CN102060424A - 臭氧预氧化-膜生物反应器协同剩余污泥减量方法 - Google Patents

臭氧预氧化-膜生物反应器协同剩余污泥减量方法 Download PDF

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张立秋
封莉
蒋文博
吴运松
王丽平
潘晓瑞
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Abstract

本发明属于污泥处理与处置领域，涉及一种将化学氧化技术与生物技术有效结合起来作为污泥减量方法的工艺，具体步骤为：(1)臭氧预氧化处理单元：通过臭氧投加产生强氧化作用，可破坏不容易被生物降解的细胞膜等，使细胞内物质能较快地溶于水中，同时氧化不容易水解的大分子物质，使其更容易为微生物利用，以利于进一步的生物降解；(2)膜生物反应器单元：在膜生物反应器中利用污泥自身消化以及生物降解和膜滤等技术协同强化去除破碎后污泥释放的有机物，以达到污泥减量的目的；同时保证出水水质符合排放标准或工业回用水水质要求。该种工艺具有污泥减量效果好、无二次污染、能耗低及出水可以直接排放等优点。

Description

臭氧预氧化-膜生物反应器协同剩余污泥减量方法
一、技术领域
本发明是关于臭氧预氧化-膜生物反应器协同剩余污泥减量的方法。
二、背景技术
污水生化处理的本质是以污水中呈胶体和溶解状态的有机物作为微生物的营养来源，将其转化为二氧化碳、水和生物物质，而过量的生物物质构成了剩余污泥。剩余污泥属于固体废弃物，含有大量的有毒有害物质及未稳定化的有机物，如果没有得到适当处置，排放后会对环境造成严重污染。目前我国城市污水处理厂年排放干污泥约30万吨，以每年大约10％的速度增长。
污泥处理与处置费用昂贵，在我国城市污水处理厂中，传统的污泥处理费用约占污水处理厂总运行费用的20～50％，其投资占污水处理厂总投资的30～40％，投资和运行费用的总和占25～65％。从某种程度上说，污水生化处理把水污染的治理问题转化成了固废污染的处置问题。无论从污染物处理过程的完善程度，还是从所占的投资比例来看，污泥的处理处置都处于重要地位。
对于污泥减量化的研究在国内外已经先后开展，目前对于污泥减量的方法有超声污泥消化、湿式氧化法、膜生物反应器、污泥减容化技术等，尽管这些方法对于污泥减量有一定的成效，但是由于各污水处理厂污泥种类不同，鉴于需要污泥减量更完全，因此，可以考虑组合工艺对污泥进行减量。
三、发明内容
本发明是利用臭氧作为化学氧化剂对剩余污泥进行预氧化，再利用膜生物反应器的高微生物浓度及低污泥负荷等特点，来对剩余污泥进行减量的方法。
具体工艺步骤如下：
1、臭氧投加量对污泥性状影响实验，通过调节不同的通气时间达到不同的臭氧投加量，测定不同臭氧投量下的污泥浓度、COD、PH值、SVI值等的污泥性状的变化，最后以初步确定臭氧投加量范围；
2、臭氧投加量对污泥减量的影响实验，向膜生物反应器中投加经过臭氧氧化后的污泥。膜生物反应器连续运行，以6小时为一个周期，每1小时向反应器内投加一次经过臭氧氧化的污泥。通过试验1确定的适宜臭氧投加量范围，在相同剩余污泥投加量时，改变臭氧投加量，测定膜生物反应器内污泥浓度变化情况，最后综合剩余污泥投加量和臭氧投加量两个参数，根据运行成本确定剩余污泥投加量和臭氧投加量的最佳值。
3、臭氧-膜生物反应器剩余污泥减量工艺实验，臭氧-MBR剩余污泥减量工艺的小试试验：膜生物反应器连续运行20天，每天运行一个周期，每个周期连续运行6小时，剩余污泥投加方式同试验2，剩余污泥投加量和臭氧投加量由试验2确定。每天检测膜生物反应器的出水COD、NH3-N、浊度；污泥浓度、SVI等。
本发明有效地利用了臭氧预氧化可破坏不容易被生物降解的细胞膜等，使细胞内物质能较快地溶于水中，同时氧化不容易水解的大分子物质，使其更容易为微生物利用。并结合膜生物反应器(MBR)的高截留率并将浓缩液回流到生物反应器中，使反应器中具有很高的微生物浓度和相对较低的污泥负荷，并有很长的污泥停留时间，使有机物大部分被降解。从而有效将剩余污泥减量，与其他减量法相比较组合工艺具有更高的减量化效率，减少了污泥减量化周期时间等优点。
附图表说明
图1为本发明的技术路线图；
图2为本发明的超声预处理工艺装置图；
图3为本发明的MBR工艺装置图；
图4为本发明的臭氧氧化前后污泥絮体形状图。(×40)
具体实施方案
实施例一：
下面结合具体的实施方式来对本发明进行进一步的说明。
1、臭氧投加量对污泥性状影响，本组试验处理对象为活性污泥反应器中二沉池浓缩污泥，在臭氧氧化处理前不进行预处理，污泥MLSS为9000～11000mg/L，pH值约为7.0。调节臭氧发生器气源流量至60L/h，对污泥进行臭氧氧化处理，每批臭氧氧化污泥量为500mL。通过控制处理时间，当臭氧投加量为0.01、0.02、0.04、0.06、0.08、0.10gO3/gSS时，对相关指标进行测定。在臭氧氧化过程中部分固相有机物被无机化，部分溶解后以液相有机物形式存在；存在臭氧的最小有效投加量和最大破解效率；污泥SVI下降，沉降性能提高；污泥pH值降低，由中性变为弱酸性；确定适宜的臭氧投加量范围为0.02～0.06gO3/gSS。
2、臭氧投加量对MBR工艺污泥减量的影响，通过第一步试验，已经初步确定了较适宜的臭氧投加量范围为0.02～0.06gO3/gSS，将氧化后的污泥投加到膜生物反应器中，确定当臭氧与膜生物反应器共同作用时的臭氧最佳投量。膜生物反应器内污泥浓度约3000mg/L，改变膜生物反应器中污泥投加量，投加量分别占反应器内污泥总量的10％、20％和30％；改变氧化所投加污泥的臭氧投加量，投加量分别为0.02gO3/gSS、0.04gO3/gSS和0.06gO3/gSS，测定相应的MLSS改变率，结果表明，投加未经过臭氧氧化的污泥和臭氧投加量为0.02gO3/gSS的污泥，不能实现污泥减量；投加臭氧投量分别为0.04gO3/gSS和0.06gO3/gSS时，污泥减量效果良好。膜生物反应器中污泥的投加量不同，污泥减量效果不同。考虑经济因素，最终确定最佳臭氧投加量为0.04gO3/gSS，最佳污泥投加量为30％。
3、在污泥投量30％，臭氧投量0.04gO3/gSS的条件下，连续运行膜生物反应器20d，测定在这段时间内的污泥性状变化和出水水质变化情况。结果表明，反应器内污泥性状稳定，污泥减量率在26.3％～30.7％之间；出水水质良好，出水COD平均值为65.3mg/L，出水浊度平均值为2.0NTU，出水氨氮平均值为6.8mg/L。反应器运行20d的出水COD满足二级排放标准，出水NH3-N满足一级排放标准。

Claims (8)

1.臭氧预氧化-膜生物反应器协同剩余污泥减量的工艺，可以明显提高剩余污泥的减少量，对于生物化处理废水的污水处理厂剩余污泥的减量有着显著的效果，其特征是主要包括如下步骤：
a、臭氧预氧化处理单元：臭氧可破坏不容易被生物降解的细胞膜等，使细胞内物质能较快地溶于水中，同时氧化不容易水解的大分子物质，使其更容易为微生物利用，有利于进一步生物降解；
b、根据臭氧处理单元的原理，可以确定臭氧预处理的主要运行参数为臭氧投加量；
c、膜生物反应器(MBR)单元：反应器内的污泥浓度高，污泥龄长，可促进污泥自身消化；同时污泥上清液中有机物可通过生物降解以及膜过滤的协同作用得到去除，从而达到污泥减量的目的。
d、根据膜生物反应器单元和臭氧投加量，需要确定每次投加污泥的量，以达到最佳污泥减量率；
e、臭氧预氧化-膜生物反应器协同剩余污泥减量的工艺可以使剩余污泥量明显减少，而且能充分保持出水水质的稳定
2.根据权利要求1所述的臭氧预氧化处理单元，其特征是针对臭氧投加量对污泥絮体的形状以及污泥破解度有很大影响的特点，通过单独臭氧氧化破解污泥试验选定最佳参数。臭氧氧化作用破坏了污泥颗粒上细菌的细胞壁，使胞内物质由固相转入液相，从而引起了总悬浮固体量的减少，同时污泥上清液中的TOC、SCOD、NH3-N浓度增加，有利于后续MBR生物降解。
3.根据权利要求1所述的臭氧预处理主要运行参数——臭氧投加量，经过一系列实验探究和综合经济考虑，最终确定为0.04gO3/gSS。
4.根据权利要求1所述的膜生物反应器(MBR)处理单元，其特征是以臭氧预氧化处理后的污泥为处理对象，利用反应器内的生物降解和膜过滤等技术协同强化去除破碎后污泥释放的有机物；同时由于膜生物反应器(MBR)内污泥浓度高，污泥龄长，可促进污泥自身消化，从而达到污泥减量的目的。
5.根据权利要求1所述的臭氧预处理后向膜生物反应器投加的污泥量根据实验得出在最佳臭氧投加量0.04gO3/gSS时，向MBR反应器内投加30％的剩余污泥，达到的污泥减量率为28.6％。
6.根据权利要求4所述的膜生物反应器单元，膜生物反应器型式是一体式或分离式，也可以是通过投加弹性立体填料以及悬浮性填料形成的复合式膜生物反应器。
7.根据权利要求4所述的膜生物反应器单元，膜组件可以是微滤膜，也可以是超滤膜，可以是无机膜或有机膜，组件形式可以是中空纤维、平板或管式。
8.根据权利要求1所述的臭氧预氧化-膜生物反应器联合处理工艺，不仅处理效果稳定也保证了出水水质符合排放标准或工业回用水水质要求。
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