[发明专利]碱解预处理—磷酸铵镁法回收磷氮—厌氧消化产甲烷的集成工艺处理剩余污泥的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种综合的污泥处理和资源化利用的方法，属于水处理领域。具体涉及一种碱解预处理—磷酸铵镁法回收磷氮—厌氧消化产甲烷的集成工艺处理剩余污泥的方法。

 

背景技术

随着我国城镇化进程的加快，城市污水排放量不断增加，污水处理厂产生的污泥特别是剩余污泥的量越来越大。预计至2015年，剩余污泥量将达到759.4万吨，这个数值在一段时间内还会持续增加。一般污泥处理处置费用占到污水处理厂总运行费用的50%以上，需要巨额的资金投入。同时，由于可持续发展的社会需求和政府的政策扶持，当今固体废物处理的重点已从污染控制转向资源化利用。越来越多的人认识到污泥也是一种资源，包括其中蕴藏的磷资源和生物质能。若能够实现污泥的资源化利用，则可以在一定程度上减轻污水处理厂的运行经营费用，也有利于环境保护。

磷是万物生长营养之源，但又是一种十分有限且不可再生的自然矿产资源。城市污水中含有大量磷，在污水处理过程中进入剩余污泥而被去除，因此，从剩余污泥中回收磷的潜力很大。目前多采用化学法进行磷回收，包括磷酸铵镁法和磷酸钙盐法。由于磷酸铵镁法在回收磷的同时可回收部分氨氮，且磷酸铵镁是很好的缓释肥料，所以应用更为广泛。由于污泥中的磷既存在于胞外聚合物中，又存在于胞内，因此必须首先通过预处理手段使磷释放到上清液中，再沉淀分离和回收利用。

随着化石能源（石油和煤炭）的日益枯竭及其大量使用导致的环境污染问题日益严峻，开发高效洁净的可再生性能源势在必行。生物质能作为一种可再生能源，是当前仅次于石油、煤炭、天然气的第四大能源，一直是争相开发研究的热点。剩余污泥中含有大量的有机物，比如糖类、蛋白质、脂肪等，蕴含着丰富的生物质能。通过厌氧消化生产甲烷，可以回收利用污泥中的生物质能。污泥的厌氧消化过程可分为三个阶段，即水解阶段、产酸阶段和产甲烷阶段。污泥的水解速率较慢，是污泥消化的限速步骤，主要原因是污泥的絮体结构和微生物细胞壁阻碍了水解反应的进行。为了提高污泥的水解速率，可以通过预处理手段破坏污泥的絮体结构和微生物细胞壁，使污泥中的有机物释放到水相，易于被厌氧菌代谢利用，加速产甲烷过程。

目前报道的污泥预处理方法有高压均质法、超声波法、珠磨法、微波法、加热法、冻融法、盐法、臭氧氧化法、氯气和二氧化氯氧化法、湿式氧化法、酸法和生物破解法即酶法等。方法众多，各有特点。但复杂的设备要求，操作和安全隐患的存在，及高能耗、药耗等问题，使得很多技术难以大规模的工程应用。相对于其它预处理方法而言，碱法具有营养物质溶出率高、操作简单、无需专用设施、成本低等优势。但碱法处理后的一个重大缺陷是pH高，不利于后续的处理，如磷酸铵镁法回收磷和厌氧消化产甲烷回收生物质能，无法实现综合的污泥处理处置和资源化利用。

 

发明内容

本发明提供碱解预处理—磷酸铵镁法回收磷氮—厌氧消化产甲烷的集成工艺处理剩余污泥的方法，解决碱解预处理污泥后pH值高不适于后续处理的问题，同时，集成磷酸铵镁法回收磷氮技术和厌氧消化产甲烷技术，作为碱解预处理污泥的后续处理，回收污泥中的磷氮和生物质能，实现综合的污泥处理的资源化利用。

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：

本发明提出的一种碱解预处理—磷酸铵镁法回收磷氮—厌氧消化产甲烷的集成工艺处理剩余污泥的方法，简明的方法流程见图1，其具体步骤为：

(1) 剩余污泥预处理：将剩余污泥经过重力浓缩或稀释至浓度为10-40 g/L，相当于含水率96%-99%，得到预处理剩余污泥；

(2) 碱解：通过二级碱解法使剩余污泥中各营养元素（主要是有机物、氨氮和正磷酸盐）最大限度地转移到出水中；

(3) 磷酸铵镁法回收磷氮：测定步骤(2)得到的出水中正磷酸盐的摩尔浓度，投加Mg/P摩尔比在0.8-2的镁盐水溶液，搅拌反应10-120min，使出水中含有的正磷酸盐和氨氮与镁离子形成磷酸铵镁沉淀，重力或离心分离沉淀物，上清液进入厌氧处理，沉淀物经自然干燥即为磷酸铵镁粗品；

(4) 厌氧消化产甲烷：将步骤(3)得到的上清液注入厌氧反应器中，反应器接种10%-60%体积的厌氧颗粒污泥，容积负荷为0.30-0.75 kg COD/ (m³·d)，72h完成产气反应，产甲烷能力达200-400 mL CH₄/g COD。