CN102092893A

CN102092893A - 超声预处理-膜生物反应器协同剩余污泥减量方法

Info

Publication number: CN102092893A
Application number: CN 201010572391
Authority: CN
Inventors: 张立秋; 封莉; 王丽平; 蒋文博; 吴运松; 王鹏
Original assignee: Beijing Forestry University
Current assignee: Beijing Forestry University
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2011-06-15

Abstract

本发明属于污泥处理与处置领域，涉及一种将物理法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)超声预处理单元：通过超声波产生的空穴作用，压碎细胞壁，释放出细胞中所含的成分和细胞质，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

超声预处理-膜生物反应器协同剩余污泥减量方法

一、技术领域

本发明属于污泥处理与处置领域，利用超声预处理-膜生物反应器协同的处理方法进行剩余污泥减量。

二、背景技术

目前世界上年产污泥量已达1.0×10⁸t，我国也已达到了9.0×10⁶t。对于一个污水处理厂而言，它的全部基建费用中，用于污泥处理的约占20％～50％，有的甚至高达70％。堆肥处理、卫生填埋、焚烧处理、水体消纳和土地利用(排入江河湖海的方法)是我国常用的剩余污泥处置方法。但这些处置方法不仅处理费用高且会带来二次污染。剩余污泥减量化技术，可以最大限度减少剩余污泥的产生量，从而减少剩余污泥最终处理处置费用。因此研究剩余污泥减量化技术，有着非常显著的社会效益和经济效益。

常用的污泥减量技术有化学法，物理法和生物法。物理法主要是利用超声波技术来减少污泥产量。超声波通过交替的压缩扩张产生空穴作用，以此压碎细胞壁，释放出细胞中所含的成分和细胞质，以便进一步降解。但超声波在剩余污泥减量中主要应用于对剩余污泥的预处理。生物法主要是通过延长曝气时间和污泥龄来促进细胞自溶，或者通过发展原生动物捕食微生物细胞从而减少活性污泥量。因此采用超声预处理-膜生物反应器协同进行剩余污泥减量，将污泥减量的物理作用与生物作用相结合，超声预处理污泥后，释放出细胞内物质更有利于膜生物反应器内生物降解，从而达到剩余污泥减量的目的。

三、发明内容

本发明是将污泥减量的物理作用和生物作用相结合，提出一种利用超声预处理-膜生物反应器协同的处理方法进行剩余污泥减量。具体的工艺流程如下：

1、首先在超声预处理单元：超声波通过交替的压缩扩张产生空穴作用，打散污泥絮体，压碎细胞壁，释放出细胞中所含的成分和细胞质，以便于进一步生物降解；

2、在膜生物反应器(MBR)处理单元：反应器内的污泥浓度高，污泥龄极长，可促进污泥自身消化；反应器内的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，均可达到污泥减量的目的。同时MBR生物降解以及膜过滤的协同作用也保证了出水水质符合排放标准或工业回用水水质要求。

本发明有效地利用了物理法和生物法协同的处理方法进行污泥减量，与其他污泥减量方法相比，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。

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为本发明的超声破碎前后污泥絮体形状图。

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。

试验中所采用的污泥取自哈尔滨市文昌污水处理厂的浓缩池，污泥取回来后置于冰箱，4℃下保存，使用前通过重力浓缩调节污泥含固率为2％，污泥成分为：SS：20680mg/L；VSS：12430mg/L；pH：6.68。

1、首先进行单独超声破解污泥的试验研究，超声声能密度与作用时间对污泥絮体的形状以及污泥破解度有很大影响，随着声能密度和破解时间的增加，污泥絮体破碎程度以及破解度也在逐渐的增大，在声能密度0.3～1.5W/mL范围内，经过5～30min的超声处理，污泥的破解度由6.36％升高至37.82％；超声破解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，在声能密度1.5W/mL，破解时间30min时，TSS和VSS的减少率分别达到15.89％和17.45％；污泥上清液中的TOC、SCOD、NH₃-N增加值随着超声声能密度以及作用时间的增加而显著增大。

2、其次采用超声与膜生物反应器协同工艺进行剩余污泥减量的试验，污泥破解度、加入的污泥浓度以及生物反应器的作用时间均是影响后续生物处理工艺中污泥减量效果的重要因素。通过实验研究，得出了该工艺的最优运行参数：超声预处理阶段，选用超声声能密度为1.2W/mL，破解30min(污泥破解度为30％左右)；后续生物处理阶段：膜生物反应器内的污泥浓度在3000mg/L左右，溶解氧浓度控制在5～6mg/L之间，向反应器内加入破解污泥1100mg/L(由膜生物反应器的有效容积换算得到)，反应周期为6h。

3、随着试验的进行，反应器内活性污泥指数、MLVSS/MLSS值以及污泥耗氧呼吸速率(OUR)都在逐渐升高，说明反应器内污泥的活性在不断的增加。通过镜检发现，膜生物反应器内的生物相非常丰富，在反应器内生长有大量的细菌、原生动物以及后生动物。其中原生动物以钟虫、节肢虫、累枝虫和盖纤虫属占绝对优势，后生动物以轮虫和线虫为主。

4、整个工艺系统稳定运行后，出水的COD小于60mg/L、NH₃-N小于4.5mg/L、浊度小于3NTU，出水水质满足污水排放标准。

5、本工艺能耗主要包括超声设备破解剩余污泥耗能以及后续生物系统中鼓风机所产生的能耗，不同的污泥减量效果对应着不同的能量消耗。通过分析计算以及试验结果，可以得出TSS减少率与加入的污泥破解度(反应超声破解能耗)、生物作用时间(反应膜生物反应器能耗)以及能量消耗的数据如表1所示。

表1 TSS减少率与能耗关系表

4、分析方法：SCOD、COD、NH₃-N、MLSS、MLVSS、TSS、VSS的测定均采用标准方法；pH值采用酸度计测定；浊度采用便携式浊度仪测定；TOC采用高精度总有机碳分析仪；生物相采用显微镜直接观察。

Claims

1.超声预处理-膜生物反应器协同剩余污泥减量的工艺，其特征是主要包括如下步骤：

a、超声预处理单元：超声波通过交替的压缩扩张产生空穴作用，以此压碎细胞壁，释放出细胞中所含的成分和细胞质，有利于进一步生物降解；

b、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。

2.根据权利要求1所述的超声预处理单元，其特征是针对超声声能密度与作用时间均对污泥絮体的形状以及污泥破解度有很大影响的特点，通过单独超声破解污泥试验选定最佳参数。超声破解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所述的膜生物反应器(MBR)处理单元，其特征是以超声预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。MBR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。

4.根据权利要求1所述的超声预处理单元，其特征在于随着声能密度和破解时间的增加，污泥絮体破碎程度以及破解度也在逐渐的增大，在声能密度0.3～1.5W/mL范围内，经过5～30min的超声处理，污泥的破解度由6.36％升高至37.82％。

5.根据权利要求4所述的超声预处理单元，其特征是污泥破解度、加入的污泥浓度以及生物反应器的作用时间均是影响后续生物处理工艺中污泥减量效果的重要因素。超声预处理阶段最优运行参数为超声声能密度为1.2W/mL，破解30min(污泥破解度为30％左右)。

6.根据权利要求2所述的膜生物反应器单元，膜生物反应器内的污泥浓度在3000mg/L左右，溶解氧浓度控制在5～6mg/L之间，向反应器内加入破解污泥1100mg/L(由膜生物反应器的有效容积换算得到)，反应周期为6h。

7.根据权利要求2所述的膜生物反应器单元，膜生物反应器型式可以是一体式或分离式，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。

8.根据权利要求2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。