專利名稱：一種利用超聲波預(yù)處理改善污泥缺氧/好氧消化性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境保護(hù)和資源綜合利用領(lǐng)域，特別涉及一種利用超聲波預(yù)處理改善 污泥缺氧/好氧消化性能的方法
背景技術(shù)：
剩余污泥是污水生物處理的最終產(chǎn)物。它含有重金屬、病原菌、有機(jī)污染物及其它 有害物質(zhì)，如果不進(jìn)行妥善處理，可能造成嚴(yán)重的二次污染。隨著污水處理設(shè)施的進(jìn)一步普 及、處理量的增加、處理標(biāo)準(zhǔn)的提高和處理功能的拓展，污泥的產(chǎn)生量將會(huì)大幅度地增加。 污泥的處理與處置將成為環(huán)境領(lǐng)域的一大難題。目前，污泥處理處置方法有衛(wèi)生填埋、海 洋傾倒、污泥焚燒、污泥資源化利用等。衛(wèi)生填埋、海洋傾倒、污泥焚燒均會(huì)對環(huán)境產(chǎn)生二次 污染而受到限制。污泥的資源化利用關(guān)鍵在于污泥的減量化，穩(wěn)定化和無害化。污泥生物減量化處 理中，大中型污水處理廠大多采用厭氧消化的方法進(jìn)行處理，其處理過程中產(chǎn)生的沼氣可 以作為二次能源使用，因而比較適合于產(chǎn)生大量污泥和同步設(shè)置甲烷發(fā)電利用裝置的大型 污水處理廠。而對于中小型的污水處理廠來說，引進(jìn)甲烷利用裝置成本過高，采用厭氧消化 處理污泥產(chǎn)生的甲烷不能得到有效利用，反而成了二次污染。因此，污泥好氧消化因其具有 基建投資少、處理效率高、運(yùn)行管理方便、運(yùn)行費(fèi)用較低、最終產(chǎn)物無臭以及上清液BOD5濃 度低等優(yōu)點(diǎn)而在中小型水廠中應(yīng)用越來越廣泛。美國、日本、加拿大等發(fā)達(dá)國家都有不少 中、小型污水處理廠采用好氧消化處理污泥，僅加拿大某省就有20個(gè)小型污水處理廠運(yùn)行 運(yùn)用此法丹麥大約有40%的污泥使用好氧法進(jìn)行穩(wěn)定化處理，可見污泥好氧消化工藝有 著巨大的發(fā)展?jié)摿?。但是該方法能耗高，且在消化過程中PH不斷下降，影響好氧消化效果。 于是，污泥的缺氧/好氧消化工藝(Anoxic/Aerobic Digestion, A/AD)因?yàn)槟軌蚪鉀Q這兩 個(gè)問題而得到發(fā)展，對污泥A/AD工藝的進(jìn)一步研究將有助于改善大量中、小型污水處理廠 污泥處理困難的局面。超聲波預(yù)處理技術(shù)因其在細(xì)胞破碎方面具有高效、穩(wěn)定、安全等優(yōu)點(diǎn)，在污泥預(yù)處 理中可以提高污泥的生物活性和可降解性能。因此，利用適當(dāng)強(qiáng)度的超聲近年來在污泥預(yù) 處理領(lǐng)域弓I起人們越來越多的關(guān)注。從國外對超聲波處理污泥的研究來看，主要著重于超聲波對污泥厭氧消化的促進(jìn) 方面，把其應(yīng)用于污泥A/AD消化工藝目前尚未見有關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決目前城市污水處理過程中存在的污泥處置問題，提供一種 處理成本低、運(yùn)行效果好、消化周期短、操作簡單、易于管理的剩余污泥減量化方法，實(shí)現(xiàn)污 水處理廠剩余污泥的減量化、穩(wěn)定化和資源化。本發(fā)明的利用超聲波預(yù)處理改善污泥缺氧/好氧消化性能的方法，使用的裝置至少包括一個(gè)污泥缺氧/好氧消化反應(yīng)器和一個(gè)超聲波處理器，超聲波處理器又包括一個(gè)超 聲發(fā)生器和一個(gè)超聲波反應(yīng)槽；所述污泥缺氧/好氧消化反應(yīng)器和超聲波反應(yīng)槽的上方均 設(shè)有攪拌電機(jī)和進(jìn)泥口，下方均設(shè)有出泥口，污泥缺氧/好氧消化反應(yīng)器底部設(shè)有曝氣裝 置，通過導(dǎo)管及曝氣調(diào)節(jié)閥與置于反應(yīng)器外部的空壓機(jī)相連。本發(fā)明的一種利用超聲波預(yù)處理改善污泥缺氧/好氧消化性能的方法，包括以下 步驟(1)首先采用污泥泵將污泥抽入污泥缺氧/好氧消化生物反應(yīng)器中，用電動(dòng)攪拌 器(120r/min)進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，使污泥處于均勻懸浮狀態(tài)；(2)用空壓機(jī)對步驟(1)中的污泥缺氧/好氧消化生物反應(yīng)器中的污泥進(jìn)行間歇 曝氣，通過間歇式曝氣提供缺氧/好氧交替環(huán)境，污泥的停留時(shí)間為12天；(3)每隔M小時(shí)用污泥泵對步驟(1)中的缺氧/好氧消化反應(yīng)器內(nèi)的污泥進(jìn)行排 泥進(jìn)泥一次，進(jìn)泥的污泥濃度為9. 5 11. 5g/L ；(4)進(jìn)泥前對全部進(jìn)泥進(jìn)行超聲波預(yù)處理；(5)用污泥泵將步驟中預(yù)處理后的污泥抽入步驟(1)中的污泥缺氧/好氧消 化生物反應(yīng)器；上述步驟O)中曝氣方式通過間歇式曝氣提供缺氧/好氧交替環(huán)境，M小時(shí)為一 個(gè)周期，好氧12小時(shí)，缺氧12小時(shí)，好氧期間，由管道曝氣開關(guān)調(diào)節(jié)進(jìn)氣量，將DO控制在 5. 5 6. Omg/L,反應(yīng)溫度控制在25°C左右。上述步驟( 和(4)中排泥進(jìn)泥量為污泥缺氧/好氧消化生物反應(yīng)器中污泥量的 8. 3%。上述步驟(4)中污泥超聲波預(yù)處理的超聲波預(yù)處理參數(shù)組合為超聲頻率^kHz, 聲能密度0. 15W/mL，超聲時(shí)間lOmin。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)與有益效果1.本發(fā)明首次將低能量超聲波預(yù)處理與污泥缺氧/好氧消化相結(jié)合，不僅在一定 程度破解了污泥，還增強(qiáng)了污泥的生物活性，從而改善了污泥缺氧/好氧消化性能。與單獨(dú) 采用缺氧/好氧消化相比，提高了污泥消化效率，縮短了消化時(shí)間。2.由于污泥在缺氧階段會(huì)發(fā)生反硝化反應(yīng)，該方法對污泥總氮的去除率要高于現(xiàn) 有的超聲波-好氧消化技術(shù)，并且在維持PH和堿度平衡以及提高污泥脫水性方面都要優(yōu)于 超聲波-好氧消化技術(shù)。該方法還降低了曝氣能耗，節(jié)省了能源費(fèi)用，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。3.系統(tǒng)占地面積及體積小，建設(shè)及運(yùn)行費(fèi)用較低，工藝成熟，系統(tǒng)穩(wěn)定。


圖1為本發(fā)明的污泥超聲波-缺氧/好氧消化裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。其中1為主進(jìn)泥泵；2為子進(jìn)泥泵；3為排泥泵；4為超聲反應(yīng)槽；5為攪拌器；6為 空壓機(jī)；7為曝氣頭；8為排泥口 ；9為超聲波發(fā)生器。圖2為本發(fā)明的消化工藝技術(shù)路線圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 將原料污泥(取自廣州浙窖污水處理廠，污泥含水率為98. 3%，pH為6. 7，MLSS為 10. 5g/L, MLVSS 為 5. 6g/L，污泥上清液中 COD 為 42mg/L，氨氮為 13mg/L,TP 為 4mg/L)通過 進(jìn)泥泵注入反應(yīng)池內(nèi)，開啟反應(yīng)池內(nèi)的攪拌機(jī)(120r/min)，通過間歇式曝氣提供缺氧/好 氧交替環(huán)境，污泥的停留時(shí)間為12天；24h為一個(gè)周期，好氧12h，缺氧12h，好氧期間，由管 道曝氣開關(guān)調(diào)節(jié)進(jìn)氣量，將DO控制在5.5 6. Omg/L。反應(yīng)時(shí)溫度控制在25°C左右。每 隔24h對反應(yīng)器內(nèi)的污泥進(jìn)行排泥進(jìn)泥一次，排泥進(jìn)泥量為污泥缺氧/好氧消化生物反應(yīng) 器中污泥量的8. 3%，進(jìn)泥污泥的濃度為9. 5 10. 5g/L。進(jìn)泥前對所有進(jìn)泥進(jìn)行超聲預(yù)處 理，超聲波輻射參數(shù)組合為超聲頻率^kHz,聲能密度0. 15W/mL，超聲時(shí)間lOmin。消化反 應(yīng)Ild后，污泥消化達(dá)到穩(wěn)定。排出的污泥MLSS去除率和MLVSS去除率分別達(dá)到21. 9%和 41.0%,TCOD的去除率為60. 5%。繼續(xù)消化，污泥的最大MLSS去除率和MLVSS去除率達(dá)到 35. 3%和 55. 1%。實(shí)施例2 將原料污泥(取自廣州浙窖污水處理廠，污泥含水率為97. 3 %，pH為7. 1，MLSS為 10. 2g/L，MLVSS 為 5. 4g/L，污泥上清液中 COD 為 40mg/L，氨氮為 12mg/L, TP 為 1 Omg/L)通 過進(jìn)泥口分別注入兩個(gè)反應(yīng)池A和B內(nèi)，A反應(yīng)池污泥僅進(jìn)行缺氧/好氧消化，B反應(yīng)池污 泥進(jìn)行超聲波-缺氧/好氧消化。其他實(shí)驗(yàn)條件與實(shí)例1相同。消化Ild后，B反應(yīng)池污 泥的MLSS去除率和MLVSS去除率比A反應(yīng)池污泥分別提高了 10. 23%和13. 03%并達(dá)到穩(wěn) 定，A反應(yīng)池污泥消化20天后才達(dá)到穩(wěn)定，因此B反應(yīng)池消化時(shí)間比A反應(yīng)池縮短了 9天。實(shí)施例3將原料污泥(取自廣州浙窖污水處理廠，污泥含水率為98. 9%，pH為6. 8，MLSS 為 11. 5g/L，MLVSS 為 5. 7g/L，污泥上清液中 COD 為 40. 8mg/L，氨氮為 6mg/L，TP 為 14mg/L) 通過進(jìn)泥口分別注入兩個(gè)反應(yīng)池A和B內(nèi)，A反應(yīng)池污泥進(jìn)行好氧消化，B反應(yīng)池進(jìn)行超聲 波-缺氧/好氧消化。其他實(shí)驗(yàn)條件與實(shí)例1相同。消化Ild后，B反應(yīng)池污泥的MLSS去 除率和MLVSS去除率與A池的接近，但B池中總氮的去除率達(dá)38. 7%，高于A池，并且B池 污泥上清液中的氨氮的濃度也要遠(yuǎn)低于A池。此夕卜，B池中污泥的比阻為9. OSXlO1Vkg, A池中污泥的比阻為3. 16X1014m/kg，說明超聲-缺氧/好氧消化后污泥的脫水性要好于好 氧消化的污泥。
權(quán)利要求
1.一種利用超聲波預(yù)處理改善污泥缺氧/好氧消化性能的方法，其特征在于包括以下 步驟(1)首先采用污泥泵將污泥抽入污泥缺氧/好氧消化生物反應(yīng)器中，用電動(dòng)攪拌器進(jìn) 行充分?jǐn)嚢?，使污泥處于均勻懸浮狀態(tài)；(2)用空壓機(jī)對步驟(1)中的污泥缺氧/好氧消化生物反應(yīng)器中的污泥進(jìn)行間歇曝氣， 通過間歇式曝氣提供缺氧/好氧交替環(huán)境，污泥的停留時(shí)間為12天；(3)每隔M小時(shí)用污泥泵對步驟(1)中的缺氧/好氧消化反應(yīng)器內(nèi)的污泥進(jìn)行排泥進(jìn) 泥一次，進(jìn)泥的污泥濃度為9. 5 11. 5g/L ；(4)進(jìn)泥前對全部進(jìn)泥進(jìn)行超聲波預(yù)處理；(5)用污泥泵將步驟中預(yù)處理后的污泥抽入步驟(1)中的污泥缺氧/好氧消化生 物反應(yīng)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該方法使用的裝置至少包括一個(gè)污泥缺 氧/好氧消化反應(yīng)器和一個(gè)超聲波處理器，超聲波處理器又包括一個(gè)超聲發(fā)生器和一個(gè)超 聲波反應(yīng)槽；所述污泥缺氧/好氧消化反應(yīng)器和超聲波反應(yīng)槽的上方均設(shè)有攪拌電機(jī)和進(jìn) 泥口，下方均設(shè)有出泥口，污泥缺氧/好氧消化反應(yīng)器底部設(shè)有曝氣裝置，通過導(dǎo)管及曝氣 調(diào)節(jié)閥與置于反應(yīng)器外部的空壓機(jī)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述步驟O)中曝氣方式通過間歇式曝 氣提供缺氧/好氧交替環(huán)境二4小時(shí)為一個(gè)周期，好氧12小時(shí)，缺氧12小時(shí)，好氧期間，由 管道曝氣開關(guān)調(diào)節(jié)進(jìn)氣量，將DO控制在5. 5 6. Omg/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述步驟(3)和⑷中排泥進(jìn)泥量為污 泥缺氧/好氧消化生物反應(yīng)器中污泥量的8. 3%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述步驟中污泥超聲波預(yù)處理的超 聲波預(yù)處理參數(shù)組合為超聲頻率^kHz,聲能密度0. 15W/mL，超聲時(shí)間lOmin。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用超聲波預(yù)處理改善污泥缺氧/好氧消化性能的方法，該方法包括如下步驟向污泥缺氧/好氧消化生物反應(yīng)器供污泥，通過間歇式曝氣提供好氧/缺氧交替環(huán)境，污泥停留時(shí)間為12天，24小時(shí)為一個(gè)周期，好氧12小時(shí)，缺氧12小時(shí)，每天排出8.3％的消化污泥，每天輸入與排出泥等量的經(jīng)超聲波預(yù)處理的污泥；本發(fā)明將低能量超聲波預(yù)處理與污泥缺氧/好氧消化相結(jié)合，不僅在一定程度破解了污泥，還增強(qiáng)了污泥的生物活性，從而改善了污泥缺氧/好氧消化性能；與單獨(dú)采用污泥好氧、缺氧/好氧消化或與現(xiàn)有的超聲波-好氧消化技術(shù)相比，均提高了污泥消化效率，縮短了消化時(shí)間；該方法還降低了曝氣能耗，節(jié)省了能源費(fèi)用。
文檔編號(hào)C02F11/02GK102070286SQ20101056243
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者劉敬勇, 孫水裕, 宋衛(wèi)鋒, 戴文燦, 許燕濱, 謝武明, 鄭莉 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)