一種針對不同污水處理廠剩余污泥脫水的方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種針對不同污水處理廠剩余污泥脫水的方法及裝置，本發(fā)明采用超聲波和芬頓反應聯(lián)合處理剩余污泥，使污泥中EPS被破壞，細胞壁和細胞膜被破壞導致細胞水溶出，剩余污泥脫水性能大大增強，經(jīng)過板框壓濾后剩余污泥含水率能夠降低到60%，同時芬頓試劑投加量和酸的投加量能夠大大降低。經(jīng)試驗證明，本發(fā)明不僅具有對污水處理廠的適應性十分普遍、能有效增強剩余污泥脫水性能的優(yōu)點，而且還具有結構簡單、制作成本低、使用維護都方便的優(yōu)點。
【專利說明】
一種針對不同污水處理廠剩余污泥脫水的方法及裝置
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種針對不同污水處理廠剩余污泥脫水的方法及裝置，屬于市政工程及環(huán)境工程技術領域。
【背景技術】
[0002]污水處理廠在活性污泥處理污水過程中，由于同化有機物使得微生物過量繁殖，部分活性污泥回流到生化池中，過量微生物繁殖產(chǎn)生的剩余污泥成分復雜，含水率高，微生物活性大。傳統(tǒng)的混凝劑預處理增大污泥顆粒，然后通過板框壓濾，真空抽濾等方式實現(xiàn)污泥脫水的目的。
[0003]大量的研究表明剩余污泥中的菌膠團包含的水分無法通過簡單的污泥脫水方式去除，菌膠團中的胞外聚合物(EPS)成分束縛了大量的水分，因此破壞胞外聚合物(EPS)結構，使得EPS中被束縛的水分能夠釋放出來對提高污泥脫水性能起到極大的作用。芬頓反應在反應過程中產(chǎn)生OH.氧化性極強，能夠破壞EPS結構，使得EPS中糖類，蛋白質(zhì)，水分能夠釋放出來，從而提高脫水性能;超聲波是彈性介質(zhì)中的一種機械波，頻率為10?15kHz，超聲波在處理污泥過程中會發(fā)生空化現(xiàn)象，產(chǎn)生的空化氣泡瞬間破碎會發(fā)出剪切力從而能夠破解污泥中微生物細胞，從而使得污泥脫水性能提高。
[0004]因此，采用超聲波聯(lián)合芬頓反應強化剩余污泥脫水就顯得十分具有可行性，然而實際污泥脫水實踐表明，芬頓反應需要投加大量的酸，F(xiàn)e2+離子和H2O2,不僅工程經(jīng)濟無法承受，同時，產(chǎn)泥量大，處理費用高。如申請?zhí)枮?01510709116.7公開了一種污水深度處理芬頓法污泥的資源化利用方法，其中提到了 Fe2+投加量控制在1000mg/L，產(chǎn)泥量是城市污水處理廠產(chǎn)泥量的五倍，處理費用大大增加。
[0005]針對我國長江水流域污水處理廠剩余污泥有機物含量大，黃河流域污水處理廠剩余污泥有機物含量偏低，同時生物活性低，因此H2O2投加量相對于長江流域污水處理廠剩余污泥處理過程中肯定需要減少，但是針對不同區(qū)域污水處理廠剩余污泥采用芬頓反應過程中如何確定芬頓試劑投加量還沒有有效確定的方法和技術。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于，提供一種針對不同污水處理廠剩余污泥脫水的方法及裝置，為不同污水處理廠找到一種提高剩余污泥脫水效率的方法，同時優(yōu)化污水處理過程中芬頓試劑和酸的投加量，節(jié)約污泥脫水所需費用并降低產(chǎn)泥量，從而克服現(xiàn)有技術的不足。
[0007]本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的:
本發(fā)明的一種針對不同污水處理廠剩余污泥脫水的方法為，該方法是在超聲波的作用下采用芬頓反應強化剩余污泥的脫水效果;并在芬頓反應過程中控制Fe2+、H2S04和H2O2的投加量，具體做法是依次保持以上三個參數(shù)中的其中一個不變，通過調(diào)節(jié)另外兩個參數(shù)的大小，獲得板框壓濾脫水后的水分去除率，分別建立Fe2+不變時的三維響應曲面、H2SO4不變時的三維響應曲面和H2O2不變時的三維響應曲面;然后運用方差分析軟件對上述三個三維響應曲面進行分析后生成模型方程:
Y=aiXi+a2X2+a3X3+ai2XiX2+ai3XiX3+anXi2+a22X22+a23X2X3+a33X32
模型方程:Y表示經(jīng)過板框壓濾后剩余污泥的水分去除率，用百分數(shù)表示；
示剩余污泥中Fe2+的濃度值；當投入的Fe2+發(fā)生變化時，剩余污泥中Fe2+的濃度值也隨著變化；
X2表示剩余污泥的pH值;當投入的酸發(fā)生變化時，剩余污泥的pH值也隨著變化；
X3表示指剩余污泥中H2O2的濃度值；當投入的H2O2發(fā)生變化時，剩余污泥中的H2O2的濃度值也隨著變化；
31、32、33、311、312、313、322、323和333均表示剩余污泥性質(zhì)的指標參數(shù)，當剩余污泥確定后a1、a2、a3、an、ai2、ai3、a22、a23#Pa33i$);
當不同污水處理廠需要對剩余污泥進行脫水時，只需要將表示剩余污泥性質(zhì)的指標參數(shù)已1、32、33、311、312、313、322、323和333代入模型方程，并輸入預定的經(jīng)過板框壓濾后剩余污泥的水分去除率Y即可計算出Fe2+、H2S04和H2O2的最佳投加量;實現(xiàn)提高剩余污泥脫水效率節(jié)約污泥脫水所需費用和降低產(chǎn)泥量的目的。
[0008]前述方法中，所述超聲波的強度不小于100W，超聲波的頻率控制在10?15kHz，超聲波的作用時間控制在I?2小時。
[0009]用于上述方法的本發(fā)明的一種針對不同污水處理廠剩余污泥脫水的裝置為，包括生化預處理池，在生化預處理池上設有超聲波發(fā)生器和攪拌槳，并且超聲波發(fā)生器和攪拌槳能夠插入裝在生化預處理池內(nèi)的待處理剩余污泥中，攪拌槳與電機連接。
[0010]由于采用了上述技術方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明采用超聲波和芬頓反應聯(lián)合處理剩余污泥，使污泥中EPS被破壞，細胞壁和細胞膜被破壞導致細胞水溶出，剩余污泥脫水性能大大增強，經(jīng)過板框壓濾后剩余污泥含水率能夠降低到60%，同時芬頓試劑投加量和酸的投加量能夠大大降低。經(jīng)試驗證明，本發(fā)明不僅具有對污水處理廠的適應性十分普遍、能有效增強剩余污泥脫水性能的優(yōu)點，而且還具有結構簡單、制作成本低、使用維護都方便的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明所用裝置的結構示意圖；
圖2是Fe2+不變時的三維響應曲面照片；
圖3是H2SO4不變時的三維響應曲面照片；
圖4是H2O2不變時的三維響應曲面照片。
[0012]圖中的標記為:1_生化預處理池、2-待處理剩余污泥、3-超聲波發(fā)生器、4-電機、5-攪拌槳。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但不作為對本發(fā)明的任何限制。
[0014]本發(fā)明的一種針對不同污水處理廠剩余污泥脫水方法是在超聲波的作用下采用芬頓反應強化剩余污泥的脫水效果;超聲波的強度不小于100W，超聲波的頻率控制在10?15kHz，超聲波的作用時間控制在I?2小時。并在芬頓反應過程中控制Fe2+、H2S04和H2O2的投加量，具體做法是依次保持以上三個參數(shù)中的其中一個不變，通過調(diào)節(jié)另外兩個參數(shù)的大小，獲得板框壓濾脫水后的水分去除率，分別建立Fe2+不變時的三維響應曲面(圖2) ,H2SO4不變時的三維響應曲面(圖3)和H2O2不變時的三維響應曲面(圖4);然后運用方差分析(ANOVA)軟件對上述三個三維響應曲面進行分析后生成模型方程:Y=aiXi+a2X2+a3X3+ai2XiX2+ai3XiX3+anXi2+a22X22+a23X2X3+a33X32
模型方程:Y表示經(jīng)過板框壓濾后剩余污泥的水分去除率，用百分數(shù)表示；
示剩余污泥中Fe2+的濃度值；當投入的Fe2+發(fā)生變化時，剩余污泥中Fe2+的濃度值也隨著變化；
X2表示剩余污泥的pH值;當投入的酸發(fā)生變化時，剩余污泥的pH值也隨著變化；
X3表示指剩余污泥中H2O2的濃度值；當投入的H2O2發(fā)生變化時，剩余污泥中的H2O2的濃度值也隨著變化；
31、32、33、311、312、313、322、323和333均表示剩余污泥性質(zhì)的指標參數(shù)，當剩余污泥確定后a1、a2、a3、an、ai2、ai3、a22、a23#Pa33i$);
當不同污水處理廠需要對剩余污泥進行脫水時，只需要將表示剩余污泥性質(zhì)的指標參數(shù)已1、32、33、311、312、313、322、323和333代入模型方程，并輸入預定的經(jīng)過板框壓濾后剩余污泥的水分去除率Y即可計算出FeS04、H2S04和H2O2的最佳投加量;實現(xiàn)提高剩余污泥脫水效率節(jié)約污泥脫水所需費用和降低產(chǎn)泥量的目的。
[0015]用于上述方法的本發(fā)明的一種針對不同污水處理廠剩余污泥脫水的裝置，包括生化預處理池1，在生化預處理池I上設有超聲波發(fā)生器3和攪拌槳5，并且超聲波發(fā)生器3和攪拌槳5能夠插入裝在生化預處理池I內(nèi)的待處理剩余污泥2中，攪拌槳5與電機4連接。
[0016]本發(fā)明所用的超聲波發(fā)生器3和攪拌槳5可直接采用市場上出售的成品裝置進行安裝。
[0017]本發(fā)明采用響應面曲線法建立芬頓反應參數(shù)與剩余污泥脫水效果的關系，從而通過響應面曲線探究不同污水處理廠剩余污泥的芬頓反應最佳條件，其中以Fe2+濃度，pH值，H2O2濃度為變化參數(shù)，分別以X1, X2，X3代表，以經(jīng)過板框壓濾后剩余污泥含水率降低百分數(shù)為相應參數(shù)Y，建立模型方程，大量的國內(nèi)外研究表明剩余污泥含水率降低百分數(shù)和芬頓試劑投加量的二次方成正相關，因此模型方程擬定如下:
Y=aiXi+a2X2+a3X3+ai2XiX2+ai3XiX3+anXi2+a22X22+a23X2X3+a33X32
通過大量的正交現(xiàn)場脫水試驗結果，運用(ANOVA)分析軟件得出模型方程中參數(shù)，針對不同污水處理廠的生化性質(zhì)不同，特別是剩余污泥中有機質(zhì)的含量差別很大，運行該方程得出不同污水處理廠的芬頓反應參數(shù)，從而得到芬頓反應的最佳Fe2+，pH值，H2O2濃度。根據(jù)進水流量，從而計算出最佳Fe2+，酸，H2O2的最佳投加量。
[0018]由于超聲波破碎剩余污泥細胞過程中，聲強增大，破碎程度越大，但是聲強過大會導致空化泡在聲波的負壓下長得很大，致使空化泡崩潰不充分，從而降低了剪切力對剩余污泥中EPS結構和微生物細胞的破壞作用，同時超聲波探頭功率太大會導致探頭空化腐蝕嚴重，因此剩余超聲波發(fā)生器功率采用100W，產(chǎn)生的超聲波頻率為15kHz。
[0019]實施例1
如圖1所示，在生化預處理池I中，超聲波發(fā)生器3發(fā)出的超聲波頻率為15kHz，超聲波發(fā)生器功率為100W，在超聲波作用1.5小時下，空化泡產(chǎn)生又崩潰產(chǎn)生的剪切力起到破壞剩余污泥EPS和微生物細胞結構的作用。同時，在生化預處理池I中投加不同比例的H2O2,Fe2+，同時投加稀硫酸調(diào)節(jié)待處理剩余污泥2的pH值，攪拌槳5在電機4的帶動下不斷攪動，從而實現(xiàn)芬頓試劑和剩余污泥的混合均勻，增強芬頓反應強度，先進氧化工藝芬頓反應生產(chǎn)的0H.能夠破壞EPS結構中蛋白質(zhì)、多糖等結構，同時OH.能夠破壞剩余污泥中微生物的細胞膜和細胞壁從而能夠分別使得EPS和微生物中水分能夠更容易被釋放，從而提高了剩余污泥的脫水性能。
[0020]實施例2
江蘇鹽城某化工廠的剩余污泥在脫水過程中，15kHz超聲波和芬頓反應處理2小時，采用芬頓反應強化剩余污泥脫水效果，在剩余污泥芬頓反應調(diào)節(jié)過程中，建立響應面曲線法探測芬頓反應最佳反應條件。芬頓反應過程中，控制Fe2+投加量、H2SO4投加量和H2O2投加量任何一個參數(shù)不變，通過調(diào)節(jié)另外兩個因素的大小，根據(jù)現(xiàn)場芬頓反應參數(shù)和板框壓濾脫水效果，建立三維響應面曲線如圖2?4，然后運用方差分析(ANOVA)軟件生成模型方程，根據(jù)圖中數(shù)據(jù)擬合，最終得到模型方程為
Y = 7.63 + 12.57Xi + 6.28X2 - 3.91X3 + 4.48Χι2 - 5.32X32 + 7.43ΧιΧ2 +3.15XiX3 - 0.75X2X3 R2=0.956
從方程中可見，擬合系數(shù)R2達到95.6%，擬合系數(shù)數(shù)值越接近I，表明該方程能夠很好的符合脫水效率和芬頓實際投加量的關系，具有很好的運用價值?？梢娫摲匠叹哂休^強的準確性和適用性。針對該污水處理廠生化特性，得出最佳PH為2.3，同時最佳投加量分別為:422克H2O2濃液/千克剩余污泥;302克Fe2+濃液/千克剩余污泥。
【主權項】
1.一種針對不同污水處理廠剩余污泥脫水的方法，其特征在于:該方法是在超聲波的作用下采用芬頓反應強化剩余污泥的脫水效果；并在芬頓反應過程中控制FeS04、H2S04和H2O2的投加量，具體做法是依次保持以上三個參數(shù)中的其中一個不變，通過調(diào)節(jié)另外兩個參數(shù)的大小，獲得板框壓濾脫水后的水分去除率，分別建立Fe2+不變時的三維響應曲面、H2SO4不變時的三維響應曲面和H2O2不變時的三維響應曲面;然后運用方差分析(ANOVA)軟件對上述三個三維響應曲面進行分析后生成模型方程:Y=aiXi+a2X2+a3X3+ai2XiX2+ai3XiX3+anXi2+a22X22+a23X2X3+a33X32 模型方程:Y表示經(jīng)過板框壓濾后剩余污泥的水分去除率，用百分數(shù)表示； Xi表示剩余污泥中Fe2+的濃度值;當投入的Fe2+發(fā)生變化時，剩余污泥中Fe2+的濃度值也隨著變化； X2表示剩余污泥的pH值;當投入的酸發(fā)生變化時，剩余污泥的pH值也隨著變化； X3表示指剩余污泥中H2O2的濃度值；當投入的H2O2發(fā)生變化時，剩余污泥中的H2O2的濃度值也隨著變化； 31、32、33、311、312、313、322、323和333均表示剩余污泥性質(zhì)的指標參數(shù)，當剩余污泥確定后a1、a2、a3、an、ai2、ai3、a22、a23#Pa33i$); 當不同污水處理廠需要對剩余污泥進行脫水時，只需要將表示剩余污泥性質(zhì)的指標參數(shù)&1、&2、&3、&11、&12、&13、&23和a33代入模型方程，并輸入預定的經(jīng)過板框壓濾后剩余污泥的水分去除率Y即可計算出Fe2+、H2S04和H2O2的最佳投加量;實現(xiàn)提高剩余污泥脫水效率節(jié)約污泥脫水所需費用和降低產(chǎn)泥量的目的。2.根據(jù)權利要求1所述針對不同污水處理廠剩余污泥脫水的方法，其特征在于:所述超聲波的強度不小于I OOff，超聲波的頻率控制在1?15kHz，超聲波的作用時間控制在I?2小時。3.—種用于權利要求1或2所述方法的針對不同污水處理廠剩余污泥脫水的裝置，包括生化預處理池(1)，其特征在于:在生化預處理池(I)上設有超聲波發(fā)生器(3)和攪拌槳(5)，并且超聲波發(fā)生器(3)和攪拌槳(5)能夠插入裝在生化預處理池(I)內(nèi)的待處理剩余污泥(2)中，攪拌槳(5)與電機(4)連接。
【文檔編號】C02F11/06GK105906184SQ201610413788
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月14日
【發(fā)明人】張奎
【申請人】中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司