[发明专利]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

说明书

本发明公开了一种电化学‑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。

技术领域

本发明涉及环保技术领域，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。

背景技术

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。