CN104649526A - 一种电化学污泥高温好氧稳定化处理装置及其使用方法 - Google Patents

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袁海平
朱南文
楼紫阳
金宁奔
寿宗奇
李文浩
尹常凯
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • Y02W10/20—Sludge processing

Abstract

本发明提供了一种电化学污泥高温好氧稳定化处理装置及其使用方法，其包括，消化罐，所述消化罐的侧壁上设有进料口和出料口，消化罐内部设有搅拌器，所述搅拌器的外侧设有一ORP监测仪和一温度计，所述ORP监测仪的外侧和温度计的外侧各设有一电极，其中一个所述电极的外侧设有pH检测计，所述搅拌器下方设有曝气装置。与现有技术相比，本发明的有益效果在于通过合适输入较低的直流电压，采用生物电化学技术促使污泥中的微生物对有机物进行降解，使其获得稳定化和无害化。电化学处理方法可以提高污泥稳定化的速率，可使污泥稳定化时间缩短20～30％，污泥有机物去除率在43～52％之间。

Description

一种电化学污泥高温好氧稳定化处理装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种电化学污泥高温好氧稳定化处理装置及其使用方法，属于固体废弃物的处理技术领域。
背景技术
随着我国城市污水产生量的增加及处理率的提高，城市污水的数量不断增长。据住建部通报，截至2014年3月底，全国城镇累计建成污水处理厂3622座，污水处理能力约1.53亿立方米/日，较2013年年底新增约430万立方米/日。据预测，我国2020年城市污水排放量将达到536亿m3/d，这导致污水处理的副产物——污泥也大量产生，并且以每年10％的速度增长。剩余污泥产生的环境污染问题也日益突出，易造成较大的安全隐患、环境压力及经济负担。由此可见，污水处理厂污泥处理处置已经成为污水处理中的一个重要组成部分，也是污水处理设计、运行必须考虑的重要环节。如何高效处理处置日益增多的污泥，如何使污泥处理处置做到稳定化、减量化、无害化及资源化，已经成为深受社会关注的重大课题，将直接关系到我国环保事业以及污水处理的发展。因此，解决污泥处理处置问题十分紧迫。
污泥消化技术主要是通过微生物对有机物进行降解，从而达到污泥的稳定化和无害化。现有的污泥消化工艺主要包括好氧消化工艺和厌氧消化工艺。污泥自热高温好氧消化(ATAD)是一种消化速率快、单位污泥处理占地面积小、病原体灭活效果好、运行稳定、操作简单、耐低温冲击、能产生稳定的、巴氏消毒的污泥的新型污泥稳定化处理技术；与传统的厌氧和好氧消化工艺相比，ATAD能够大幅缩短污泥消化停留时间、降低单位污泥处理占地面积，其运行成本低于传统的好氧消化工艺，单位电耗约为15-20kW·h/m3，接近厌氧消化工艺，适用于占地紧张的中小型城市污水处理厂的污泥稳定化处理，但是该工艺目前尚处在实验阶段。
然而，污泥自热高温好氧消化过程，由于其特有的微好氧生物代谢环境，容易产生高浓度氨氮、小分子有机酸等物质，从而导致污泥pH较低，抑制微生物活性，进而影响污泥稳定化过程。鉴于上述情况，部分研究采用了预处理(如热处理、碱处理)来提高污泥稳定化速率，另外，有部分研究采用在污泥好氧消化过程中添加化学药剂的方法， 解除其稳定化过程中的产生微生物抑制效果，来提高污泥消化速率。例如，袁海平等发表于《Bioresource Technology》2014年的文章“Disinhibition of the ammonium nitrogen in autothermal thermophilic aerobic digestion for sewage sludge by chemical precipitation”和徐昌文等发表于《Bioresource Technology》2013年的文章“Effect of dosing time on the ammonium nitrogen disinhibition in autothermal thermophilic aerobic digestion for sewage sludge by chemical precipitation”，利用鸟粪石沉淀法对污泥进行处理，解除氨氮对微生物的抑制作用，发现可以提高污泥的自热高温微好氧消化速率；金宁奔等发表于《Bioresource Technology》2015年的文章“Disinhibition of excessive volatile fatty acids to improve the efficiency of autothermal thermophilic aerobic sludge digestion by chemical approach”，利用添加化学药剂的方法，解除污泥自热高温好氧消化过程中的小分子有机酸的微生物抑制效果，提高了污泥稳定化效果。然而，尽管采用了这些方法，使污泥的稳定化速率得到了一定的提高，但是化学药剂的添加对于污泥的后续处理处置不利，容易对环境产生二次污染的危险，并且污泥的稳定化效果不是很好，仍具有提升的空间。如果污泥自热高温好氧消化技术要得到实际应用，其稳定化速率和效果还需要进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种运行费用低、工艺简单、操作方便、能耗低、更提高污泥自热高温好氧消化速率的方法。本发明是为了克服目前中小型污水处理厂产生的剩余污泥稳定化速率不高、效果不佳的缺点，采用电化学技术，通过自热高温好氧消化和电化学的协同作用，提高污泥稳定化效果。
本发明是通过以下技术方案实现的：
第一方面，本发明提供了一种电化学污泥处理装置，其包括：消化罐，所述消化罐的侧壁上设有进料口和出料口，消化罐内部设有搅拌器，所述搅拌器的外侧设有一ORP监测仪和一温度计，所述ORP监测仪的外侧和温度计的外侧各设有一电极，其中一个所述电极的外侧设有pH检测计，所述搅拌器下方设有曝气装置。
作为优选方案，本发明的电化学污泥处理装置还包括污泥储罐、输送泵和直流电源，所述输送泵连通在污泥储罐和消化罐之间，所述直流电源与两个电极电连接。
作为优选方案，所述曝气装置包括一根一端封口的中空管体与所述中空管体相连通的鼓风装置，所述中空管体的上表面设有若干气孔。
作为优选方案，所述电极的形状为网状、条状、块状或棒状。
作为优选方案，所述电极的材质为金属或石墨。
第二方面，本发明还提供了一种基于所述的电化学污泥处理装置的污泥处理方法，其包括如下步骤：将污泥输送入消化罐后，开启搅拌器、直流电源，同时由消化罐底部向上鼓入空气，进行消化反应10～20天后，出料。
作为优选方案，所述污泥为含固率在4～7％、挥发性有机物浓度占60～80％的液态有机固体废弃物。
作为优选方案，所述污泥的加量为消化罐有效体积的70％，所述污泥在进行电解时的氧化还原电位为0～-100mV，所述污泥在消化反应的温度为45～65℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于通过合适输入较低的直流电压，采用生物电化学技术促使污泥中的微生物对有机物进行降解，使其获得稳定化和无害化。电化学处理方法可以提高污泥稳定化的速率，可使污泥稳定化时间缩短20～30％，污泥有机物去除率在43～52％之间。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的电化学污泥处理装置的结构示意图；
图2为本发明的电化学污泥处理装置中的消化罐的结构示意图；
图3为本发明中曝气管的结构示意图。
图中，1、污泥储罐；2、消化罐；21、进料口；22、出料口；23、曝气口；3、搅拌器；4、直流电源；5、输送泵；6、电极；71、鼓风机；72、曝气管；721、气孔；8、ORP监测仪；9、温度计、10、pH检测计。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明中的电化学污泥处理装置的结构如图1所示，污泥储罐1和消化罐2通过输送泵5连通，消化罐2的侧壁上设有进料口21、出料口22和曝气口23，如图2所示，污泥储罐1和消化罐2内部各设有一个搅拌器3，消化罐2内的搅拌器3的外侧设有一ORP监测仪8和一温度计9，ORP监测仪8的外侧和温度计9的外侧各设有一电极6， 其中一个电极6的外侧设有一个pH值检测计10，消化罐2内的搅拌器3下方设有曝气装置，曝气装置包括一根一端封口的中空管作为曝气管72、曝气管72上连通有一个鼓风机71，曝气管72的上表面设有若干气孔721，如图3所示。
实施例1
自上海某污水处理厂取得剩余污泥，通过沉淀、浓缩，将污泥浓度调整到4％，挥发性有机物浓度占60％，并贮存在污泥贮罐中，通过污泥泵将污泥从污泥贮罐中泵入好氧消化罐中，消化罐体积3L，有效体积2.1L，污泥停留时间为10d。pH值为初始pH，通过搅拌器控制搅拌速度450rpm，安装在消化罐上的电极采用钛钌板，大小为8cmX6cm，两电极板的距离为5cm，直流电源向电极板输入的电压为0.5V，污泥自热高温好氧消化的温度在45～55℃之间，ORP的值维持在0mV。污泥经自热高温好氧消化后，从消化罐的出料口6排出。试验结果表明，污泥经电化学协同自热高温好氧消化后，污泥稳定化时间比未经电化学处理缩短了20％，挥发性有机物去除率达到43％。
实施例2
自上海某污水处理厂取得剩余污泥，通过沉淀、浓缩，将污泥浓度调整到5.6％，挥发性有机物浓度占75％，并贮存在污泥贮罐中，通过污泥泵将污泥从污泥贮罐中泵入好氧消化罐中，消化罐体积3L，有效体积2.1L，污泥停留时间为15d。pH值为初始pH，通过搅拌器控制搅拌速度250rpm，安装在消化罐上的电极采用钛钌板，大小为8cmX6cm，两电极板的距离为5cm，直流电源向电极板输入的电压为1.2V，污泥自热高温好氧消化的温度在45～62℃之间，ORP的值维持在0～-50mV。污泥经自热高温好氧消化后，从消化罐的出料口排出。试验结果表明，污泥经电化学协同自热高温好氧消化后，污泥稳定化时间比未经电化学处理缩短了25％，挥发性有机物去除率达到48％。
实施例3
自上海某污水处理厂取得剩余污泥，通过沉淀、浓缩，将污泥浓度调整到7％，挥发性有机物浓度占65％，并贮存在污泥贮罐中，通过污泥泵将污泥从污泥贮罐中泵入好氧消化罐中，消化罐体积3L，有效体积2.1L，污泥停留时间为20d。pH值为初始pH，通过搅拌器控制搅拌速度450rpm，安装在消化罐上的电极采用钛钌板，大小为8cmX6cm，两电极板的距离为5cm，直流电源向电极板输入的电压为1.5V，污泥自热高温好氧消化的温度在45～65℃之间，ORP的值维持在0～-100mV。污泥经自热高温好氧消化后，从消化罐的出料口排出。试验结果表明，污泥经电化学协同自热高温好氧消化后，污泥稳定化时间比未经电化学处理缩短了30％，挥发性有机物去除率达到52％。
实施例4
自上海某污水处理厂取得剩余污泥，通过沉淀、浓缩，将污泥浓度调整到6.4％，挥发性有机物浓度占80％，并贮存在污泥贮罐中，通过污泥泵将污泥从污泥贮罐中泵入好氧消化罐中，消化罐体积3L，有效体积2.1L，污泥停留时间为20d。pH值为初始pH，通过搅拌器控制搅拌速度350rpm，安装在消化罐上的电极采用钛钌板，大小为8cmX6cm，两电极板的距离为5cm，直流电源向电极板输入的电压为1.2V，污泥自热高温好氧消化的温度在45～62℃之间，ORP的值维持在0～-75mV。污泥经自热高温好氧消化后，从消化罐的出料口排出。试验结果表明，污泥经电化学协同自热高温好氧消化后，污泥稳定化时间比未经电化学处理缩短了28％，挥发性有机物去除率达到50％。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种电化学污泥高温好氧稳定化处理装置，其特征在于，包括：消化罐，所述消化罐的侧壁上设有进料口和出料口，消化罐内部设有搅拌器，所述搅拌器的外侧设有一ORP监测仪和一温度计，所述ORP监测仪的外侧和温度计的外侧各设有一电极，其中一个所述电极的外侧设有pH检测计，所述搅拌器下方设有曝气装置。
2.如权利要求1所述的电化学污泥高温好氧稳定化处理装置，其特征在于，还包括污泥储罐、输送泵和直流电源，所述输送泵连通在污泥储罐和消化罐之间，所述直流电源与两个电极电连接。
3.如权利要求1所述的电化学污泥高温好氧稳定化处理装置，其特征在于，所述曝气装置包括一根一端封口的中空管体与所述中空管体相连通的鼓风装置，所述中空管体的上表面设有若干气孔。
4.如权利要求1所述的电化学污泥高温好氧稳定化处理装置，其特征在于，所述电极的形状为网状、条状、块状或棒状。
5.如权利要求1或4所述的电化学污泥高温好氧稳定化处理装置，其特征在于，所述电极的材质为金属或石墨。
6.一种基于权利要求1所述的电化学污泥高温好氧稳定化处理装置的污泥处理方法，其特征在于，包括如下步骤：将污泥输送入消化罐后，开启搅拌器、直流电源，同时由消化罐底部向上鼓入空气，进行消化反应10～20天后，出料。
7.如权利要求6所述的污泥处理方法，其特征在于，所述污泥为含固率在4～7％、挥发性有机物浓度占60～80％的液态有机固体废弃物。
8.如权利要求6或7所述的污泥处理方法，其特征在于，所述污泥的加量为消化罐有效体积的70％，所述污泥在进行电解时的氧化还原电位为0～-100mV，所述污泥在消化反应的温度为45～65℃。
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