[发明专利]一种内源FNA预处理污泥减量化及资源化工艺

说明书

本发明公开了一种内源FNA预处理污泥减量化及资源化工艺。该工艺包括以下流程：1）往预处理单元中投加污泥，以FNA对污泥进行预处理；2）经预处理的污泥进入产酸相反应器，进行水解酸化；3）水解酸化后的污泥进入产甲烷相反应器，产甲烷消化后排出；所述的FNA是通过产酸相和产甲烷相的消化液合成的。本发明经FNA预处理后的污泥首先进入产酸相被产酸发酵细菌利用产酸，水解酸化速率得到改善；然后，水解酸化污泥再进入产甲烷相被产甲烷菌利用提升甲烷产率，最终消化污泥由产甲烷相排出，实现污泥减量化及资源化。

技术领域

本发明涉及一种内源FNA预处理污泥减量化及资源化工艺。

背景技术

目前污水污泥安全处置与资源化技术远远落后于污水处理技术的发展，已成为我国需要迫切解决的重大环境问题。污泥处理成本约占污水处理总成本的一半，污泥处置和管理是全球水行业面临的重大挑战之一。据调查，自2007年以来，全国污泥产量年增长率约为13%，截至2013年污泥干固体量已达到625万吨/年。目前全国处理能力20万t/d(含)以上城市污水处理厂的污泥约80％没有经过妥善处理处置，这些污泥的出路也没有一定的保障，造成了污泥无控排放的现状。污泥的安全处理处置，已成为突出的环境问题。

厌氧消化由于能够稳定污泥中的有机质、杀灭致病菌、产生沼气等显著优势而成为污泥处理的主流工艺，在国外的应用十分广泛。然而，目前国内的污泥处理处置仍然以浓缩—调质—脱水为主要技术路线，而污泥稳定化和干化技术应用比例低。究其原因主要有：工艺技术滞后，设备落后，能耗物耗较高，操作管理水平低，运行费用高等诸多实际问题，尤其是能耗问题突出，许多污水处理厂花巨资建立起污泥处理设施，却负担不起运行费用。

一般认为，污泥水解是厌氧消化的限速步骤，往往需要通过预处理来增加污泥水解效率，提高甲烷产量，降低厌氧消化的综合能耗。市政污泥的厌氧消化过程由多步微生物降解过程构成，包括污泥颗粒溶解、水解、酸化、产甲烷阶段。污泥水解缓慢的主要原因是污泥中的有机物大部分为微生物细胞物质，这些物质为细胞壁所包裹，细胞壁中聚多糖束和缩氨酸交联在一起，这种交联结构使污泥微生物的细胞壁在厌氧消化过程中破碎和溶解缓慢。

对此，有必要对污泥厌氧消化采用强化预处理技术，破坏污泥中微生物的细胞壁,将原来为微生物细胞壁所包裹的有机物释放到胞外的水环境中，使原来的不溶性颗粒有机物转化为溶解性有机物，缩短或减少污泥厌氧消化过程中的污泥微生物细胞壁水解这一过程。目前受到广泛关注的方法有：热解，酶分解，机械法如高压水流喷射法、超声波、微波法等，化学法如酸/碱溶、臭氧氧化等。

热预处理虽然可以有效地水解污泥，但是消耗大量的能量，有时会产生有毒的难熔化合物，并且导致酶的钝化。污水污泥的高温预处理虽然可以杀灭病原菌，但是费用高。超声波技术具有无污染、能量密度高、分解速度快等特点，但在促进细胞破碎后固体碎屑的水解方面不如加碱和加热等方法，同时，超声波的作用效果受到液体的许多参数（粘度、温度、表面张力等）和超声波发生设备的影响，短时间内较难投入大规模的工程化应用。与其它预处理方法比较，碱解法相对简单、高效。另一方面，加碱预处理过程中会产生某些抑制厌氧消化反应及难溶性的物质，而Na⁺和OH^-两种离子自身也是厌氧消化的抑制剂，因此最合理的碱投加量及碱处理法的负面效应尚需深入研究。

近年来，有研究表明FNA对城市污水管道中的厌氧微生物膜具有杀生作用，而且杀生能力与FNA浓度具有较强的相关性。Wang等研究表明，FNA还可以用于污水生物处理工艺中减少剩余污泥的产生，采用两套处理生活污水的SBR反应器作对比，其中一个反应器50%的剩余污泥经FNA处理后回流至原反应器，在同样的运行工况下经FNA处理的SBR反应器污泥产量与对照组相比降低了28%；Wang等进一步研究表明，FNA预处理还可以提高剩余活性污泥后续厌氧消化处理过程中的甲烷产率。另外，Law等提出了一种利用厌氧消化液生产FNA的方法，表明FNA可以由绿色、可再生的方法而获得，这进一步降低了FNA的生产成本，使FNA成为一种很有前景的微生物细胞破解剂。