本發(fā)明涉及固體廢物資源化技術領域，尤其是一種基于消化污泥水熱處理的污泥資源回收方法。
背景技術：
隨著我國城鎮(zhèn)化和污水處理的發(fā)展，產(chǎn)生大量的剩余污泥亟待安全處理處置。截至2016年3月，我國已建成3910多座城鎮(zhèn)污水處理廠，污水處理能力達到1.67億立方米/日，每年產(chǎn)生3000萬噸-4000 萬噸市政污泥(含水率在80%)。然而由于我國污泥處理處置技術滯后，管理和法律法規(guī)體制不完善，一直存在“重水輕泥”的現(xiàn)狀，80%污泥進行不規(guī)范傾倒處置，而國家最新頒布的“水十條”明確提出要推進污泥處理處置。
據(jù)研究表明，污水廠進水中約有60%COD、40%N和90%P進入污泥中，污泥中含有大量的生物質能和N、P資源。通常污泥處理費用約占污水廠運行費用的50%左右，而污水廠唯一能夠產(chǎn)生能源的就是利用污泥中有機質產(chǎn)能，污泥厭氧消化是目前最經(jīng)濟有效且應用最廣泛的廢物處理和能源資源回收的技術。然而，國內污泥厭氧消化工程應用一直受限，全國建成厭氧消化工程約60座，但是能夠長期正常運行的不到15座，主要的原因是產(chǎn)氣性能差、運行費用高等，而污泥厭氧消化在歐洲和美國等發(fā)達國家占到60%以上，并且向自給自足型污水廠的方向發(fā)展。
隨著對生污泥(未消化污泥)進行水熱(又稱熱水解)預處理技術的突破，使污泥厭氧消化效率得到了顯著提高。以Cambi和Veolia公司為主的商業(yè)規(guī)模熱水解厭氧消化工程在國外已經(jīng)有75座在建或運行，而且該技術也逐漸成為解決我國低有機質污泥處理處置的重要技術手段，并在長沙、鎮(zhèn)江、襄陽、北京等地開展了工程示范，有效的提升了污泥有機質厭氧轉化效率。但是，現(xiàn)有的熱水解預處理+高含固污泥厭氧消化工藝也存在以下幾個問題：(1)熱水解系統(tǒng)部分能量和體積浪費在水解易降解有機質，(2)污泥進行熱水解可以不用添加化學藥劑直接進行脫水，但是熱水解污泥消化后沼渣脫水性能會相對變差，(3)厭氧消化污泥穩(wěn)定程度和品質隨著發(fā)展還有一定的提升空間，(4)污泥中大量的氮磷資源沒有得到有效的回收。
針對我國城市污泥傳統(tǒng)厭氧消化效率低的問題，目前開展的關于熱水解預處理＋高含固厭氧消化技術研究較多，專利文獻201110319442.9公開了一種高含固生物污泥連續(xù)熱水解裝置與方法，通過管式進料器、高溫高壓閃蒸反應釜和閃蒸蒸汽儲汽罐組合進行污泥漿化-水熱-高效厭氧消化，同時實現(xiàn)了閃蒸熱能的高效回收利用。但是該方法浪費了部分熱水解體積和能量在易降解有機質上，特別是處理初沉污泥含量較高的混合污泥，且沼渣脫水性能變差。另外，專利文獻201610355208.4公開了一種中間強化的污泥消化工藝，污泥先進行普通厭氧消化去除易降解有機質，然后利用酸、堿、超聲、熱處理等手段，使不易降解有機質轉化為易降解有機質，再進行消化，實現(xiàn)提高污泥降解和產(chǎn)氣的目的，但是存在厭氧消化停留時間長，反應器體積大的缺點。專利文獻201510271760.0公開了一種厭氧消化污泥調質系統(tǒng)及方法，生污泥首先和回流的水熱污泥和壓濾液混合，然后進行厭氧消化，產(chǎn)生的沼氣用于發(fā)電，消化污泥通過添加高分子絮凝劑進行濃縮-離心脫水，固體進入熱水解反應罐進行水熱處理，熱水解污泥和離心脫水壓濾液回流至進泥端。該方法主要采用后置熱水解處理的工藝，大大提高了能源的利用效率，但是沒有考慮沼渣脫水以及氮磷資源回收，沒有充分利用熱水解的水熱作用，且含高氨氮熱水解污泥回流可能會對消化系統(tǒng)造成抑制。
目前國內外關于熱水解技術的研究主要集中污泥預處理，常規(guī)熱水解預處理作用主要是解決了污泥有機質水解慢這一限速性步驟，改善污泥流動性和后續(xù)脫水性能，但目前的工程應用表明，水熱預處理后污泥脫水性能是大大改善的，但經(jīng)厭氧消化后其沼渣的脫水性能又下降，導致脫水加藥量和含水率仍不理想。熱水解技術最早用于提高污泥脫水性能，但目前僅有的幾篇關于后置熱水解的報道也沒有完全利用熱水解對污泥脫水提升以及氮磷釋放的優(yōu)勢。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述現(xiàn)有技術現(xiàn)狀，而提供了一種基于消化污泥水熱處理的污泥資源回收方法，通過將高含固厭氧消化技術和后置熱水解技術的結合，能夠有效提高污泥降解率和甲烷產(chǎn)率，顯著改善污泥脫水性能，減少加藥量，同時高效回收氮磷資源，實現(xiàn)污泥資源的高效回收。
本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為：
一種基于消化污泥水熱處理的污泥資源回收方法，包括以下步驟：
步驟一、將城市污水處理廠的污泥經(jīng)脫水處理后得到含固率為15%-20%的脫水污泥；
步驟二、脫水污泥與脫除氮磷后的壓濾液在漿化調質反應器內進行混合，并進行預熱、漿化、調質；
步驟三、經(jīng)漿化調質后的污泥泵入?yún)捬跸到y(tǒng)，產(chǎn)生的沼氣被熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)回收利用；
步驟四、經(jīng)過厭氧消化后污泥進入熱水解反應器進行水熱處理，高溫殺滅厭氧微生物，釋放大量可降解有機質，熱水解釋壓降溫后的混合液，直接采用板框壓濾脫水形成高干沼渣；
步驟五、壓濾液，調節(jié)pH值至9-11后，添加鎂鹽，生成鳥糞石，實現(xiàn)磷資源的回收；
步驟六、再將調節(jié)pH值至11-13后，進行氨吹脫，實現(xiàn)氮資源的回收；
步驟七、脫除氮磷后的壓濾液回流至漿化調質反應器再與脫水污泥進行混合，進行循環(huán)處理。
為優(yōu)化上述技術方案，采取的措施還包括：
上述的步驟二中，脫水污泥與脫除氮磷后的壓濾液混合后，污泥的含固率為12%-15%。
上述的步驟二中，漿化調質反應器內停留時間為4h-8h。
上述的步驟二中，漿化調質反應器的預熱熱源來自消化污泥水熱處理后所產(chǎn)生的釋壓蒸汽。
上述的步驟二中，污泥預熱后溫度為60℃-80℃。
上述的水熱處理的水熱溫度為120℃-175℃，水熱時間為0.3h-1h。
上述的鎂鹽為MgCl2。
上述的步驟三，厭氧消化系統(tǒng)為單相厭氧消化系統(tǒng)，或者酸化+消化的兩相厭氧消化系統(tǒng)。
上述的單相厭氧消化系統(tǒng)中，中溫單相溫度為35±1℃，停留時間15d-20d。
上述的酸化+消化的兩相厭氧消化系統(tǒng)中，酸化相溫度為50℃-70℃，停留時間為1d-4d，中溫產(chǎn)甲烷相溫度為35±1℃，停留時間為12d-15d。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的一種基于消化污泥水熱處理的污泥資源回收方法，通過將高含固厭氧消化技術和后置熱水解技術的結合，具有以下優(yōu)點：
(1)后置熱水解技術同時實現(xiàn)沼渣中有機質和氮磷的釋放，有利于顯著提高系統(tǒng)降解率和甲烷產(chǎn)率，同時實現(xiàn)氮磷的高效回收；
(2)后置熱水解技術大大地改善了沼渣脫水性能，減少加藥量，節(jié)省藥耗；
(3)后置熱水解釋壓蒸汽用于進料污泥漿化，有效提高污泥流動性，同時富含易降解有機質和腐殖類有機物的堿性壓濾液對生污泥進行漿化調質，易降解有機質提高甲烷產(chǎn)量和系統(tǒng)降解率，腐殖類有機物絡合固定重金屬，進一步提高有機質的生物降解。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
如圖1所示，
本發(fā)明一種基于消化污泥水熱處理的污泥資源回收方法，其包括以下步驟：城市污水處理廠污泥經(jīng)過脫水處理后含固率為15-20%，脫水污泥與脫除氮磷后的壓濾液在漿化調質反應器內進行混合，并利用消化污泥水熱處理后所產(chǎn)生的釋壓蒸汽進行預熱、漿化、調質，降低污泥粘度，提高污泥流動性，污泥預熱后溫度為60℃-80℃，污泥在漿化調質反應器內停留時間為4h-8h，漿化、調質后，污泥含固率約為10%-15%，該操作一方面提高污泥溫度，一方面對污泥泥質進行調質改性，利用高溫堿性壓濾液中所含大量腐殖質絡合固定生污泥中重金屬，提高有機質可生物利用性和降解率，以提高后續(xù)厭氧消化的產(chǎn)氣效果。經(jīng)漿化調質后的污泥泵入?yún)捬跸到y(tǒng)，這里的厭氧消化系統(tǒng)可采用單相厭氧消化系統(tǒng)，或者采用酸化+消化的兩相厭氧消化系統(tǒng)，厭氧消化系統(tǒng)所產(chǎn)生的沼氣采用熱電聯(lián)產(chǎn)CHP的方式回收利用。當采用單相厭氧消化系統(tǒng)時，中溫單相溫度為35±1℃，停留時間15d-20d；采用酸化+消化的兩相厭氧消化系統(tǒng)時，酸化相溫度為50℃-70℃，停留時間為1d-4d，中溫產(chǎn)甲烷相溫度為35±1℃，停留時間為12d-15d。
經(jīng)過厭氧消化后污泥進入熱水解反應器進行水熱處理，水熱處理的水熱溫度為120℃-175℃，水熱時間為0.3h-1h，高溫殺滅厭氧微生物，釋放大量可降解有機質，從而顯著提高了污泥有機質的降解率；熱水解釋壓降溫后的混合液不需要添加化學藥劑，直接采用板框壓濾脫水形成高干沼渣(含固率大于40%)；壓濾液，采用NaOH調節(jié)pH值至9-11后，添加鎂鹽(MgCl2)，生成鳥糞石，實現(xiàn)磷資源的回收；再將調節(jié)pH值至11-13后，進行氨吹脫，實現(xiàn)氮資源的回收；脫除氮磷后的壓濾液回流至漿化調質反應器再與脫水污泥進行混合，進行循環(huán)處理。
本回收方法在漿化調質反應器中，將富含易降解有機物與腐殖類有機物的高溫堿性壓濾液與污水廠生污泥混合調質，一方面提高生污泥溫度和有機質含量，另一方面利用消化污泥水熱處理壓濾液中所含有的大量腐殖類有機物對生污泥中的重金屬進行絡合固定，以提高后續(xù)厭氧消化的效率。
上述過程中，為了回收熱水解液中的氮磷資源，同時減輕對回流中高氨氮對消化過程的影響，所述水熱壓濾液中含有大量的氨氮和磷酸鹽，通過加堿調節(jié)pH為堿性，添加鎂鹽，進行MAP回收；然后繼續(xù)調節(jié)pH至12左右(11-13)，采用氨氮吹脫的方法去除剩余的氨氮；氮磷回收富含易降解有機質和腐殖類有機物的堿性熱水解壓濾液回流至漿化調質池，稀釋并對生污泥進行漿化調質，提高系統(tǒng)總甲烷產(chǎn)量。
實施例1
城市污水處理廠脫水污泥含固率TS為20%，VS/TS約為55%，脫水污泥和消化污泥經(jīng)過板框壓濾的脫水液混合調質，則理論上熱水解回流壓濾液回流可將進料含固率稀釋至15%左右，熱水解釋壓蒸汽可將進料污泥加熱至60℃左右，經(jīng)過8h左右漿化處理，污泥粘度可降低至原泥的1/10以下，漿化污泥泵入中溫消化系統(tǒng)進行高效產(chǎn)甲烷，消化溫度35±1℃，停留時間15-20d。消化污泥含固率約為12%，可直接進行熱水解處理，水熱溫度為120℃，時間為60min，由于污泥經(jīng)過厭氧消化，易降解物質已經(jīng)被降解，減少了熱水解系統(tǒng)體積和能耗消耗，熱水解后釋壓蒸汽通過管道通入漿化調質反應器，部分降溫后的熱水解混合液不需要添加藥劑，可直接采用板框壓濾脫水，泥餅含固率可達40%左右，壓濾液中磷酸鹽含量約為600mg/L，氨氮約為2000mg/L，采用NaOH調節(jié)pH至10左右(9-11)，根據(jù)氮磷含量添加一定量的Mg鹽(MgCl2)，可生成大量的鳥糞石進行回收，然后繼續(xù)調節(jié)pH至12左右(11-13)，采用沼氣進行氨吹脫，脫除氮磷后的堿性壓濾液pH約為10左右(9-11)，壓濾液同時含有大量的易降解有機質和腐殖酸，SCOD濃度可達5000-20000mg/L，腐殖類有機物使消化污泥中重金屬形態(tài)主要以絡合態(tài)存在，壓濾液回流后系統(tǒng)降解率可達到50%以上，甲烷產(chǎn)率可提升至350mL CH4/gVSSadd，比熱水解預處理系統(tǒng)提高約15%左右，同時實現(xiàn)生物質能高效轉化和氮磷資源高效回收。
實施例2
城市污水處理廠脫水污泥含固率TS為15%，VS/TS約為60%，生污泥經(jīng)壓濾液稀釋和熱水解釋壓蒸汽加熱漿化，進料含固率約為12%，漿化污泥進入55℃高溫酸化段，由于進泥中包含大量回流溶解性有機質，可縮短停留時間至2d，短時高效產(chǎn)酸，然后進入35℃中溫產(chǎn)甲烷反應器，停留時間為14d可基本完成產(chǎn)甲烷過程，和傳統(tǒng)厭氧消化相比，可大大縮短停留時間，減小反應器體積。消化污泥進行熱水解后處理，含固率約為10%，水熱溫度175℃，水熱時間30min，熱水解釋壓蒸汽可將進料污泥加熱至80℃左右，經(jīng)過4h漿化處理，污泥粘度可降低至原泥的1/10以下。熱水解污泥部分降溫后直接采用板框壓濾脫水，不需要添加藥劑，泥餅含固率可達40%左右，壓濾壓濾液中含有磷酸鹽約800mg/L，氨氮約為2500mg/L，采用NaOH調節(jié)pH至10左右(9-11)，根據(jù)氮磷含量添加一定量的Mg鹽(MgCl2)，可生成大量的鳥糞石進行回收，然后調節(jié)pH至12左右(11-13)，采用沼氣進行氨吹脫，并利用堿液進行氮回收。脫除氮磷后的堿性壓濾液pH約為10左右(9-11)，壓濾液同時含有大量的易降解有機質和腐殖酸，SCOD濃度可達5000-30000mg/L，腐殖類有機物使消化污泥中重金屬形態(tài)主要以絡合態(tài)存在，提高生污泥中有機質可生物利用性，系統(tǒng)總降解率可達55%以上，甲烷產(chǎn)率可提升至400mL CH4/gVSSadd，比熱水解預處理系統(tǒng)提高約20%左右，同時實現(xiàn)生物質能高效轉化和氮磷資源高效回收。
本發(fā)明的最佳實施例已闡明，由本領域普通技術人員做出的各種變化或改型都不會脫離本發(fā)明的范圍。