CN113772906B - 利用酸性离子交换树脂预处理强化污泥生物资源化的方法 - Google Patents

利用酸性离子交换树脂预处理强化污泥生物资源化的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113772906B
CN113772906B CN202111107369.9A CN202111107369A CN113772906B CN 113772906 B CN113772906 B CN 113772906B CN 202111107369 A CN202111107369 A CN 202111107369A CN 113772906 B CN113772906 B CN 113772906B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sludge
ion exchange
exchange resin
acidic ion
pretreatment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111107369.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113772906A (zh
Inventor
戴晓虎
丁燕燕
武博然
许颖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tongji University
Original Assignee
Tongji University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tongji University filed Critical Tongji University
Priority to CN202111107369.9A priority Critical patent/CN113772906B/zh
Publication of CN113772906A publication Critical patent/CN113772906A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113772906B publication Critical patent/CN113772906B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/02—Biological treatment
    • C02F11/04—Anaerobic treatment; Production of methane by such processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Removal Of Specific Substances (AREA)
  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)

Abstract

本发明涉及一种利用酸性离子交换树脂预处理强化污泥生物资源化的方法，包括：(1)等电点预处理：投加酸性离子交换树脂调节至污泥的等电点；(2)树脂再生：将预处理后的污泥与树脂用筛网分离，树脂用酸再生；(3)厌氧消化：将步骤(2)得到的预处理污泥进行厌氧发酵产酸或厌氧消化产甲烷；(4)资源回收：固液分离，收集滤液，调节pH，形成鸟粪石沉淀回收磷。与现有技术相比，本发明实现了污泥在生物处理过程中磷高效释放及高附加值回收的目标；酸性离子交换树脂酸化污泥进行等电点预处理，强化有机物水解，促进厌氧产酸或产甲烷和有机磷的释放；酸性离子交换树脂吸附金属，阻碍了金属与磷的沉淀作用，进一步强化了污泥中磷的释放。

Description

利用酸性离子交换树脂预处理强化污泥生物资源化的方法
技术领域
本发明涉及一种污泥资源化技术领域，尤其是涉及一种利用酸性离子交换树脂预处理强化污泥生物资源化的方法。
背景技术
因磷资源的必需性且不可再生性，磷矿的长期稳定供应受到全人类的广泛关注。我国是人口大国，集约化的耕作方式导致每年的磷矿开采量占世界开采总量的40％-50％。虽然我国磷矿储量全球排名第二，但总量却不及全球储量的5％。不均的资源分布和巨大的开采需求使我国磷资源短缺迫在眉睫，磷资源回收成为可持续发展的战略性需求。
我国污泥产量大，中华人民共和国住房和城乡***2021年最新数据表明，2019年我国污泥产量达6500万吨(80％含水率计)。根据污水处理处置要求，我国进水中磷含量一般为4-5mg/L，出水要求小于0.5mg/L。因此，污水中90％的磷转移至污泥中。研究表明，我国污泥中磷含量为污泥干重的2％-5％。因此污泥是磷回收的重要来源。
因重金属、致病菌等有毒物质的存在，污泥中的磷先释放后回收成为目前污泥磷回收的主要方式。基于污泥中磷的赋存形态，污泥中的胞内聚磷，胞外有机磷及Fe-P等在污泥厌氧转化过程中能有效释放，因此，在厌氧资源化的过程中实现磷释放再回收成为可持续的发展方向。
发明内容
实际研究表明，厌氧消化过程中磷释放效率很低，沼液中磷(<100mg/L)未达到鸟粪石回收的最低经济要求。为了提高厌氧资源化过程中磷的释放，预处理-厌氧消化组合技术应运而生，但是目前这些技术存在对磷释放的提高效率低、能耗高或在提高磷释放的同时降低甲烷产率等问题。
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种利用酸性离子交换树脂预处理强化污泥生物资源化的方法，旨在实现污泥在生物处理过程磷高效释放及高附加值回收，本发明通过向污泥中投加酸性离子交换树脂进行等电点预处理，强化污泥有机物水解的同时去除金属，在厌氧资源化过程中同步实现磷的高效释放和高附加值(酸，甲烷)回收。
发明人了解到，等电点预处理能有效强化污泥有机物水解从而促进厌氧产酸和产甲烷。结合厌氧释磷的限制步骤，一方面是EPS的吸附拦截，另一方面是金属的沉淀作用。对EPS的吸附拦截，有机物的水解即EPS的水解，有效促进了EPS中磷的释放；金属的沉淀作用可以通过金属的去除实现。酸性离子交换树脂可以在调节污泥等电点的同时吸附金属，达到促进EPS水解和去除金属的目的，同步实现在生物处理过程综合磷高效释放及高附加值回收。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本技术方案的目的是保护一种利用酸性离子交换树脂预处理强化污泥生物资源化的方法，包括以下步骤：
(1)等电点预处理：向污泥中投加酸性离子交换树脂直至调节至污泥的等电点；
(2)树脂再生：将通过步骤(1)预处理后的污泥与树脂用筛网分离，得到预处理污泥，将分离后树脂用酸再生，循环使用于步骤(1)；
(3)厌氧资源化：将步骤(2)得到的预处理污泥调节pH至中性，之后进行厌氧发酵产酸或厌氧消化产甲烷，得到厌氧发酵污泥；
(4)资源回收：将步骤(3)得到的厌氧发酵污泥进行固液分离，收集滤液，投加镁盐并调节pH，形成鸟粪石沉淀并收集，以此回收磷，剩余滤液回流至污水处理厂，实现碳的回收。
进一步地，步骤(1)中所述污泥为污水厂产生的剩余污泥，包括生物除磷的活性污泥、化学强化除磷的污泥中的一种或多种混合污泥，所述污泥的含固率为1-4wt％，所述污泥的等电点为pH＝2.5～4。
进一步地，步骤(1)中所述酸性离子交换树脂的投量为1～1.5g/g TS，反应时间为3～4h。
进一步地，步骤(2)使用的筛网为55目，使用的酸再生液为盐酸或硫酸溶液。
进一步地，步骤(3)中厌氧资源化的条件是：将等电点预处理后的污泥和接种泥按TS质量比为1:(0.5-1)混合，之后调节pH至6.8～7.3，温度为37℃，厌氧发酵时间为10-30天。
进一步地，所述的接种泥为实验室培养的厌氧消化污泥或经100℃水浴30min得到的富含产酸菌的污泥。
进一步地，步骤(3)中采用氢氧化钠溶液调节预处理污泥pH＝6.8-7.3，所述的氢氧化钠溶液的浓度为1-2M。
进一步地，步骤(4)中所述固液分离采用压滤或离心的方式。
进一步地，步骤(4)中所述镁盐为MgCl2·6H2O，加入镁盐后使滤液中Mg/P摩尔比为(1-1.4):1。
进一步地，步骤(4)中采用氢氧化钠溶液调节滤液pH＝8-10，所述氢氧化钠溶液的浓度为1-2M。
与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：
(1)本发明通过酸性离子交换树脂进行等电点预处理，一方面吸附金属，有效释放了污泥中金属沉淀的磷和EPS吸附的磷，另一方面强化有机物水解，促进厌氧过程中有机磷的进一步释放，最终，污泥中磷的释放效率提高3倍以上；
(2)本发明通过酸性离子交换树脂进行等电点预处理促进有机物水解，产酸和产甲烷效率提高3倍以上；
(3)本发明中所使用的酸性离子交换树脂可以再生回收，符合可持续发展的需求。
附图说明
图1为本技术方案中利用酸性离子交换树脂预处理强化污泥生物资源化的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本技术方案中利用酸性离子交换树脂预处理强化污泥生物资源化的方法，通过向污泥中投加酸性离子交换树脂进行等电点预处理，强化污泥有机物水解的同时去除金属，在厌氧资源化过程中同步实现磷的高效释放和高附加值(酸，甲烷)回收，具体如下：
(1)向剩余污泥中投加适量的酸性离子交换树脂调节污泥pH至等电点，充分搅拌；其中，剩余污泥为生物强化除磷的活性污泥或化学强化除磷的污泥中的一种或几种；污泥等电点为pH 2.5-4，优选为2.8～3.8，酸性阳离子交换树脂的投加量为1-1.5g/g TS，优选1.3-1.5g/g TS，搅拌时间为4h；
(2)通过筛分将(1)中的预处理污泥与树脂分离，树脂酸化再生，循环使用于步骤(1)；
(3)将步骤(2)得到预处理污泥进行厌氧发酵产酸或厌氧消化产甲烷；其中预处理污泥与接种泥的质量比为1：(0.5-1)，温度为37℃，时间为6-12天；
(4)通过离心或压滤的方式将(3)中得到的污泥进行固液分离，向沼液中加入镁盐MgCl2·6H2O使滤液中Mg/P摩尔比为(1.2-1.4):1，并采用浓度为1-2M的氢氧化钠溶液调节预氧化后的剩余污泥pH＝8-10，过滤得到鸟粪石结晶的沉淀进行磷回收，剩余滤液作为碳源回流至污水处理厂。
实施例1
本实施例所用的污泥为上海某污水处理厂的生物除磷的活性污泥，其总固体(TS)和挥发性固体(VS)分别为2.87％和1.67％，VS/TS＝58.36％，等电点为pH 2.8；接种污泥为实验室驯化的厌氧消化污泥经100℃水浴30min后得到的富集产酸菌的污泥，其中TS＝3.55％，VS/TS＝42.41％。
向污泥中投加1.3g/g TS的酸性离子交换树脂至等电点pH 2.8，搅拌4h。混合污泥用筛子将树脂分离，预处理污泥与接种泥按质量比2:1混合，用1M的氢氧化钠调节污泥pH至7.0。在37℃水浴、100r/min搅拌条件下开展批次实验，反应时间12天。
实验过程中每日测定挥发性脂肪酸(VFAs)和溶解性磷的含量。
对比例1
与实施例1的不同之处在于，不投加酸性离子交换树脂预处理，采用等量的污泥和接种泥在相同的条件下厌氧发酵。
实验过程中每日测定挥发性脂肪酸(VFAs)和溶解性磷的含量。
与对比例1相比，实例1在厌氧发酵10天后沼液中磷的含量提高了4倍，VFAs产量提高了4倍，其中90％以上的磷以鸟粪石结晶的形式回收，剩余富含VFAs的滤液回流至污水处理厂补充脱氮除磷所需的碳源，具体如下表：
Figure BDA0003272993360000051
究其原因，对厌氧产酸而言，有机物水解是污泥厌氧消化的限速步骤；等电点预处理，强化有机物水解，促进厌氧产酸。对磷释放而言，一方面，酸性离子交换树脂在等电点预处理强化有机物水解的同时促进了有机磷的水解释放；另一方面，酸性离子交换树脂能去除金属，阻碍了金属与磷的结合，进一步促进了金属矿物质磷的释放。
实施例2
实验所用的污泥为某污水处理厂活性污泥与化学污泥的混合污泥，其中TS＝3.39％，VS＝1.97％，VS/TS＝58.25％；接种泥为实验室驯化的厌氧消化污泥，其中TS＝3.20％，VS/TS＝45.34％。
向污泥中投加1.5g/g TS的酸性离子交换树脂调节污泥至等电点pH 3.8，搅拌4h后将树脂筛分分离。预处理污泥与接种泥按质量比1：1混合，用1M的氢氧化钠调节混合污泥pH至6.8。在37℃水浴、100r/min搅拌条件下开展批次厌氧消化实验，反应时间30天。
实验过程中每日测定甲烷产量和溶解性磷的含量。
对比例2
与实施例2的不同之处在于，不投加酸性离子交换树脂预处理，采用等量的污泥和接种泥在相同的条件下厌氧消化。
实验过程中每日测定产甲烷量和溶解性磷的含量。
Figure BDA0003272993360000061
其原因，对厌氧消化而言，有机物水解是污泥厌氧消化的限速步骤；等电点预处理，强化有机物水解，促进厌氧消化产甲烷。对磷释放而言，一方面，酸性离子交换树脂在等电点预处理强化有机物水解的同时促进了有机磷的水解释放；另一方面，酸性离子交换树脂能去除金属，阻碍了金属与磷的结合，进一步促进了金属矿物质磷的释放。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种利用酸性离子交换树脂预处理强化污泥生物资源化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）等电点预处理：向污泥中投加酸性离子交换树脂直至调节至污泥的等电点；
（2）树脂再生：将通过步骤（1）预处理后的污泥与树脂用筛网分离，得到预处理污泥，将分离后树脂用酸再生，循环使用于步骤（1）；
（3）厌氧资源化：将步骤（2）得到的预处理污泥调节pH至中性，之后进行厌氧发酵产酸或厌氧消化产甲烷，得到厌氧发酵污泥；
（4）资源回收：将步骤（3）得到的厌氧发酵污泥进行固液分离，收集滤液，投加镁盐并调节pH，形成鸟粪石沉淀并收集，以此回收磷，剩余滤液回流至污水处理厂，实现碳的回收；
步骤（1）中所述污泥为污水厂产生的剩余污泥，包括生物除磷的活性污泥、化学强化除磷的污泥中的一种或多种混合污泥，所述污泥的含固率为1-4 wt%，所述污泥的等电点为pH= 2.5~4；
步骤（4）中所述镁盐为MgCl2·6H2O，加入镁盐后使滤液中Mg/P摩尔比为(1-1.4): 1。
2.根据权利要求1所述的一种利用酸性离子交换树脂预处理强化污泥生物资源化的方法，其特征在于，步骤（1）中所述酸性离子交换树脂的投量为1~1.5g/g TS，反应时间为3~4h。
3.根据权利要求1所述的一种利用酸性离子交换树脂预处理强化污泥生物资源化的方法，其特征在于，步骤（2）使用的筛网为55目，使用的酸再生液为盐酸或硫酸溶液。
4.根据权利要求1所述的一种利用酸性离子交换树脂预处理强化污泥生物资源化的方法，其特征在于，步骤（3）中厌氧资源化的条件是：将等电点预处理后的污泥和接种泥按TS质量比为1: (0.5-1)混合，之后调节pH至6.8~7.3，温度为37℃，厌氧发酵时间为10-30天。
5.根据权利要求4所述的一种利用酸性离子交换树脂预处理强化污泥生物资源化的方法，其特征在于，所述的接种泥为实验室培养的厌氧消化污泥或经100 ℃水浴30 min得到的富含产酸菌的污泥。
6.根据权利要求1所述的一种利用酸性离子交换树脂预处理强化污泥生物资源化的方法，其特征在于，步骤（3）中采用氢氧化钠溶液调节预处理污泥pH=6.8-7.3，所述的氢氧化钠溶液的浓度为1-2 M。
7.根据权利要求1所述的一种利用酸性离子交换树脂预处理强化污泥生物资源化的方法，其特征在于，步骤（4）中所述固液分离采用压滤或离心的方式。
8.根据权利要求1所述的一种利用酸性离子交换树脂预处理强化污泥生物资源化的方法，其特征在于，步骤（4）中采用氢氧化钠溶液调节滤液pH=8-10，所述氢氧化钠溶液的浓度为1-2 M。
CN202111107369.9A 2021-09-22 2021-09-22 利用酸性离子交换树脂预处理强化污泥生物资源化的方法 Active CN113772906B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111107369.9A CN113772906B (zh) 2021-09-22 2021-09-22 利用酸性离子交换树脂预处理强化污泥生物资源化的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111107369.9A CN113772906B (zh) 2021-09-22 2021-09-22 利用酸性离子交换树脂预处理强化污泥生物资源化的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113772906A CN113772906A (zh) 2021-12-10
CN113772906B true CN113772906B (zh) 2022-09-09

Family

ID=78852725

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111107369.9A Active CN113772906B (zh) 2021-09-22 2021-09-22 利用酸性离子交换树脂预处理强化污泥生物资源化的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113772906B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3772191A (en) * 1970-04-25 1973-11-13 W Thorn Method of digesting and further processing fresh sewage sludge or sopropel
WO2017061117A1 (ja) * 2015-10-09 2017-04-13 高橋金属株式会社 吸着材分散液及び吸着方法
CN110240375A (zh) * 2019-05-20 2019-09-17 同济大学 一种适用于剩余污泥厌氧消化的处理方法
CN111517606A (zh) * 2020-05-15 2020-08-11 同济大学 一种基于等电点利用餐厨垃圾酸发酵强化污泥厌氧消化的方法
CN113087325A (zh) * 2021-03-27 2021-07-09 同济大学 一种用于污泥磷回收的靶向清洁提取方法
CN113087333A (zh) * 2021-03-27 2021-07-09 同济大学 一种同步强化污泥厌氧产酸和磷回收的资源化工艺

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3772191A (en) * 1970-04-25 1973-11-13 W Thorn Method of digesting and further processing fresh sewage sludge or sopropel
WO2017061117A1 (ja) * 2015-10-09 2017-04-13 高橋金属株式会社 吸着材分散液及び吸着方法
CN110240375A (zh) * 2019-05-20 2019-09-17 同济大学 一种适用于剩余污泥厌氧消化的处理方法
CN111517606A (zh) * 2020-05-15 2020-08-11 同济大学 一种基于等电点利用餐厨垃圾酸发酵强化污泥厌氧消化的方法
CN113087325A (zh) * 2021-03-27 2021-07-09 同济大学 一种用于污泥磷回收的靶向清洁提取方法
CN113087333A (zh) * 2021-03-27 2021-07-09 同济大学 一种同步强化污泥厌氧产酸和磷回收的资源化工艺

Also Published As

Publication number Publication date
CN113772906A (zh) 2021-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113087333B (zh) 一种同步强化污泥厌氧产酸和磷回收的资源化工艺
CN101891343B (zh) 一种城市污水生物净化并回收资源的方法
CN101402491A (zh) 生物质固定床处理含重金属酸性废水并回收重金属的方法
CN102557349B (zh) 一种基于碳源回收的低能耗污水处理工艺及装置
Nkemka et al. Exploring strategies for seaweed hydrolysis: Effect on methane potential and heavy metal mobilisation
CN103833185A (zh) 基于能量回收的垃圾渗滤液自养脱氮方法
US11459259B2 (en) Method for realizing sludge safe disposal and resource recovery through sludge liquefaction and stratification
CN1269747C (zh) 一种剩余污泥的处理方法
CN103193316B (zh) 一种生物处理含镉废水的方法
CN103172218B (zh) 从高浓度硫酸盐废水中回收和纯化单质硫的方法及装置
CN117023930A (zh) 一种高含固含铁污泥中磷的资源化回收方法
CN102503035B (zh) 一种处理含磷废水的生物蓄磷与回收磷的方法
CN112661266A (zh) 一种利用生物膜法富集磷及回收蓝铁矿的工艺
CN114212881B (zh) 强化短程反硝化厌氧氨氧化脱氮同步磷回收的工艺及装置
CN111484133A (zh) 一种强化微氧产甲烷颗粒污泥反应***及处理方法
CN106315983B (zh) 一种淀粉类酒精废水处理***和方法
CN104261561A (zh) 低污泥产率低能耗的序批式活性污泥法
CN112079532B (zh) 一种回收有机物和磷的城市污水处理工艺
CN113772906B (zh) 利用酸性离子交换树脂预处理强化污泥生物资源化的方法
CN210481144U (zh) 同步实现污泥原位减量与脱氮除磷的污水处理装置
CN111875171A (zh) 一种养鸭废水处理工艺及资源回收的方法
CN111573833A (zh) 一种高浓度氨氮有机废水产甲烷处理***厌氧氨氧化耦合甲烷氧化工艺控制方法
CN212425812U (zh) 基于硫循环实现物质和能量回收的污水处理***
CN208517066U (zh) 一种利用微生物进行污水处理的装置
CN112624519A (zh) 一种榨菜废水的处理方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant