一種提高剩余活性污泥氮磷回收率的清潔生產(chǎn)方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種提高剩余活性污泥氮磷回收率的清潔生產(chǎn)方法，實現(xiàn)污水處理廠高效利用剩余活性污泥氮磷資源目標，屬于污泥污水處理和資源化技術領域，是一種清潔生產(chǎn)新技術。
【背景技術】
[0002]全國400多家污水處理廠，100多億立方米的污水處理量，約86.2%的污水處理廠采用活性污泥法，在處理過程中產(chǎn)生的剩余活性污泥體積比約占污水處理總量的0.3%?
0.5%，使得產(chǎn)生的剩余污泥量達150 X 104t/a，并逐年增長10%。其處理處置費用占污水處理廠總運行費用的25%?40%。城鎮(zhèn)污水廠污泥的處理與處置已經(jīng)成為我國現(xiàn)代化建設過程中亟待解決的重大環(huán)境問題。但是活性污泥中的有機物含量在60%-75%，生物易降解有機組分在40%以上，磷約占污泥干重的5.0%，氮元素的含量更為豐富約9.3%，因此活性污泥中蘊藏著極大的資源。但如何將其資源化利用是目前污水處理廠的技術瓶頸問題之一。
[0003]在這個過程中，污泥氮磷的快速高效釋放是其能夠被利用的重要前提條件。中國發(fā)明專利“污泥碳源兩級堿性水解酸化回收方法”(CN101708932B)，中國發(fā)明專利“堿解預處理一磷酸銨鎂法回收磷氮一厭氧消化產(chǎn)甲烷的集成工藝處理剩余污泥的方法”(201310708860.6)表明，堿解預處理會促進污泥融胞釋放氮磷，對污泥減量化有較好的效果，但堿處理液色度均很重，例如經(jīng)過5%Na0H處理污泥后上清液呈現(xiàn)黑褐色，而且堿處理中含有大量的Na+、OH離子造成上清液鹽度大，會增大后續(xù)處理出水色度、鹽度，不利于廢水達標排放。此外堿法預處理后的一個重大缺陷是PH高，不利于后續(xù)的進一步厭氧消化產(chǎn)甲烷回收生物質能，無法實現(xiàn)綜合的污泥處理處置和資源化利用。
[0004]目前污水廠對污泥處理處置中濃縮和壓濾是污泥減量化的重要手段，常用的機械設備，有:真空過濾機、板框壓濾機、帶式壓濾機和離心機等，但機械力的作用會造成污泥顆粒破解，發(fā)明人將機械脫水后的污泥與水混合后發(fā)現(xiàn)污泥有高效融胞釋放氮磷的現(xiàn)象，溶出氮磷濃度高于堿解、酸處理或超聲波處理對氮磷的釋放濃度。因此本發(fā)明將機械脫水作為污泥破解預處理方法，在此基礎上構筑曝氣攪拌池，通過對攪拌裝置和攪拌方式的特殊設計增大污泥顆粒間接觸碰撞幾率和擠壓力，與曝氣形成的剪切力共同作用進一步使污泥顆粒融胞破解，達到污泥胞外聚合物剝離或污泥細胞破碎釋放氨氮和溶解性磷的目的。對于曝氣攪拌后上清液進一步利用申請?zhí)枮?01420458242.0的中國專利“一種對廢水氮磷進行鳥糞石資源化回收的裝置”對產(chǎn)生的MAP沉淀作為緩釋肥利用。利用污水廠現(xiàn)行處理設施，改變污泥處理工藝路線，用機械脫水-再混合-曝氣攪拌-MAP沉淀的技術路線對剩余活性污泥進行資源化再利用，克服了堿解處理的缺陷，與堿解法相比氮磷資源回收率提高2-3倍。本發(fā)明彌補了堿解工藝污泥pH值太高而再利用難的缺陷，特別是污泥經(jīng)過壓濾機、離心機等物理作用，部分污泥細胞已被破壞，與水混合后在曝氣攪拌作用下其融胞釋放氮、磷濃度遠高于堿解法中氮、磷最大釋放濃度，是一種清潔高效從污泥中回收資源能源的新技術。
[0005]與其他處理系統(tǒng)相比，本發(fā)明利用污水廠現(xiàn)有設施達到污泥再利用的目標，操作方便易行，沒有引入新的化學物質，與酸、堿處理液相比，曝空氣的處理液與原污水顏色相近，有利于后續(xù)污泥厭氧消化處理，且氮磷資源的回收降低10-20%操作成本，達到污水廠實施清潔生產(chǎn)的目標。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對目前污水處理廠剩余活性污泥再利用中氮磷釋放問題，本發(fā)明提供一種污水處理廠剩余活性污泥氮磷高效快速釋放和資源化的清潔生產(chǎn)方法。
[0007]發(fā)明人發(fā)現(xiàn)利用污水廠機械脫水設施作為污泥破解手段，改變污泥處理工藝路線，將脫水后污泥再與水以一定的質量體積比混合，通過曝氣攪拌方式將污泥氮磷物質釋放到混合液中，可使氮磷濃度分別高達420-490mg/L和120_210mg/L以上，超過堿解工藝中氨氮濃度30-180mg/L和正磷酸鹽濃度20-150 mg/L。進一步利用MAP沉淀法和中國專利“一種對廢水磷氮進行鳥糞石資源化回收的裝置”對此氮磷進行回收作為緩釋肥利用，氨氮的回收率是86-95%，溶解性磷的回收率是90-99%，對污泥總氮磷的回收率40_60%，均高于堿解處理工藝?；厥盏缀笪勰嘧罱K排放體積減少50-70%，極大地降低污水廠污泥處理處置費用，氮磷資源的回收降低10-20%操作成本，實現(xiàn)了污水處理廠清潔生產(chǎn)的理念。
[0008]基于上述，本發(fā)明提供的一種提高剩余活性污泥氮磷回收率的清潔生產(chǎn)方法，其特征在于，該方法包括:
(1)對污泥進行壓榨過濾至污泥的含水率為75-80%;
(2)將壓榨后的污泥與水按lg/3-5ml比例重新混合浸泡2h;
(3)對上述混合液進行攪拌和曝氣，12-72h后對攪拌曝氣后的混合液進行自然沉降；
(4)將上述自然沉降后的上清液排入MAP沉淀反應器中，通過投加鎂鹽溶液和磷鹽溶液，調(diào)整P/Mg/N摩爾比1/1.2/1，在攪拌的條件下，用5MNa0H調(diào)節(jié)反應溶液pH值8.9 + 0.1,使上清液中氮磷發(fā)生MAP沉淀反應；
(5)將步驟(4)中產(chǎn)生的沉淀排放到分離回收裝置回收沉淀，沉淀后上清液與步驟(3)中底泥進入污泥調(diào)節(jié)池中混合，利用上清液中的堿調(diào)節(jié)底泥PH值8.0-8.5后排入機械脫水裝置，壓榨后污泥排放。
[0009]上述中，步驟(I)中對污泥進行壓榨的機械設備為真空過濾機、板框壓濾機、帶式壓濾機和離心機中的一種。
[0010]上述中，步驟(2)中混合用水可以是步驟(I)機械脫水產(chǎn)生的污水或污水廠二沉池排水，這種方法起到節(jié)約污水廠新鮮水資源作用，同時減少污水排放總量。
[0011]在步驟(3)中，攪拌裝置由6個長方形葉片組成，每個相隔60°，攪拌速率150-400rpm，攪拌方式為每轉10秒停5秒，曝氣量為3L/L.min。對步驟(2)中泥水混合液進行曝氣和攪拌，可進一步使污泥顆粒融胞破解、促進污泥胞外聚合物剝離或污泥細胞破碎釋放溶解性氮磷、可溶性有機碳、多糖、蛋白質等進入混合液中。
[0012]在步驟(3)中，測定自然沉降后的上清液中氨氮和溶解性磷的濃度分別達到420-490mg/L 和 120_210mg/L，SCOD 在 3500_6400mg/L，再將上清液排入 MAP 沉淀反應器。
[0013]在步驟(4)中，攪拌方式為800rpm攪拌5分鐘后，降為200rpm攪拌15分鐘，停止攪拌后沉淀2-3h，沉淀排放到分離回收裝置回收沉淀。
[0014]所述鎂鹽溶液的質量百分比濃度為17%，所述鎂鹽溶液為MgCl2溶液、MgSO4溶液和MgO溶液中的一種；所述磷鹽溶液的質量百分比濃度為5%，所述磷鹽溶液為NaH2PO4溶液、Na2HPO4溶液、Na 3P04溶液、KH 2P04溶液和K 2ΗΡ04溶液中的一種。
[0015]上述中，步驟(5)中對污泥進行壓榨的機械設備為真空過濾機、板框壓濾機、帶式壓濾機和離心機中的一種。
[0016]在步驟(5)中，由于步驟(4)中沉淀上清液為堿性，在污泥調(diào)節(jié)池中與步驟(3)中底泥混合起到調(diào)節(jié)底泥PH值作用，再排入機械脫水裝置后有利于壓榨過濾，產(chǎn)生污水用于配置步驟(4)中5MNa0H溶液，起到節(jié)約污水廠新鮮水資源作用，同時減少污水排放總量。
[0017]上述的機械脫水所用的設備為真空過濾機、板框壓濾機、帶式壓濾機和離心機中的一種。對污泥進行過濾壓榨，機械力的作用會造成污泥顆粒擠壓破解，污泥絮體結構被破壞，微生物細胞裂解，胞內(nèi)物質流出。
[0018]上述中，所述剩余污泥為城市污水處理廠的二沉池或貯泥池中剩余活性污泥、濃縮池污泥、脫水污泥和厭氧消化污泥，包括經(jīng)過處理的剩余污泥；所述處理包括酸、堿、熱、臭氧、超聲中的一種以上。
[0019]本發(fā)明具有以下的積極效果:
(I)利用污水廠機械脫水設施作為污泥破解手段，與曝氣攪拌共同作用強化了剩余活性污泥高效溶胞釋放氮磷，與目前堿解工藝相比，對氮磷釋放濃度可分別高達420-490mg/L和120_210mg/L以上，高于堿解預處理中30_180mg/L和20-150 mg/L氨氮和正磷酸鹽濃度。
[0020](2)將機械脫水設備產(chǎn)生的污水或污水廠二沉池出水用于浸泡壓榨后污泥，或用于配置調(diào)節(jié)反應PH值的NaOH溶液，極大程度節(jié)約污水廠新鮮水用量、同時減少污水排放總量。
[0021](3)本方法對污泥氮磷進行回收作為緩釋肥利用，對污泥總氮磷的回收率40-60%，高