一种利用超声波预处理改善污泥缺氧/好氧消化性能的方法

摘要

本发明公开了一种利用超声波预处理改善污泥缺氧/好氧消化性能的方法，该方法包括如下步骤：向污泥缺氧/好氧消化生物反应器供污泥，通过间歇式曝气提供好氧/缺氧交替环境，污泥停留时间为12天，24小时为一个周期，好氧12小时，缺氧12小时，每天排出8.3％的消化污泥，每天输入与排出泥等量的经超声波预处理的污泥；本发明将低能量超声波预处理与污泥缺氧/好氧消化相结合，不仅在一定程度破解了污泥，还增强了污泥的生物活性，从而改善了污泥缺氧/好氧消化性能；与单独采用污泥好氧、缺氧/好氧消化或与现有的超声波-好氧消化技术相比，均提高了污泥消化效率，缩短了消化时间；该方法还降低了曝气能耗，节省了能源费用。

说明书

技术领域

本发明涉及环境保护和资源综合利用领域，特别涉及一种利用超声波预处理改善污泥缺氧/好氧消化性能的方法

背景技术

剩余污泥是污水生物处理的最终产物。它含有重金属、病原菌、有机污染物及其它有害物质，如果不进行妥善处理，可能造成严重的二次污染。随着污水处理设施的进一步普及、处理量的增加、处理标准的提高和处理功能的拓展，污泥的产生量将会大幅度地增加。污泥的处理与处置将成为环境领域的一大难题。目前，污泥处理处置方法有：卫生填埋、海洋倾倒、污泥焚烧、污泥资源化利用等。卫生填埋、海洋倾倒、污泥焚烧均会对环境产生二次污染而受到限制。

污泥的资源化利用关键在于污泥的减量化，稳定化和无害化。污泥生物减量化处理中，大中型污水处理厂大多采用厌氧消化的方法进行处理，其处理过程中产生的沼气可以作为二次能源使用，因而比较适合于产生大量污泥和同步设置甲烷发电利用装置的大型污水处理厂。而对于中小型的污水处理厂来说，引进甲烷利用装置成本过高，采用厌氧消化处理污泥产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资少、处理效率高、运行管理方便、运行费用较低、最终产物无臭以及上清液BOD₅浓度低等优点而在中小型水厂中应用越来越广泛。美国、日本、加拿大等发达国家都有不少中、小型污水处理厂采用好氧消化处理污泥，仅加拿大某省就有20个小型污水处理厂运行运用此法：丹麦大约有40％的污泥使用好氧法进行稳定化处理，可见污泥好氧消化工艺有着巨大的发展潜力。但是该方法能耗高，且在消化过程中pH不断下降，影响好氧消化效果。于是，污泥的缺氧/好氧消化工艺(Anoxic/Aerobic Digestion，A/AD)因为能够解决这两个问题而得到发展，对污泥A/AD工艺的进一步研究将有助于改善大量中、小型污水处理厂污泥处理困难的局面。

超声波预处理技术因其在细胞破碎方面具有高效、稳定、安全等优点，在污泥预处理中可以提高污泥的生物活性和可降解性能。因此，利用适当强度的超声近年来在污泥预处理领域引起人们越来越多的关注。

从国外对超声波处理污泥的研究来看，主要着重于超声波对污泥厌氧消化的促进方面，把其应用于污泥A/AD消化工艺目前尚未见有关报道。

发明内容

本发明的目的是为解决目前城市污水处理过程中存在的污泥处置问题，提供一种处理成本低、运行效果好、消化周期短、操作简单、易于管理的剩余污泥减量化方法，实现污水处理厂剩余污泥的减量化、稳定化和资源化。

本发明的利用超声波预处理改善污泥缺氧/好氧消化性能的方法，使用的装置至少包括一个污泥缺氧/好氧消化反应器和一个超声波处理器，超声波处理器又包括一个超声发生器和一个超声波反应槽；所述污泥缺氧/好氧消化反应器和超声波反应槽的上方均设有搅拌电机和进泥口，下方均设有出泥口，污泥缺氧/好氧消化反应器底部设有曝气装置，通过导管及曝气调节阀与置于反应器外部的空压机相连。

本发明的一种利用超声波预处理改善污泥缺氧/好氧消化性能的方法，包括以下步骤：

(1)首先采用污泥泵将污泥抽入污泥缺氧/好氧消化生物反应器中，用电动搅拌器(120r/min)进行充分搅拌，使污泥处于均匀悬浮状态；

(2)用空压机对步骤(1)中的污泥缺氧/好氧消化生物反应器中的污泥进行间歇曝气，通过间歇式曝气提供缺氧/好氧交替环境，污泥的停留时间为12天；

(3)每隔24小时用污泥泵对步骤(1)中的缺氧/好氧消化反应器内的污泥进行排泥进泥一次，进泥的污泥浓度为9.5～11.5g/L；

(4)进泥前对全部进泥进行超声波预处理；

(5)用污泥泵将步骤(4)中预处理后的污泥抽入步骤(1)中的污泥缺氧/好氧消化生物反应器；

上述步骤(2)中曝气方式通过间歇式曝气提供缺氧/好氧交替环境，24小时为一个周期，好氧12小时，缺氧12小时，好氧期间，由管道曝气开关调节进气量，将DO控制在5.5～6.0mg/L，反应温度控制在25℃左右。

上述步骤(3)和(4)中排泥进泥量为污泥缺氧/好氧消化生物反应器中污泥量的8.3％。

上述步骤(4)中污泥超声波预处理的超声波预处理参数组合为：超声频率28kHz，声能密度0.15W/mL，超声时间10min。

本发明与现有技术相比，具有以下的优点与有益效果：

1.本发明首次将低能量超声波预处理与污泥缺氧/好氧消化相结合，不仅在一定程度破解了污泥，还增强了污泥的生物活性，从而改善了污泥缺氧/好氧消化性能。与单独采用缺氧/好氧消化相比，提高了污泥消化效率，缩短了消化时间。

2.由于污泥在缺氧阶段会发生反硝化反应，该方法对污泥总氮的去除率要高于现有的超声波-好氧消化技术，并且在维持pH和碱度平衡以及提高污泥脱水性方面都要优于超声波-好氧消化技术。该方法还降低了曝气能耗，节省了能源费用，具有良好的经济效益。

3.系统占地面积及体积小，建设及运行费用较低，工艺成熟，系统稳定。

附图说明

图1为本发明的污泥超声波-缺氧/好氧消化装置的系统结构示意图。

其中：1为主进泥泵；2为子进泥泵；3为排泥泵；4为超声反应槽；5为搅拌器；6为空压机；7为曝气头；8为排泥口；9为超声波发生器。

图2为本发明的消化工艺技术路线图。

具体实施方式

实施例1：

将原料污泥(取自广州沥窖污水处理厂，污泥含水率为98.3％，pH为6.7，MLSS为10.5g/L，MLVSS为5.6g/L，污泥上清液中COD为42mg/L，氨氮为13mg/L，TP为4mg/L)通过进泥泵注入反应池内，开启反应池内的搅拌机(120r/min)，通过间歇式曝气提供缺氧/好氧交替环境，污泥的停留时间为12天；24h为一个周期，好氧12h，缺氧12h，好氧期间，由管道曝气开关调节进气量，将DO控制在5.5～6.0mg/L。反应时温度控制在25℃左右。每隔24h对反应器内的污泥进行排泥进泥一次，排泥进泥量为污泥缺氧/好氧消化生物反应器中污泥量的8.3％，进泥污泥的浓度为9.5～10.5g/L。进泥前对所有进泥进行超声预处理，超声波辐射参数组合为：超声频率28kHz，声能密度0.15W/mL，超声时间10min。消化反应11d后，污泥消化达到稳定。排出的污泥MLSS去除率和MLVSS去除率分别达到21.9％和41.0％，TCOD的去除率为60.5％。继续消化，污泥的最大MLSS去除率和MLVSS去除率达到35.3％和55.1％。

实施例2：

将原料污泥(取自广州沥窖污水处理厂，污泥含水率为97.3％，pH为7.1，MLSS为10.2g/L，MLVSS为5.4g/L，污泥上清液中COD为40mg/L，氨氮为12mg/L，TP为10mg/L)通过进泥口分别注入两个反应池A和B内，A反应池污泥仅进行缺氧/好氧消化，B反应池污泥进行超声波-缺氧/好氧消化。其他实验条件与实例1相同。消化11d后，B反应池污泥的MLSS去除率和MLVSS去除率比A反应池污泥分别提高了10.23％和13.03％并达到稳定，A反应池污泥消化20天后才达到稳定，因此B反应池消化时间比A反应池缩短了9天。

实施例3

将原料污泥(取自广州沥窖污水处理厂，污泥含水率为98.9％，pH为6.8，MLSS为11.5g/L，MLVSS为5.7g/L，污泥上清液中COD为40.8mg/L，氨氮为6mg/L，TP为14mg/L)通过进泥口分别注入两个反应池A和B内，A反应池污泥进行好氧消化，B反应池进行超声波-缺氧/好氧消化。其他实验条件与实例1相同。消化11d后，B反应池污泥的MLSS去除率和MLVSS去除率与A池的接近，但B池中总氮的去除率达38.7％，高于A池，并且B池污泥上清液中的氨氮的浓度也要远低于A池。此外，B池中污泥的比阻为9.08×10¹³m/kg，A池中污泥的比阻为3.16×10¹⁴m/kg，说明超声-缺氧/好氧消化后污泥的脱水性要好于好氧消化的污泥。