本发明专利技术公开了一种采用游离亚硝酸盐强化微生物电解污泥产氢并回收鸟粪石的方法。本发明专利技术为解决现有污泥存在的C、N、P回收利用不彻底的瓶颈，旨在通过游离亚硝酸盐（FNA）预处理与电化学系统耦合实现其最大限度的同步回收。方法如下：一、FNA预处理剩余污泥；二、污泥厌氧初步发酵；三、微生物电解池（MEC）启动及功能微生物驯化；四、发酵4d污泥的MEC梯级利用；五、鸟粪石同步回收氮磷。FNA预处理剩余污泥作为一种新型的污泥预处理方法，比传统的预处理方法有着成本低，无二次污染等优点，且破胞率能达到80%以上。而利用厌氧与MEC对FNA预处理污泥进行梯级利用产氢，采用鸟粪石沉淀法对污泥消化液中氮磷进行回收，实现了污泥中C、N和P的同步回收。
【技术实现步骤摘要】
本方法涉及一种采用游离亚硝酸盐强化微生物电解污泥产氢并回收鸟粪石的方法。
技术介绍
剩余污泥作为城市污水处理过程中伴生产物，随着污水厂建设力度和规模的逐步扩大，其产量也迅速增加。剩余污泥中含有大量有毒有害物质，但同时其含有的有机物和氮磷等可进一步进行回收利用，实现污泥的减量化、无害化和资源化。游离亚硝酸盐作为一种新型的污泥预处理方法，可以灭活80%的微生物，有效实现污泥解体，实现污泥减量化，且不引入新的污染物，不造成二次污染，体系中引入的氮后续采用鸟粪石法进行回收利用。传统的厌氧发酵周期较长，且对污泥中有机物质利用不充分，微生物电解池（MEC）与传统的发酵技术相比，在底物范围和能量转化率方面都显示出了明显的优势，在高浓度复杂有机底物条件下，MEC由于发酵产酸细菌的大量富集，同时，在产电微生物的最佳生态条件下，产氢菌也能够被大量富集，使得高浓度的有机底物被转化为氢气等能源气体，同时缩短了厌氧发酵的周期，实现了碳源的充分利用以及能源的最大化回收。如何采用工艺优化和参数调节实现污泥中碳氮磷多种元素的同步回收，是广受关注并亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决现有剩余污泥厌氧发酵过程中存在的污泥絮体破壁困难、污泥有机质利用率低、高附加值营养物质回收率低的技术问题，提供了一种采用游离亚硝酸盐强化微生物电解污泥产氢并回收鸟粪石的方法。具体是按照以下步骤进行的：一、污泥预处理：在温度为4℃的条件下将剩余污泥进行自然沉降，沉降时间为24h~30h，然后排掉上清液，得到污泥样本，将污泥样本放入反应器；配制NaNO2贮备液，其浓度为30gN/L；NaNO2贮备液加入反应器后，调节pH为5.5±0.1，使反应器中FNA浓度达到2.13mgN/L，反应器转速为102rpm/min~108rpm/min，处理24h；二、污泥厌氧初步发酵：将步骤一中反应器驱氧充氮10min后，密封反应器，放入空气浴摇床中以100rpm/min~120rpm/min转速，进行厌氧消化，消化温度为35℃~38℃、消化时间为1d~10d，完成污泥厌氧初步发酵；三、MEC启动及功能微生物驯化：室温启动单室MEC反应器，外加0.6~0.9V微电压，将未经预处理的剩余污泥与以乙酸钠为主要碳源的培养基以1：10的体积比加入反应器进行启动，24h为一个周期，检测串联10Ω电阻的电路中电流达到2.0mA以上，完成反应器启动和电极微生物驯化；四、MEC梯级利用产氢：将初步发酵1d-10d后的污泥与培养基以1:1体积比通入MEC反应器进行实验，外加0.6~0.9V微电压，发酵3~5d，完成MEC梯级利用发酵污泥产氢过程；五、鸟粪石沉淀法回收氮磷：将MEC处理后污泥进行鸟粪石同步回收氮磷实验，控制Mg：P为1.5~2.0：1，N：P为1~1.2：1，pH为9~10，转速100rpm/min条件下反应2~10min，静止沉淀1~2h。本专利技术的原理：本专利技术提出了一种利用游离亚硝酸盐（FNA）强化剩余污泥发酵产酸，并进行MEC梯级利用产氢，后续进行鸟粪石同步回收氮磷的方法。目的在于剩余污泥中有机物以及氮磷的最大化同步回收利用。FNA对于污泥中微生物的灭活可达80%以上，有效的实现了细菌的破壁以及细胞内容物的释放，强化了后续厌氧发酵产酸，为MEC的梯级利用提供了小分子有机物，强化了产氢效能以及氮磷的最大化释放，为后续的鸟粪石同步回收氮磷提供了有利条件，实现了碳源以及氮磷最大化同步回收和利用。本专利技术的有益成果：在FNA预处理24h后，溶解性有机物浓度（SCOD）从405mg/L增加到1696mg/L，是未预处理SCOD的4.2倍，同时溶解性糖类和蛋白也有所增加，说明FNA预处理有利于细菌胞内有机物质的溶出，可能归因于FNA预处理使得细菌细胞结构破坏（污泥解体），导致一些胞内物质由生物固相释放至水溶液中。在后续的污泥厌氧发酵过程中，FNA预处理污泥的最大挥发酸产量达到1758mgCOD/L，是未预处理污泥厌氧消化实验组的4.9倍，由此可看出FNA预处理剩余污泥的优越性。在后续的MEC梯级利用过程中，溶解性糖类和蛋白均呈现先增加后减小的相似趋势，同时挥发酸显著下降，说明MEC中的产电菌利用SCOD作为碳源，处理效果较好，同时，FNA预处理后氢气产率是未预处理的3倍，体现出良好的优越性。后续的鸟粪石回收利用中对于磷的回收率可达70%，对氮的回收率可达30%。附图说明图1为实施例一和对比实验一的溶解性碳水化合物在各个阶段与处理时间的关系图；图2为实施例一和对比实验一的溶解性蛋白质在各个阶段与处理时间的关系图；图3为实施例一和对比实验一的挥发性脂肪酸在各个阶段与处理时间的关系图。具体实施方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。具体实施方式一：本实施方式采用游离亚硝酸盐强化微生物电解污泥产氢并回收鸟粪石的方法，具体是按照以下步骤进行的：一、污泥预处理：在温度为4℃的条件下将剩余污泥进行自然沉降，沉降时间为24h~30h（可选择24h、26h、28h、30h），然后排掉上清液，得到污泥样本；配制NaNO2贮备液，使反应器中FNA浓度达到2.13mgN/L，转速为102rpm/min~108rpm/min（可选择102rpm/min、104rpm/min、106rpm/min、108rpm/min），处理24h；二、污泥厌氧初步发酵：将反应瓶驱氧充氮10min后，密封反应瓶，放入空气浴摇床中以100rpm/min~110rpm/min（100rpm/min、102rpm/min、104rpm/min、106rpm/min、108rpm/min、110rpm/min）转速，进行厌氧消化，消化温度为35℃~38℃（可选择35℃、36℃、37℃、38℃）、消化时间为1d~8d（1d、2d、4d、6d、8d），完成污泥厌氧初步发酵；三、MEC启动及功能微生物驯化：室温启动单室MEC反应器，外加0.6~0.9V微电压，将剩余污泥与培养基（乙酸钠）以1：10的体积比加入反应器进行启动，24h为一个周期，检测串联10Ω电阻的电路中电流达到2.0mA以上，完成反应器启动和电极微生物驯化；四、MEC梯级利用产氢：将初步发酵4天后的污泥通入MEC反应器进行实验，外加0.6~0.9V微电压，发酵3~5d，完成MEC梯级利用发酵污泥产氢过程；五、鸟粪石沉淀法回收氮磷：将MEC处理后污泥进行鸟粪石同步回收氮磷实验，控制Mg：P为1.8~2.0：1，N：P为1~1.2：1，pH为9~10，转速100rpm/min条件下反应2~10min，静止沉淀1~2h。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中pH应使用1.0M的NaOH和HCl调节到5.5±0.1，并加入磷酸缓冲溶液以恒定pH，其它与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一至二之一不同的是：步骤二中污泥厌氧发酵的VSS应在10g/L以上，且FNA预处理后污泥需应以1：9的比例加入新的接种污泥。其它与具体实施方式一至二之一相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤三中MEC反本文档来自技高网...
【技术保护点】
采用游离亚硝酸盐强化微生物电解污泥产氢并回收鸟粪石的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：一、污泥预处理：在温度为4 ℃的条件下将剩余污泥进行自然沉降，沉降时间为24 h ~30 h，然后排掉上清液，得到污泥样本，将污泥样本放入反应器；配制NaNO2贮备液，其浓度为30 g N/L；NaNO2贮备液加入反应器后，调节pH为5.5 ± 0.1，使反应器中FNA浓度达到2.13 mg N/L，反应器转速为102 rpm/min ~108 rpm/min，处理24h；二、污泥厌氧初步发酵：将步骤一中反应器驱氧充氮10 min后，密封反应器，放入空气浴摇床中以100 rpm/min~120 rpm/min转速，进行厌氧消化，消化温度为35 ℃~38 ℃、消化时间为1 d ~10 d，完成污泥厌氧初步发酵；三、MEC启动及功能微生物驯化：室温启动单室MEC反应器，外加0.6~0.9V微电压，将未经预处理的剩余污泥与以乙酸钠为主要碳源的培养基以1：10的体积比加入反应器进行启动，24h为一个周期，检测串联10Ω电阻的电路中电流达到2.0mA以上，完成反应器启动和电极微生物驯化；四、MEC梯级利用产氢：将初步发酵1d‑10d 后的污泥与培养基以1:1体积比通入MEC反应器进行实验，外加0.6~0.9V微电压，发酵3~5d，完成MEC梯级利用发酵污泥产氢过程；五、鸟粪石沉淀法回收氮磷：将MEC处理后污泥进行鸟粪石同步回收氮磷实验，控制Mg：P为1.5~2.0：1，N：P为1~1.2：1，pH为9~10，转速100rpm/min条件下反应2~10min，静止沉淀1~2h。...
【技术特征摘要】
1.采用游离亚硝酸盐强化微生物电解污泥产氢并回收鸟粪石的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：一、污泥预处理：在温度为4℃的条件下将剩余污泥进行自然沉降，沉降时间为24h~30h，然后排掉上清液，得到污泥样本，将污泥样本放入反应器；配制NaNO2贮备液，其浓度为30gN/L；NaNO2贮备液加入反应器后，调节pH为5.5±0.1，使反应器中FNA浓度达到2.13mgN/L，反应器转速为102rpm/min~108rpm/min，处理24h；二、污泥厌氧初步发酵：将步骤一中反应器驱氧充氮10min后，密封反应器，放入空气浴摇床中以100rpm/min~120rpm/min转速，进行厌氧消化，消化温度为35℃~38℃、消化时间为1d~10d，完成污泥厌氧初步发酵；三、MEC启动及功能微生物驯化：室温启动单室MEC反应器，外加0.6~0.9V微电压，将未经预处理的剩余污泥与以乙酸钠为主要碳源的培养基以1：10的体积比加入反应器进行启动，24h为一个周期，检测串联10Ω电阻的电路中电流达到2.0mA以上，完成反应器启动和电极微生物驯化；四、MEC梯级利用产氢：将初步发酵1d-10d后的污泥与培养基以1:1体积比通入MEC反应器进行实验，外加0.6~0.9V微电压，发酵3...
【专利技术属性】
技术研发人员：周爱娟，张家广，岳秀萍，刘芝宏，汪素芳，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14
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