申请日2014.12.22
公开(公告)日2015.04.22
IPC分类号C02F11/04; C02F9/14; C02F11/00
摘要
针对现有技术中亟需开发出高效的有工程推广价值的剩余污泥处理技术，本发明提供了一种超声波和光合细菌联合促进剩余污泥消化的方法，属于剩余污泥的资源化与减量化技术领域。该方法以减量化、无害化、资源化为原则，提出采用厌氧与超声联合的预处理方式，采用低能超声波、光合细菌促进的厌氧反应，采用低能超声波、光合细菌促进的好氧反应，并采用回流工艺等组成一套针对剩余污泥的高效处理工艺。该方法可以使污泥中的水分被分离排放，有机物以CO2、CH4、H2的形式释放，能量被微生物消耗，提高了剩余污泥资源化的效率，一次处理时间缩短至8.5天，消化效率提高至60%，实现了污泥零排放或超低排放的目的。
摘要附图
权利要求书
1.一种超声波和光合细菌联合促进剩余污泥消化的方法，其特征在于，包括 如下步骤：
(1)厌氧细菌与超声联合预处理
将剩余污泥输入到厌氧反应器内，利用污泥中的厌氧微生物和兼性微生物对 剩余污泥进行厌氧消化48～72h;在厌氧消化期间或厌氧消化结束后，将剩余污泥 输入超声波处理器中超声处理30～60min;
(2)低能超声波、光合细菌促进的厌氧消化
将预处理后的污泥输入到含有光合细菌的厌氧反应器或封闭的膜生物反应器 中，在24h持续光照的条件下，利用光合细菌以及污泥中的厌氧微生物和兼性微 生物共同消化5～8d，同时，每天将污泥输入到密闭的超声波装置中进行超声波处 理1～3次，每次30～60min;消化过程中产生的二氧化碳、甲烷和氢气等气体通过 气体收集装置收集;
消化结束后，将污泥通过孔隙为9～10μm的滤膜过滤，或者在消化过程中， 将污泥通过孔隙为9～10μm的滤膜不间断的过滤;未滤过部分继续在含有光合细 菌的厌氧反应器或封闭的膜生物反应器内消化;滤过部分为厌氧发酵液，输入下 一步骤;
(3)低能超声波、光合细菌促进的好氧消化
将厌氧发酵液输入至含有光合细菌的反应池或敞口的膜生物反应器中，在自 然光条件下，利用光合细菌以及厌氧发酵液中的兼性微生物对厌氧发酵液共同消 化36～48h，并且在消化期间，将发酵液输入到超声波装置中进行超声波处理2～8 次，每次30～60min;
消化结束后，将发酵液通过孔隙为0.4～0.5μm的滤膜过滤，或者在消化过程 中，将发酵液通过孔隙为0.4～0.5μm的滤膜不间断的过滤;滤过部分为水，可直 接外排，未滤过部分返回步骤(1)重新开始消化过程。
2.根据权利要求1所述的一种超声波和光合细菌联合促进剩余污泥消化的方 法，其特征在于，步骤(1)中所述的输入到厌氧反应器内的剩余污泥的浓度为 8000～10000mg/L;所述超声波处理器的超声频率为20～28kHz，超声密度为 15～20W/cm2。
3.根据权利要求1所述的一种超声波和光合细菌联合促进剩余污泥消化的方 法，其特征在于，在步骤(1)所述的预处理过程和步骤(2)所述的厌氧消化过 程中进行搅拌;步骤(1)中的搅拌速度为500～800rpm;步骤(2)中的搅拌速度 为50-100rpm。
4.根据权利要求1所述的一种超声波和光合细菌联合促进剩余污泥消化的方 法，其特征在于，步骤(2)中所述的光照强度为1000～1200lux。
5.根据权利要求1所述的一种超声波和光合细菌联合促进剩余污泥消化的方 法，其特征在于，步骤(2)中所述的光合细菌菌液与污泥的体积比1.5～2:1。
6.根据权利要求1所述的一种超声波和光合细菌联合促进剩余污泥消化的方 法，其特征在于，步骤(2)和步骤(3)中所述的光合细菌菌液浓度为2～3×109个/L。
7.根据权利要求1所述的一种超声波和光合细菌联合促进剩余污泥消化的方 法，其特征在于，步骤(2)和步骤(3)中所述的超声波处理器的超声频率为 20～28kHz，超声密度为0.3～0.5W/cm2。
8.根据权利要求1所述的一种超声波和光合细菌联合促进剩余污泥消化的方 法，其特征在于，步骤(3)中所述的光合细菌菌液与厌氧发酵液体积比1.5～2:1。
9.根据权利要求1所述的一种超声波和光合细菌联合促进剩余污泥消化的方 法，其特征在于，所述步骤(3)中，保持反应池或敞口的膜生物反应器中溶解氧 为8～10mg/L。
10.根据权利要求1所述的一种超声波和光合细菌联合促进剩余污泥消化的 方法，其特征在于，步骤(2)中所述的厌氧反应器为透光性能良好，包含气体收 集系统，污泥循环系统的密闭反应容器;或者为透光性能良好，包含磁力搅拌系 统，气体收集系统，膜组件和污泥循环系统的密闭反应容器;所述的封闭的膜生 物反应器包括气体收集系统;步骤(3)中所述的反应池为包含暴气系统，污泥循 环系统的开放反应容器;或者为包含暴气系统，膜组件和污泥循环系统的开放反 应容器。
说明书
一种超声波和光合细菌联合促进剩余污泥消化的方法
技术领域
本发明属于剩余污泥的资源化与减量化技术领域，特别涉及一种超声波和光 合细菌联合促进剩余污泥消化的方法。
背景技术
剩余污泥是在污水处理时，在生化处理过程中，活性污泥中的微生物不断地 消耗着废水中的有机物质，被消耗的有机物质中，一部分有机物质被氧化以提供 微生物生命活动所需的能量，另一部分有机物质则被微生物利用以合成新的细胞 质，从而使微生物繁衍生殖，故产生了大量剩余污泥。
随着我国城镇化进程的加快，城市生活废水处理率的增加，剩余污泥总量也 迅速增加;但是剩余污泥中含有大量微生物、悬浮物等有机物，若得不到妥善的 处理与处置，会对环境产生二次污染。目前，主要通过改变污水处理的运行过程， 或者采用一定的物理、化学等手段，增强微生物利用二次基质进行隐性生长，在 保证不影响出水水质的前提下，使剩余污泥的产量最小化，但是剩余污泥脱水填 埋仍然是污水处理企业最终的处理方式。因此，剩余污泥有效处理已成为了亟需 解决的一大难题，开发出高效的有工程推广价值的污泥处理技术具有重要意义。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种超声波和光合细菌联合促进剩余污泥消 化的方法。该方法以减量化、无害化、资源化为原则，提出采用厌氧与超声联合 的预处理方式，采用低能超声波、光合细菌促进的厌氧反应，采用低能超声波、 光合细菌促进的好氧反应，并采用回流工艺等组成一套针对剩余污泥的高效处理 方法。该方法可以使污泥中的水分被分离排放，有机物以CO2、CH4、H2的形式释 放，能量被微生物消耗，即提高了剩余污泥资源化的效率，又实现了污泥零排放 或超低排放的目的。
一种超声波和光合细菌联合促进剩余污泥消化的方法，包括如下步骤：
1、厌氧细菌与超声联合预处理
将剩余污泥输入到厌氧反应器内，剩余污泥中的大量好氧微生物在厌氧条件 下会死亡溶解，利用污泥中的厌氧微生物和兼性微生物对剩余污泥进行厌氧消化 48～72h;在厌氧消化期间或厌氧消化后，将剩余污泥输入超声波处理器中超声处 理30～60min;
其中，所述输入的剩余污泥的浓度为8000～10000mg/L;
所述超声波处理器的超声频率为20～28kHz，超声密度为15～20W/cm2;
上述预处理过程还可以进行搅拌，搅拌速度为500-800rpm;
2、超声波、光合细菌促进的厌氧消化
将预处理后的污泥输入到含有光合细菌的厌氧反应器或封闭的膜生物反应器 中，在光照强度为1000～1200lux，24h持续光照条件下，利用光合细菌以及污泥中 的厌氧微生物和兼性微生物共同消化5-8d，同时，每天将污泥输入到密闭的超声 波装置中进行超声波处理1～3次，每次30～60min;消化过程中产生的二氧化碳、 甲烷和氢气等气体通过气体收集装置收集;
消化结束后，将污泥通过孔隙为9～10μm的滤膜过滤，或者在消化过程中， 将污泥通过孔隙为9～10μm的滤膜不间断的过滤，未滤过部分继续在含有光合细 菌的厌氧反应器或封闭的膜生物反应器内消化;滤过部分为厌氧发酵液，输入下 一步骤;
其中，光合细菌菌液浓度为2～3×109个/L，较好的光合细菌为净水用EM菌; 所述光合细菌菌液与污泥的体积比1.5～2:1;
所述超声波处理器的超声频率为20～28kHz，超声密度为0.3～0.5W/cm2;
上述厌氧消化时还可以进行搅拌，搅拌速度为50-100rpm;
3、超声波、光合细菌促进的好氧消化
将厌氧发酵液输入至含有光合细菌的反应池或敞口的膜生物反应器中，在自 然光条件下，保持反应池或敞口的膜生物反应器中溶解氧为8～10mg/L，利用光合 细菌以及厌氧发酵液中的兼性微生物对厌氧发酵液共同消化36～48h，并且在消化 期间，将发酵液输入到超声波装置中进行超声波处理2～8次，每次30～60min;
消化结束后，将发酵液通过孔隙为0.4～0.5μm的滤膜过滤，或者在消化过程 中，将发酵液通过孔隙为0.4～0.5μm的滤膜不间断的过滤;滤过部分为水，可直 接外排，未滤过部分返回步骤1重新开始消化过程;
其中，光合细菌菌液浓度为2～3×109个/L，较好的光合细菌为净水用EM菌; 光合细菌菌液与厌氧发酵液体积比1.5～2:1;
所述超声波处理器的超声频率为20～28kHz，超声密度为0.3～0.5W/cm2;
所述步骤2中的厌氧反应器为透光性能良好，包含气体收集系统，污泥循环 系统的密闭反应容器，还可以加装磁力搅拌系统和膜组件;所述的封闭膜生物反 应器可以加装气体收集系统;
所述步骤3中的反应池为包含暴气系统，污泥循环系统的开放反应容器，还 可以加装膜组件。
所述整个消化过程进入循环阶段后，剩余污泥的输入和水的排出可以是持续 不断的;剩余污泥的输入速度和在消化过程中的流动速度为，使其在步骤1所述 的厌氧反应器内停留时间为48～72h，在步骤2所述的厌氧反应器或封闭的膜生物 反应器内停留时间为5～8d，在步骤3所述的反应池或敞口的膜生物反应器内停留 时间为36～48h。
上述剩余污泥消化的每个循环，剩余污泥的消化率为45-60%。
本发明工艺原理如下：首先，对剩余污泥进行预处理，即对污泥进行短时间 厌氧消化，在一定程度上杀死活性污泥中的大量好氧微生物，改变污泥的性质， 降低污泥的破解难度，再利用超声波的微尺度高温、高压、强氧化剂效应，分散 污泥菌胶团，打破细菌细胞，分解大分子物质;其次，对预处理后的剩余污泥进 行厌氧处理，即采用光合细菌与污泥中的厌氧细菌共同消化，使污泥固体不断水 解，液相中的溶解性有机物转变为CO2、CH4、H2等气体释放，并采用低能超声波 破碎易于分解的小颗粒有机物，促进酶的催化反应，提高微生物的活性;再次， 对厌氧消化到一定程度的剩余污泥进行好氧处理，即从厌氧反应器中分离出一部 分含有光合细菌、厌氧污泥等有机物的发酵液，利用好氧条件使发酵液中的严格 厌氧细菌死亡、溶解，并利用发酵液中的兼性细菌和如光合细菌，在好氧条件下 降解高浓度的溶解性有机物，同时利用低能超声波提高微生物的活性;最后，对 好氧消化到一定程度的污泥进行泥水分离，即采用滤膜或膜生物反应器将微生物 絮体截留在反应装置中，再收集回流，继续重新进行污泥预处理，分离出来的水 可以直接外排。
本发明的优点在于：
(1)相对于传统污泥预处理方法，本发明中厌氧预处理可以有效杀死污泥中 的部分细菌，改变污泥的性质，降低污泥的破解难度，促进超声空化的效能，提 高污泥的破解效率;不使用化学药剂，耗能相对较少，污泥破解程度高。
(2)本发明可以使污泥中的水分被分离排放，有机物以CO2、CH4、H2的形 式释放，能量被微生物消耗，实现了污泥零排放或超低排放的目的。
(3)相对于超声波破解剩余污泥方法和降解有机物的方法，本发明为超声波 与细菌降解相结合，从而极大的降低了超声波破解能耗，提高了剩余污泥破解效 率和破解程度，也使有机物降解更加完全。
(4)相对于好氧方法剩余污泥减量工艺，本发明耗能较少，且生产了H2和 CH4等可燃性气体，回收了大量的资源。
(5)本方法联合的多种方法具有较高的协同作用，该工艺使剩余污泥资源化、 减量化效率更高，一次处理时间缩短至8.5天，消化效率提高至60%，是一种针对 剩余污泥的高效处理工艺。