一种利用冷冻和游离亚硝酸联合预处理强化剩余污泥厌氧消化的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用冷冻和游离亚硝酸联合预处理强化剩余污泥厌氧消化的方法，属于固体废物剩余污泥资源化处理与处置领域。本发明专利技术以冷冻和游离亚硝酸联合处理技术为主，最后进行厌氧消化生产甲烷，不仅促进剩余污泥胞外聚合物及细胞的破裂，提高有机物的释放以及溶解性有机物的可生物降解性，从而在较短的时间周期内大幅度提高了剩余污泥厌氧消化过程中甲烷产量。与常规热处理和碱处理相比，能耗更低，化学药剂消耗更少，剩余污泥产甲烷效果更好，同时厌氧消化后泥渣脱水性能更佳。

A method to strengthen anaerobic digestion of excess sludge by combined pretreatment of freezing and free nitrous acid

【技术实现步骤摘要】
一种利用冷冻和游离亚硝酸联合预处理强化剩余污泥厌氧消化的方法
本专利技术涉及到固体废物剩余污泥资源化处理与处置领域，具体指一种利用冷冻和游离亚硝酸联合预处理强化剩余污泥厌氧消化的方法。
技术介绍
过去几十年，随着我国城镇化发展水平和人民物质生活水平的提升以及环保意识的增强，我国污水排放总量大幅度增加，新建设的污水处理设施也越来越多。据统计，我国85％以上的污水处理厂的主体工艺均为活性污泥法，剩余污泥作为该工艺的副产物大量产生，截止至2017年12月底，我国剩余污泥产量达到了4000万吨。大量的剩余污泥处理处置已成为目前污水处理厂面临的问题之一。剩余污泥中含有大量的有机质如蛋白质、多糖以及脂质等，可以利用特定方法进行回收或资源化利用，不恰当的处理处置必然会对生态环境带来威胁。厌氧消化技术作为一个传统的处理处置方式，可以实现剩余污泥的资源化、减量化，在污水处理厂的可持续发展过程中扮演着重要角色。然而，目前我国剩余污泥厌氧消化过程效率较低，主要原因之一剩余污泥半刚性结构的细胞壁以及胞外聚合物限制了胞内有机物的溶出。因此，研究者发展了一系列剩余污泥预处理技术，例如热处理、碱处理、氧化处理以及生物酶处理等。通过预处理，污泥细胞壁破裂使得细胞内物质向液相的释放，污泥的可生物降解性得以提高。然而，目前此类预处理能耗高、投资与处理费用高，或者药剂投加量大、存在二次污染风险。因此，如何以经济有效、低药耗且无二次污染的处理方式提高剩余污泥胞外聚合物以及胞内有机物的释放，从而为后续厌氧消化提供可生物利用的有机底物已成为目前亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，克服上述现有技术的不足，提供一种剩余污泥资源化处理处置方法。该方法以冷冻和游离亚硝酸联合处理技术为主，最后进行厌氧消化生产甲烷，以解决剩余污泥厌氧消化产甲烷效率低下的现状。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方法包括以下步骤：(1)沉淀浓缩：将二沉池中排出的剩余污泥进行静置沉淀浓缩；(2)预处理：将浓缩后的剩余污泥转移至预处理反应器中，加入亚硝酸钠并搅拌，调节剩余污泥为弱酸性，之后迅速冷冻处理；(3)调质：将预处理后的剩余污泥静置融化并调节其pH为中性，氮气吹脱；(4)厌氧消化：将调制后的剩余污泥转移至厌氧发酵罐进行厌氧消化，收集甲烷。其中，步骤(1)中所述的剩余污泥沉淀浓缩在浓缩沉淀池中进行，沉淀时间为1～3天，控制总固体含量在10～30克/升；步骤(2)中所述预处理反应器为敞口聚丙烯罐；所述亚硝酸钠可从厌氧消化上清液进行反硝化处理获得或从市场购买，添加浓度为100～600毫克/升；所述搅拌由聚乙烯折叶式涡轮搅拌器进行，搅拌速率在100～200转/分钟；所述调节剩余污泥为弱酸性为加入工业盐酸废液调节pH为6.0±0.2；所述冷冻处理在冷冻室或自然低温环境中进行，冷冻温度在-1～-10℃，冷冻时间在4～8小时；步骤(3)中所述静置融化过程在加热室或自然中温环境中进行，融化温度在25～45℃，融化时间在4～12小时；所述调节其pH为中性是加入工业碱在聚乙烯折叶式涡轮搅拌器100～150转/分钟下调节预处理污泥为7.0±0.2；所述氮气吹脱是用99.5％以上纯度对预处理后污泥吹脱3～5分钟；步骤(4)中所述发酵罐为外钢内衬聚乙烯材质，罐内温度控制在25～55℃，搅拌强度设为100～150转/分钟，消化时间为10～20天。本专利技术中浓缩沉淀的目的是降低剩余污泥的水分，采用的是静置沉淀，这样避免了机械脱水耗能问题同时简易的获得总固体含量为10～30克/升的剩余污泥。冷冻和游离亚硝酸处理的目的是促进剩余污泥胞外聚合物及细胞的破裂，提高有机物的释放以及溶解性有机物的可生物降解性，为后续厌氧消化提供更加丰富且可利用的有机底物。厌氧消化的目的是生产甲烷。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术实现了剩余污泥高效厌氧消化产甲烷处理。采用的是静置沉淀，这样避免了机械脱水耗能问题。冷冻和游离亚硝酸处理促进剩余污泥胞外聚合物及细胞的破裂，提高有机物的释放以及溶解性有机物的可生物降解性，为后续厌氧消化提供更加丰富且可利用的有机底物，提高剩余污泥厌氧消化甲烷产量的同时缩短停留时间。(2)本专利技术可根据自然条件对处理方式进行调节，如在自然低温环境下直接在室外对污泥进行冷冻；而亚硝酸钠可通过厌氧消化液反硝化处理获得；以工业废酸或废碱为调节剂进行污泥调质，实现了污泥和工业废物的统一处理，达到了“以废治废”的效果。(3)本专利技术利用冷冻和游离亚硝酸处理，与常规热处理和碱处理相比，能耗更低，化学药剂消耗更少，剩余污泥产甲烷效果更好，同时厌氧消化后泥渣脱水性能更佳。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步说明，但不能理解为对本专利技术保护范围的限制。任何熟悉该领域的技术人员根据上述本
技术实现思路
对本专利技术所做的一些非本质的改进和调整，都应该涵盖在本专利技术的保护范围之内。实施例1：一种利用冷冻和游离亚硝酸联合预处理强化剩余污泥厌氧消化的方法，按以下步骤进行：二沉池中排出的剩余污泥沉淀浓缩2天至总固体含量为25±1克/升；之后转移至预处理反应器中，加入500毫克/升亚硝酸钠；添加后立即进行搅拌，同时调节反应罐中初始pH至6.0±0.2，搅拌速率在150转/分钟；之后置于-5℃下冷冻4小时；之后将冷冻的剩余污泥置于40℃下融化6小时，加入工业碱在聚乙烯折叶式涡轮搅拌器120转/分钟下调节预处理污泥为7.0±0.2，其后氮气吹脱3min；之后将调质后的剩余污泥混合液转移至厌氧消化罐，消化过程控制温度在35℃，搅拌强度设为120转/分钟，消化时间为13天。由上述结果可知，预处理后剩余污泥破胞率由未处理组的7％提高至48％，溶解性蛋白质和碳水化合物浓度分别提高至未处理组的8.3倍和6.9倍；厌氧消化13天后累积甲烷产量达到了247±13mL/gVS，是未处理组的205％；剩余污泥的挥发性固体减量达到44％(未处理组仅为20％)；此外，厌氧消化后泥渣脱水性能提高了6.4倍(以毛细吸水时间计算)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用冷冻和游离亚硝酸联合预处理强化剩余污泥厌氧消化的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)沉淀浓缩：将二沉池中排出的剩余污泥进行静置沉淀浓缩；/n(2)预处理：将浓缩后的剩余污泥转移至预处理反应器中，加入亚硝酸钠并搅拌，调节剩余污泥为弱酸性，之后迅速冷冻处理；/n(3)调质：将预处理后的剩余污泥静置融化并调节其pH为中性，氮气吹脱；/n(4)厌氧消化：将调制后的剩余污泥转移至厌氧发酵罐进行厌氧消化，收集甲烷。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用冷冻和游离亚硝酸联合预处理强化剩余污泥厌氧消化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)沉淀浓缩：将二沉池中排出的剩余污泥进行静置沉淀浓缩；
(2)预处理：将浓缩后的剩余污泥转移至预处理反应器中，加入亚硝酸钠并搅拌，调节剩余污泥为弱酸性，之后迅速冷冻处理；
(3)调质：将预处理后的剩余污泥静置融化并调节其pH为中性，氮气吹脱；
(4)厌氧消化：将调制后的剩余污泥转移至厌氧发酵罐进行厌氧消化，收集甲烷。


2.根据权利要求1所述的一种利用冷冻和游离亚硝酸联合预处理强化剩余污泥厌氧消化的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的剩余污泥沉淀浓缩在浓缩沉淀池中进行，沉淀时间为1～3天，控制总固体含量在10～30克/升。


3.根据权利要求1所述的一种利用冷冻和游离亚硝酸联合预处理强化剩余污泥厌氧消化的方法，其特征在于，步骤(2)中所述预处理反应器为敞口聚丙烯罐；所述亚硝酸钠可从厌氧消化上清液进行反硝化处理获得或从市场购买，添加浓度为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘旭冉，王冬波，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43