本發(fā)明涉及一種內(nèi)源fna預(yù)處理污泥減量化及資源化工藝。

背景技術(shù)：

目前污水污泥安全處置與資源化技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于污水處理技術(shù)的發(fā)展，已成為我國需要迫切解決的重大環(huán)境問題。污泥處理成本約占污水處理總成本的一半，污泥處置和管理是全球水行業(yè)面臨的重大挑戰(zhàn)之一。據(jù)調(diào)查，自2007年以來，全國污泥產(chǎn)量年增長率約為13%，截至2013年污泥干固體量已達(dá)到625萬噸/年。目前全國處理能力20萬t/d(含)以上城市污水處理廠的污泥約80％沒有經(jīng)過妥善處理處置，這些污泥的出路也沒有一定的保障，造成了污泥無控排放的現(xiàn)狀。污泥的安全處理處置，已成為突出的環(huán)境問題。

厭氧消化由于能夠穩(wěn)定污泥中的有機質(zhì)、殺滅致病菌、產(chǎn)生沼氣等顯著優(yōu)勢而成為污泥處理的主流工藝，在國外的應(yīng)用十分廣泛。然而，目前國內(nèi)的污泥處理處置仍然以濃縮—調(diào)質(zhì)—脫水為主要技術(shù)路線，而污泥穩(wěn)定化和干化技術(shù)應(yīng)用比例低。究其原因主要有：工藝技術(shù)滯后，設(shè)備落后，能耗物耗較高，操作管理水平低，運行費用高等諸多實際問題，尤其是能耗問題突出，許多污水處理廠花巨資建立起污泥處理設(shè)施，卻負(fù)擔(dān)不起運行費用。

一般認(rèn)為，污泥水解是厭氧消化的限速步驟，往往需要通過預(yù)處理來增加污泥水解效率，提高甲烷產(chǎn)量，降低厭氧消化的綜合能耗。市政污泥的厭氧消化過程由多步微生物降解過程構(gòu)成，包括污泥顆粒溶解、水解、酸化、產(chǎn)甲烷階段。污泥水解緩慢的主要原因是污泥中的有機物大部分為微生物細(xì)胞物質(zhì)，這些物質(zhì)為細(xì)胞壁所包裹，細(xì)胞壁中聚多糖束和縮氨酸交聯(lián)在一起，這種交聯(lián)結(jié)構(gòu)使污泥微生物的細(xì)胞壁在厭氧消化過程中破碎和溶解緩慢。

對此，有必要對污泥厭氧消化采用強化預(yù)處理技術(shù)，破壞污泥中微生物的細(xì)胞壁,將原來為微生物細(xì)胞壁所包裹的有機物釋放到胞外的水環(huán)境中，使原來的不溶性顆粒有機物轉(zhuǎn)化為溶解性有機物，縮短或減少污泥厭氧消化過程中的污泥微生物細(xì)胞壁水解這一過程。目前受到廣泛關(guān)注的方法有：熱解，酶分解，機械法如高壓水流噴射法、超聲波、微波法等，化學(xué)法如酸/堿溶、臭氧氧化等。

熱預(yù)處理雖然可以有效地水解污泥，但是消耗大量的能量，有時會產(chǎn)生有毒的難熔化合物，并且導(dǎo)致酶的鈍化。污水污泥的高溫預(yù)處理雖然可以殺滅病原菌，但是費用高。超聲波技術(shù)具有無污染、能量密度高、分解速度快等特點，但在促進細(xì)胞破碎后固體碎屑的水解方面不如加堿和加熱等方法，同時，超聲波的作用效果受到液體的許多參數(shù)（粘度、溫度、表面張力等）和超聲波發(fā)生設(shè)備的影響，短時間內(nèi)較難投入大規(guī)模的工程化應(yīng)用。與其它預(yù)處理方法比較，堿解法相對簡單、高效。另一方面，加堿預(yù)處理過程中會產(chǎn)生某些抑制厭氧消化反應(yīng)及難溶性的物質(zhì)，而na⁺和oh^-兩種離子自身也是厭氧消化的抑制劑，因此最合理的堿投加量及堿處理法的負(fù)面效應(yīng)尚需深入研究。

近年來，有研究表明fna對城市污水管道中的厭氧微生物膜具有殺生作用，而且殺生能力與fna濃度具有較強的相關(guān)性。wang等研究表明，fna還可以用于污水生物處理工藝中減少剩余污泥的產(chǎn)生，采用兩套處理生活污水的sbr反應(yīng)器作對比，其中一個反應(yīng)器50%的剩余污泥經(jīng)fna處理后回流至原反應(yīng)器，在同樣的運行工況下經(jīng)fna處理的sbr反應(yīng)器污泥產(chǎn)量與對照組相比降低了28%；wang等進一步研究表明，fna預(yù)處理還可以提高剩余活性污泥后續(xù)厭氧消化處理過程中的甲烷產(chǎn)率。另外，law等提出了一種利用厭氧消化液生產(chǎn)fna的方法，表明fna可以由綠色、可再生的方法而獲得，這進一步降低了fna的生產(chǎn)成本，使fna成為一種很有前景的微生物細(xì)胞破解劑。

熱解法、超聲波法、微波法等現(xiàn)有方法都存在能耗高的缺點，而且需要外加設(shè)備，限制了他們在實際工程中應(yīng)用。為便于實際操作，降低運行成本，應(yīng)在化學(xué)法中尋找有效的化學(xué)藥劑，提高污泥厭氧消化水解速率，提高甲烷氣體的產(chǎn)氣率。另外，在上述以厭氧消化液生產(chǎn)fna的方法中，aob氧化氨氮的亞硝化過程需要通過外源加堿控制重碳酸鹽與氨氮摩爾比；另外，no2^-質(zhì)子化生成fna的反應(yīng)也需要外源加酸，這兩方面都會增加生化合成fna的成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種內(nèi)源fna預(yù)處理污泥減量化及資源化工藝。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種內(nèi)源fna預(yù)處理污泥減量化及資源化工藝，包括以下流程：

1）往預(yù)處理單元中投加污泥，以fna對污泥進行預(yù)處理；

2）經(jīng)預(yù)處理的污泥進入產(chǎn)酸相反應(yīng)器，進行水解酸化；

3）水解酸化后的污泥進入產(chǎn)甲烷相反應(yīng)器，產(chǎn)甲烷消化后排出；

所述的fna是通過產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相的消化液合成的。

步驟2）中，產(chǎn)酸相的消化液回流至預(yù)處理單元。

步驟2）中，所述的產(chǎn)酸相ph≤5.5。

步驟2）中，所述的產(chǎn)酸相通過加入有機固廢物調(diào)節(jié)ph值。

步驟3）中，產(chǎn)甲烷相的消化液經(jīng)亞硝化單元處理后，回流至預(yù)處理單元。

所述的亞硝化單元為sbr反應(yīng)器。

步驟3）中，所述的產(chǎn)甲烷相反應(yīng)器溫度為33~38℃。

所述的回流比為5~10%。

產(chǎn)酸相與產(chǎn)甲烷相的有效容積比為1：（5~7）。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明經(jīng)fna預(yù)處理后的污泥首先進入產(chǎn)酸相被產(chǎn)酸發(fā)酵細(xì)菌利用產(chǎn)酸，水解酸化速率得到改善；然后，水解酸化污泥再進入產(chǎn)甲烷相被產(chǎn)甲烷菌利用提升甲烷產(chǎn)率，最終消化污泥由產(chǎn)甲烷相排出，實現(xiàn)污泥減量化及資源化。

具體如下：

1、將綠色合成fna的技術(shù)方法與兩相厭氧消化工藝相耦合，極大地改善了污泥水解速率及厭氧消化產(chǎn)甲烷性能；

2、采用污泥兩相厭氧消化工藝產(chǎn)酸相、產(chǎn)甲烷相消化液內(nèi)源生化合成fna，該方法由產(chǎn)酸相消化液提供質(zhì)子（h⁺），產(chǎn)甲烷相消化液氨氮亞硝化提供no2^-，綠色合成fna，fna制取全過程無需外源加堿、加酸，進一步降低了fna的生產(chǎn)成本；

3、本發(fā)明適用于市政污泥/工業(yè)有機污泥減量化及資源化利用領(lǐng)域，主要是減排污泥并實現(xiàn)污泥資源化。

附圖說明

圖1是內(nèi)源生化合成fna/污泥兩相厭氧消化耦合工藝流程示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明提出了一種無需外源介質(zhì)加入、完全內(nèi)源生化合成fna的污泥兩相厭氧消化工藝形式，由產(chǎn)酸相消化液提供質(zhì)子（h⁺），產(chǎn)甲烷相消化液氨氮亞硝化提供（no2^-），生化合成fna；并以fna對污泥進行預(yù)處理融胞，以實現(xiàn)改善污泥厭氧兩相消化過程中污泥減量化及資源化性能。

一種內(nèi)源fna預(yù)處理污泥減量化及資源化工藝，包括以下流程：

1）往預(yù)處理單元中投加污泥，以fna對污泥進行預(yù)處理；

2）經(jīng)預(yù)處理的污泥進入產(chǎn)酸相反應(yīng)器，進行水解酸化；

3）水解酸化后的污泥進入產(chǎn)甲烷相反應(yīng)器，產(chǎn)甲烷消化后排出；

所述的fna是通過產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相的消化液合成的。

步驟2）中，產(chǎn)酸相的消化液回流至預(yù)處理單元。

優(yōu)選的，步驟2）中，所述的產(chǎn)酸相反應(yīng)器溫度為35~70℃。

優(yōu)選的，步驟2）中，所述的產(chǎn)酸相ph≤5.5。

優(yōu)選的，步驟2）中，所述的產(chǎn)酸相通過加入有機固廢物調(diào)節(jié)ph值。

優(yōu)選的，所述的有機固廢與污泥的干固體質(zhì)量比為1:1。

優(yōu)選的，所述的有機固廢物為廚余垃圾。

步驟3）中，產(chǎn)甲烷相的消化液經(jīng)亞硝化單元處理后，回流至預(yù)處理單元。

所述的亞硝化單元為sbr反應(yīng)器。

優(yōu)選的，步驟3）中，所述的產(chǎn)甲烷相反應(yīng)器溫度為33~38℃；進一步優(yōu)選的，步驟3）中，所述的產(chǎn)甲烷相反應(yīng)器溫度為34.5~35.5℃。

優(yōu)選的，所述的回流比為5~10%。

優(yōu)選的，產(chǎn)酸相與產(chǎn)甲烷相的有效容積比為1：（5~7）；進一步優(yōu)選的，產(chǎn)酸相與產(chǎn)甲烷相的有效容積比為1：6。

進一步說明對本發(fā)明的主流程描述如下：經(jīng)fna預(yù)處理后的污泥首先進入產(chǎn)酸相被產(chǎn)酸發(fā)酵細(xì)菌利用產(chǎn)酸，水解酸化速率得到改善；然后，水解酸化污泥再進入產(chǎn)甲烷相被產(chǎn)甲烷菌利用提升甲烷產(chǎn)率，最終消化污泥由產(chǎn)甲烷相排出，實現(xiàn)污泥減量化及資源化。

內(nèi)源生化合成fna的耦合過程描述如下：

1、在預(yù)處理單元投加市政污泥或有機污泥，以合成的fna對污泥進行預(yù)處理；

2、經(jīng)預(yù)處理污泥在產(chǎn)酸相內(nèi)進行水解酸化，如有必要可以適當(dāng)加入一定比例的有機固廢（如廚余垃圾等）降低產(chǎn)酸相ph值，控制產(chǎn)酸相ph≤5.5，用以為后續(xù)回流消化液提供質(zhì)子（h⁺）；

3、產(chǎn)甲烷相消化液含有高濃度氨氮、高堿度，將產(chǎn)甲烷相消化液回流至富集氨氮氧化菌（aob）的氨氮亞硝化sbr反應(yīng)器內(nèi)，使消化液中氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸氮（no2^-），控制合適的參數(shù)提高氨氮轉(zhuǎn)化率（一般轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到90%）；

4、由產(chǎn)酸相消化液提供質(zhì)子（h⁺），sbr反應(yīng)器亞硝化出水提供亞硝酸氮（no2^-），將二者按照一定比例回流至預(yù)處理單元生化合成fna，合成fna濃度由混合液中由質(zhì)子（h⁺）濃度、亞硝酸氮（no2^-）濃度決定，一般情況下消化液的回流比控制在5%-10%以內(nèi)。

以下通過具體的實施例對本發(fā)明的內(nèi)容作進一步詳細(xì)的說明。

實施例：

采用該上述的耦合工藝，以城市污水廠含水率為98%的剩余活性污泥為處理對象，在產(chǎn)酸相前投加含水率量為90%的廚余垃圾（按廚余垃圾與剩余活性污泥體積比為1:5投加），產(chǎn)酸相反應(yīng)器控制溫度在55±0.5℃，產(chǎn)甲烷相控制溫度在35±0.5℃，產(chǎn)酸相與產(chǎn)甲烷相的有效容積比為1:6，當(dāng)水力停留時間hrt=15d時，此時，產(chǎn)酸相ph=5.5，亞消化單元亞硝酸氮出水濃度為710mg/l，fna預(yù)處理單元合成fna濃度約為1.78mghno2-n/l，經(jīng)過3個hrt的穩(wěn)定運行，與未采用fna預(yù)處理的兩相厭氧消化工藝相比，該耦合工藝最終vs去除率為37%，vs去除率增加18%；甲烷產(chǎn)率為164mlch4/gvs/d，甲烷產(chǎn)率提高17%。