剩余污泥中营养物质的处理方法及专用高压交流脉冲污泥分解装置

摘要

本发明属于污泥处理方法及设备，特别是指一种剩余污泥中营养物质的处理方法及专用高压交流脉冲污泥分解装置。通过调质、污泥破壁或破膜、泥水分离、上清液注入生化系统等工艺步骤对剩余污泥中营养物质进行处理，高压交流脉冲污泥分解装置包括污泥流经管、设于其两端的连接法兰、开设于其前部及后部的进泥口及出泥口、设置于其内部的电极以及与电极电连接的电源；电极为至少两根且均布于污泥流经管中，电源选用高压交流脉冲电源。本发明解决了现有技术存在的外加碳源需大量人力物力，加重了污水厂的运行负担与费用、药剂投加量大、操作复杂等问题，具有能耗低、处理污泥效果好、碳源投加量小等优点。

说明书

技术领域

本发明属于污泥处理方法及设备，特别是指一种剩余污泥中营养物质的 处理方法及专用高压交流脉冲污泥分解装置。

背景技术

截止到2013年，我国县级以上污水处理厂已达到3500多座，伴随产生 了大量的剩余污泥，全国污泥总产量达3000万吨(以含水率80％计)，预计到 2020年污泥产量会达到6000万吨，如此大量的剩余污泥若处置不当，将会对 环境产生严重的二次污染。另外，研究发现剩余污泥中含有许多有用物质， 如核酸、蛋白质、多糖等，它们都会以溶解性COD的形式表现出来。若能将 此类溶解性COD从污泥中提取、析出并进行再利用，便可实现污泥的资源化 与能源化，同时大量剩余污泥的处置问题将迎刃而解。

某些地区工业园区污水处理厂运行存在进水碳氮比低、营养物质不足、 微生物无法正常生长、处理效果不理想等问题。针对此类问题，目前主要解 决措施是向生化池中投加甲醇、乙酸钠、淀粉、葡萄糖等物质作为微生物碳 源，但外加碳源需大量人力物力，加重了污水厂的运行负担与费用。若对水 厂自身产生的剩余污泥进行处理，提取污泥中的可溶性COD作为碳源补充至 生化池中，在提高处理效果的同时，降低了外部碳源投加的费用，节省了剩 余污泥的处理费用。

目前，污泥处理的方法包括超声波、微波、热解、冻融、臭氧、碱处理 等，这些方法对污泥脱水、再利用等方面性能的改善有所裨益，但同时它们 普遍具有能耗高、对设备有特殊要求等不足，臭氧和碱处理存在药剂投加量 大、析出的碳源无法直接利用等缺点；另外这些方法在能耗、设备要求上的 付出难以得到相应回报，因此寻找一种低耗、高效处理污泥的方法是本领域 的技术难题和研究方向。

专利号为201420036901.1的实用新型专利申请中公开了一种高压电分解 污泥的破碎装置，该装置包括污泥流经管、外部电极、内部电极、高压电发 生装置，其将220V交流电转化为20-100kV的高压直流电，通过电场力产生 的脉冲作用使细胞变形、破裂，此专利的主要目的在于在降低絮凝剂投加量 的前提下，增大污泥脱水能力，减少剩余污泥的量。而装置的污泥流经管中 仅有一根电极体，若为提高处理效率则要由多个污泥流经管串联，这导致了 内部电极与污泥的接触面积小，污泥破碎效率低，还加大了设备的占地面积 与能耗；该装置处理污泥与碱处理设备连用，存在药剂投加量大、操作复杂 等不足。

专利号为201220169568.2的实用新型专利公开了一种利用自生污泥进行 碳源开发与应用的污水处理装置，是将臭氧发生器安装于二沉池至生化池的 破壁污泥回流管道内，利用臭氧的强氧化作用破坏微生物细胞，释放细胞内 有机物，为生物的脱氮除磷补充碳源，但其中也存在一些问题，一是剩余臭 氧会对生化处理系统中的微生物有极强的杀灭与抑制作用，将直接影响其对 废水的处理效果，臭氧发生器能耗较大，也会增大了污水厂的运行成本；二 是将处理后污泥直接回流至生化池中，细胞壁等难利用、难生物降解物质一 同进入，加大了生化系统的负荷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低能耗、处理效果好的剩余污泥中营养物质 的处理方法及专用高压交流脉冲污泥分解装置

本发明的整体技术方案是：

剩余污泥中营养物质的处理方法，包括如下工艺步骤：

A、调质：向储泥池中的污泥中加入电解质Na₂SO₄；

B、污泥破壁或破膜：将步骤A中加入电解质的污泥过滤后，经调速污泥 泵、流量计计量后泵入高压交流脉冲污泥分解装置内，在高压交流脉冲污泥 分解装置内，污泥中微生物细胞膜或细胞壁在高压电场应力作用下变薄、破 碎，释放出污泥中微生物内的营养物质；

C、泥水分离：将步骤B中经过破壁或破膜处理的污泥沉淀静置，进行泥 水分离；

D、上清液注入生化系统：沉淀池中上清液经营养液补充泵进入生化池中， 为生化系统中微生物提供碳源及营养物质。

一种剩余污泥中营养物质的处理方法专用高压交流脉冲污泥分解装置， 包括污泥流经管、设于污泥流经管两端的连接法兰、开设于污泥流经管前部 及后部的进泥口及出泥口、设置于污泥流经管内的电极以及与电极电连接的 电源；所述的电极为至少两根且均布于污泥流经管中，电源选用高压交流脉 冲电源。

可以显而易见的是，为便于电极的布置以及与电源的连接，优选的技术 方案是，在污泥流经管的外壁上设有与电极电连接的外部电极头。

本发明的具体技术解决方案还有：

为便于增加污泥中电解质的含量，与电场力协同作用提高高压交流脉冲 电场对污泥中微生物的溶胞效果，优选的技术方案是，所述的步骤A中Na₂SO₄投加量为0.04-0.06mmol/gDS，反应时间10-20分钟，gDS为每克污泥干重。

为达到对污泥中微生物细胞进行较好的破膜或破壁处理，优选的技术方 案是，所述的步骤B中高压交流脉冲污泥分解装置的峰值电压为30-90kV，频 率为10-50kHZ，污泥在高压交流脉冲污泥分解装置中进行破膜或破壁处理的 时间为20-90分钟。

为便于获得更好的泥水分离效果，保证经过破壁或破膜处理的污泥中微 生物内的营养物质的充分溶出，优选的技术方案是，步骤C中污泥的沉淀静 置时间为1-2小时。

为满足电极与污泥的充分接触，实现对于污泥内微生物细胞更好的破壁 或破膜处理效果，优选的技术方案是，所述的电极平行间隔均布于污泥流经 管中。

更为优选的技术方案是，所述的电极为三根。

为保证电路设计的安全可靠，常见的结构设计是，污泥流经管管壁外侧 设有接地极。

为使污泥与电极长时间充分接触，以获得更好的处理效果，优选的技术 解决方案是，污泥流经管管壁上设有折流板，折流板沿轴向延伸且呈垂直平 行间隔分布。

为使污泥与电极充分接触，更进一步的优选设计方案是，所述的污泥流 经管为倾斜设置，且其前部的进泥口低于后部的出泥口。

污泥流经管的倾斜设计在结构上可以采用多种方式，均不脱离本发明的 技术实质，其中较为常见的技术实现方式是所述的污泥流经管外表面设有支 架。

为验证本发明所取得的技术效果，申请人进行了如下试验：

(1)沉淀后上清液经紫外光谱扫描，在260nm和280nm处有较强烈的吸 收，说明蛋白质、核酸因营养物的析出而存在于污泥的水相中(260nm、280nm 分别为蛋白质与核酸的紫外吸收高峰区域)。

(2)经高压电分解装置处理后污泥的COD比未处理前的COD提高5-12 倍，向生化池中补充污泥析出的上清液后，显微镜观察微生物的种类与数量， 表征出水水质良好的微生物(钟虫、等枝虫、楯纤虫、吸管虫、轮虫、漫游 虫)数量明显增多，出水水质显著提高，其中COD、氨氮、总氮、总磷指标均 大大低于污泥未处理前运行的指标。

本发明所具备的实质性特点和取得的显著技术进步在于：

1、在调质后设计过滤的工艺步骤，可有效避免污泥中塑料、大颗粒物及 纤维状物质进入系统中，造成管道、污泥流经管的阻塞。

2、较之目前利用污泥作为碳源的技术，本发明通过沉淀将易于生物降解 的上清液提取后作为营养物质，而未将微生物破解后的难降解细胞壁等物质 一并添加至生化池中，避免了增大生化系统处理负荷的问题。

3、本发明中高压脉冲污泥分解装置的电压、频率可根据不同污泥的性状 进行调节，对不同污泥均能达到较好的处理效果，适用范围广。产生的高压 脉冲电场可直接作用于污泥，能量利用率高，能耗小(仅为15-25W)，低于同 类产品。

4、本装置是采用交流电产生高压交流脉冲电源，较直流电效果更好。由 于高压产生的交流脉冲电场仅存在于污泥流经管内的电极周围，因此本发明 将电极均布于污泥流经管内，从而使产生的高压交流脉冲电场区域布满污泥 流经管，增大电场与污泥的接触面积，提高污泥处理效率，减少物料投入及 人力施工，减小设备的占地面积与能耗。

5、污泥流经管内设置的折流板，使污泥在污泥流经管内时呈折线形运动， 较直管形状增大了污泥在管内的停留时间，延长了电场作用于污泥的时间， 提高了设备对污泥的处理效率。同时折流板的存在还增大了系统对污泥的水 力剪切力，在电场力与水力共同作用下，污泥的处理效果更好。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

图2是本发明中高压脉冲污泥分解装置的结构示意图。

图3是图2的俯视图。

附图中的附图标记如下：

1、连接法兰；2、进泥口；3、高压交流脉冲电源；4、外部电极头；5、 污泥流经管；6、折流板；7、电极；8、出泥口；9、接地极；10、支架。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步描述，但不作为对本发明的限定，本 发明的保护范围以权利要求记载的内容为准，任何依据说明书作出的等效技 术手段替换，均不脱离本发明的保护范围。

实施例

剩余污泥中营养物质的处理方法，包括如下工艺步骤：

A、调质：向储泥池中的污泥中加入电解质Na₂SO₄；

B、污泥破壁或破膜：将步骤A中加入电解质的污泥过滤后，经调速污泥 泵、流量计计量后泵入高压交流脉冲污泥分解装置内，在高压交流脉冲污泥 分解装置内污泥中微生物细胞膜或细胞壁在高压电场应力作用下变薄、破碎， 释放出污泥中微生物内的营养物质；

C、泥水分离：将步骤B中经过破壁或破膜处理的污泥沉淀静置，进行泥 水分离；

D、上清液注入生化系统：沉淀池中上清液经营养液补充泵进入生化池中， 为生化系统中微生物提供碳源及营养物质。

一种剩余污泥中营养物质的处理方法专用高压交流脉冲污泥分解装置， 包括污泥流经管5、设于污泥流经管5两端的连接法兰1、开设于污泥流经管 5前部及后部的进泥口2及出泥口8、设置于污泥流经管5内的电极7以及与 电极7电连接的电源；所述的电极7为三根且均布于污泥流经管5中，电源 选用高压交流脉冲电源3。

在污泥流经管5的外壁上设有与电极7电连接的外部电极头4。

所述的步骤A中Na₂SO₄投加量为0.04-0.06mmol/gDS，反应时间10-20分 钟，gDS为每克污泥干重。

所述的步骤B中高压交流脉冲污泥分解装置的峰值电压为30-90kV，频率 为10-50kHZ，污泥在高压交流脉冲污泥分解装置中进行破膜或破壁处理的时 间为20-90分钟。

步骤C中污泥的沉淀静置时间为1-2小时。

所述的电极7平行间隔均布于污泥流经管5中。

污泥流经管5管壁外侧设有接地极9。

污泥流经管5管壁上设有折流板6，折流板6沿轴向延伸且呈垂直平行间 隔分布，

所述的污泥流经管5为倾斜设置，且其前部的进泥口2低于后部的出泥 口8。

所述的污泥流经管5外表面设有支架10。

申请人对实施例中技术方案进行了如下试验：

1、某工业区污水处理厂进水中无机颗粒占大部分，有机物与其他所需营 养物质浓度低，进水平均CODcr值在100mg/L，无法为微生物正常新陈代谢提 供足够的物质，故严重影响其对废水的处理效果，其中出水CODcr在60-80mg/L 之间，氨氮在10-15mg/L之间，总氮在25-35mg/L之间，总磷在3mg/L左右。 为解决微生物碳源及营养物质缺乏的问题，对剩余污泥进行处理。首先调质 污泥10分钟，Na₂SO₄投加量为0.04mmol/gDS,过滤后用高压交流脉冲污泥分解 装置处理污泥，调节交流高压电脉冲污泥分解装置的峰值电压为30kV，频率 为20kHZ，破膜或破壁处理20分钟后进入沉淀池静置1小时，结果显示，经 处理后污泥CODcr由39mg/L提高至210mg/L，可为生化系统提供部分碳源与 营养物质，污水厂出水CODcr降低至39mg/L，氨氮降低至4mg/L，总氮降低 至10mg/L，总磷降低至0.6mg/L，出水指标低于《城镇污水处理厂污染物排 放标准》GB18918-2002一级A标准。

2、首先调质污泥15分钟，Na₂SO₄投加量为0.04mmol/gDS,过滤后用高压 交流脉冲污泥分解装置处理污泥，调节交流高压电脉冲污泥分解装置的峰值 电压为45kV，频率为10kHZ，破膜或破壁处理60分钟后进入沉淀池静置1小 时，结果显示，经处理后污泥COD由46mg/L提高至320mg/L，可为生化系统 提供部分碳源与营养物质，污水厂出水CODcr降低至28mg/L，氨氮降低至 3mg/L，总氮降低至9mg/L，总磷降低至0.5mg/L，出水指标低于《城镇污水 处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级A标准。

3、首先调质污泥15分钟，Na₂SO₄投加量为0.05mmol/gDS,过滤后用高压 交流脉冲污泥分解装置处理污泥，调节交流高压电脉冲污泥分解装置的峰值 电压为60kV，频率为40kHZ，破膜或破壁处理40分钟后进入沉淀池静置1.5 小时，结果显示，经处理后污泥COD由51mg/L提高至500mg/L，可为生化系 统提供部分碳源与营养物质，污水厂出水CODcr降低至31mg/L，氨氮降低至 3.6mg/L，总氮降低至6mg/L，总磷降低至0.3mg/L，出水指标低于《城镇污 水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级A标准。

4、首先调质污泥20分钟，Na₂SO₄投加量为0.05mmol/gDS,过滤后用高压 交流脉冲污泥分解装置处理污泥，调节交流高压电脉冲污泥分解装置的峰值 电压为75kV，频率为30kHZ，破膜或破壁处理75分钟后进入沉淀池静置2h， 结果显示，经处理后污泥COD由48mg/L提高至576mg/L，可为生化系统提供 部分碳源与营养物质，污水厂出水CODcr降低至20mg/L，氨氮降低至2.5mg/L， 总氮降低至5mg/L，总磷降低至0.3mg/L，出水指标低于《城镇污水处理厂污 染物排放标准》GB18918-2002一级A标准。

5、首先调质污泥20分钟，Na₂SO₄投加量为0.06mmol/gDS,过滤后用高压 交流脉冲污泥分解装置处理污泥，调节交流高压电脉冲污泥分解装置的峰值 电压为90kV，频率为50kHZ，破膜或破壁处理90分钟后进入沉淀池静置2小 时，结果显示，经处理后污泥COD由42mg/L提高至380mg/L，可为生化系统 提供部分碳源与营养物质，污水厂出水CODcr降低至35mg/L，氨氮降低至 4mg/L，总氮降低至7mg/L，总磷降低至0.5mg/L，出水指标低于《城镇污水 处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级A标准。

以高压交流电脉冲污泥分解装置处理后的污泥上清液作为营养物质补充 至水厂后，水厂生化系统中的微生物对废水的处理效率显著提高，与专利号 为201220169568.2的实用新型所得结果相比，有明显改善。

本实施例中CODcr、氨氮、总氮、总磷的测定，均是将经高压交流脉冲污 泥分解装置破解后的污泥静置沉淀，取上清液进行测定，测定按《水和废水 监测分析方法》中国家规定的方法进行。