CN105693053B - 一种过氧乙酸耦合超声波的原位污泥减量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种过氧乙酸耦合超声波的原位污泥减量方法，本发明以二沉池产生的污泥作为回流污泥，进行过氧乙酸耦合超声波处理，然后再将处理后的泥水混合物部分或者全部送入进水端与源水混合进入后续处理单元。经处理后，上清液溶解性COD增加718～15630%，TN增幅为225～718%，TP增幅为293～1182%，氨氮增幅为25～400%，污泥减少率达到了50.56%～53.56%。与单独采用过氧乙酸或超声波处理相比，能耗降低了2～40%，从而有效降低了剩余污泥处理成本。本发明方法具有工艺简单，操作方便，成本低，效率高等特点，适用于城市污水处理厂污泥减量化处理，特别适用于污水处理工艺为倒置的A2/O工艺中的污泥减量，具有广泛的应用前景。

Description

一种过氧乙酸耦合超声波的原位污泥减量方法

技术领域

本发明属于城市污水处理领域，尤其涉及城市污水过程中的原位污泥减量技术领域，具体涉及一种过氧乙酸耦合超声波的原位污泥减量方法。

背景技术

随着城市化进程的加快和污水处理事业的发展，污泥量也同步大幅增加。据统计，每处理1吨污水就会产生1.2L左右的湿污泥（80%的含水量），这种污泥含有大量的有害物质（如病毒，有机物等）。针对在污水处理过程中产生的剩余污泥，我国传统的处理方法主要是后置污泥减量技术，具体涉及到弃用投海、填埋、焚烧和农业利用等几种处置方式，这几种处理方式不但增加了企业成本，也对环境造成了二次污染。那么在污水处理过程中，通过改变工艺的运行过程，或者采用一定的技术手段，在保证不影响出水水质的前提下，使剩余污泥的产量达到最小化，从而从根本上减少污泥产率的原位污泥减量技术，是最环保的污泥处理方案。因此，如何有效的实现原位污泥减量化，是亟待解决的难题。

现有的原位污泥减量技术，如《中国给水排水》2013年8月第29卷第15期的“基于微波法处理的源头污泥减量研究”一文中，公开的方法是：将污泥浓缩池流出的污泥，采用微波对其进行预处理，处理后的污泥与调节池的污水混合后进入曝气池，从而实现从源头上进行污泥减量。该方法的主要缺点是：（1）能耗高；（2）对设备的要求比较高；（3）工业化实施不易，推广利用程度不高。又如《甘肃科学学报》2014年2月第26卷第1期的“基于污水处理厂节能减排污泥减量化实验研究”一文，公开的方法是：利用臭氧将污泥破解后回流到曝气池被微生物降解，从而使得整个污水处理系统向外排放的剩余污泥量减少。该法的主要缺点是：（1）臭氧发生装置设备庞大；（2）制取臭氧的成本高，据初步估计，单位臭氧的耗电量就达20～25KWh/kg O₃，难以大规模应用。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种过氧乙酸耦合超声波的原位污泥减量方法，本方法能在不影响出水水质的前提下，达到污泥的产量下降的效果，有效地解决后置污泥处理技术给环境带来的压力和影响，降低了企业的成本。同时，该方法还具有无污染，效率高，操作简便，能耗相对较低，工业化容易，推广程度高等优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种过氧乙酸耦合超声波的原位污泥减量方法，其特征在于，以二沉池产生的污泥作为回流污泥，向其中加入过氧乙酸溶液，同时用超声波装置对其进行超声处理，以通过氧化和连续超生波作用将微生物细胞的细胞壁破坏来加速细胞内基质的释放，从而得到泥水混合物，以减少剩余污泥的量，并增加泥水混合物的上清液的SCOD（溶解性化学需氧量）、TN（总氮）、TP（总磷）和氨氮。

该方法的具体步骤为：

1）进料：取二沉池产生的污泥作为回流污泥，置于容器中。

2）过氧乙酸耦合超声波处理：向上述容器内按过氧乙酸体积：回流的污泥的干质量=0.14~1.09：1mL/g加入质量浓度为0.12~0.25g/mL的过氧乙酸溶液，并以50~120r/min的搅拌速率搅拌至混合均匀。

在搅拌的同时，利用超声波装置产生的超声波对上述回流污泥进行超声处理，得到泥水混合物；所述超声波的声能密度为0.5~1.5W/mL，超声波作用时间为30~120min，超声波频率为25~60kHz。

3）消化减量处理：将所述的泥水混合物回流至进水端与源水混合后，再进入后续处理单元。

过氧乙酸(Peracetic Acid, PAA) 是一种理想的微生物消毒剂，用其处理污泥，可与污泥中的化合物发生直接或间接反应，破坏细胞壁，释放出细胞质，同时也将不溶于水的大分子分解成溶于水的小分子片断。与臭氧、戊二醛等强氧化剂相比较，PAA价格低廉；PAA的还原产物是醋酸，无毒、生物亲和性极强，是微生物——特别是厌氧发酵微生物——极易代谢的物质，所以PAA具有对环境友好的特点。

超声波是物理介质中的一种弹性机械波，与电、 光、磁等同样是一种物理能量形式。超声波的频率一般为20~106kHz。研究表明，当一定强度超声波作用于某个液体体系时，会发生一系列物理和化学反应，并明显改变液体体系中溶解态和颗粒态物质的特征，这一过程的实现是由于大量的空化泡在瞬间爆炸而引起的。当一定频率的超声波持续作用于某个液体体系时，原先存在于液体中的许多微气泡（空化核）会随之振动，并随机形成许多大小不等的小气泡；当超声波强度达到一定值时，一部分气泡在负压期迅速长大，在正压期又迅速闭合，这就是“超声空化”现象 。当这些气泡破灭时，将产生极为短暂的高强度压力脉冲，并在气泡周围的微小空间产生瞬间热点。瞬间热点产生高温(5000 K)、高压(5×10kPa)，同时还会产生很高的剪切力，将微生物的细胞壁击破，使细胞中的物质进一步释放和分解。

在添加了过氧乙酸后，在连续的高频率超声波作用下，可以溶解出更多的微生物细胞，破坏菌胶团结构，使其中的水溶解更多出来，这样不但可以让污泥回流，进行下一步在处理，而且也可以提高污泥的脱水性能，而且达到污泥减量的目的。

根据回流污泥的实际情况，步骤2）中的具体参数可以优化为：过氧乙酸体积：回流的污泥的干质量=0.55：1mL/g，过氧乙酸溶液的质量浓度为0.19g/mL，搅拌速率为120r/min，超声波的声能密度为1.0W/mL，超声波作用时间为90min，超声波频率为40kHz。

步骤2）中的具体参数也可以优化为：过氧乙酸体积：回流的污泥的干质量=0.14：1mL/g，过氧乙酸溶液的质量浓度为0.12g/mL，搅拌速率为50r/min，超声波的声能密度为0.5W/mL，超声波作用时间为30min，超声波频率为25kHz。

步骤2）中的具体参数还可以优化为：过氧乙酸体积：回流的污泥的干质量=1.09：1mL/g，过氧乙酸溶液的质量浓度为0.25g/mL，搅拌速率为120r/min，超声波的声能密度为1.5W/mL，超声波作用时间为120min，超声波频率为60kHz。

作为优化，为节约成本，所述超声波装置选用较为常用的超声波细胞粉碎仪。

作为优化，本发明的方法更适用以倒置A2/O污水处理工艺的二沉池产生的污泥作为回流污泥进行处理。

与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、降低成本。本方法能在不影响出水水质的前提下，达到污泥的产量下降的效果，有效地解决后置污泥处理技术给环境带来的压力和影响。其中使用的过氧乙酸成本较低，有效的降低了污泥处理的成本。

2、针对过氧乙酸氧化溶胞后沉降性能可能变差以及处理后水质变差的弊端，利用了超声波有效改善水质的特点。处理后上清液的SCOD增加718～15630%，TN增幅为225～718%，TP增幅为293～1182%，氨氮增幅为25～400%。剩余污泥与原来倒置的A2/O工艺中二沉池产生的污泥总干重量相比，减少率达到了50.56%～53.56%。与单独采用过氧乙酸或超声波处理相比，能耗降低了2～40%，从而有效降低了剩余污泥处理成本。本发明方法适用于城市污水处理厂污泥减量化处理，特别适用于污水处理工艺为倒置的A2/O工艺中的污泥减量，具有广泛的应用前景。

3、可以有效增强细胞的可降解性，加速胞内基质的释放。

4、操作简便。本发明方法中涉及到的耦合单元操作简单，只需把过氧乙酸耦合超声波处理回流污泥环节设置成另一回路，即可与原污水处理系统融合。工业化容易，便于推广应用。

5、节约能耗，提高处理效率。本发明方法中涉及到的过氧乙酸耦合超声波处理污泥，避免了超声波单独处理污泥时，污泥固体对超声波的影响，节省了能耗，提高了处理效率。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

将重庆某污水处理厂倒置A2/O工艺中二沉池产生的污泥，放置于容器中，向容器内加入质量浓度为0.19g/mL的过氧乙酸溶液，按照过氧乙酸体积：干污泥的质量为0.55：1（mL/g）的比例，将过氧乙酸加入到回流污泥中，以搅拌速率为120r/min将其搅拌混合均匀。同时，利用超声波细胞粉碎仪对其进行超声处理。所述超声波作用的声能密度为1.0W/mL，超声波作用时间为90min，超声波频率为40kHz。处理后的泥水混合物部分或者全部送入进水端与源水混合进入后续处理单元。经检测，泥水混合物的上清液中SCOD（溶解性化学需氧量）增幅为15630%，TN增幅为718%，TP增幅为1174%，氨氮增幅为275%。剩余污泥与原来倒置的A2/O工艺中二沉池产生的污泥总干重量相比，减少率达到了53.43%。能耗比同样情况下单独超声波处理降低了3.13%，比单独过氧乙酸处理降低了39.56%。

实施例2

将重庆某污水处理厂倒置A2/O工艺中二沉池产生的污泥，放置于容器中，向容器内加入质量浓度为0.12g/mL的过氧乙酸溶液，按照过氧乙酸体积：干污泥的质量为0.14：1（mL/g）的比例，将过氧乙酸加入到回流污泥中，以搅拌速率为50r/min将其搅拌混合均匀。同时，利用超声波细胞粉碎仪对其进行超声处理。所述超声波作用的声能密度为0.5W/mL，超声波作用时间为30min，超声波频率为25kHz。处理后的泥水混合物部分或者全部送入进水端与源水混合进入后续处理单元。经检测，泥水混合物的上清液中SCOD（溶解性化学需氧量）增幅为9447%，TN增幅为403%，TP增幅为565%，氨氮增幅为65%。剩余污泥与原来倒置的A2/O工艺中二沉池产生的污泥总干重量相比，减少率达到了50.56%。能耗比同样情况下单独过氧乙酸处理降低了27.34%，比单独超声波处理降低了2.45%。

实施例3

将重庆某污水处理厂倒置A2/O工艺中二沉池产生的污泥，放置于容器中，向容器内加入质量浓度为0.25g/mL的过氧乙酸溶液，按照过氧乙酸体积：干污泥的质量为1.09：1（mL/g）的比例，将过氧乙酸加入到回流污泥中，以搅拌速率为120r/min将其搅拌混合均匀。同时，利用超声波细胞粉碎仪对其进行超声处理。所述超声波作用的声能密度为1.5W/mL，超声波作用时间为120min，超声波频率为60kHz。处理后的泥水混合物部分或者全部送入进水端与源水混合进入后续处理单元。经检测，泥水混合物的上清液中SCOD（溶解性化学需氧量）增幅为12368%，TN增幅为337%，TP增幅为1182%，氨氮增幅为25%。剩余污泥与原来倒置的A2/O工艺中二沉池产生的污泥总干重量相比，减少率达到了53.56%。能耗比同样情况下单独超声波处理降低了22.18%，比单独过氧乙酸处理降低了36.08%。

本发明以二沉池产生的污泥作为回流污泥，向其中加入过氧乙酸溶液，以通过氧化并溶解污泥中微生物的细胞来加速细胞内基质的释放；并针对过氧乙酸氧化溶胞后沉降性能可能变差以及处理后水质变差的弊端，利用了超声波有效改善水质的特点。处理后上清液溶解性COD增加718～15630%，TN增幅为225～718%，TP增幅为293～1182%，氨氮增幅为25～400%，污泥减少率达到了50.56%～53.56%。与单独采用过氧乙酸或超声波处理相比，能耗降低了2～40%，从而有效降低了剩余污泥处理成本。本发明方法适用于城市污水处理厂污泥减量化处理，特别适用于污水处理工艺为倒置的A2/O工艺中的污泥减量，具有广泛的应用前景。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种过氧乙酸耦合超声波的原位污泥减量方法，其特征在于，以二沉池产生的污泥作为回流污泥，向其中加入过氧乙酸溶液，同时用超声波装置对其进行超声处理，以通过氧化和连续超生波作用将微生物细胞的细胞壁破坏来加速细胞内基质的释放，从而得到泥水混合物，以减少剩余污泥的量，并增加泥水混合物的上清液的SCOD、TN、TP和氨氮；所述方法 用于城市污水处理厂倒置的A2/O工艺中的污泥减量化处理，具体包括以下步骤：

1）进料：取二沉池产生的污泥作为回流污泥，置于容器中；

2）过氧乙酸耦合超声波处理：向上述容器内按过氧乙酸体积：回流的污泥的干质量=0.14~1.09：1mL/g加入质量浓度为0.12~0.25g/mL的过氧乙酸溶液，并以50~120r/min的搅拌速率搅拌至混合均匀；

在搅拌的同时，利用超声波装置产生的超声波对上述回流污泥进行超声处理，得到泥水混合物；所述超声波的声能密度为0.5~1.5W/mL，超声波作用时间为30~120min，超声波频率为25~60kHz；

3）消化减量处理：将所述的泥水混合物回流至进水端与源水混合后，再进入后续处理单元。

2.根据权利要求1所述的过氧乙酸耦合超声波的原位污泥减量方法，其特征在于，步骤2）中过氧乙酸体积：回流的污泥的干质量=0.55：1mL/g，过氧乙酸溶液的质量浓度为0.19g/mL，搅拌速率为120r/min，超声波的声能密度为1.0W/mL，超声波作用时间为90min，超声波频率为40kHz。

3.根据权利要求1所述的过氧乙酸耦合超声波的原位污泥减量方法，其特征在于，步骤2）中过氧乙酸体积：回流的污泥的干质量=0.14：1mL/g，过氧乙酸溶液的质量浓度为0.12g/mL，搅拌速率为50r/min，超声波的声能密度为0.5W/mL，超声波作用时间为30min，超声波频率为25kHz。

4.根据权利要求1所述的过氧乙酸耦合超声波的原位污泥减量方法，其特征在于，步骤2）中过氧乙酸体积：回流的污泥的干质量=1.09：1mL/g，过氧乙酸溶液的质量浓度为0.25g/mL，搅拌速率为120r/min，超声波的声能密度为1.5W/mL，超声波作用时间为120min，超声波频率为60kHz。

5.根据权利要求1~4任一所述的过氧乙酸耦合超声波的原位污泥减量方法，其特征在于，所述超声波装置是超声波细胞粉碎仪。

6.根据权利要求1~4任一所述的过氧乙酸耦合超声波的原位污泥减量方法，其特征在于，所述的污泥为倒置A2/O污水处理工艺的二沉池产生的污泥。