一种污泥脱水液作碳源对低碳氮比城市污水的处理方法.pdf

一种污泥脱水液作碳源对低碳氮比城市污水的处理方法，属于环境工程水处理技术领域。本发明的主要技术特点是利用剩余污泥热解处理后的脱水液中较高的有机物含量作为外加碳源，通过磷酸铵镁沉淀法降低热解污泥脱水液中的氨氮浓度，提高其C/N比，并且将其按适当比例投加到因为碳源不足而总氮脱除率较低的污水处理中，实现总氮脱除率提高的目的。本发明与现有技术相比，具有以废治废，为污水处理厂热解剩余污泥脱水液找到了归宿，节约了投加传统碳源的成本，易于操作，具有很好的环境效益、经济效益和社会效益。

1.  一种污泥脱水液作碳源对低碳氮比城市污水的处理方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1)首先对污水处理厂热解剩余污泥脱水液进行处理，根据污水处理厂热解剩余污泥脱水液氨氮的摩尔浓度，投加磷酸盐和镁盐，投加后磷酸盐的摩尔浓度为氨氮摩尔浓度的1倍，镁盐的摩尔浓度为氨氮摩尔浓度的1～1.5倍，形成磷酸铵镁沉淀，使处理后的污泥脱水液氨氮浓度100～150mg/L，污泥脱水液C/N比值为85-200；
2)将经处理后的污泥脱水液投加到待处理的污水中，使待处理的污水COD含量处于300-400mg/L之间，C/N比值为6.0-12；
3)利用生物处理工艺对步骤2)中的污水进行处理，达到城镇污水处理厂污染物排放标准对总氮的排放标准要求。

2.  根据权利要求1所述的一种污泥脱水液作碳源对低碳氮比城市污水的处理方法，其特征在于：所述的低碳氮比城市污水的C/N比值低于5。

3.  根据权利要求1所述的一种污泥脱水液作碳源对低碳氮比城市污水的处理方法，其特征在于：所述的镁盐采用氯化镁或硫酸镁，磷盐采用磷酸氢二钠或磷酸二氢钠。

一种污泥脱水液作碳源对低碳氮比城市污水的处理方法
技术领域
本发明属于环境工程水处理技术领域，具体为一种利用污水处理厂热解剩余污泥脱水液作为碳源应用于碳源相对不足污水处理中提高总氮脱除率的方法。
背景技术
由于受地域、气候和生活习惯的影响，我国某些城市人均生活用水量较大，而且这些城市降雨较多造成地下水位较高，以及多为合流制的排水体系和不甚合理的化粪池设置等因素，总体上造成这些城市的生活污水具有有机物浓度低、氮磷含量并不低的现象，通常把这种有机物含量低而氮、磷含量相对较高的城市污水称为低碳高氮磷城市污水，简称低碳氮比污水。城市污水处理工艺通常是以普通活性污泥法为基础，采用AB法、A/O、A²/O法、SBR、氧化沟等多种污水处理工艺。随着城市周围水体富营养化程度的加剧，具有脱氮除磷的这些工艺逐步需要强化实施，另外，出台的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)对氮、磷排放指标要求均相应进行了提高。
目前应用广泛的污水生物处理厂，对低碳高氮磷城市污水运行过程中存在较多问题，致使出水无法稳定达标。城市低浓度生活污水量普遍较大，有机物浓度较低，碳氮比相对较小，采用这些生物处理工艺处理往往存在处理效率低，容易产生污泥膨胀现象，工艺设备不能完全满足高效低耗要求。产生这些问题的核心就是污水中碳氮比相对偏低，加剧了污水生物处理的难度，对水环境影响较大的氮磷等污染物质的去除不利，直接影响到总氮的达标排放。
在传统的城市污水脱氮除磷系统中，碳源主要消耗于缺氧反硝化、厌氧释磷和异养菌等方面。当进水的COD/TN比值小于5.0时，生物脱氮效果就会受到影响，若比值小于3.0则难以进行生物除磷处理，只有当COD/TN＞6时，方有可能获得良好的脱氮除磷效果。由此可见，低碳高氮磷城市污水在进行生物脱氮除磷处理时存在的主要问题是碳源不足。有机碳源成为制约我国城市污水处理厂生物脱氮除磷的主要因素。在我国，现行的污水处理工程设计多为在水质水量特性不十分明确的前提下进行，设计水质一般按中等浓度设计，而实际运行水质远小于设计值，设计值与实际运行值存在明显差异，主要表现为实际COD/TN比值小于设计值，造成了总氮等指标达标困难等一系列问题。
为提高和稳定生物脱氮除磷效率，当COD/TN＜5时，污水厂一般都是投加外部碳源(如甲醇、乙酸等)用于反硝化，实现提高污水C/N比的目的。但由于污水处理量大，外加碳源(如甲醇、乙酸等)将明显增加污水处理费用，使污水处理厂运行不堪重负。为了解决污水处理厂生物脱氮除磷所需碳源不足的问题，解决环境水体氮素污染问题，还必须要考虑碳源的经济性，以便实现经济效益、社会效益和环境效益三者的统一。
在污水处理厂剩余污泥厌氧消化处理过程中，由于污泥固体有机物的水解速率低，水解过程是整个厌氧消化(水解阶段、产酸阶段和产甲烷阶段)的重要控制步骤，而热水解强化了污泥的液化和水解，在对污泥的处理中有较好的应用前景。在热处理过程中，固体有机物先液化，同时污泥中的脂肪、碳水化合物和蛋白质进一步水解：脂肪水解成甘油和脂肪酸；碳水化合物水解成小分子的多糖，甚至单糖；蛋白质水解成多肽、二肽、氨基酸，氨基酸进一步水解成系列饱和或未饱和的低分子有机酸等。随着热水解温度的相应提高，污泥的水解速度和水解程度增大，低分子有机物和有机酸浓度增大，因此经过热水解的污泥更容易厌氧消化。所以热水解不仅作为处理污泥的一个手段，有利于污泥中固体有机物的液化和水解，形成易生化降解的低分子有机物，提高后续的厌氧消化性能，而且也提高了其脱水液中的高浓度有机物含量，可以作为有机碳源用于反硝化。
磷酸铵镁沉淀法(俗称鸟粪石沉淀法)是化学中较多采用的一种同时沉淀较高浓度氨氮和磷酸根的方式，而且磷酸铵镁作为一种重要的缓效性复合肥料可以得到利用。其基本原理为，在含NH₄⁺和PO₄^3-的水中添加镁盐，发生以下的化学反应：
Mg²⁺+HPO₄^2-+NH₄⁺+6H₂O→MgNH₄PO₄·6H₂O↓+H⁺     (1)
Mg²⁺+PO₄^3-+NH₄⁺+6H₂O→MgNH₄PO₄·6H₂O↓         (2)
Mg²⁺+H₂PO₄-+NH₄⁺+6H₂O→MgNH₄PO₄·6H₂O↓+2H⁺    (3)
沉淀过滤后即可得到MAP(magnesium-ammonium-phosphate)，其分子式是MgNH₄PO₄·6H₂O，其溶度积为2.5×10^-13。
城市生活污水如果有比较充足的碳源，污水的脱氮率就越高，但实际上城市生活污水中的碳源物质是有限的，对于低碳高氮磷的低浓度甚至超低浓度的城市污水，缺氧条件下可生物利用的碳源物质不足，就很难达到预期的脱氮率，同时也降低了污水处理工艺的运行效率。因此对于低碳高氮磷城市污水，应将其C/N比提高到一定范围，就可能使总氮脱除率有较大提高。提高污水C/N比的碳源物质，首先应该充分考虑利用既有的废物碳源，尽量替代那些高成本的化工类有机碳源，这具有非常现实的社会效益、经济效益和环境效益，为在污水厂层面实现循环经济提供了一个范例。
发明内容
本发明的目的是针对城市污水普遍存在碳源不足而造成的污水处理工艺运行对总氮脱除率不高的难题，提供一种污泥脱水液作碳源对低碳氮比城市污水的处理方法，实现提高总氮脱除率的目的。
本发明的技术方案如下：
一种污泥脱水液作碳源对低碳氮比城市污水的处理方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1)首先对污水处理厂热解剩余污泥脱水液进行处理，根据污水处理厂热解剩余污泥脱水液氨氮的摩尔浓度，投加磷酸盐和镁盐，投加后磷酸盐的摩尔浓度为氨氮摩尔浓度的1倍，镁盐的摩尔浓度为氨氮摩尔浓度的1～1.5倍，形成磷酸铵镁沉淀，使处理后的污泥脱水液氨氮浓度≤150mg/L，污泥脱水液C/N比值为85-200；
2)将经处理后的污泥脱水液投加到待处理的污水中，使待处理的污水COD含量处于300-400mg/L之间，C/N比值为6.0-12；
3)利用生物处理工艺对步骤2)中的污水进行处理，达到城镇污水处理厂污染物排放标准对总氮的排放标准要求。
上述技术方案中，所述的低碳氮比城市污水的C/N比值低于5。所述的镁盐采用氯化镁或硫酸镁，磷盐采用磷酸氢二钠或磷酸二氢钠。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：
一方面城市生活污水因为碳源不足而在污水处理中总氮脱除率较低，另一方面污泥处理中的热解污泥脱水液中也需要有较好的出路。本发明专利与现有技术相比，具有以废治废，由处理后的热解污泥脱水液替代了成本较高的甲醇等碳源，节约了双重成本，易于操作，具有很好的环境效益、经济效益和社会效益。
具体实施方式
本发明提供的一种污泥脱水液作碳源对低碳氮比城市污水的处理方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1)首先对污水处理厂热解剩余污泥脱水液进行处理，根据污水处理厂热解剩余污泥脱水液氨氮的摩尔浓度，投加磷酸盐和镁盐，投加后磷酸盐的摩尔浓度为氨氮摩尔浓度的1倍，镁盐的摩尔浓度为氨氮摩尔浓度的1～1.5倍，形成磷酸铵镁沉淀，使处理后的污泥脱水液氨氮浓度≤150mg/L，污泥脱水液C/N比值为85-200；
2)将经处理后的污泥脱水液投加到待处理的污水中，使待处理的污水COD含量处于300-400mg/L之间，C/N比值为6.0-12；
3)利用生物处理工艺对步骤2)中的污水进行处理，达到城镇污水处理厂污染物排放标准对总氮的排放标准要求。
本发明所述的低碳氮比城市污水是指C/N比值低于5的城市污水。
下面结合实例对本发明进一步说明
实施例1
从东莞市区污水处理厂取得的热解剩余污泥脱水液，在深圳布吉污水厂实验室分析，有机物含量较高，调节其pH为9、采用硫酸镁作为镁盐来源，采用磷酸二氢钠作为磷酸根来源、按照氨氮的摩尔比为1添加磷盐和镁盐、沉淀反应时间为30min等条件，对磷酸铵镁沉淀前后的热解剩余污泥脱水液中的水质进行分析，见表1和表2。
表1热解剩余污泥脱水液主要水质指标