CN107892456A - 一种市政污泥高效减量化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种市政污泥高效减量化的方法，属于市政污泥减量化、资源化技术领域。本发明针对脱水污泥的高效减量化技术需求，采用厌氧消化与水热技术相结合的工艺过程对脱水污泥进行处理，一方面通过对厌氧消化后的消化污泥进行水热处理提高污泥有机物的溶解率，另一方面将水热处理后的污泥液相经脱氨处理后的上清液与脱水污泥混合进行厌氧消化，以调节反应***的C/N比和含水率，有效提高污泥的厌氧消化效率。通过以上两方面的强化作用，最终实现污泥的高效减量化。

Description

一种市政污泥高效减量化的方法
技术领域
本发明涉及一种市政污泥高效减量化的方法，属于市政污泥减量化、资源化技术领域。
背景技术
污水污泥的处理与处置目前仍是一个世界性难题。污泥作为污水生物处理过程中不可避免的副产物，不仅产量巨大、含水率高(99％以上)、脱水困难、处理成本高，而且如处理不当则很容易对环境造成二次污染。目前，我国每年产生湿污泥(含水率以80％计)约3000万吨；所采用的处理方法主要有卫生填埋、堆肥与土地利用和焚烧等。由于污泥量巨大，在进行最终处置前，需要对污泥进行减量化处理，以降低污泥的处置成本。因此，寻求一种合理、可靠的污泥减量化处理方法成为人们关注的焦点。
厌氧消化产气是一种环境友好和相对可持续的处理方法。经厌氧消化处理后，污泥中部分有机物被分解和转化、污泥量减少，从而在一定程度上能够实现污泥的减量化效果；同时可以回收沼气资源实现资源化。目前，对污泥进行厌氧消化处理已被广泛采用，成为很多污水处理厂污泥处理的重要环节。但是传统的处理过程中由于进料污泥的含水率高，使得反应器占地面积大，建设成本高；同时在中温或高温发酵中，污泥中水分需要消耗大量的能量，运行成本相对较高。因此，传统的污泥厌氧消化过程的经济性还有待进一步提升。
采用脱水后的剩余污泥进行厌氧消化产气更具有经济性。污泥脱水后不但体积大幅降低、污泥浓度增大，使厌氧消化反应器容积和占地面积可以大幅降低，从而降低工程建设和运行成本。此外，由于单个污水处理厂规模以及污泥产量的限制，传统的污泥厌氧消化产生的沼气量较少、往往难以大规模化利用。将一些小型污水处理厂的污泥经脱水处理后，集中转运到一个大规模的厌氧消化处理设施，则能降低污泥处理设施的重复建设和运行费用，增大污泥厌氧产气和资源化利用的规模化效应。目前，我国的污水污泥大部分都经过了脱水处理，这为规模化污泥厌氧消化产气提供了非常好的条件。
高含固污泥厌氧消化技术已相对比较成熟，污泥经厌氧消化处理后再经过压滤脱水，降低污泥的含水率，实现污泥的减量化。但该方法还有待进一步改进，主要是因为：(1)污泥厌氧消化后，脱水比较困难；(2)污泥厌氧消化后液相中含有大量的氨氮，氨氮作为一种碳中性的能源，具有能量密度大(同体积含能量液氨是液氢的1.5倍以上)、易液化、易储运的特点，是一个非常有前景新能源；但是传统的厌氧消化过程往往只关注甲烷的产量，而忽视了氨氮资源的回收问题；(3)污泥厌氧消化后，一些蛋白质、多糖、脂质和木质纤维素等大分子有机物，仍有60％-70％存在于污泥中未被利用，这些有机组分经适当处理以后再进行厌氧消化产气，可以进一步提高污泥的减量化和能源转化潜力。厌氧消化后的消化污泥仍需要进一步处理，目前尚缺乏这方面的研究报道。因此，实现污泥的更高效的减量化与资源化是仍待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种市政污泥高效减量化的方法。
一种市政污泥高效减量化的方法，以市政污水处理厂脱水剩余污泥为原料，采用如下方法：
(1)将污水处理厂脱水剩余污泥进行厌氧消化；
(2)经厌氧消化后的污泥进行水热处理；
(3)水热处理后的污泥进入固液分离***进行脱水处理，形成固相和液相，所述固相为污泥泥饼；
(4)液相进入氨氮脱除与回收***，回收液相中的氨氮后得到上清液；
(5)将上清液回流到厌氧反应器前端，与脱水剩余污泥按比例混合后进行联合厌氧消化处理；
(6)将固相外运进行最终处置。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(1)中污水处理厂剩余污泥的污泥含固率≥8.0％。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(1)的联合厌氧消化，厌氧消化温度为35-37℃，厌氧消化时间为15-25天。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(2)中水热处理的处理温度为140-210℃，处理时间为0-4h。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(2)中水热处理的处理温度为180-210℃，处理时间为1-4h。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(3)中分离***为板框压滤。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(3)中污泥泥饼含水率在70％以下。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(4)中上清液中氨氮浓度降到100mg/L以下。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(4)中上清液中的一部分回流到厌氧消化反应器中与脱水剩余污泥混合进行联合厌氧消化；剩余部分上清液排放到污水处理厂，为生物脱氮除磷提供碳源。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(5)中将污水处理厂剩余污泥与经厌氧消化和水热处理后的污泥上清液按质量比2:1-2:3混合，进行厌氧消化处理，混合后的污泥含固率为6-12％；厌氧消化温度为35-37℃，厌氧消化时间为15-25天。
本发明的有益效果：
(1)本发明针对含固率为8％-20％的脱水剩余污泥进行厌氧消化处理，不仅能有效降低厌氧消化反应器体积，而且有利于城市污泥的集中处理；
(2)对消化污泥进行水热处理，可以大规模化应用，且无需引入化学药剂；水热处理对污泥中的有机物溶解效果较好，特别是可以促进污泥微生物细胞破壁和一些大分子有机物(如蛋白质、多糖、脂质、木质纤维素等)的溶解和向小分子的转化。将水热处理后的污泥上清液补充给剩余污泥的厌氧消化***可以调控厌氧***的C/N比和含水率，最终有效提高污泥的分解效率和有机物的转化效率；
(3)较传统的高含固污泥厌氧消化过程来说，污泥中有机物的转化率可提高15％以上，水热处理后的污泥固相部分含水率降低到70％以下，污泥的减量化率达到65％以上；
(4)对消化污泥进行后处理，使污泥中部分有害组分(如氨氮、盐分等)进入液相，可以减少消化污泥对环境的二次污染。
附图说明
图1为一种市政污泥高效减量化的方法的工艺流程简图；
具体实施方式
污泥有机物分解率计算方法：
水热处理中污泥有机物溶解率计算方法：
脱水剩余污泥的减量化率计算方法：
实施例1：市政污泥高效减量化的方法
一种市政污泥高效减量化的方法，该技术***主要由脱水污泥进料单元、厌氧消化反应器、污泥固液分离(脱水)***和沼气回收装置组成。
整个污泥减量化处理技术***的运行过程如下：
(1)含固率为18％-20％的脱水剩余污泥通过进料单元进入厌氧消化反应器，厌氧消化温度为35℃，厌氧消化时间为25天。
(2)经过消化后的污泥进入固液分离***(板框压滤)进行脱水处理；处理后的污泥泥饼含水率降到70％，外运进行最终处置。
经该技术工艺处理以后，污泥有机物分解率达到约32％，脱水剩余污泥的减量化率达到45％。
实施例2：市政污泥高效减量化的方法
一种市政污泥高效减量化的方法，该技术***主要由脱水污泥进料单元、厌氧消化反应器、水热处理***、污泥固液分离(脱水)***、污泥液相氨氮脱除与回收***、上清液回流装置和沼气回收装置组成。
整个污泥减量化处理技术***的运行过程如下：
(1)含固率为18％-20％的脱水剩余污泥通过进料单元进入厌氧消化反应器，同时将经厌氧消化和水热处理后回流过来的上清液加入到厌氧消化反应器前端与脱水污泥混合后进行联合厌氧消化，脱水污泥与上清液的混合比例约为1:1，混合后污泥的含水率约为10％(8％-12％之间)；厌氧消化温度为35℃，厌氧消化时间为25天；
(2)经过消化后的污泥进入水热处理***进行水热处理，处理温度以及时间如表1所示；
表1水热处理温度以及时间对消化污泥有机物溶解率的影响
由上表可知，处理温度为120-210℃时，消化污泥中有机物溶解率逐渐增加，但在120-140℃，加热1h的条件下，有机物溶解率较低；160-180℃条件下，有机物的容积率大幅增加；而当温度超过180℃后有机物的溶解率增加不明显。在180℃条件下，有机物的溶解率随加热时间增加而有所增加，但加热时间超过1h以后，有机物的溶解率增加不明显。因此，从有机物溶解效率和经济角度考虑，针对消化污泥水热处理，选择处理温度为180℃，处理时间为1h为宜。
(3)水热处理后污泥进入固液分离***(板框压滤)进行脱水处理；处理后的污泥泥饼含水率降到65％以下，外运进行最终处置；液相部分进入下一个处理环节；
(4)水热处理后污泥液相部分进入氨氮脱除与回收***，回收液相中的氨，实现上清液中氨氮浓度降低到100mg/L以下；
(5)将过程(4)中获得的上清液进行厌氧消化处理，厌氧消化温度为35℃，厌氧消化时间为10天，厌氧消化后回收甲烷能源。
经该技术工艺处理以后，污泥中有机物分解率达到约53％，脱水剩余污泥的减量化率达到65％以上。
实施例3：市政污泥高效减量化的方法
一种市政污泥高效减量化技术，该技术***主要由脱水污泥进料单元、厌氧消化反应器、水热处理***、污泥固液分离(脱水)***、污泥液相氨氮脱除与回收***、上清液回流装置和沼气回收装置组成。
整个污泥减量化处理技术***的运行过程如下：
(1)含固率为18％-20％的脱水剩余污泥通过进料单元进入厌氧消化反应器，同时将经水热处理后回流过来的上清液加入到厌氧消化反应器前端与脱水污泥混合后进行联合厌氧消化，脱水污泥与上清液的混合比例约为1:1，混合后污泥的含水率约为10％(8％-12％之间)；厌氧消化温度为35℃，厌氧消化时间为25天。
(2)经过消化后的污泥进入水热处理***进行水热处理，处理温度为180℃，处理时间为60min；
(3)水热处理后污泥进入固液分离***(板框压滤)进行脱水处理；处理后的污泥泥饼含水率降到65％以下，外运进行最终处置；液相部分进入下一个处理环节；
(4)水热处理后污泥液相部分进入氨氮脱除与回收***，回收液相中的氨，实现上清液中氨氮浓度降低到100mg/L以下；
(5)将过程(4)中获得的上清液中的一部分回流到厌氧消化反应器中与脱水剩余污泥混合进行联合厌氧消化，回流比例见过程(1)；剩余部分上清液排放到污水处理厂，为生物脱氮除磷提供碳源。
经该技术工艺处理以后，污泥厌氧消化时间缩短，污泥中有机物分解率达到55％以上，脱水剩余污泥的减量化率达到65％以上。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种市政污泥高效减量化的方法，其特征在于，步骤如下：
(1)将污水处理厂脱水剩余污泥进行厌氧消化；
(2)经厌氧消化后的污泥进行水热处理；
(3)水热处理后的污泥进入固液分离***进行脱水处理，形成固相和液相，所述固相为污泥泥饼；
(4)液相进入氨氮脱除与回收***，回收液相中的氨氮后得到上清液；
(5)将上清液回流到厌氧反应器前端，与脱水剩余污泥按比例混合后进行联合厌氧消化处理；
(6)将固相外运进行最终处置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中污水处理厂脱水剩余污泥的污泥含固率≥8.0％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)的联合厌氧消化，厌氧消化温度为35-37℃，厌氧消化时间为15-25天。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中水热处理的处理温度为140-210℃，处理时间为0-4h。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中水热处理的处理温度为180-210℃，处理时间为1-4h。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中分离***为板框压滤。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中污泥泥饼含水率在70％以下。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中上清液中氨氮浓度降到100mg/L以下。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中上清液中的一部分回流到厌氧消化反应器中与脱水剩余污泥混合进行联合厌氧消化；剩余部分上清液排放到污水处理厂，为生物脱氮除磷提供碳源。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)中将污水处理厂剩余污泥与经厌氧消化和水热处理后的污泥上清液按质量比2:1-2:3混合，进行厌氧消化处理，混合后的污泥含固率为6-12％；厌氧消化温度为35-37℃，厌氧消化时间为15-25天。
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