CN108609820A - 化学强化初沉污泥资源回收利用的方法及其*** - Google Patents

化学强化初沉污泥资源回收利用的方法及其*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及固体废弃物处理领域，具体而言，提供了一种化学强化初沉污泥资源回收利用的方法及其***。所述化学强化初沉污泥资源回收利用的方法首先采用EDTA或EDTA盐对化学强化初沉污泥中的金属离子进行调节，然后依次进行厌氧发酵和磷回收。该方法利用EDTA或EDTA盐良好的络合能力，与污泥中的有机物和PO4 3‑竞争金属离子，形成稳定的EDTA‑金属离子络合物，从而使有机物和PO4 3‑得以释放，既提高CEPSS的厌氧产酸速率，同时还可通过鸟粪石法等回收磷。上述方法能够同时回收挥发酸和磷肥等资源，实现CEPSS的减量化和资源的综合利用，同时也为化学强化初级处理技术的广泛应用奠定了基础。

Description

化学强化初沉污泥资源回收利用的方法及其***
技术领域
本发明涉及固体废弃物处理领域，具体而言，涉及一种化学强化初沉污泥资源回收利用的方法及其***。
背景技术
在污水处理的初级阶段，添加FeCl3、Al2(SO4)3等混凝剂来强化去除水中大颗粒污染物、有机物、磷及抗生素抗性基因，降低二级生物处理的污染负荷和能源消耗的水处理技术就是化学强化初级处理。该技术具有运行成本低、操作维护简单等优点，在香港、美国以及上海的一些大型污水处理厂中得到了应用。然而，与传统的初沉污泥相比，化学强化初级处理污泥(或称化学强化初沉污泥，Chemical Enhanced Primary Sedimentation Sludge，CEPSS)含有大量的金属盐类，严重影响了其后续的资源回收利用。
采用铁盐进行一级强化处理过程中，Fe(Ⅲ)通过电中和作用与污泥/污水中的胶体微粒表面发生化学反应，中和污泥胶体微粒自身所带电荷，促使污泥微粒聚集形成大的颗粒絮体，因此CEPSS中的Fe(Ⅲ)与有机物紧密结合，阻碍了有机物的释放，进而导致有机物很难与厌氧微生物接触并得到降解。有研究表明，Fe(Ⅲ)浓度达到一定限制时，会对厌氧微生物产生抑制或毒害作用，降低厌氧产酸产甲烷效率及其稳定性。Fe(Ⅲ)浓度过高会导致氧化还原电位(Oxidation Reduction Potential，ORP)降低，Fe(Ⅲ)不能被还原成Fe(Ⅱ)，导致CEPSS中的有机物仍与Fe(Ⅲ)紧密结合，限制可利用底物与厌氧微生物的接触，造成厌氧发酵失败。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种化学强化初沉污泥资源回收利用的方法，该方法能够回收挥发酸和磷肥等资源，实现CEPSS的减量化和资源的综合利用。
本发明的第二目的在于提供一种化学强化初沉污泥资源回收利用的***，该***设置合理，采用该***能够回收挥发酸和磷肥等资源，实现CEPSS的减量化和资源的综合利用。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种化学强化初沉污泥资源回收利用的方法，首先采用EDTA或EDTA盐对化学强化初沉污泥中的金属离子进行调节，然后依次进行厌氧发酵和磷回收。
作为进一步优选技术方案，EDTA或EDTA盐调节时EDTA或EDTA盐的浓度为150-250mg/L。
作为进一步优选技术方案，EDTA或EDTA盐调节时的搅拌速率为45-55rad/min。
作为进一步优选技术方案，EDTA或EDTA盐调节时的水力停留时间为8-12min。
作为进一步优选技术方案，进行厌氧发酵时的pH为7.0±0.5。
作为进一步优选技术方案，厌氧发酵时的搅拌工艺为：搅拌速率45-55rad/min，搅拌间隔为12-18min，搅拌时间为3-7min。
作为进一步优选技术方案，厌氧发酵时污泥停留时间为8-12天，厌氧发酵时的温度为30-40℃。
作为进一步优选技术方案，磷回收时的pH为9.5-10.5。
作为进一步优选技术方案，所述金属离子为Fe3+和/或Al3+。
第二方面，本发明提供了一种化学强化初沉污泥资源回收利用的***，包括依次相连的化学强化初沉污泥池、EDTA调节池或EDTA盐调节池、厌氧发酵反应池和磷回收装置。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的化学强化初沉污泥资源回收利用的方法通过采用EDTA或EDTA盐对化学强化初沉污泥中的金属离子进行调节(或称为络合)，利用EDTA或EDTA盐良好的络合能力，与污泥中的有机物和PO4 3-竞争金属离子，形成稳定的EDTA-金属离子络合物，从而使有机物和PO4 3-等得以释放，既提高CEPSS的厌氧产酸速率，同时还可通过鸟粪石法等回收磷。此外，EDTA-金属离子络合物能够作为营养元素被厌氧产酸菌吸收利用，提高关键产酸菌的金属酶活性，进而提高厌氧速率。因此，上述方法能够同时回收挥发酸和磷肥等资源，实现CEPSS的减量化和资源的综合利用，同时也为化学强化初级处理技术的广泛应用奠定了基础。
本发明提供的化学强化初沉污泥资源回收利用的***设置合理，采用该***能够回收挥发酸和磷肥等资源，实现CEPSS的减量化和资源的综合利用。
附图说明
图1为采用本发明提供的化学强化初沉污泥资源回收利用的方法进行回收时的反应原理示意图；
图2为本发明提供的化学强化初沉污泥资源回收利用的方法的示意图；
图3为经过EDTA处理和未经处理时COD浓度变化图；
图4为经过EDTA处理和未经处理时挥发酸浓度变化图；
图5为经过EDTA处理和未经处理时磷酸盐浓度变化图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
第一方面，如图1和图2所示，在一些实施例中提供了一种化学强化初沉污泥资源回收利用的方法，首先采用EDTA或EDTA盐对化学强化初沉污泥中的金属离子进行调节，然后依次进行厌氧发酵和磷回收。
上述化学强化初沉污泥资源回收利用的方法通过采用EDTA(Ethylenediaminetetraacetic acid，乙二胺四乙酸)或EDTA盐对化学强化初沉污泥中的金属离子进行调节(或称为络合)，利用EDTA或EDTA盐良好的络合能力，与污泥中的有机物和PO4 3-竞争金属离子，形成稳定的EDTA-金属离子络合物，从而使有机物和PO4 3-得以释放，既提高CEPSS的厌氧产酸速率，同时还可通过鸟粪石法等回收磷。此外，EDTA-金属离子络合物能够作为营养元素被厌氧产酸菌吸收利用，提高关键产酸菌的金属酶活性，进而提高厌氧速率。因此，上述方法能够同时回收挥发酸和磷肥等资源，实现CEPSS的减量化和资源的综合利用，同时也为化学强化初级处理技术的广泛应用奠定了基础。
在一种优选的实施方式中，EDTA或EDTA盐调节时EDTA或EDTA盐的浓度为150-250mg/L。上述EDTA或EDTA盐的浓度典型但非限制性的为150mg/L、160mg/L、170mg/L、180mg/L、190mg/L、200mg/L、210mg/L、220mg/L、230mg/L、240mg/L或250mg/L。上述EDTA或EDTA盐的浓度优选为180-110mg/L，进一步优选为200mg/L。本优选实施方式通过优化EDTA或EDTA盐浓度，能够使化学强化初沉污泥中的金属离子尽可能完全地被EDTA或EDTA盐络合，从而大量释放出有机物和PO4 3-等，提高磷肥的回收利用效率。
在一种优选的实施方式中，EDTA或EDTA盐调节时的搅拌速率为45-55rad/min。上述搅拌速率典型但非限制性的为45rad/min、46rad/min、47rad/min、48rad/min、49rad/min、50rad/min、51rad/min、52rad/min、53rad/min、54rad/min或55rad/min。上述搅拌速率优选为47-52rad/min，进一步优选为50rad/min。通过优化EDTA或EDTA盐调节时的搅拌速率，提高EDTA或EDTA盐的络合速率，减少反应时间。
在一种优选的实施方式中，EDTA或EDTA盐调节时的水力停留时间为8-12min。上述水力停留时间典型但非限制性的为8min、8.5min、9min、9.5min、10min、10.5min、11min、11.5min或12min。上述水力停留时间优选为9-11min，进一步优选为10min。在该水力停留时间范围内有利于增强反应效果，提高有机物和PO4 3-等的释放效果。
在一种优选的实施方式中，进行厌氧发酵时的pH为7.0±0.5。上述pH典型但非限制性的为6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7、7.1、7.2、7.3、7.4或7.5。上述pH适合厌氧发酵时产甲烷菌的生长，pH过低，CO2大增，大量水溶性有机物和H2S产生，硫化物含量的增加会抑制产甲烷菌的生长；pH过高也会抑制产甲烷菌的活性。
优选地，采用浓度为1.0mol/L的盐酸或1.0mol/L的氢氧化钠进行厌氧发酵时pH的调节。
在一种优选的实施方式中，厌氧发酵时的搅拌工艺为：搅拌速率45-55rad/min，搅拌间隔为12-18min，搅拌时间为3-7min。上述搅拌速率典型但非限制性的为45rad/min、46rad/min、47rad/min、48rad/min、49rad/min、50rad/min、51rad/min、52rad/min、53rad/min、54rad/min或55rad/min；搅拌间隔典型但非限制性的为12min、13min、14min、15min、16min、17min或18min；搅拌时间典型但非限制性的为3min、3.5min、4min、4.5min、5min、5.5min、6min、6.5min或7min。上述搅拌速率优选为47-52rad/min，进一步优选为50rad/min；上述搅拌间隔优选为13-17min，进一步优选为15min；上述搅拌时间优选为3.5-6.5min，进一步优选为5min。
在一种优选的实施方式中，厌氧发酵时污泥停留时间为8-12天，厌氧发酵时的温度为30-40℃。上述污泥停留时间典型但非限制性的为8天、8.5天、9天、9.5天、10天、10.5天、11天、11.5天或12天；上述温度典型但非限制性的为30℃、31℃、32℃、33℃、34℃、35℃、36℃、37℃、38℃、39℃或40℃。上述污泥停留时间优选为9-11天，进一步优选为10天；上述温度优选为32-38℃，进一步优选为35℃。
通过优化厌氧发酵的搅拌工艺、污泥停留时间和温度，进一步促进挥发酸的释放和磷肥的回收。
在一种优选的实施方式中，磷回收时的pH为9.5-10.5。上述pH典型但非限制性的为9.5、9.6、9.7、9.8、9.9、10、10.1、10.2、10.3、10.4或10.5。经大量试验发现，当pH为9.5-10.5时，磷回收率最高。
优选地，通过投加MgCl2进行磷回收，通过添加碱来调节磷回收时的pH。利用厌氧发酵释放的氨氮和磷酸盐来回收肥料。
在一种优选的实施方式中，所述金属离子为Fe3+和/或Al3+。
例如，当金属离子为Fe3+时，本发明方法的优点包括以下几点：
1、EDTA或EDTA盐与有机物争夺Fe(Ⅲ)形成稳定EDTA-Fe(Ⅲ)络合物，使有机物从稳定的Fe(Ⅲ)-有机物-PO4 3-中释放出来，提高后续厌氧发酵过程对有机物资源回收效率；
2、EDTA或EDTA盐与S2-、CO3 2-和PO4 3-争夺Fe(Ⅲ)形成稳定EDTA-Fe(Ⅲ)络合物，使PO4 3-从Fe(Ⅲ)-有机物-PO4 3-中释放出来，提高磷肥的回收利用；
3、形成的EDTA-Fe(Ⅲ)络合物能够被厌氧微生物利用，激活产酸过程中多种关键金属酶的活性，提高产酸效率；
4、厌氧发酵过程中Fe(Ⅲ)以EDTA-Fe(Ⅲ)络合物形式存在，有效避免了厌氧发酵过程中氧化还原电位(oxidation reduction potential，ORP)的降低，为厌氧微生物创造合适的生存环境。
第二方面，在一些实施例中提供了一种化学强化初沉污泥资源回收利用的***，包括依次相连的化学强化初沉污泥池、EDTA调节池或EDTA盐调节池、厌氧发酵反应池和磷回收装置。上述***设置合理，采用该***能够回收挥发酸和磷肥等资源，实现CEPSS的减量化和资源的综合利用。
实施例
1.实验材料
本实验所采用的一级强化污泥取自某污水处理厂，所用的混凝剂为氯化铁，一级强化污泥的性质如表1所示。
表1一级强化污泥的性质
2.实验参数
(1)EDTA调节池：
投加200mg/L乙二胺四乙酸二钠对一级强化污泥进行调节，搅拌速率为50rad/min，水力停留时间(HRT)为10min。
(2)厌氧发酵反应池：
通过添加1.0mol/L的盐酸或1.0mol/L的氢氧化钠将厌氧发酵反应池中的pH控制在7.0±0.5；厌氧发酵反应池每隔15分钟搅拌一次，搅拌时间为5min，搅拌速率为50rad/min；厌氧发酵的污泥停留时间(SRT)控制为10天，温度为35℃。
(3)磷回收装置：
通过投加MgCl2，通过添加碱将反应条件控制在pH为10，利用厌氧发酵释放的氨氮和磷酸盐来回收肥料。
3.实验结论
(1)COD、挥发酸和磷酸盐的释放
经EDTA处理后，一级强化污泥的厌氧发酵效果明显提高。以厌氧发酵10d为例，如图3和图4所示，EDTA处理污泥的COD、挥发酸和磷酸盐浓度分别提高到3700mg/L、2920mg-COD/L和24.5mg/L，比未处理污泥分别提高了38.4％、41.6％和141.3％。可见EDTA调节有利于提高后续的资源利用。
(2)磷酸盐的回收
如图5所示，经磷酸盐回收装置进行处理后，出水磷酸盐平均浓度为0.5±0.3mg/L，磷酸盐的回收率在85％以上。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种化学强化初沉污泥资源回收利用的方法，其特征在于，首先采用EDTA或EDTA盐对化学强化初沉污泥中的金属离子进行调节，然后依次进行厌氧发酵和磷回收。
2.根据权利要求1所述的化学强化初沉污泥资源回收利用的方法，其特征在于，EDTA或EDTA盐调节时EDTA或EDTA盐的浓度为150-250mg/L。
3.根据权利要求1所述的化学强化初沉污泥资源回收利用的方法，其特征在于，EDTA或EDTA盐调节时的搅拌速率为45-55rad/min。
4.根据权利要求1-3任一项所述的化学强化初沉污泥资源回收利用的方法，其特征在于，EDTA或EDTA盐调节时的水力停留时间为8-12min。
5.根据权利要求1所述的化学强化初沉污泥资源回收利用的方法，其特征在于，进行厌氧发酵时的pH为7.0±0.5。
6.根据权利要求1所述的化学强化初沉污泥资源回收利用的方法，其特征在于，厌氧发酵时的搅拌工艺为：搅拌速率45-55rad/min，搅拌间隔为12-18min，搅拌时间为3-7min。
7.根据权利要求1、5或6所述的化学强化初沉污泥资源回收利用的方法，其特征在于，厌氧发酵时污泥停留时间为8-12天，厌氧发酵时的温度为30-40℃。
8.根据权利要求1、2、3、5或6所述的化学强化初沉污泥资源回收利用的方法，其特征在于，磷回收时的pH为9.5-10.5。
9.根据权利要求1所述的化学强化初沉污泥资源回收利用的方法，其特征在于，所述金属离子为Fe3+和/或Al3+。
10.一种化学强化初沉污泥资源回收利用的***，其特征在于，包括依次相连的化学强化初沉污泥池、EDTA调节池或EDTA盐调节池、厌氧发酵反应池和磷回收装置。
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