì)，在歐美日本等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。但是，該技術(shù)路線中，污泥中的碳源并沒(méi)有得到充分利用。在大部分的反應(yīng)器中，有機(jī)碳源經(jīng)乙酸脫羧途徑產(chǎn)生的甲烷占其來(lái)源的72%左右。而CO2/H2產(chǎn)甲烷途徑?jīng)]有得到充分的利用。且高含固污泥厭氧消化沼液中的氨氮濃度較高，C/N比低，如果將其直接回流到污水處理廠進(jìn)行處理，會(huì)對(duì)出水水質(zhì)有顯著影響，從而引起水體的富營(yíng)養(yǎng)化污染。
[0004]氫利用型產(chǎn)甲烷菌以COjPH2為原料產(chǎn)甲烷，與乙酸利用型產(chǎn)甲烷菌相比，它的氨氮耐受能力和乙酸耐受能力都更強(qiáng)。當(dāng)系統(tǒng)的氨氮濃度提高至5000?7000 mg/L左右時(shí)，乙酸利用型產(chǎn)甲烷菌的活性會(huì)被抑制，氫利用型產(chǎn)甲烷菌富集，微生物群落從乙酸利用型產(chǎn)甲烷系統(tǒng)向氫利用型產(chǎn)甲烷系統(tǒng)轉(zhuǎn)化，C02/H2產(chǎn)甲烷途徑成為主要的產(chǎn)甲烷途徑，并且在一定濃度范圍內(nèi)，可以維持產(chǎn)甲烷過(guò)程的穩(wěn)定進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)CO2減排，同時(shí)節(jié)省系統(tǒng)中以短鏈脂肪酸為代表的有機(jī)碳源。
[0005]在中小型污水處理廠中，普遍存在反硝化脫氮處理過(guò)程中碳源不足的問(wèn)題。由于大部分的反硝化微生物均為異養(yǎng)菌，碳源不足時(shí)，系統(tǒng)中會(huì)發(fā)生NO2-的積累現(xiàn)象，抑制包括反硝化菌在內(nèi)的多種微生物的活性。而且，NO〗—氧化生成的NOx(NO2)是導(dǎo)致大氣酸沉降、臭氧、灰霾等一系列環(huán)境問(wèn)題的重要根源，對(duì)環(huán)境有不利影響。因此需要通過(guò)外加碳源(如乙酸、甲醇、乙醇等)促進(jìn)反硝化的順利進(jìn)行。然而，這些物質(zhì)的投加無(wú)疑增加了污水處理的成本。
[0006]反硝化型甲燒厭氧氧化(denitrifyinganaerobic methane oxidat1n，DAM0)是在厭氧條件下以甲烷作為電子供體，no2—/no3—作為電子受體的反硝化過(guò)程，近年來(lái)被證實(shí)廣泛存在于各種環(huán)境中。反應(yīng)方程式為:5CH4+8N03—+8Η+ —50)2+4Ν2+14Η20(Λ6Θ’= -765 ^mor1CH4)
3CH4+8NO3—+8H+ —30)2+4Ν2+10Η20(Λ6Θ’= -928 ^mor1CH4)
在傳統(tǒng)的反硝化工藝之后，利用甲烷作為碳源進(jìn)行深度脫氮，是低物耗廢水處理和節(jié)能減排的新思路。推進(jìn)DAMO污水脫氮工藝的應(yīng)用是未來(lái)的主要研究熱點(diǎn)和發(fā)展方向。而且甲烷作為反硝化脫氮的新型碳源，具有廉價(jià)無(wú)毒、儲(chǔ)備充足、溶解度低不會(huì)引起出水COD增加的優(yōu)點(diǎn)，與甲醇、乙酸等碳源相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種高效利用污泥中碳源的污水處理工藝，本發(fā)明利用乙酸利用型產(chǎn)甲烷菌和氫利用型產(chǎn)甲烷菌對(duì)氨氮耐受能力不同的特點(diǎn)，通過(guò)將污泥高含固厭氧消化沼液回流，調(diào)控系統(tǒng)氨氮濃度，使其成為氫利用型產(chǎn)甲烷系統(tǒng)，充分利用C O 2 / H 2產(chǎn)甲烷途徑，節(jié)省以短鏈脂肪酸(乙酸等)為代表的有機(jī)碳源，并用于補(bǔ)充污水處理中反硝化過(guò)程的碳源，促進(jìn)脫氮除磷。同時(shí)，利用厭氧消化過(guò)程中產(chǎn)生的甲烷為碳源，通過(guò)甲烷厭氧氧化進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)深度脫氮，整體提高污泥中碳源在污水處理中的綜合利用率。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種高效利用污泥中碳源的污水處理工藝，所述污水處理工藝通過(guò)處理單元實(shí)現(xiàn)，所述處理單元包含:污水處理系統(tǒng)1、沉淀池2、甲烷厭氧氧化池3、厭氧消化系統(tǒng)4、氨氮吹脫池5和氨吸收池6，其中:污水處理系統(tǒng)I的進(jìn)水口連接進(jìn)水管，出水口通過(guò)管道連接沉淀池2的進(jìn)水口，沉淀池2的出水口通過(guò)管道連接甲烷厭氧氧化池3，沉淀池2的脫水污泥口通過(guò)管道連接厭氧消化系統(tǒng)4，厭氧消化系統(tǒng)4的沼液出口通過(guò)管道部分流到氨氮吹脫池5，其余部分回流至厭氧消化系統(tǒng)4;厭氧消化系統(tǒng)4的沼氣出口通過(guò)管道連接氨氮吹脫池5，氨氨吹脫池5的氣體出口通過(guò)管道連接氨吸收池6，氨吸收池6的沼氣出口通過(guò)三通閥分別連接甲烷厭氧氧化池3和氨氮吹脫池5;具體步驟如下:
(1)污水進(jìn)入污水處理系統(tǒng)1，經(jīng)化學(xué)生物處理后，出水進(jìn)入沉淀池2，進(jìn)行泥水分離；
(2)步驟(I)中沉淀池的出水中剩余硝態(tài)氮亞硝態(tài)氮(Ν02—/Ν03—)進(jìn)入甲烷厭氧氧化池3，以厭氧消化系統(tǒng)4中產(chǎn)生的沼氣甲烷為碳源，通過(guò)甲烷厭氧氧化進(jìn)行深度脫氮;步驟(I)中沉淀池的剩余污泥進(jìn)入?yún)捬跸到y(tǒng)4，于35±2 °(:或55±2 °(:恒溫條件下進(jìn)行厭氧消化;厭氧消化系統(tǒng)4消化后的沼液一部分作為污泥稀釋液，將脫水污泥稀釋至含固率為15%，隨脫水污泥返回厭氧消化系統(tǒng)4，以實(shí)現(xiàn)部分回流；控制厭氧消化系統(tǒng)4中氨氮濃度達(dá)到5000-7000 mg/L，pH值穩(wěn)定在8_8.5，抑制厭氧消化系統(tǒng)4中的乙酸利用型產(chǎn)甲烷菌，富集氫利用型產(chǎn)甲烷菌，充分利用co2/H2途徑產(chǎn)甲烷，減少碳排放，同時(shí)節(jié)省以短鏈脂肪酸(乙酸等)為代表的有機(jī)碳源；
(3)厭氧消化系統(tǒng)4產(chǎn)生的剩余部分的沼液進(jìn)入氨氮吹脫池5，利用厭氧消化系統(tǒng)4產(chǎn)生的沼氣進(jìn)行氨氮吹脫(CH4、C02)，并實(shí)現(xiàn)沼氣的初步凈化，吹脫后氣體(含NH3、CH4、C02)進(jìn)入氨吸收池6，用水或酸性溶液進(jìn)行吸收，以氯化銨或硫酸銨的形式進(jìn)行回收，并實(shí)現(xiàn)沼氣的深度凈化，凈化后的沼氣分流進(jìn)入甲烷厭氧氧化池3補(bǔ)充甲烷厭氧氧化碳源或匯入?yún)捬跸到y(tǒng)4產(chǎn)生的沼氣中進(jìn)行氨氮吹脫；
(4)經(jīng)過(guò)氨氮吹脫后的沼液進(jìn)入污水處理系統(tǒng)I，利用其中的以短鏈脂肪酸(乙酸等)為代表的有機(jī)碳源補(bǔ)充反硝化過(guò)程中碳源，促進(jìn)脫氮除磷。
[0009]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
1.利用污泥高含固厭氧消化后沼液氨氮濃度高的特點(diǎn)，通過(guò)沼液回流的方式使厭氧消化系統(tǒng)中氨氮濃度達(dá)到5000-7000 mg/L，促進(jìn)其從乙酸利用型產(chǎn)甲燒系統(tǒng)向氫利用型轉(zhuǎn)化，充分利用體系中產(chǎn)生的COdPH2產(chǎn)甲烷，減少碳排放，節(jié)約有機(jī)碳源。
[0010]2.本方法在保持并提高甲烷產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，充分利用剩余短鏈脂肪酸實(shí)現(xiàn)脫氮，使A2/0，EBPR等脫氮除磷工藝不再需要外加碳源，有效解決反硝化過(guò)程中碳源不足的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了碳源的充分利用，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，是一個(gè)綠色循環(huán)，低排放的工藝。
[0011 ] 3.沼液回流后污泥厭氧消化系統(tǒng)pH穩(wěn)定在8-8.5，堿度在10000mg/L以上，系統(tǒng)穩(wěn)定，抗沖擊能力強(qiáng)。
[0012]4.由于沼液中氨氮濃度較高，本方法利用污泥厭氧消化過(guò)程中產(chǎn)生的沼氣(CH4、CO2)對(duì)沼液中的氨氮進(jìn)行吹脫，吹脫后氣體(含NH3、CH4、C02)用水或酸性溶液進(jìn)行吸收，以氯化銨或硫酸銨的形式回收，降低了消化液中的氨氮濃度。
[0013]5.本方法利用系統(tǒng)產(chǎn)生的CH4,通過(guò)甲烷厭氧氧化反應(yīng)，對(duì)處理后的出水進(jìn)行深度脫氮，進(jìn)一步降低出水含氮量，提高污泥中碳源的綜合利用率。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明的工藝示意圖。
[0015]圖中標(biāo)號(hào):I為污水處理系統(tǒng)，2為沉淀池，3為甲燒厭氧氧化池，4為厭氧消化系統(tǒng)，5為氨氮吹脫池，6為氨吸收池。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于所述內(nèi)容。
[0017]實(shí)施例1:將取自上海某污水處理廠初沉池的出水作為進(jìn)水，進(jìn)入體積為A2/0生物反應(yīng)器，HRT為8h，SRT為3d，進(jìn)行污水處理，出水進(jìn)入沉淀池，進(jìn)行泥水分離。
[0018](I)以乙酸作為基質(zhì)長(zhǎng)期運(yùn)行的反硝化污泥為接種泥，在缺氧的條件下啟動(dòng)甲烷厭氧氧化池，在運(yùn)行過(guò)程中不斷向反應(yīng)器內(nèi)通入甲烷氣體，經(jīng)過(guò)6個(gè)月的運(yùn)行，反應(yīng)器內(nèi)NO3--N的去除速率達(dá)295 mgL—M—S并保持了較好的穩(wěn)定性;沉淀池出水中剩余氨氮進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行的甲烷厭氧氧化池，利用污泥厭氧消化產(chǎn)生的甲烷進(jìn)行深度脫氮；
(2)將1:1(VS = VS)的接種泥和生污泥加入到有效容積為6L的厭氧消化系統(tǒng)中，控制厭氧消化系統(tǒng)中的物料溫度為35 土 I °C，控制攪拌裝置每8min啟動(dòng)Imin，停止7min。SRT為20d，將污泥用厭氧消化沼液稀釋其含固率至15%，進(jìn)料300g，使NH/-N濃度保持在6000 mg/L左右，pH為8左右；
(3)用厭氧消化過(guò)程中產(chǎn)生的沼氣對(duì)沼液進(jìn)行氨氮吹脫，并用水溶液吸收氨氣。凈化后的沼氣分流進(jìn)入甲烷厭氧氧化池，補(bǔ)充甲烷厭氧氧化碳源或匯入?yún)捬跸到y(tǒng)產(chǎn)生的沼氣中參與氨氮吹脫；
(4)吹脫后沼液與污水混合進(jìn)入污水處理系統(tǒng)(A/0工藝)，進(jìn)行脫氮。沉淀池出水中所剩余的no2—/no3—，可通過(guò)甲烷厭氧氧化池進(jìn)行深度脫氮。
[0019]甲烷產(chǎn)率穩(wěn)定。且用含大量短鏈脂肪酸的沼液進(jìn)行脫氮，反硝化等過(guò)程不再需要外加碳源，混合污水的NH4+-N和TN總?cè)コ史謩e為98.0%和87.7%。
[0020]實(shí)施例2:
(1)將取自上海某污水處理廠初沉池的出水作為進(jìn)水，進(jìn)入體積為A2/0生物反應(yīng)器，HRT為8 h，SRT為3d，進(jìn)行污水處理，出水進(jìn)入沉淀池，進(jìn)行泥水分離；
(2)以乙酸作為基質(zhì)長(zhǎng)期運(yùn)行的反硝化污泥為接種泥，在缺氧的條件下啟動(dòng)甲烷厭氧氧化池，在運(yùn)行過(guò)程中不斷向反應(yīng)器內(nèi)通入甲烷氣體，經(jīng)過(guò)6個(gè)月的運(yùn)行，反應(yīng)器內(nèi)N03— -N的去除速率達(dá)289 mgL—M—S并保持了較好的穩(wěn)定性;沉淀池出水中剩余氨氮進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行的甲烷厭氧氧化池，利用污泥厭氧消化產(chǎn)生的甲烷進(jìn)行深度脫氮；
(3)將1:1(VS = VS)的接種泥和生污泥加入到有效容積為6L的厭氧消化系統(tǒng)中，控制厭氧消化系統(tǒng)中的物料溫度為55±1°C，控制攪拌裝置每1min啟動(dòng)2min，停止SmiruSRT為15d，將污泥用厭氧消化沼液稀釋其含固率至10%，進(jìn)料400g，使NH/-N濃度保持在7000 mg/L左右，pH為7.5左右；
(4)用厭氧消化過(guò)程中產(chǎn)生的沼氣對(duì)沼液進(jìn)行氨氮吹脫，并用水溶液吸收氨氣。凈化后的沼氣分流進(jìn)入甲烷厭氧氧化池，補(bǔ)充甲烷厭氧氧化碳源或匯入?yún)捬跸到y(tǒng)產(chǎn)生的沼氣中參與氨氮吹脫；
(5)吹脫后沼液與污水混合進(jìn)入污水處理系統(tǒng)(A/0工藝)，進(jìn)行脫氮。沉淀池出水中所剩余的no2—/no3—，可通過(guò)甲烷厭氧氧化反應(yīng)器進(jìn)行深度脫氮。
[0021]甲烷產(chǎn)率穩(wěn)定。且用含大量短鏈脂肪酸的沼液進(jìn)行脫氮，反硝化等過(guò)程不再需要外加碳源，混合污水的NH4+-N和TN總?cè)コ史謩e為96.0%和86.5%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高效利用污泥中碳源的污水處理工藝，其特征在于所述污水處理工藝通過(guò)處理單元實(shí)現(xiàn)，所述處理單元包含:污水處理系統(tǒng)(I)、沉淀池(2)、甲烷厭氧氧化池(3)、厭氧消化系統(tǒng)(4)、氨氮吹脫池(5)和氨吸收池(6)，其中:污水處理系統(tǒng)(I)的進(jìn)水口連接進(jìn)水管，出水口通過(guò)管道連接沉淀池(2)的進(jìn)水口，沉淀池(2)的出水口通過(guò)管道連接甲烷厭氧氧化池(3)，沉淀池(2)的脫水污泥口通過(guò)管道連接厭氧消化系統(tǒng)(4)，厭氧消化系統(tǒng)(4)的沼液出口通過(guò)管道部分流到氨氮吹脫池(5)，其余部分回流至厭氧消化系統(tǒng)(4);厭氧消化系統(tǒng)(4)的沼氣出口通過(guò)管道連接氨氮吹脫池(5)，氨氨吹脫池(5)的氣體出口通過(guò)管道連接氨吸收池(6)，氨吸收池(6)的沼氣出口通過(guò)三通閥分別連接甲烷厭氧氧化池(3)和氨氮吹脫池(5);具體步驟如下: (1)、污水進(jìn)入污水處理系統(tǒng)(I)，經(jīng)化學(xué)生物處理后，出水進(jìn)入沉淀池(2)，進(jìn)行泥水分離； (2)、步驟(I)中沉淀池的出水中剩余硝態(tài)氮亞硝態(tài)氮(Ν02—/Ν03—)進(jìn)入甲烷厭氧氧化池(3)，以厭氧消化系統(tǒng)(4)中產(chǎn)生的沼氣中的甲烷為碳源，通過(guò)甲烷厭氧氧化進(jìn)行深度脫氮；步驟(I)中沉淀池的剩余污泥進(jìn)入?yún)捬跸到y(tǒng)(4)，于35±2 °C或55±2 °C恒溫條件下進(jìn)行厭氧消化;厭氧消化系統(tǒng)(4)消化后的沼液一部分作為污泥稀釋液，將脫水污泥稀釋至含固率為15%，隨脫水污泥返回厭氧消化系統(tǒng)(4)，以實(shí)現(xiàn)部分回流;控制厭氧消化系統(tǒng)(4)中氨氮濃度達(dá)到5000-7000 mg/L，pH值穩(wěn)定在8-8.5，抑制厭氧消化系統(tǒng)(4)中的乙酸利用型產(chǎn)甲烷菌，富集氫利用型產(chǎn)甲烷菌，充分利用C02/H2途徑產(chǎn)甲烷，減少碳排放，同時(shí)節(jié)省以短鏈脂肪酸為代表的有機(jī)碳源； (3)、厭氧消化系統(tǒng)(4)產(chǎn)生的剩余部分的沼液進(jìn)入氨氮吹脫池(5)，利用厭氧消化系統(tǒng)(4)產(chǎn)生的沼氣進(jìn)行氨氮吹脫(CH4、CO2)，并實(shí)現(xiàn)沼氣的初步凈化，吹脫后氣體(含NH3、CH4、CO2)進(jìn)入氨吸收池(6)，用水或酸性溶液進(jìn)行吸收，以氯化銨或硫酸銨的形式進(jìn)行回收，并實(shí)現(xiàn)沼氣的深度凈化，凈化后的沼氣分流進(jìn)入甲烷厭氧氧化池(3)補(bǔ)充甲烷厭氧氧化碳源或匯入?yún)捬跸到y(tǒng)(4)產(chǎn)生的沼氣中進(jìn)行氨氮吹脫； (4)、經(jīng)過(guò)氨氮吹脫后的沼液進(jìn)入污水處理系統(tǒng)(I)，利用其中的以短鏈脂肪酸為代表的有機(jī)碳源補(bǔ)充反硝化過(guò)程中碳源，促進(jìn)脫氮除磷。
【文檔編號(hào)】C02F9/14GK105859038SQ201610323825
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年5月17日
【發(fā)明人】戴曉虎, 李寧, 于春曉, 戴翎翎, 董濱
【申請(qǐng)人】同濟(jì)大學(xué)