[發(fā)明專利]一種污水中有機碳高效源分離及能源化開發(fā)利用工藝

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610226608.5
• 申請日: 2016-04-13
• 公開（公告）號: CN105776751A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 岳秀萍;段燕青
• 申請（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號: C02F9/14
• 分類號: C02F9/14;C02F11/04
• 代理公司: 太原科衛(wèi)專利事務(wù)所(普通合伙) 14100
• 代理人: 張彩琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于污水處理領(lǐng)域，具體是一種污水中有機碳高效源分離且能源化開 發(fā)利用工藝，本發(fā)明利用有機碳高效源分離耦合混合污泥厭氧消化技術(shù)，實現(xiàn)污 水中有機碳的最大化開發(fā)利用。

背景技術(shù)

污水處理是能量密集型產(chǎn)業(yè)，且涉及水生態(tài)環(huán)境保護(hù)、能源資源利用以及溫 室效應(yīng)控制等領(lǐng)域。故開發(fā)綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)節(jié)能的污水處理工藝意義重大。

污水中的有機碳是潛在的能源載體，對其進(jìn)行開發(fā)利用將極大推動我國污水處理 事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

傳統(tǒng)污水處理工藝多通過曝氣、微生物代謝去除有機碳，直接或間接地向大 氣排放CO₂，同時產(chǎn)生大量難處理的生物污泥，這種做法無異于“以能消能”， 最終結(jié)果形成一種污染轉(zhuǎn)嫁。以活性污泥法處理計算，每年碳氧化直接排放CO₂近0.17億噸(按0.14tCO₂/tCOD計)，曝氣能耗達(dá)96億kWh(按800kWh/tCOD 計)，折合CO₂排放量24億t(按0.25tCOD/kWh計)，成為溫室效應(yīng)氣體的重要 來源之一；此外，污水處理每年產(chǎn)生生物污泥0.07億噸(按0.4t生物細(xì)胞/tCOD)， 其中高達(dá)50％的污泥未經(jīng)處理直接棄置于土地，產(chǎn)生嚴(yán)重的地下水和土壤二次污 染。從能量利用和溫室氣體控制角度衡量，均與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略相悖。

有研究表明，初沉污泥所含易降解COD、溶解性多糖及非飽和脂肪含量高 于生物污泥，厭氧消化過程能產(chǎn)生更多揮發(fā)性脂肪酸，且不存在細(xì)胞破壁的制約， 是污水中有機碳的良好載體。此外，若將有機碳在生物處理前從污水中分離出來 進(jìn)行資源化開發(fā)，既可降低污水污泥處理能耗和溫室效應(yīng)，又可避開生物污泥預(yù) 處理過程中破壁的制約，實現(xiàn)污水中有機碳的最大資源化利用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決傳統(tǒng)污水處理工藝存在的高能耗、高污染的弊端，提供了一 種污水中有機碳高效源分離及能源化開發(fā)利用工藝。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種污水中有機碳高效源分離及能源化 開發(fā)利用工藝，原水在微生物絮凝劑和高分子有機絮凝劑雙重作用下，大部分懸 浮有機物、膠體和部分溶解性有機碳被沉降卷掃，以初沉污泥的形式從污水中分 離出來，與生物段產(chǎn)生的生物污泥混合進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，有機碳源分離段 出水進(jìn)行生物段脫氮除磷。

本發(fā)明發(fā)揮微生物絮凝劑和高分子絮凝劑沉降-調(diào)理的雙重協(xié)同作用，解決 了化學(xué)絮凝污泥產(chǎn)量大、處理處置困難的問題，同時通過調(diào)理作用改善污泥脫水 性能，為污泥能源化提供有利條件。而且本發(fā)明實現(xiàn)有機碳在生物段之前的源分 離，可使有機碳在進(jìn)入細(xì)胞壁前高效沉降(因進(jìn)入細(xì)胞變成生物污泥，需要很大 能耗來破壁)，降低了生物段有機負(fù)荷，實現(xiàn)曝氣能耗、污泥產(chǎn)量及溫室氣體的 減量，經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

具體應(yīng)用時，所述微生物絮凝劑為膠質(zhì)類芽孢桿菌微生物絮凝劑，有機高分 子絮凝為聚丙烯酰胺。所述微生物絮凝劑和有機高分子絮凝劑的雙重作用是在初 沉池中實施的。

具體實施時，原水先經(jīng)粗、細(xì)格柵及沉砂池，去除較大的懸浮或漂浮物后， 進(jìn)入初沉池。在初沉池前端先后間隔30min投加聚丙烯酰胺(0.1mg/L)和膠質(zhì) 類芽孢桿菌微生物絮凝劑懸浮液(8-10mL/L)，使大部分懸浮有機物、膠體和部 分溶解性有機碳被沉降卷掃，初沉?xí)r間1.5h，快攪2min，慢攪30min。有機碳 以初沉污泥的形式從污水中分離出來，與生物段產(chǎn)生的生物污泥混合，經(jīng)濃縮后 進(jìn)行混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣。

具體應(yīng)用時，有機碳源分離段產(chǎn)生的初沉污泥與生物段產(chǎn)生的生物污泥的混 合體積比例為50:50或60:40或80:20或100:0。優(yōu)選的，有機碳源分離段產(chǎn)生的 初沉污泥與生物段產(chǎn)生的生物污泥的混合體積比例為80:20。H.Bouallagui等通 過實體試驗研究了不同體積比下初沉污泥和生物污泥混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷的效 果，結(jié)果表明該比例下甲烷產(chǎn)量明顯高于其他比例。發(fā)明人在實驗室條件下對不 同體積比污泥混合發(fā)酵產(chǎn)氣性能進(jìn)行了研究，得出了類似的結(jié)果。