[发明专利]一种剩余污泥处理与资源回收的方法和一种提高VFAs产率的方法

说明书

本发明公开了一种调控污泥液态发酵产酸效果并在线脱氮除磷的方法，属于有机固体废弃物资源化领域。本发明将一种脱氮除磷装置与上流式污泥厌氧流化床(UASB)耦合同步，以达到脱氮除磷并提高挥发性脂肪酸(VFA)产率的目的。所述脱氮除磷装置为上流式，接收来自UASB污泥液态发酵的发酵液，按鸟粪石生成比例投加溶解性镁盐，经过脱氮除磷的液体回流至UASB，生成的鸟粪石沉淀从反应器底部移除。本发明方法，相较未同步脱氮除磷装置的UASB发酵液，氨氮和总磷分别降低了78.09±0.30％和94.61±0.51％，同时回收鸟粪石1.52±0.04g/gPO₄^3‑。同时，乙酸和丙酸占比提高到66.76±0.23％和16.54±0.17％，强化了乙酸和丙酸的定向产酸。

技术领域

本发明涉及一种剩余污泥处理与资源回收的方法和一种提高VFAs产率的方法，属于有机固体废弃物资源化领域。

背景技术

城市剩余污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸(VFAs)作为一种污泥资源化利用的途径，在污水厂的应用日益引起关注。污泥液态发酵是一种高效的产酸方法，具有发酵强度大、VFAs产量高和运行能耗低等优势。然而，该方法也存在一些问题：一方面，发酵过程中由于蛋白质类物质逐渐被消耗产生大量氨氮，氨氮浓度可达1000mg/L以上，氨氮转化为游离氨不断积累而严重抑制微生物的活性，因此造成厌氧发酵效率偏低；另一方面，发酵液的氮磷含量偏高，远超污水厂排放限值，并且不能作为碳源直接投入污水厂，发酵液往往需要经过脱氮除磷工艺才可以作为外加碳源。鉴于这些问题，污泥液态发酵产VFAs技术的应用目前存在一定阻碍。

目前，有研究将污泥发酵后富含VFAs的混合物进行离心分离，得到的离心发酵液继续进行化学脱氮除磷，PO₄^3－-P的质量浓度从104.8mg/L降至6.2mg/L，回收率为94.1％；NH₄⁺-N的质量浓度由379.6mg/L降至142.9mg/L，回收率为62.3％，发酵液中的氮磷得到了高效回收。这种方式也普遍用于处理猪粪或者禽畜粪便经厌氧消化后的废水。然而，由于需要对污泥发酵后的物质进行固液分离和化学脱氮除磷，增加了发酵液的后续处理步骤，并不利于整个工艺的运行和管理，同时，现有研究都为序批式操作，污泥厌氧发酵和脱氮除磷总周期相对较长、效率较低，能耗偏大。

发明内容

为了解决上述问题，基于之前本实验室关于污泥液态发酵技术的研究成果，本申请在污泥水解液化并且连续投入高负荷厌氧反应器的基础上，将化学脱氮除磷装置与污泥液态发酵同步运行。该耦合工艺通过控制厌氧发酵装置的有机负荷与化学脱氮除磷装置中的回流比等参数，在发酵过程中在线可以去除高浓度的氮磷，大幅度降低发酵中氨氮的抑制效应，缓解游离氨浓度过高而造成的微生物毒害，强化产酸微生物的活性，进而提高VFAs的产率。同时，考虑到不同产酸微生物对游离氨的耐受程度不同，降低游离氨浓度会明显促进某些特定微生物活性，从而实现定向产酸。另一方面，该耦合工艺还可以在发酵过程中形成鸟粪石这种优质化肥，实现氮磷的同步回收，减少了发酵液脱氮除磷的后续处理过程，简化了整个污泥厌氧发酵的工艺流程，发酵液可以直接作为外加碳源应用在污水厂中，有利于污泥厌氧发酵的工业化应用。

本发明的第一个目的是提供一种剩余污泥处理与资源回收的方法，所述方法是将UASB反应器与脱氮除磷装置进行耦合，脱氮除磷装置接收来自UASB污泥液态发酵的发酵液，按鸟粪石生成比例投加溶解性镁盐，经过脱氮除磷的液体回流至UASB，生成的鸟粪石沉淀从脱氮除磷装置底部移除。

本发明的第二个目的是提供一种提高UASB污泥液态发酵的VFAs产率的方法，所述方法是将UASB反应器与脱氮除磷装置进行耦合，脱氮除磷装置接收来自UASB污泥液态发酵的发酵液，经过脱氮除磷的液体回流至UASB。