电化学-生物耦合剩余污泥/消化液闭路处理方法及处理装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电化学‑生物耦合剩余污泥/消化液闭路处理方法及处理装置，同步实现原位产FNA高效预处理剩余污泥、高活性颗粒污泥与生物电极系统耦合高效低能耗处理剩余污泥和消化液。剩余污泥处理反应器内依托颗粒污泥和生物电极系统的耦合，实现了多种种间直接电子传递方式的耦合，以及产电菌与发酵微生物的互养链接，进而保证了剩余污泥的高消化率和高产甲烷率。消化液处理反应器内依托颗粒污泥与EA‑ammox的耦合，实现了C与N的同步高效低能耗去除。

Electrochemistry biological coupling method and device for closed treatment of excess sludge / digester

【技术实现步骤摘要】
电化学-生物耦合剩余污泥/消化液闭路处理方法及处理装置
本专利技术涉及环保
，具体涉及一种电化学-生物耦合剩余污泥/消化液闭路高效能源化处理方法及其处理装置。
技术介绍
传统剩余污泥厌氧消化工艺面临的主要问题包括污泥消化效率低（有机质利用率低）和污泥甲烷产率低（能源转化率低）。关于污泥消化效率低的问题，首先需要从污泥结构性质角度分析。剩余污泥多以菌胶团的形式存在，其有机部分主要存在于微生物细胞及胞外聚合物中。为此，污泥中有机物的高效溶出（水解）就成为提高污泥消化效率的速率限制步骤。这样，剩余污泥处理第一步要解决的问题的是污泥絮体结构的破环（胞外聚合物的释放）和微生物细胞壁（膜）的破环（细胞解体，细胞内物质的释放）。再者，蛋白质是较多糖物质中更难被降解的一种物质，而在剩余污泥中蛋白质COD占到剩余污泥总COD的35～60%（蛋白质是组成微生物细胞的主要物质）。更为关键的是剩余污泥中蛋白质以一种特殊形态（蛋白质-细沙(二氧化硅)-金属的络合体状态）存在，导致有机质的酶结合位点减少，进而导致有机质的降解率降低，提高了污泥中蛋白质的降解难度！所以，提升污泥厌氧消化效能的另一个关键点就是破坏蛋白-细沙络合体。对于剩余污泥絮凝体或微生物细胞壁的破壁以及蛋白-细沙络合体的破坏，目前的解决办法多采用热水解、碱酸处理、生物处理（发酵处理、添加酶制剂等）、机械处理等预处理技术。但这些预处理技术操作较为复杂，并且需要消耗一定的资源与能源（比如高温或高压，需要氯，臭氧和碱度等），还会污染环境，有时还可能导致能源产量入不敷出。目前有考虑利用游离亚硝酸（FNA）的溶胞能力预处理剩余污泥，但所添加的FNA为工业制品，作为外加物质添加进污泥处理系统，一方面耗费大量资源，另一方面也会大幅增加污水处理厂的氮负荷，增加污水处理厂的脱氮除磷难度。解决了污泥中有机质的有效溶出及蛋白质的有效释放后，造成污泥消化率低的另一个原因是污泥中含有大量难以降解的物质。例如，木质纤维素类物质，本身难降解，又可能阻碍其他物质降解腐殖质。此阶段，如何保证污泥中有机物的高效降解，就成为了解决问题的关键。处理污泥的厌氧消化工艺和处理污水的厌氧消化工艺一样，也需要针对待处理的有机污染物质，从高效传质角度、提高污泥浓度角度、丰富污泥中微生物菌群种类和提高菌群间代谢产物有效传递的角度考虑。传统污泥消化采用的是消化罐，不接种污泥，单纯对需要处理的剩余污泥进行中温厌氧消化，消化效率有限！有研究者考虑通过高温和中温两相分阶段厌氧消化系统来提高污泥处理率和系统的稳定性；也有研究者考虑通过剩余污泥与餐厨垃圾等有机质协同代谢来提高污泥消化系统稳定性。颗粒污泥是一种特殊的不同代谢种群的群聚体，对各种基质转化的力能学和动力学都是至关重要的，能够保证各种微生物菌群的高活性，进而保证了颗粒污泥对各种污染物质的高效处理，尤其是对一些高浓度的，难降解污染物质的高效去除。以往颗粒污泥常被用于高浓度和含有难降解或有毒污染物质的废水，也有研究者将颗粒污泥用于处理剩余污泥，试图提高污泥的厌氧消化效能和产甲烷活性。对于污泥消化液的处理，常规思路是将其回流至市政污水处理系统。这种解决办法所面临的问题是：污泥消化液的氨氮总量会占到一个污水处理厂氨氮总量的20～80%，如果将这些污泥消化液回流到市政污水处理系统，会造成系统负荷增加很多，影响污水处理系统运行。因此，在回流至污水处理池之前，对含有高浓度氨氮的消化液进行脱氮处理是很有必要的，甚至可以考虑对污泥消化液进行单独处理。污泥消化液是一种高氨氮废水，而且碳氮比失衡，采用普通的“硝化-反硝化”工艺需要充足的曝气并投加大量的碳源、碱才能将消化液中的总氮去除，这个费用高到大部分污水处理厂难以承受。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电化学-生物耦合剩余污泥/消化液闭路处理方法，以实现剩余污泥/消化液的高效处理和高效能源化。提供一种适合于所述电化学-生物耦合剩余污泥/消化液闭路处理方法的处理装置，是本专利技术的另一专利技术目的。以下给出了本专利技术所述的电化学-生物耦合剩余污泥/消化液闭路处理方法。a、设置两个生物-电化学耦合反应器，分别作为剩余污泥处理反应器和消化液处理反应器；两个反应器内均装填有颗粒污泥，与反应器内设置的电极耦合形成膨胀污泥床；其中，剩余污泥处理反应器的阳极设置在反应器下部，阴极设置在反应器上部，用于处理剩余污泥以产生处理后污泥和消化液；消化液处理反应器的阳极设置在反应器上部，阴极设置在反应器下部，用于处理消化液以产生处理水。b、剩余污泥处理反应器产生的消化液一部分进入FNA原位产生池，在微氧条件下反应得到含FNA处理水。c、将剩余污泥与上述含FNA处理水在剩余污泥FNA预处理池内充分混合，FNA强化剩余污泥絮体结构和细胞壁的破解，得到FNA预处理污泥。d、剩余污泥处理反应器产生的消化液一部分进入曝气回流柱中，经充分曝气，得到曝气消化液。e、将曝气消化液与FNA预处理污泥混合后，由剩余污泥处理反应器底部进入剩余污泥处理反应器，经膨胀污泥床被处理，形成的消化液一部分进入FNA原位产生池、一部分进入曝气回流柱，一部分由消化液处理反应器底部进入消化液处理反应器，产生的处理后污泥滞留在剩余污泥处理反应器中定期排出。剩余污泥处理反应器中由于曝气消化液的回流，形成了微氧阳极+厌氧阴极的电极系统和微氧颗粒污泥，两者耦合形成膨胀污泥床。f、进入消化液处理反应器的消化液经膨胀污泥床处理，形成的处理水一部分回流至消化液处理反应器底部，一部分直接排放，且在单位时间内直接排放的处理水体积与进入消化液处理反应器的消化液体积相同。以上过程连续进行。进一步地，本专利技术所述的电化学-生物耦合剩余污泥/消化液闭路处理方法还可以在消化液处理反应器的底部进行曝气，适量供氧至设置在反应器底部的阴极位置，以强化阴极接收电子的能力。消化液处理反应器内的电极系统与颗粒污泥耦合，形成膨胀污泥床。进而，本专利技术是通过对剩余污泥处理反应器和消化液处理反应器内氧化还原电位和溶解氧浓度的监测，来控制剩余污泥处理反应器外部曝气回流柱和消化液处理反应器底部的曝气量大小，以实现向各自反应器内的适量供氧。具体地，本专利技术是通过对曝气量大小的适度调节，将剩余污泥处理反应器内的氧化还原电位和溶解氧浓度分别控制在15～60mV和0～0.5mg∙L-1；将消化液处理反应器内阴极位置的氧化还原电位和溶解氧浓度分别控制在-10～10mV和0～0.2mg∙L-1，从而实现剩余污泥与消化液的同步高效处理。剩余污泥处理反应器和消化液处理反应器内由于电极系统与颗粒污泥系统的耦合，可以在常温条件下运行。根据运行效果，也可以加热至33～35℃的中温条件下运行。为此，本专利技术在剩余污泥处理反应器和消化液处理反应器上设置保温夹套并提供恒温循环热水，以保持反应器内的运行温度。进一步地，本专利技术通过将FNA原位产生池内的溶解氧浓度控制在0.5～0.7mg∙L-1，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化学-生物耦合剩余污泥/消化液闭路处理方法，所述方法包括：/na、设置两个生物-电化学耦合反应器，分别作为剩余污泥处理反应器和消化液处理反应器；两个反应器内均装填有颗粒污泥，与反应器内设置的电极耦合形成膨胀污泥床；其中，剩余污泥处理反应器的阳极设置在反应器下部，阴极设置在反应器上部，用于处理剩余污泥以产生处理后污泥和消化液；消化液处理反应器的阳极设置在反应器上部，阴极设置在反应器下部，用于处理消化液以产生处理水；/nb、剩余污泥处理反应器产生的消化液一部分进入FNA原位产生池，在微氧条件下反应得到含FNA处理水；/nc、将剩余污泥与上述含FNA处理水在剩余污泥FNA预处理池内充分混合，FNA强化剩余污泥絮体结构和细胞壁的破解，得到FNA预处理污泥；/nd、剩余污泥处理反应器产生的消化液一部分进入曝气回流柱中，经充分曝气，得到曝气消化液；/ne、将曝气消化液与FNA预处理污泥混合后，由剩余污泥处理反应器底部进入剩余污泥处理反应器，经膨胀污泥床被处理，形成的消化液一部分进入FNA原位产生池、一部分进入曝气回流柱，一部分由消化液处理反应器底部进入消化液处理反应器，产生的处理后污泥滞留在剩余污泥处理反应器中定期排出；/nf、进入消化液处理反应器的消化液经膨胀污泥床处理，形成的处理水一部分回流至消化液处理反应器底部，一部分直接排放，且在单位时间内直接排放的处理水体积与进入消化液处理反应器的消化液体积相同；/n以上过程连续进行。/n...

【技术特征摘要】
1.一种电化学-生物耦合剩余污泥/消化液闭路处理方法，所述方法包括：
a、设置两个生物-电化学耦合反应器，分别作为剩余污泥处理反应器和消化液处理反应器；两个反应器内均装填有颗粒污泥，与反应器内设置的电极耦合形成膨胀污泥床；其中，剩余污泥处理反应器的阳极设置在反应器下部，阴极设置在反应器上部，用于处理剩余污泥以产生处理后污泥和消化液；消化液处理反应器的阳极设置在反应器上部，阴极设置在反应器下部，用于处理消化液以产生处理水；
b、剩余污泥处理反应器产生的消化液一部分进入FNA原位产生池，在微氧条件下反应得到含FNA处理水；
c、将剩余污泥与上述含FNA处理水在剩余污泥FNA预处理池内充分混合，FNA强化剩余污泥絮体结构和细胞壁的破解，得到FNA预处理污泥；
d、剩余污泥处理反应器产生的消化液一部分进入曝气回流柱中，经充分曝气，得到曝气消化液；
e、将曝气消化液与FNA预处理污泥混合后，由剩余污泥处理反应器底部进入剩余污泥处理反应器，经膨胀污泥床被处理，形成的消化液一部分进入FNA原位产生池、一部分进入曝气回流柱，一部分由消化液处理反应器底部进入消化液处理反应器，产生的处理后污泥滞留在剩余污泥处理反应器中定期排出；
f、进入消化液处理反应器的消化液经膨胀污泥床处理，形成的处理水一部分回流至消化液处理反应器底部，一部分直接排放，且在单位时间内直接排放的处理水体积与进入消化液处理反应器的消化液体积相同；
以上过程连续进行。


2.根据权利要求1所述的电化学-生物耦合剩余污泥/消化液闭路处理方法，其特征是还包括在消化液处理反应器的底部进行曝气，以供氧至设置在反应器底部的阴极位置。


3.根据权利要求1所述的电化学-生物耦合剩余污泥/消化液闭路处理方法，其特征是对剩余污泥处理反应器和消化液处理反应器内氧化还原电位和溶解氧浓度进行监测，所述剩余污泥处理反应器内的氧化还原电位和溶解氧浓度分别控制在15～60mV和0～0.5mg∙L-1，消化液处理反应器内阴极位置的氧化还原电位和溶解氧浓度分别控制在-10～10mV和0～0.2mg∙L-1。


4.根据权利要求1所述的电化学-生物耦合剩余污泥/消化液闭路处理方法，其特征是所述剩余污泥处理反应器和消化液处理反应器在33～35℃的中温条件下运行。


5.根据权利要求1所述的电化学-生物耦合剩余污泥/消化液闭路处理方法，其特征是控制所述FNA原位产生池内的溶解氧浓度为0.5～0.7mg∙L-1。


6.根据权利要求1所述的电化学-生物耦合剩余污泥/消化液闭路处理方法，其特征是所述得到的FNA预处理污泥的FNA浓度0.06～0.15mg∙L-1，pH值6.5～7.5。


7.一种电化学-生物耦合剩余污泥/消化液闭路处理装置，由以下处理单元连接组成：
a、一个用于贮存剩余污泥的污泥贮罐；
b、一个FNA原位产生池，通过FNA原位产生池进水管与剩余污泥处理反应器上的消化液出水口相连，接收来自于剩余污泥处理反应器的消化液；在所述FNA原位产生池内设置曝气装置，用于向池内适度供氧，使来自剩余污泥处理反应器的消化液在微氧条件下反应得到含FNA处理水；
c、一个剩余污泥FNA预处理池，分别与污泥贮罐和FNA原位产生池管路连接，用于接收来自FNA原位产生池的含FNA处理水，对由污泥贮罐进入的剩余污泥进行预处理以产生FNA预处理污泥；
d、一个剩余污泥处理反应器，反应器底部设置的污泥进口通过剩余污泥反应器进泥管与剩余污泥FNA预处理池连通，用于将FNA预处理污泥通入剩余污泥处理反应器中；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：董春娟，潘泽康，魏玲，汪艳霞，
申请(专利权)人：太原学院，
类型：发明
国别省市：山西;14