CN105565620B - 化工污泥稳定化的方法及处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于化工污水处理技术领域，具体涉及一种化工污泥稳定化的方法及处理装置。经浓缩后的剩余污泥经管线进入污泥碱解罐，在此加入碱性剂，在污泥搅拌器的搅拌下污泥细菌细胞与碱性剂充分混合碱解处理；碱解后的污泥混合液经污泥泵进入超声波装置超声处理；超声处理破解后的污泥混合液进入污泥消化罐，污泥消化罐采用缺氧/好氧交替运行的方式，在污泥缺氧消化阶段停止通入压缩风，开启搅拌器搅拌；在污泥好氧消化阶段停止搅拌，通入压缩风曝气。本发明污泥破解效率高，能耗省，污泥消化费用低，易于工业实施。

Description

化工污泥稳定化的方法及处理装置
技术领域
本发明属于化工污水处理技术领域，具体涉及一种化工污泥稳定化的方法及处理装置。
背景技术
化工污水混合处理时产生大量污泥，包括初沉污泥和剩余污泥，目前国内大部分污水处理厂采取将初沉污泥和剩余污泥混合浓缩，然后压滤脱水，泥饼外运处置的方式。近几年随着国家和地方政府对环保的重视，相继出台一系列污泥处理处置政策，规定化工污泥在外运处置之前必须经过稳定化等无害化处理。传统的剩余污泥稳定化技术主要有石灰稳定法、污泥厌氧消化、好氧消化等，其中石灰稳定法由于加入大量石灰，会增加污泥的固含量；污泥厌氧消化能耗高且工艺条件复杂，对管理要求较高，国内现有的几套污泥厌氧消化装置几乎很难能够稳定运行，此外污泥厌氧消化效率低，污泥稳定需要较长的周期；污泥好氧消化由于要连续不断地鼓风曝气，能耗较高，污泥消化效率较低，污泥稳定化周期较长。为了提高污泥消化效率，缩短污泥稳定化周期，国内外相继报道，对污泥采取物理的或化学的方法进行前处理，将污泥细菌细胞破壁，释放其中的有机物，再采用污泥厌氧消化、好氧消化或厌氧消化+好氧消化的工艺处理，实现污泥稳定化。采用超声波技术对污泥进行前处理报道较多，从现有技术看，超声波能耗较高，污泥破解效率较低，而且大多停留在实验室研究阶段，难以实现工业化。
密切相关文献“污泥超声波预处理与缺氧/好氧消化联合工艺的研究”是采用超声波+缺氧/好氧工艺处理城市污泥。该文献采用超声波预处理污泥，超声频率28kHz，能量密度0.15W/mL，超声时间10min，处理污泥浓度为10g/L。引入超声预处理后,提高了污泥的消化效率，缩短了污泥的稳定时间。比未引入超声预处理时有机物去除率提高了11％，污泥稳定时间缩短了12天。但是该法所处理污泥性质不同，城市污泥容易消化处理。该法采用超声波预处理污泥，超声波作用时间长，能量密度较高，能耗高，较难工业实施。
密切相关文献“超声波—缺氧/好氧污泥减量化机理与应用研究”报道采用超声波+缺氧/好氧工艺处理城市污泥，该技术在广州某城市污水处理厂进行了3个月工业试验。该法采用超声波对污泥进行预处理，污泥破解效率低，能耗高。工业试验期间超声波-缺氧/好氧污泥消化费用为0.324-0.389元/m3污水，运行费用较高。
文献“采用酸碱进行污泥减量的技术研究”，是采用酸碱对已产生的污泥进行调节达到污泥减量化的目的，酸碱所溶解的有机物没有进行矿化处理，无法实现污泥的稳定化，与本发明目的不同。
发明内容
本发明的目的是提供一种化工污泥稳定化的方法及处理装置，该方法污泥破解效率高、能耗省，污泥稳定化周期短，便于工业实施。
本发明所述的化工污泥稳定化的方法，步骤如下：
(1)经浓缩后的剩余污泥经管线进入污泥碱解罐，在此加入碱性剂，在污泥搅拌器的搅拌下污泥细菌细胞与碱性剂充分混合碱解处理；
(2)碱解后的污泥混合液经污泥泵进入超声波装置超声处理；
(3)超声处理破解后的污泥混合液进入污泥消化罐，污泥消化罐采用缺氧/好氧交替运行的方式，在污泥缺氧消化阶段停止通入压缩风，开启搅拌器搅拌；在污泥好氧消化阶段停止搅拌，通入压缩风曝气。
步骤(1)中所述的碱解时间为6-24h，优选为10-16h。
步骤(1)中所述的碱性剂为氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸氢钠中的一种。
步骤(2)中所述的污泥混合液的pH为9.5-12.5，优选为10-12。
步骤(2)中所述的超声波频率为19-30kHz；能量密度为5-50w/L，优选为10-30w/L；超声波处理时间为30-300S，优选为50-300S。
步骤(3)中所述的搅拌时间为8-24h，优选为10-15h。
步骤(3)中所述的压缩风曝气时间为8-24h，优选为10-15h。
步骤(3)中所述的污泥好氧消化阶段中污泥混合液溶解氧浓度为3-10mg/L。
本发明所述的化工污泥稳定化的方法的处理装置是污泥管线、污泥碱解罐、污泥泵、超声波装置、污泥消化罐与压缩风管线依次相连，污泥碱解罐顶部与碱性剂投加系统相连，污泥碱解罐内部设置有第一污泥搅拌器，污泥消化罐内部设置有第二污泥搅拌器，污泥消化罐底部设置有曝气盘。
所述的超声波装置包括第一超声波发生器、第二超声波发生器、第一超声波探头、第二超声波探头、作用区内管、作用区外管、进料口和出料口，第一超声波发生器通过作用区外管与第二超声波发生器相连，作用区外管内部设置有作用区内管、第一超声波探头和第二超声波探头，作用区外管与作用区内管相连，第一超声波发生器与第一超声波探头相连，第二超声波发生器与第二超声波探头相连，作用区外管外部一侧设置有进料口，作用区外管外部另一侧设置有出料口。
碱解后的污泥经污泥泵进入超声波处理装置，超声波反应器为套管式，超声波探头采用串节式，对射的方式。
超声波破解后的污泥进入污泥消化罐处理，污泥消化采用缺氧/好氧交替运行的方式，在污泥缺氧消化阶段，开启污泥搅拌器，搅拌时间为8-24h，最好为10-15h；在污泥好氧消化阶段，压缩风曝气时间为8-24h，最好为10-15h，控制污泥混合液溶解氧浓度为3-10mg/L。
针对化工污水处理场在运行过程中产生大量剩余污泥需要稳定化处理，现有的污泥稳定化技术污泥破解效率低，能耗高，难以工业实施。本发明采取碱解+超声波+缺氧/好氧污泥消化工艺处理化工污泥，与现有技术相比，污泥破解效率高，能耗省，污泥消化费用低，易于工业实施。本发明的超声波反应器采用套管式，探头为串节式的独特设计，提高了能量利用效率，降低了能耗，再与碱解工艺相结合，进一步提高了污泥破解效率，释放大量有机物。破解后污泥再采用缺氧/好氧消化工艺处理，与单纯的污泥缺氧/好氧消化相比，污泥有机物去除率高，污泥稳定化周期缩短。
本发明通过如下技术方案实现，经浓缩后的剩余污泥经污泥管线进入污泥碱解罐，在此加入一定量的碱性剂，在污泥搅拌器的搅拌下污泥细菌细胞与碱性剂充分混合，破坏污泥细菌结构，将难溶的大分子有机物溶解。污泥碱解罐的混合液经污泥泵进入超声波装置，在超声波的作用下，污泥细菌细胞被击破，释放出大量有机物质，可生化性得到提高。破解后的污泥进入污泥消化罐，污泥消化罐采用缺氧/好氧交替运行的方式，在污泥缺氧消化阶段停止通入压缩风，开启搅拌器，在兼性微生物的作用下将污泥中大分子有机物转变为小分子物质，并将硝态氮转化为N2，实现反硝化脱氮。在污泥好氧消化阶段停止搅拌，通入压缩风曝气，好氧微生物将有机物分解为CO2、H2O和硝态氮，并通过内源呼吸自身氧化分解，可以用较少的空气量在较短时间内实现污泥稳定化、减量化。
超声波装置采用独特设计，其中的反应器采用套管式，探头设计为串节式，使所发射的超声波在反应区能够实现多次的共振、聚焦、反射，超声波能量得到充分利用，在提高超声波强度的同时有效降低了能耗，使超声波破解污泥效率高、能耗省，便于工业实施。
本发明的污泥处理方法，所处理污泥来自污泥浓缩池，污泥固体浓度MLSS为20-45g/L。污泥浓度与污泥破解量有直接关系，提高污泥浓度有助于增加污泥破解量，但是浓度太高又不利于超声波在污泥中的传输。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)采用独特设计的超声波反应器，能够使所发射的超声波在反应区内实现多次的共振、聚焦和反射，使超声波的能够得到充分的利用，极大地节省了能耗，同时提高了超声波作用强度，在短时间内即可将污泥细菌细胞击破，提高了污泥破解效率，便于工业实施。
(2)采用碱解与超声波联合的方法预处理难降解的化工污泥，所处理的污泥浓度(MLSS)可高达40g/L，处理后释放出大量有机物质，并且可生化性得到提高。再采用污泥缺氧/好氧消化工艺处理，污泥消化效率高，污泥稳定时间缩短，运行费用低。与未经预处理的污泥相比，有机物的去除率提高了15-25％，污泥稳定的时间缩短了15d左右。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是超声波装置结构示意图；
图中：1、污泥管线；2、污泥碱解罐；3、污泥泵；4、超声波装置；5、污泥消化罐；6、压缩风管线；7、碱性剂投加系统；8、第一污泥搅拌器；9、第二污泥搅拌器；10、曝气盘；11、第一超声波发生器；12、作用区外管；13、第二超声波发生器；14、作用区内管；15、第一超声波探头；16、第二超声波探头；17、进料口；18、出料口。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
某化工污水处理厂的剩余污泥，经浓缩后污泥浓度MLSS为31.5g/L，将上述污泥采用氢氧化钠碱解+超声波预处理，加氢氧化钠调节污泥混合液pH为12.5，碱解搅拌时间为24h，超声波频率19.0kHz，能量密度为50w/L，超声反应时间为300S，污泥击破率为18％。将破解后污泥采用缺氧/好氧消化工艺处理，缺氧反应搅拌时间为24h，好氧反应压缩风曝气时间为24h，溶解氧浓度为7.5-10mg/L。污泥有机物去除率为50％，污泥稳定时间为15d。
实施例2
某化工污水处理厂的剩余污泥，经浓缩后污泥浓度MLSS为41.7g/L，将上述污泥采用氢氧化钾碱解+超声波预处理，加氢氧化钾调节污泥混合液pH为11.0，碱解搅拌时间为11h，超声波频率25.0kHz，能量密度为30w/L，超声反应时间为120S，污泥击破率为16％。将破解后污泥采用缺氧/好氧消化工艺处理，缺氧反应搅拌时间为12h，好氧反应压缩风曝气时间为12h，溶解氧浓度为5-7mg/L。污泥有机物去除率为47.8％，污泥稳定时间为18d。
实施例3
某化工污水处理厂的剩余污泥，经浓缩后污泥浓度MLSS为23.8g/L，将上述污泥采用碳酸氢钠碱解+超声波预处理，加碳酸氢钠调节污泥混合液pH为9.5，碱解搅拌时间为6h，超声波频率30.0kHz，能量密度为5w/L，超声反应时间为30S，污泥击破率为12.0％。将破解后污泥采用缺氧/好氧消化工艺处理，缺氧反应搅拌时间为8h，好氧反应压缩风曝气时间为8h，溶解氧浓度为3-5mg/L。污泥有机物去除率为44.1％，污泥稳定时间为19d。
对比例1
某化工污水处理厂的剩余污泥，经浓缩后污泥浓度MLSS为31.5g/L，上述污泥未经碱解+超声波预处理，直接采用缺氧/好氧消化工艺处理，缺氧反应搅拌时间为24h，好氧反应压缩风曝气时间为24h，溶解氧浓度为7.5-10mg/L。污泥有机物去除率为33.0％，污泥稳定时间为30d。
对比例2
某化工污水处理厂的剩余污泥，经浓缩后污泥浓度MLSS为41.7g/L，上述污泥未经碱解+超声波预处理，直接采用缺氧/好氧消化工艺处理，缺氧反应搅拌时间为12h，好氧反应压缩风曝气时间为12h，溶解氧浓度为5-7mg/L。污泥有机物去除率为29.8％，污泥稳定时间为33d。
对比例3
某化工污水处理厂的剩余污泥，经浓缩后污泥浓度MLSS为23.8g/L，上述污泥未经碱解+超声波预处理，直接采用缺氧/好氧消化工艺处理，缺氧反应搅拌时间为8h，好氧反应压缩风曝气时间为8h，溶解氧浓度为3-5mg/L。污泥有机物去除率为27.1％，污泥稳定时间为34d。
实施例1与对比例1、实施例2与对比例2、实施例3与对比例3的结果表明，化工污水处理厂的剩余污泥经碱解+超声波预处理，再采用污泥缺氧/好氧消化工艺处理，与未经预处理的污泥相比，有机物的去除率提高了17-18％，污泥稳定的时间缩短了15d。

Claims (4)

1.一种化工污泥稳定化的方法，其特征在于步骤如下：
（1）经浓缩后的剩余污泥经管线进入污泥碱解罐，在此加入碱性剂，在污泥搅拌器的搅拌下污泥细菌细胞与碱性剂充分混合碱解处理；
（2）碱解后的污泥混合液经污泥泵进入超声波装置超声处理；
（3）超声处理破解后的污泥混合液进入污泥消化罐，污泥消化罐采用缺氧/好氧交替运行的方式，在污泥缺氧消化阶段停止通入压缩风，开启搅拌器搅拌；在污泥好氧消化阶段停止搅拌，通入压缩风曝气；
所述的碱解时间为6-24h；
所述的碱性剂为氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸氢钠中的一种；
所述的污泥混合液的pH为9.5-12.5；
所述的污泥固体浓度MLSS为20-45g/l；
所述的超声波频率为19-30kHz，能量密度为5-50w/L，超声波处理时间30-300s ；
所述的污泥好氧消化阶段中污泥混合液溶解氧浓度为3-10mg/L；
所述的超声波装置，超声波反应器为套管式，超声波探头采用串节式，对射的方式；
所述的化工污泥稳定化的方法的处理装置，污泥管线、污泥碱解罐、污泥泵、超声波装置、污泥消化罐与压缩风管线依次相连，污泥碱解罐顶部与碱性剂投加系统相连，污泥碱解罐内部设置有第一污泥搅拌器，污泥消化罐内部设置有第二污泥搅拌器，污泥消化罐底部设置有曝气盘。
2.根据权利要求1所述的化工污泥稳定化的方法，其特征在于步骤（3）中所述的搅拌时间为8-24h。
3.根据权利要求1所述的化工污泥稳定化的方法，其特征在于步骤（3）中所述的压缩风曝气时间为8-24h。
4.根据权利要求1所述的化工污泥稳定化的方法，其特征在于所述的超声波装置包括第一超声波发生器、第二超声波发生器、第一超声波探头、第二超声波探头、作用区内管、作用区外管、进料口和出料口，第一超声波发生器通过作用区外管与第二超声波发生器相连，作用区外管内部设置有作用区内管、第一超声波探头和第二超声波探头，作用区外管与作用区内管相连，第一超声波发生器与第一超声波探头相连，第二超声波发生器与第二超声波探头相连，作用区外管外部一侧设置有进料口，作用区外管外部另一侧设置有出料口。
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