申请日2018.01.18
公开(公告)日2018.08.03
IPC分类号C02F3/30; C02F101/34
摘要
本发明涉及利用剩余污泥加速难降解污染物生物降解的装置和方法，主要利用剩余污泥中包含有大量有机酸的特点，通过超声、电脉冲或水热解法等处理方法实现剩余污泥中有机酸的释放，利用这些有机酸作为电子供体来加速难降解污染物生物降解过程中的单(双)加氧、还原脱氯等等反应，进而加速污染物的生物降解，同时，也解决了污泥处置与资源化的问题。
权利要求书
1.一种利用剩余污泥加速难降解污染物生物降解的装置，其特征在于，包括分别连接生物反应器进口的剩余污泥处理管路与难生物降解污水进水管路，所述的剩余污泥处理管路包括依次连接的污泥泵、使剩余污泥释放有机酸的剩余污泥处理单元和泥水分离器，其中，泥水分离器的上清液出口连接所述生物反应器进口。
2.根据权利要求1所述的一种利用剩余污泥加速难降解污染物生物降解的装置，其特征在于，所述的剩余污泥处理单元内包括可对剩余污泥进行处理以释放有机酸的超声仪、电脉冲仪或热解仪。
3.根据权利要求1所述的一种利用剩余污泥加速难降解污染物生物降解的装置，其特征在于，所述的生物反应器既具有使整个生物反应器内部保持好氧条件的好氧运行模式，又具有使整个生物反应器内部好氧区与厌氧区并存的好氧/厌氧运行模式。
4.一种利用剩余污泥加速难降解污染物生物降解的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)：利用污泥泵将剩余污泥送到剩余污泥处理单元中，使其完成有机酸的释放;
(2)：接着将步骤(1)中完成有机酸释放的剩余污泥送到泥水分离器，分离所得上清液连同待处理的难生物降解污水一起送入接种了驯化好的微生物菌种的生物反应器中进行生物降解，以加速难降解污染物的生物降解。
5.根据权利要求4所述的一种利用剩余污泥加速难降解污染物生物降解的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的剩余污泥处理单元为可对剩余污泥提供释放有机酸的超声、电脉冲或水热解环境的超声仪、电脉冲仪或热解仪。
6.根据权利要求4所述的一种利用剩余污泥加速难降解污染物生物降解的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的难生物降解污水为焦化、印染或化工工厂中产生的含有难降解污染物的工业污水，所述难降解污染物包括吡啶、喹啉、邻苯二甲酸、对硝基酚、硝基苯、酚类化合物以及多环芳烃类化合物。
7.根据权利要求4或6所述的一种利用剩余污泥加速难降解污染物生物降解的方法，其特征在于，步骤(2)中上清液的加入量依据上清液所含的有效电子当量数e–有效与待处理污水中污染物降解需要的电子当量数e–需要按照公式：e–有效=5～8e–需要来确定。
8.根据权利要求4所述的一种利用剩余污泥加速难降解污染物生物降解的方法，其特征在于，当步骤(2)中的生物降解反应为氧化反应且需要电子的生物反应过程，调节生物反应器使得整个生物反应器内保持好氧条件;
当步骤(2)中的生物降解反应为同时进行氧化和还原反应且需要电子的生物反应过程，调节生物反应器使得生物反应器内的好氧区与厌氧区并存。
说明书
利用剩余污泥加速难降解污染物生物降解的装置和方法
技术领域
本发明涉及剩余污泥利用与难以生物降解工业污(废)水处理技术领域，尤其是涉及一种利用剩余污泥加速难降解污染物生物降解的装置和方法。
背景技术
随着社会的发展，现在人们越来越重视生态文明的建设。对各类工业废水，尤其是含有难以生物降解污染物的工业废水的高效处理已引起人们的高度重视。其中生物降解是人们非常推崇的一种方法，因为生物降解具有较好的经济性，可以普遍推广应用。工业废水中所含有的各种难降解污染物中，它们的生物降解过程绝大多数都涉及到需要电子的生物反应，如单加氧反应、双加氧反应、还原脱氯、硝基芳烃的还原，甚至反硝化等许多生物反应过程。其中前2种是在好氧条件下进行，后几种则主要是在厌(缺)氧条件下进行。由于涉及到需要电子，因此在这些污染物生物反应过程中，提供适量的电子供体是加速该类生物反应的有效手段。通过添加额外的电子供体用以加速污染物生物降解的方法，已有许多成功的案例。但目前主要还是用于单一的在厌(缺)氧条件下进行的生物反应。例如通过加入电子供体加速硝酸盐反硝化、硫酸盐还原的生物反应速率等等。但是对在好氧条件下的生物降解过程(例如单加氧或双加氧反应)，尤其是同时需要好氧和厌氧过程的生物反应，通过提供外源电子供体加速其反应速率则几乎没有报道。而利用剩余污泥作为电子供体来加速单(双)加氧反应，尤其是同时加速单加氧和还原反应的研究和应用几乎是一个空白。
此外，另一方面，许多污水处理厂中每天都产生大量的剩余污泥，目前我国所有污水处理厂的污泥处理与处置都是一件较难解决的事情，不认真处理则会导致二次污染。因此，若能将剩余污泥处理后用于生物降解过程，特别是好氧或好氧/厌氧生物反应的生物降解过程，一方面可以加速难降解污染物的生物降解，一方面可以解决常规污水处理成本过高的问题，另一方面还有助于污泥的处理与处置。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种利用剩余污泥加速难降解污染物生物降解的装置和方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明的目的之一在于提供一种利用剩余污泥加速难降解污染物生物降解的装置，其主要包括分别连接生物反应器进口的剩余污泥处理管路与难生物降解污水进水管路，所述的剩余污泥处理管路包括依次连接的污泥泵、使剩余污泥释放有机酸的剩余污泥处理单元和泥水分离器，其中，泥水分离器的上清液出口连接所述生物反应器进口。
优选的，所述的剩余污泥处理单元内包括可对剩余污泥进行处理以释放有机酸的超声仪、电脉冲仪或热解仪等。
优选的，所述的生物反应器既具有使整个生物反应器内部保持好氧条件的好氧运行模式，又包括使得整个生物反应器内部好氧区与厌氧区并存的好氧/厌氧运行模式。
本发明的目的之二在于提供一种利用剩余污泥加速难降解污染物生物降解的方法，包括以下步骤：
(1)：利用污泥泵将剩余污泥送到剩余污泥处理单元中，使其完成有机酸的释放;
(2)：接着将步骤(1)中完成有机酸释放的剩余污泥送到泥水分离器，分离所得上清液连同待处理的难生物降解污水一起送入接种了驯化好的微生物菌种的生物反应器中进行生物降解，以加速难降解污染物的生物降解。
优选的，步骤(1)中所述的剩余污泥处理单元内包括可对剩余污泥进行处理以释放有机酸的超声仪、电脉冲仪或热解仪等。
优选的，步骤(2)中所述的难生物降解污水为焦化、印染、化工等含有难降解污染物的工业污水，代表性的难降解污染物包括吡啶、喹啉、邻苯二甲酸、对硝基酚、硝基苯、酚类化合物以及多环芳烃类化合物等等。
优选的，本发明步骤(2)中上清液的加入量依据上清液所含有的有效电子当量数e–有效与待处理污水中污染物降解需要的电子当量数e–需要按照公式：e–有效=5～8e–需要来确定，以保证其可为步骤(2)中的生物降解反应提供足够的电子。
优选的，当步骤(2)中的生物降解反应为氧化反应且需要电子的生物反应过程，调节生物反应器使得整个生物反应器内保持好氧条件;
当步骤(2)中的生物降解反应为同时进行氧化和还原反应且需要电子的生物反应过程，调节生物反应器使得生物反应器内的好氧区与厌氧区并存。
本发明主要就利用剩余污泥中包含有大量有机酸的特点，通过超声、电脉冲或水热解法等方法实现污泥中有机酸的释放，利用这些有机酸作为电子供体来加速难降解污染物的生物降解。同时也有助于解决污泥处理与处置以及污泥资源化的问题。
以吡啶和喹啉为例子说明单加氧反应的初始降解途径，其初始两步的生物降解过程分别如图1和图2所示。吡啶和喹啉均属于较难生物降解的有机物，它们生物降解的初始反应是单加氧反应(Mono-oxygenation)，该反应是胞内电子(NADH2,简写为2H)与分子氧(O2)通过共基质反应在吡啶环或苯环上插入羟基(–OH)。通常在生物反应中保证足够的溶解氧(O2)比较容易。因此提供足够的电子供体则是吡啶或喹啉初始反应过程的控制步骤。因为通过两步单加氧反应之后，后续的吡啶环或苯环就比较容易开环，使得后续的生物反应能较为顺利地进行。其他含有苯环或杂环的难降解有机污染物的生物降解均具有类似的反应过程。
此外，对于双加氧反应过程，以邻苯二甲酸的生物降解途径为例(如图3所示)。邻苯二甲酸是一种重要的工业原料，但同时在地表水中被检测到。从图中可以看出该反应的初始过程是一个双加氧反应过程，其中步骤3A和3B是双加氧反应过程，步骤3D是单加氧反应过程。这个反应过程是一个同时包含有单、双加氧的生物反应过程。
另外，对于典型的同时需要还原和氧化过程的且都是需要电子的生物反应过程，以对硝基酚的生物降解过程为例进行说明，其生物降解途径如图4所示，从图4中可以看出，前4步是需要电子的还原过程，而步骤4E和4F则是单加氧过程。
因此，在如上述几种有机污染物的生物降解途径中，加入如有机酸等可以释放电子的供体可以加速这些污染物的生物降解速率。以丁二酸、乙酸等水解过程为例：
C4H6O4+4H2O→4CO2+14H(丁二酸水解过程)
C2H4O2+2H2O→2CO2+8H(乙酸水解过程)
与现有技术相比，本发明将剩余污泥应用到现有的难降解污染物的生物降解过程中，既加速了难降解污染物的生物降解，同时也有效的解决了污泥处理资源化的问题。