申请日2010.03.10
公开(公告)日2011.09.21
IPC分类号C02F11/06; C02F11/18
摘要
本发明涉及一种剩余污泥预处理技术，特别涉及一种基于微波-过氧化氢协同作用的剩余污泥处理方法，以及基于微波-过氧化氢协同作用的剩余污泥处理装置。本发明的方法是通过按照纯过氧化氢与污泥干重的质量比值为0.2-2投加过氧化氢溶液，在常压开放条件下通过微波-过氧化氢技术实现剩余污泥高效破解，提高剩余污泥的后续生物可利用性。反应前可通过控制pH的条件，强化剩余污泥的处理效果。本发明的装置主要包括热交换器和微波反应器。本发明的方法工艺简单，流程短，效率高，并且处理后的剩余活性污泥可进行资源回收利用;本发明的装置投资少，适合各种中小规模剩余污泥处理系统。
权利要求书
1.一种基于微波-过氧化氢协同作用的剩余污泥处理方法，其特征是，该方法包括以下步骤：
(1)将剩余污泥调节至浓度为5-25g/L的泥水混合液;
(2)直接将步骤(1)得到的泥水混合液进行预加热处理后输送至微波反应器中;或
用无机碱液将步骤(1)得到的泥水混合液的pH值调节为8-12后，再进行预加热处理后输送至微波反应器中;
然后在对泥水混合液进行搅拌的同时开启微波反应器的微波源，用微波对泥水混合液进行微波辐射加热，使泥水混合液按照升温速率为5℃-20℃/分钟的升温速率将剩余污泥加热至温度为60-80℃时，关闭微波源，停止微波辐射加热，同时按照纯过氧化氢与污泥干重的质量比值为0.2-2投加过氧化氢溶液;然后再次开启微波反应器的微波源对泥水混合液进行微波辐射加热，在泥水混合液的温度为100℃时，关闭微波源，停止微波辐射加热，停止搅拌并保持该温度至反应结束后出料。
2.根据权利要求1所述的基于微波-过氧化氢协同作用的剩余污泥处理方法，其特征是：所述的预加热处理是将泥水混合液通过热源对泥水混合液进行加热;所述的热源是热交换器。
3.根据权利要求2所述的基于微波-过氧化氢协同作用的剩余污泥处理方法，其特征是：所述的热交换器的热量是利用废热或微波处理后的污泥作为热源。
4.根据权利要求1所述的基于微波-过氧化氢协同作用的剩余污泥处理方法，其特征是：所述的无机碱液是NaOH溶液、Ca(OH)2溶液或CaO溶液。
5.根据权利要求1所述的基于微波-过氧化氢协同作用的剩余污泥处理方法，其特征是：所述的微波反应器配置2450MHz或者915MHz的微波源。
6.根据权利要求1所述的基于微波-过氧化氢协同作用的剩余污泥处理方法，其特征是：所述的搅拌转速为40-120rpm。
7.根据权利要求1所述的基于微波-过氧化氢协同作用的剩余污泥处理方法，其特征是：所述的过氧化氢溶液的质量浓度为27%-50%。
8.根据权利要求1所述的基于微波-过氧化氢协同作用的剩余污泥处理方法，其特征是：所述的剩余污泥处理为连续处理或者批量处理。
9.一种基于微波-过氧化氢协同作用的剩余污泥处理装置，主要包括热交换器和微波反应器;其特征是：
在带有微波源的所述的微波反应器的微波反应器炉腔中安置有反应容器，在反应容器中安装有搅拌器和测温探头，且搅拌器的搅拌杆和测温探头的另一端通向所述的微波反应器外;
所述的微波反应器的壁上开有碱液进口和过氧化氢加药口，在碱液进口和过氧化氢加药口处分别安装有与所述的反应容器相连通的管路;
在所述的微波反应器外设置有所述的热交换器，且热交换器分别开有第一污泥进料口和第一污泥出料口，及开有第二污泥进料口和第二污泥出料口;其中第一污泥出料口通过管路与所述的反应容器壁上开有的污泥进料口相连通，第二污泥进料口通过管路与所述的反应容器壁上开有的污泥出料口相连通。
10.根据权利要求9所述的基于微波-过氧化氢协同作用的剩余污泥处理装置，其特征是：所述的微波反应器配置2450MHz或者915MHz的微波源。
说明书
基于微波-过氧化氢协同作用的剩余污泥处理方法与装置
技术领域
本发明属于固体废弃物处理以及资源回收再利用领域，涉及一种剩余污泥预处理技术，特别涉及一种基于微波-过氧化氢协同作用的剩余污泥处理方法，以及基于微波-过氧化氢协同作用的剩余污泥处理装置。
背景技术
随着社会经济发展，污水处理总量的增长以及处理标准的提高，随之产生了大量城市污水厂剩余活性污泥(简称为剩余污泥或者污泥)。其处理处置带来的高费用等问题，已成为污水处理厂正常运行的严重负担，因此经济高效的剩余活性污泥的处理与处置已成为一个紧迫因此严峻的挑战。
在污泥减量化、资源化和无害化的过程中，研究人员发现作为污水厂负担的剩余污泥同时又可作为一种有机物资源，可应用于厌氧发酵产甲烷、产氢、驱动生物燃料电池;可以进行经济价值物质的回收，诸如回收蛋白质、生产可生物降解塑料;也可以作为污水生物脱氮过程中反硝化所需要的碳源，以及回流到曝气池通过隐性生长实现污泥减量等多个领域。但是未经处理的剩余污泥中，溶解性的有机物被固定在细胞内部，受到细胞壁以及胞外分泌物的保护，即阻碍剩余污泥中有机物释放与利用的最大障碍来自活性污泥中微生物结构。所以剩余污泥再利用前的关键技术即是剩余污泥的预处理，通过物理、化学、生物等多种手段实现剩余污泥的溶胞，提高剩余污泥的水解效率，强化后续的剩余污泥处理的效果。
自20世纪70年代以来，剩余污泥热处理技术已经成为改善剩余污泥厌氧消化性能和脱水性能的重要手段，并得到了广泛的应用[Neyens，E.and J.Baeyens，A review of thermal sludge pre-treatment processes to improvedewaterability.Journal of Hazardous Materials，2003.98(1-3)：p.51-67.]。近年来，微波辐射技术因具有清洁、快速和易于操控等优点而得到了迅速的发展，并且微波辐射以用来在部分场合代替传统加热方式处理剩余污泥[Kennedy，K.J.，G.Thibault，and R.L.Droste，Microwave enhanced digestion of aerobic SBRsludge.Water Sa，2007.33(2)：p.261-270.]。但该微波处理方式处理条件为高温密闭加压环境，一般在120℃-170℃甚至更高的温度才能达到较好的处理效果，增加了反应器的设计生产难度，不利于该处理技术的经济化。因此，开发符合经济高效的剩余污泥预处理手段具有重要的应用价值与现实意义。
发明内容
本发明的目的是针对城市污水处理厂产生的剩余污泥的结构特点，在常压开放条件下通过微波-过氧化氢技术实现剩余污泥高效破解，提高剩余污泥的后续生物可利用性，从而提供一种基于微波-过氧化氢协同作用的剩余污泥处理方法。
本发明的再一目的是提供一种可实现上述目的的基于微波-过氧化氢协同作用的剩余污泥处理装置。
本发明的基于微波-过氧化氢协同作用的剩余污泥处理方法是通过过氧化氢的投加策略，以及可进一步通过反应pH的控制条件，以强化剩余污泥的处理效果。
本发明的基于微波-过氧化氢协同作用的剩余污泥处理方法包括以下步骤：
(1)将一定量的剩余污泥调节至浓度为5-25g/L的泥水混合液;
(2)依据剩余污泥处理的要求直接将步骤(1)得到的泥水混合液进行预加热处理后输送至微波反应器中;或者为了获取更好的处理效果，可用无机碱液将步骤(1)得到的泥水混合液的pH值调节为8-12后，再进行预加热处理后输送至微波反应器中;
然后在对泥水混合液进行搅拌的同时开启微波反应器的微波源，用微波对泥水混合液进行微波辐射加热，使泥水混合液按照升温速率为5℃-20℃/分钟的升温速率将剩余污泥加热至温度为60-80℃时，关闭微波源，停止微波辐射加热，同时按照纯过氧化氢与污泥干重的质量比值为0.2-2投加过氧化氢溶液;然后再次开启微波反应器的微波源对泥水混合液进行微波辐射加热，在泥水混合液的温度为100℃时，关闭微波源，停止微波辐射加热，停止搅拌并保温(一般为2-10分钟)至反应结束后(温度降温室温)出料进入后续的处理;在微波辐射加热以及过氧化氢的氧化作用下，剩余污泥受到了有效的破解氧化处理。
所述的预加热处理是将泥水混合液通过热源对泥水混合液进行加热;所述的热源是热交换器等;所述的热交换器的热量可利用废热或微波处理后的污泥作为热源。
所述的无机碱液是NaOH溶液、Ca(OH)2溶液或CaO溶液等。
所述的微波反应器配置2450MHz或者915MHz的微波源。
所述的搅拌的搅拌转速可根据需要设置为40-120rpm。
所述的过氧化氢溶液的质量浓度为27%-50%;使用剂量按照纯过氧化氢剂量折算。
所述的后续的处理，包括用于厌氧产氢、用于厌氧发酵产甲烷、好氧处理污泥减量和磷回收等。
所述的剩余污泥处理可为连续处理或者批量处理。
所述的剩余污泥为污水生物处理工艺，包括常规活性污泥法、氧化沟、A2O和/或SBR等工艺产生的剩余污泥。
本发明的基于微波-过氧化氢协同作用的剩余污泥处理方法，可利用下面提供的本发明的基于微波-过氧化氢协同作用的剩余污泥处理装置来实现。
本发明的基于微波-过氧化氢协同作用的剩余污泥处理装置主要包括热交换器和微波反应器;
在带有微波源的所述的微波反应器的微波反应器炉腔中安置有反应容器，在反应容器中安装有搅拌器和测温探头，且搅拌器的搅拌杆和测温探头的另一端通向所述的微波反应器外;
所述的微波反应器的壁上开有碱液进口和过氧化氢加药口，在碱液进口和过氧化氢加药口处分别安装有与所述的反应容器相连通的管路;
在所述的微波反应器外设置有所述的热交换器，且热交换器分别开有第一污泥进料口和第一污泥出料口，及开有第二污泥进料口和第二污泥出料口;其中第一污泥出料口通过管路与所述的反应容器壁上开有的污泥进料口相连通，第二污泥进料口通过管路与所述的反应容器壁上开有的污泥出料口相连通。
所述的微波反应器配置2450MHz或者915MHz的微波源。
所述的搅拌器的搅拌转速可根据需要设置为40-120rpm。
本发明与现有技术相比，本发明的优势在于：
(1)本发明利用微波-过氧化氢处理剩余污泥的反应温度条件要求低(100℃)，在常压下开放环境即可实现，不再需要高温高压系统。
(2)加入过氧化氢后，剩余污泥的溶胞效率提高，100℃以下即可实现COD溶出率超过30%。
(3)过氧化氢分解后只产生水和氧气，不产生二次污染，降低对环境的潜在危害。
(4)本发明采用了热交换器单元，可大幅降低处理过程中的能耗。
本发明的方法工艺简单，流程短，效率高，并且处理后的剩余污泥可进行资源回收利用;本发明的装置投资少，适合各种中小规模剩余污泥处理系统。