CN103496832A - 一种利用超声波提高污泥回流工艺沉后水质的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用超声波提高净水厂污泥回流工艺沉后水质的方法属于饮用水处理领域，特别适用于以湖泊和水库为水源的城镇净水厂强化混凝处理。装置包括依次串联的混合池、絮凝池、沉淀池、储泥池、超声波处理设备和污泥再浓缩装置；储泥池中10%～15%的污泥作为回流污泥进入超声波处理设备中，经超声频率25～160KHz，声能密度23.3～30.0W/L，作用15min～30min后再由污泥再浓缩装置浓缩，再浓缩系数为0.6～0.8；将含固率为0.095w/w%～0.20w/w%超声再浓缩污泥回流至絮凝池来强化混凝效果、提高沉后水质。本方法可以有效地将超声波破解溶出的有机物和致病微生物排出回流系统，对于提高沉后水质、降低后续工艺处理负荷，保障供水安全具有重大意义。

Description

一种利用超声波提高污泥回流工艺沉后水质的方法

技术领域：

本发明属于饮用水处理领域，特别涉及一种用于提高净水厂污泥回流工艺沉后水质的方法，具体是指经超声波预处理后的污泥进一步自然沉降再浓缩后回流来强化混凝效果、提高沉后水质。本发明特别适用于以湖泊和水库为水源的城镇净水厂强化混凝处理。

背景技术：

净水厂污泥回流作为强化低浊度微污染水源水常规混凝工艺的有效技术，成为近年来研究和应用热点，也是污泥资源化的重要形式。污泥回流工艺的沉后水质由新投加混凝剂水解产物对污染物的去除效果、回流污泥中剩余金属氢氧化物的吸附去除效果、回流污泥的絮凝核心作用以及回流污泥中污染物重新释放程度共同决定。由于污染物，尤其一部分人工合成有机物、消毒副产物前体物、重金属和致病微生物等在污泥中浓度较原水中的明显高，而且在回流过程中水流剪切力作用下污泥絮体会破碎，包裹在其中的污染物会释放到水相中，同时破碎的絮体能否再絮凝直接影响着沉后水质。因此，在污泥回流之前采取预处理措施使污泥有效破解，使污泥中的污染物尤其是溶解性有机物溶出、分离，致病微生物最大限度的灭活，同时提高回流污泥的沉降性能和脱水性能，对后续回流工艺至关重要。

目前，关于活性污泥破解技术包括各种物化处理方法，如热解、机械破解、超声波、臭氧氧化、酸化、碱解、碱与超声波联合应用等。超声波由于具有能耗低、灭菌范围广、绿色无二次污染等特点成为活性污泥破解的重要方法。0.11～0.22W/ml的超声波处理可以破坏菌胶结构，使其中的内部水排出，同时保持较大的污泥颗粒，提高污泥的沉降性能，但高强度、120min以上的长时间超声作用会使得污泥絮体过小，沉降性能变差，菌胶团里的有机物大量释放到水中。在一定的声能密度和时间范围内，活性污泥破解反应相对于时间符合一级反应动力学规律，但在高声能密度和低污泥浓度下，有机物的溶出增长率随时间延长而减缓。在净水厂污泥回流工艺中，将超声作用后的污泥通过重力自然沉降与释放到水中的有机物分离，使有机物脱离出回流系统可以减轻回流工艺负荷。另外，研究发现声能密度为0.11W/mL时异养菌数量在120min后可减少40%。与异养菌相比，大肠杆菌更容易被灭活，120min后减少了64%；声能密度为0.33W/mL时效果更为显著，作用20min后，异养菌减少了56%，大肠杆菌减少了97%。此项研究表明，超声波可以有效杀灭致病微生物，降低回流工艺出水中微生物风险。此外，研究还发现活性污泥絮体的平均粒径随超声时间的延长逐渐降低，高声能密度下的效果比低声能密度更明显；而污泥絮体的比表面积随超声时间的延长逐渐增加，同时污泥絮体表面电荷分布受超声条件的影响不大。经超声作用后絮体比表面积增大，对应的吸附容量变大，为净水厂污泥回流工艺对有机物的去除提供有利条件。

由于活性污泥和净水厂污泥的物理、化学和生物特性存在着较大差异，超声作用对这三者特性的影响各异，且在活性污泥厌氧发酵工艺中，超声波破解可以最大程度地提高厌氧可生化性、提高产气量、缩短硝化时间，实现污泥减量化。采用本发明的方法可以极大地降低净水厂污泥破解后有机物溶出带来的负面效应，而且最大限度灭活污泥中的致病微生物，强化低浊度微污染水源水的混凝处理，对于保障供水安全具有重大意义。

发明内容：

本发明提供了一种解决净水厂污泥回流工艺中有机物、致病微生物等有毒有害物质的积累，以及回流过程中沉淀池负荷变大、再絮凝絮体沉降性能变差等问题的方法。在不改变原有净水厂污泥回流工艺的前提下，通过采用超声波技术将污泥中的有机物破解溶出、致病微生物最大限度灭活，同时有效改善污泥絮体特性，然后再将超声波处理后的污泥进一步自然沉降浓缩，并将溶出的有机物排出后回流至絮凝池来强化混凝效果，达到提高沉后水质的作用。该方法对于污泥减量化和资源化，降低后续工艺处理负荷，缩小沉淀池体积，保障供水安全具有重大意义。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种利用超声波提高污泥回流工艺沉后水质的方法，其特征在于：包括依次串联的混合池、絮凝池、沉淀池、储泥池、超声波处理设备和污泥再浓缩装置；所述的污泥再浓缩装置中设有搅拌桨和上清液放空阀门；

所述的储泥池中10%～15%的污泥作为回流污泥进入超声波处理设备中；

进入超声波处理设备中的污泥总固体质量浓度为1300～4500mg/L，超声波处理的频率为25～160KHz，声能密度为23.3～30.0W/L，时间为15min～30min；进入污泥再浓缩装置中的污泥再浓缩系数为0.6～0.8；污泥再浓缩装置中的搅拌桨转速为50～60rpm；将含固率为0.095w/w%～0.20w/w%超声再浓缩污泥回流至絮凝池，原水浊度小于10.0NTU时，污泥回流体积比控制在6～8%，浊度为10.0～30.0NTU时，回流体积比控制在4～6%，浊度大于30.0NTU时，回流体积比为0%～4%。

所述的经超声波作用后污泥上清液中SCOD溶出量为初始量的5～8倍，絮体颗粒破解程度达20%～25%，污泥中大肠杆菌、粪大肠杆菌致病微生物灭活率达20%～40%。

本发明的优点：

（1）与常见的高密度沉淀池、增效澄清池、悬浮和脉冲澄清池、机械搅拌和水力循环澄清池等污泥回流方式不同，该方法的污泥在沉淀池外经过超声再浓缩处理后实现回流，抗冲击负荷能力强，可以根据原水水质条件来确定或调整污泥回流运行工况，实现混合、絮凝和分离三种工艺的独立稳定运行；

（2）该方法可以极大程度地减轻沉淀池处理负荷、提高沉降速率、减少沉淀池体积和降低基建费用；

（3）与原有污泥回流工艺相比，该方法可以极大程度上改善沉后水水质，降低后续处理单元的负荷，提高供水安全性，适用于现有中小型水厂的技术改造和推广应用。

（4）可以实现污泥的无害化、减量化和资源化，从中国城市水资源的良性社会循环、资源环境的保护及循环经济社会的建立等层面上均具有重要意义。

附图说明：

附图1是该发明工艺流程图。

具体实施方式：

具体工艺流程如图1所示。

所述的混合池可以是管道静态混合器、机械混合池、隔板混合池等，混合池的水力停留时间为0.5～1min，速度梯度控制在800～1000s^-1；

所述絮凝池可以是机械反应絮凝池也可以是水力反应絮凝池，如隔板反应絮凝池、孔板反应絮凝池、波纹板反应絮凝池等，絮凝池的水力停留时间为15～20min，平均速度梯度控制20～50s^-1；

所述沉淀池可以是斜板、斜管沉淀池也可以是平流沉淀池，沉淀池内污泥连续流入储泥池进行浓缩，储泥池间隔3～8d向外排放剩余污泥。

所述的超声波处理设备包括超声波频率调节按钮、功率无级调节按钮和定时器设置按钮。频率可通过超声波设备控制面板上的频率数显按钮来调节，声能密度通过控制面板上功率调节按钮和超声处理污泥体积来控制，时间可由控制面板上的定时器设置。超声过程中可实现自动化控制。

所述的污泥再浓缩装置中设有搅拌桨和上清液放空阀门。搅拌桨主要用于保征回流过程中污泥絮体的完整性以及污泥质量浓度的稳定性；不同垂直高度上的上清液放空阀门用于控制回流污泥再浓缩系数。

本发明通过实验室大量静态试验研究，比较了不同超声作用条件（超声频率、声能密度、超声时间和污泥特性）下污泥的物理、化学与生物特性变化，以及通过自然沉降再浓缩方法将超声后的污泥回流至絮凝池来强化混凝效果，最终以沉后水水质的提升来说明该方法的创新性与优越性。举四个实例说明具体实施方式，但本发明的权利要求范围并不局限于此。

实施实例1：

进入超声波处理设备中的污泥总固体质量浓度为1300mg/L，上清液中的COD_Cr为10.55mg/L，初始污泥中大肠杆菌和粪大肠杆菌的浓度分别为1.25×10⁴,407CFU/mL，污泥絮体粒径为25.66μm。经超声频率为25KHz，声能密度23.3W/L(功率为350W，污泥体积15L)，作用30min后，上清液中的COD_Cr增加至67.45mg/L，溶出率达539%，为初始浓度的6.4倍；大肠杆菌和粪大肠杆菌的灭活率分别为23.5%和30.2%；絮体颗粒粒径降为20.43μm，破解程度达20.4%。将超声处理后的污泥通过污泥再浓缩装置再浓缩，再浓缩系数为0.6，含固率为0.095w/w%，然后启动搅拌桨，其转速为50rpm，以8%的体积回流比回流于初始浊度为3.50NTU的原水。对比发现，沉后水浊度由原来未经超声作用污泥回流后的69.69%提高至76.88%，UV₂₅₄由初始的22.72%提高至31.82%，去除率分别提升了7.91%和9.10%。

实施实例2：

进入超声波处理设备中的污泥总固体质量浓度为1300mg/L，上清液中的COD_Cr为10.55mg/L，初始污泥中大肠杆菌和粪大肠杆菌的浓度分别为1.25×10⁴,407CFU/mL，污泥絮体粒径为25.66μm。经超声频率为40KHz，声能密度30W/L(功率为450W，污泥体积15L)，作用15min后，上清液中的COD_Cr增加至77.45mg/L，溶出率达634%，为初始浓度的7.3倍；大肠杆菌和粪大肠杆菌的灭活率分别为20.5%和35.2%；絮体颗粒粒径降为19.83μm，破解程度达22.7%。将超声处理后的污泥通过污泥再浓缩装置再浓缩，再浓缩系数为0.6，含固率为0.12w/w%，然后启动搅拌桨，其转速为55rpm，以6%的体积回流比回流于初始浊度为3.50NTU的原水，沉后水浊度由原来未经超声作用污泥回流后的69.69%提高至81.21%，UV₂₅₄由初始的22.72%提高至32.41%，去除率分别提升了11.52%和9.69%。

实施实例3：

进入超声波处理设备中的污泥总固体质量浓度为4500mg/L，上清液中的COD_Cr为27.59mg/L，初始污泥中大肠杆菌和粪大肠杆菌的浓度分别为2.31×10⁴,609CFU/mL，污泥絮体粒径为22.66μm。经超声频率为125KHz，声能密度30W/L(功率为450W，污泥体积15L)，作用20min后，上清液中的COD_Cr增加至167.45mg/L，溶出率达507%，为初始浓度的6.1倍；大肠杆菌和粪大肠杆菌的灭活率分别为24.5%和39.2%；絮体颗粒粒径降为16.72μm，破解程度达24.9%。将超声处理后的污泥通过污泥再浓缩装置再浓缩，再浓缩系数为0.75，含固率为0.18w/w%，然后启动搅拌桨，其转速为60rpm，以4%的体积回流比回流于初始浊度为20.0NTU的原水，沉后水浊度由原来未经超声作用污泥回流后的69.27%提高至83.32%，DOC由初始的12.72%提高至25.41%，去除率分别提升了14.05%和12.69%。

实施实例4：

进入超声波处理设备中的污泥总固体质量浓度为4500mg/L，上清液中的COD_Cr为27.5mg/L，初始污泥中大肠杆菌和粪大肠杆菌的浓度分别为2.31×10⁴,609CFU/mL，污泥絮体粒径为25.66μm。经超声频率为160KHz，声能密度30W/L(功率为450W，污泥体积15L)，作用15min后，上清液中的COD增加至147.39mg/L，溶出率达398%，为初始浓度的4.98倍；大肠杆菌和粪大肠杆菌的灭活率分别为22.8%和33.7%；絮体颗粒粒径降为17.30μm，破解程度达22.3%。将超声处理后的污泥通过污泥再浓缩装置再浓缩，再浓缩系数为0.8，含固率为0.20w/w%，以2%的体积回流比回流于初始浊度为35.5NTU的原水，沉后水浊度由原来未经超声作用污泥回流后的69.27%提高至84.26%，DOC由初始的12.72%提高至23.38%，去除率分别提升了12.99%和10.66%。

Claims (1)

1.一种利用超声波提高污泥回流工艺沉后水质的方法，其特征在于：包括依次串联的混合池、絮凝池、沉淀池、储泥池、超声波处理设备和污泥再浓缩装置；所述的污泥再浓缩装置中设有搅拌桨和上清液放空阀门；

所述的储泥池中10%～15%的污泥作为回流污泥进入超声波处理设备中；

进入超声波处理设备中的污泥总固体质量浓度为1300～4500mg/L，超声波处理的频率为25～160KHz，声能密度为23.3～30.0W/L，时间为15min～30min；进入污泥再浓缩装置中的污泥再浓缩系数为0.6～0.8；污泥再浓缩装置中的搅拌桨转速为50～60rpm；将含固率为0.095w/w%～0.20w/w%超声再浓缩污泥回流至絮凝池，原水浊度小于10.0NTU时，污泥回流体积比控制在6～8%，浊度为10.0～30.0NTU时，回流体积比控制在4～6%，浊度大于30.0NTU时，回流体积比为0%～4%。

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