公布日：2022.12.20
申请日：2022.08.22
分类号：C02F9/14(2006.01)I;C02F1/36(2006.01)I;C05F9/04(2006.01)I;C02F3/28(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种增强餐厨垃圾沼液可生化性和污泥回收能力的处理方法，包括如下步骤：（1）对经过厌氧消化处理的餐厨垃圾沼液进行收集；（2）对收集到的餐厨垃圾沼液进行间歇式变功率超声处理：先在0.25-0.35W/mL的低功率密度下超声处理25-35s，间歇8-12min；然后在0.6-0.7W/mL的高功率密度下超声处理25-35s，间歇8-12min；最后在0.45-0.55W/mL的中等功率密度下超声处理25-35s；（3）对超声处理后的沼液进行沉淀。本发明对经过厌氧消化后的餐厨垃圾沼液进行间歇式变功率超声处理，在无化学物质及碳源的投放下可实现增强沼液可生化性和快速沉降沼渣。
权利要求书
1.一种增强餐厨垃圾沼液可生化性和污泥回收能力的处理方法，其特征是，包括如下步骤：（1）对经过厌氧消化处理的餐厨垃圾沼液进行收集；（2）对收集到的餐厨垃圾沼液进行间歇式变功率超声处理，处理方法为：先在0.25-0.35W/mL的低功率密度下超声处理25-35s，间歇8-12min；然后在0.6-0.7W/mL的高功率密度下超声处理25-35s，间歇8-12min；最后在0.45-0.55W/mL的中等功率密度下超声处理25-35s；间歇式变功率超声处理时的超声频率为20-40kHz；（3）对超声处理后的沼液进行沉淀，收集上清液，底部的沉淀物定期排出；沉淀时的HRT时间为10-15min，SRT时间为30-40min；处理时采用的处理装置包括通过管路连接的超声工作罐和沉淀池；所述的超声工作罐中设有超声装置；所述的超声装置包括依次连接的超声波换能器、超声波助推器及超声波焊头；所述的超声波换能器与外接电源连接；工作过程中超声波焊头浸入餐厨垃圾沼液内。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征是，步骤（1）中的餐厨垃圾沼液的总固体含量≤4wt%。
3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征是，餐厨垃圾沼液通过进水管路进入超声工作罐内，进水管路上设有进水泵。
4.根据权利要求1所述的处理方法，其特征是，沉淀池底部设有污泥出口，污泥出口处设有污泥回流管。
5.根据权利要求1所述的处理方法，其特征是，工作过程中超声工作罐内餐厨垃圾沼液的体积不超过超声工作罐容积的70%。6.根据权利要求1所述的处理方法，其特征是，工作过程中沉淀池内的沼液体积不超过沉淀池容积的80%。
发明内容
为了解决餐厨垃圾沼液处理过程中存在的上述问题，本发明提供了一种增强餐厨垃圾沼液可生化性和污泥回收能力的处理方法，在沼液厌氧消化处理的基础上，对经过厌氧消化后的餐厨垃圾沼液进行间歇式变功率超声处理，在无化学物质及碳源的投放下可实现增强沼液可生化性和快速沉降沼渣。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种增强餐厨垃圾沼液可生化性和污泥回收能力的处理方法，包括如下步骤：
(1)对经过厌氧消化处理的餐厨垃圾沼液进行收集；
(2)对收集到的餐厨垃圾沼液进行间歇式变功率超声处理，处理方法为：先在0.25-0.35W/mL的低功率密度下超声处理25-35s，间歇8-12min；然后在0.6-0.7W/mL的高功率密度下超声处理25-35s，间歇8-12min；最后在0.45-0.55W/mL的中等功率密度下超声处理25-35s；
(3)对超声处理后的沼液进行沉淀，收集上清液，底部的沉淀物定期排出。
本发明采用间歇式变功率超声的方法对餐厨垃圾沼液进行处理，餐厨垃圾的主要成分是碳水化合物、蛋白质和脂质，在处理过程中，首先进行低功率密度的超声处理，在0.25-0.35W/mL的低功率密度下，能够打散沼液中的细菌团聚物，加速长链碳水化合物以及脂质的分解，并保留大部分的细菌存活，经过间歇沉淀后，使得泥水部分分离。然后再在0.6-0.7W/mL的高功率密度下进行超声处理，在此阶段可使得微生物破裂释放出大量的有机物并破碎微生物团聚物，从而释放可溶性有机物总量，在沉淀过程中，前期保留下来的微生物可利用后续释放的可溶性短链有机物进行代谢分解，从而做到降低沼液总固体含量(TS)的过程同时增加固体悬浮物(SS)的可分离性。最后，再在0.45-0.55W/mL的中等功率密度下再次进行超声处理，使得经过低功率超声处理后的小径粒的微生物团能够充分代谢高功率超声过程中因微生物破碎而大量释放出来的可溶性有机成分，同时中功率的超声处理也提供一部分粒径减少的微生物团和可溶性短链有机物作为缓冲，能够有效避免因低高功率超声过程中微生物和有机物比例失衡，从而影响短时间内的溶液可生化性。将本发明中的方法超声处理之后，沼液能够短时间实现污泥回收。在超声过程中，更多的小径粒污泥及小絮体从大絮团中被释放出来，由于部分不可溶的有机物也得到了一定的转化，使得超声后的沼液中的悬浮固体更容易被吸附，形成团聚物下沉，因此经过本发明的超声处理后的沼液能够短时间实现污泥回收。
本发明的处理过程中无需添加额外的化学物质和额外的热源，处理成本低，单位能耗小，可有效增强厌氧消化的水解酸化过程，为后续生物处理提供可靠的C/N比，提高沼液可生化性，并增强了厌氧消化能力，提高了沼液的产气效率，提升沼液资源化的能力；同时，本发明中的方法可在较短的处理时间内，解决了餐厨垃圾悬浮物及污泥沉降性能差的问题，提高了沼液的SS回收率，减少后续污水处理系统的SS以及脱氮的负担。
作为优选，步骤(1)中的餐厨垃圾沼液的总固体含量≤4wt％。沼液中的固体浓度会影响超声的效果，过高的TS含量会吸收声能并降低整个过程的效率，并且污泥吸光度常数随着污泥中固体含量的增加而增加，因此当污泥TS较高时，实际作用的超声强度可能远小于理论值并低于最小作用强度，从而导致整体污泥裂解效率的下降。
作为优选，步骤(2)中间歇式变功率超声处理时的超声频率为20-40kHz。作为更优选，超声频率为20kHz。在沼液处理中，低频的超声波比高频更有效。低频的应用会产生更大的空化气泡，在气泡破裂时，会产生更强劲的机械射流，从而产生强力的水力剪切力，对细胞进行粉碎性的破坏。
作为优选，步骤(3)中的HRT时间为10-15min，SRT时间30-40min。超声过中，会促使沼液中的部分碳酸盐分解和空化作用从而产生大量的气泡，需要一定的时间使得气泡从液体中释放出来，根据气泡的上浮速度，本发明设定沉淀时间为10-15min。在释放气泡的B4过程中，泥水开始分离，部分微生物附着有机物进行代谢，从而达到降低TS的同时进行SS快速沉降。
作为优选，处理时采用的处理装置包括通过管路连接的超声工作罐和沉淀池；所述的超声工作罐中设有超声装置；所述的超声装置包括依次连接的超声波换能器、超声波助推器及超声波焊头；所述的超声波换能器与外接电源连接。
超声波换能器可将电能转换为超声波能量；超声波助推器是一种机械放大器，有助于增加超声波换能器产生的振幅；超声波焊头可将超声波能量传递给沼液。
作为优选，餐厨垃圾沼液通过进水管路进入超声工作罐内，进水管路上设有进水泵。
作为优选，沉淀池底部设有污泥出口，污泥出口处设有污泥回流管。
作为优选，工作过程中超声工作罐内餐厨垃圾沼液的体积不超过超声工作罐容积的70％；超声波焊头浸入餐厨垃圾沼液内。
作为优选，工作过程中沉淀池内的沼液体积不超过沉淀池容积的80％。
因此，本发明具有如下有益效果：
(1)超声过程中无需添加额外的化学物质和输入额外热源，处理成本低，单位能耗小；
(2)间歇变功率超声过程中，低功率密度超声增强了厌氧消化的水解酸化过程，缩小了沼渣径粒，保证稳定的C/N比，提高沼液可生化性，高功率密度超声过程中破碎了部分微生物的细胞壁，使得有机物得以释放，从而使得低功率保留下来的微生物可以对这部分有机物进行代谢利用，结合低功率超声的作用，一方面，沼液的可生化性得到了提升，另一方面，沼液的能源回收性(产甲烷能力)明显增强；中功率密度阶段可防止因高功率过多而导致的微生物破碎而导致整体的生化性减弱，起到稳定作用；
(3)间歇变功率超声过程解决了餐厨垃圾悬浮物及污泥沉降性能差的问题，其厌氧污泥回收率可达到85％以上，减少后续污水处理系统的SS以及去除的负担。
（发明人：杨家辉;宫亚斌;杜睿;詹偶如）