CN105948443A - 一种石灰热碱破胞污泥减量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水处理领域，具体涉及一种石灰热碱破胞污泥减量方法，包括以下处理步骤：(1)污泥浓缩；(2)石灰热碱处理；(3)隐性生长。步骤(2)热碱破胞处理选取石灰作为碱调节剂，然后加热。步骤(3)将破胞后的污泥回投至生化池中，以实现污泥的隐性生长。本发明采用低成本的石灰作为碱调节剂，结合隐性生长污泥减量方法，不仅减量成本低，而且可强化除磷，为污泥减量提供了一种新的途径。

Description

一种石灰热碱破胞污泥减量方法
技术领域
本发明属于水处理领域，具体涉及一种石灰热碱破胞污泥减量方法。
背景技术
国内污水处理厂以活性污泥法为主，而活性污泥法污泥产量大的弊端越来越不容忽视。
目前，基于污泥处理处置研究目标的减量化、无害化、稳定化、资源化这四个层次，国内外通常将污泥处理与污泥处置区分开来。污泥处理方法是指污泥进行处置前通过一系列单元工艺组合处理来达到处置要求，通常有污泥脱水、厌氧消化、灭菌干化等；污泥处置方法指使处理后的污泥置于自然环境中或进行再利用的最终处理方式，通常有土地农业利用、卫生填埋、焚烧发电。但是一方面是污泥产量必然增大的趋势，另一方面是人们环保意识逐渐增强以及环境标准日趋严格，两者之间的矛盾导致各种污泥处理处置途径将受到巨大的挑战。
近年来，污泥减量方法的提出为解决污泥处理处置问题提供了新途径。目前国内外污泥减量方法可归纳为三种方式：代谢解偶联、生物强化作用、隐性生长。通常使用污泥表观产率(Yobs)来表示活性污泥的增值率。污泥表观产率为实测活性污泥增长率，已经扣除了因内源呼吸作用使其本身质量消亡的一部分。计算公式如下所示：
Yobs＝ΔM/ΔCOD
式中Yobs——表观污泥产率(g MLSS/g COD)；
ΔM——污泥排放量、出水SS及系统内污泥增量的总和(g)；
ΔCOD——Q×t×(CODin-CODeff)，即COD消耗总量(g)；
Q×t——系统总处理水量(L)；
CODin——进水COD(g/L)；
CODeff——出水COD(g/L)。
在正常情况下，微生物分解代谢与合成代谢同时进行、相对平衡，这种关系即为偶联关系。代谢解偶联污泥减量方法是指在特殊情况下，细菌的分解代谢和合成代谢能发生相互剥离，在分解代谢的过程中无法大量合成ATP或者合成后被迅速释放。在此情况下，细菌同化作用降低，即分解速度大于合成速度，这种现象在宏观上表现为较低的污泥表观产率。代谢解偶联污泥减量方法存在对污泥性能影响较大，对环境造成潜在危害，能耗较高等缺点。生物强化污泥减量方法通过从自然界中或者原系统中筛选优势菌种或优势物种，增加这些菌种或物种在系统内的相对比例以达到从源头上进行污泥减量的目的。但是生物强化污泥减量方法，对水质变化适应性较差，在实际运用中往往达不到与实验室研究结果相吻合的污泥减量效果，因此无法推广使用。
微生物利用细胞水解形成的基质重新合成微生物机体的生长方式称为隐性生长。实现污泥隐性生长的关键环节是污泥破胞。污泥破胞的目的是强化污泥水解，破坏污泥中微生物的细胞结构，与此同时，菌胶团絮体被打破，微生物细胞内外聚集的有机物质在破胞作用下释放到液相中成为溶解性有机物，这些有机物将作为污泥再生利用的二次基质被微生物利用。
目前所研究的破胞方法(如高压均值破胞、臭氧-超声破胞、ClO2 -超声破胞)均以高破解率为目的，存在高能耗的缺点。此外，由于活性污泥中含有磷，这些方法还存在一个突出缺点是：导致出水磷浓度增加。磷是污水处理过程中需要重点控制的指标，这些技术的应用也因此受到了限制。
热碱处理(即高pH值和高温)是另一种有效的破胞方法。剩余污泥中主要成分是微生物，热碱处理可使污泥破裂。在温度达到某限定值时，剩余污泥中大量有机物质溶解，微生物细胞膜的通透性变大，细胞内以蛋白质、多糖为主的有机物质转移到液相中成为可溶性有机物。同时，系统内在碱(OH-)的作用下，污泥絮体被破坏，同时一些蛋白质及核酸发生水解。热和碱两个因素的共同作用加速了污泥细胞内物质的释放，是对单因素破解污泥效果的助推与强化。以氢氧化钠为碱调节剂的热碱联合破胞方法有较多的研究应用，但主要是用于堆肥、污泥厌氧消化预处理等，较少用于隐性生长的污泥减量。而且用氢氧化钠破胞，同样存在破胞处理后磷浓度增加的问题。
综上，寻找一种经济可行的污泥减量方法，将热碱处理与隐性生长相结合，并解决其它的破胞方法与隐性生长相结合时存在的磷浓度增加的难题，对于解决当前的污泥难题具有重要的价值。
发明内容
鉴于现有方法存在的问题，本发明提供的一种石灰热碱破胞污泥减量方法，包括以下处理步骤：(1)污泥浓缩；(2)石灰热碱处理；(3)隐性生长。
所述步骤(1)污泥浓缩是指将待处理的活性污泥进行浓缩，浓缩后含水量为85％～95％。
所述步骤(2)的污泥破胞方法是基于热处理和碱处理方法，利用石灰(生石灰，熟石灰或其混合物)作为碱调节剂，通过投加石灰创造碱性环境，外部热源创造热环境实现热碱污泥破胞。活性污泥中投加石灰并混合均匀，石灰的投加量以控制混合物的pH为10～13为依据。将活性污泥与石灰的混合物进行加热，控制混合物的温度为60～95℃，在此温度下保持120～300min。这是因为当体系温度低于60℃，破胞效果较差，体系温度高于95℃也会使得细胞体内挥发性有机酸的损失和溶解性蛋白质的变性从而导致破胞效果变差。
所述步骤(3)是通过将经过步骤(1)、(2)处理后的污泥回投至生化池中，利用生化系统的活性污泥降解破胞产物，以实现隐性生长污泥减量和污泥减量。污泥回投之后生化池中的pH控制在6.5～8.5。
本发明将热碱破胞方法与隐性生长方法相结合进行污泥减量。热碱破胞方法选取石灰作为碱调节剂，然后加热，实现热碱破胞。热碱破胞方法是使用热和碱两个因素的共同作用加速污泥细胞内物质的释放的特点，实现破坏微生物的细胞壁和细胞膜的一种破胞方法；隐性生长是利用细胞水解形成的基质重新合成微生物机体的生长方式。
本发明相对于现有方法的有益效果包括：
1、将热碱联合污泥破胞和隐性生长相结合，是一种高效率，低能耗的污泥减量方法。
2、选取石灰作为碱调节剂进行污泥破胞，替代了高成本的传统碱调节剂NaOH，实际应用中可降低成本。
3、选取石灰进行污泥破胞，钙和磷发生反应可强化除磷效果，避免了其它污泥破胞和隐性生长技术出现的除磷效果变差的问题。
附图说明
图1，两个SBR系统污泥表观产率变化示意图；
图2，两个SBR系统总磷处理效果变化示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但发明的实施方式不限于此。
实施例1：
一种石灰热碱破胞污泥减量方法，包含如下步骤：(1)污泥浓缩；(2)石灰热碱处理；(3)隐性生长。
其中，所述步骤(1)的污泥浓缩方法是指破胞前将剩余污泥进行污泥浓缩，浓缩后含水量为90％。
所述步骤(2)的污泥破胞方法是利用生石灰作为碱调节剂，向活性污泥中投加生石灰并混合均匀，生石灰的投加量以控制混合物的pH为11.6为依据。将活性污泥与生石灰的混合物进行加热，控制混合物的温度为76.5℃，在此温度下保持182min。
所述步骤(3)是通过将经过步骤(1)、(2)处理后的污泥回投至生化反应器中。反应器采用SBR，污泥回投之后SBR的pH控制在7.5，利用隐性生长来实现污泥减量。
SBR每天运行4个周期，每个周期6h，单周期分为进水、缺氧、硝化、沉淀、出水四个阶段。破胞产物回投周期选择为第二周期。
该方法另设对照实验，两套SBR装置平行运行，进水水质相同，一组为对照组，一组为石灰热碱破胞污泥减量组。两组装置正常运行排泥，石灰热碱破胞污泥减量组回投热碱破胞污泥产物，对照组不进行任何污泥处理操作。接种污泥取自深圳市某污水处理厂回流污泥，将系统调试至稳定运行。石灰热碱破胞污泥减量组和对照组排泥量根据污泥浓度确定，定期排泥，保证装置能污泥浓度稳定在3000±200mg/L。石灰热碱破胞污泥减量组65.6％的排泥采用步骤(1)(2)(3)的方法进行热碱破胞处理后回投至反应器，其余剩余污泥直接外排。对照组剩余污泥全部外排。两个SBR系统污泥表观产率变化图如图1所示。
结果表明，石灰热碱破胞污泥减量组的污泥表观产率明显低于对照组。石灰热碱破胞污泥减量组的平均污泥表观产率为0.1437g MLSS/g COD，相比对照组的平均污泥表观产率0.2908g MLSS/g COD，实现减量50％。
另外通过实验发现，控制步骤(1)含水量为85％～95％；步骤(2)活性污泥中投加石灰并混合均匀，石灰的投加量以控制混合物的pH为10～13为依据；然后将活性污泥与石灰的混合物进行加热，控制混合物的温度为60～95℃，在此温度下保持120～300min；所述步骤(3)污泥回投之后污泥系统的pH控制在6.5～8.5，也有基本一致的实现减量效果。然而，不在所述范围，要么难以实现，要么效果明显较差。
实施例2：
一种石灰热碱破胞污泥减量方法，采用SBR装置运行，包含如下步骤：(1)污泥浓缩；(2)石灰热碱处理；(3)隐性生长。
其中，所述步骤(1)的污泥浓缩方法是指破胞前将剩余污泥进行污泥浓缩，浓缩后含水量为85％。
所述步骤(2)的污泥破胞方法是利用熟石灰作为碱调节剂，向活性污泥中投加生石灰并混合均匀，熟石灰的投加量以控制混合物的pH为13为依据。将活性污泥与熟石灰的混合物进行加热，控制混合物的温度为90.0℃，在此温度下保持250min。
所述步骤(3)是通过将经过步骤(1)、(2)处理后的污泥回投至生化反应器中。反应器采用SBR，污泥回投之后SBR的pH控制在8.5，利用隐性生长来实现污泥减量。
SBR每天运行4个周期，每个周期6h，单周期分为进水、缺氧、硝化、沉淀、出水四个阶段。破胞产物回投周期选择为第二周期。
该方法另设对照实验，两套SBR装置平行运行，进水水质相同，一组为对照组，一组为石灰热碱破胞污泥减量组。两组装置正常运行排泥，石灰热碱破胞污泥减量组回投热碱破胞污泥产物，对照组不进行任何污泥处理操作。接种污泥取自深圳市某污水处理厂回流污泥，将系统调试至稳定运行。石灰热碱破胞污泥减量组和对照组排泥量根据污泥浓度确定，定期排泥，保证装置能污泥浓度稳定在3000±200mg/L。石灰热碱破胞污泥减量组65.6％的排泥采用步骤(1)(2)(3)的方法进行热碱破胞处理后回投至反应器，其余剩余污泥直接外排。对照组剩余污泥全部外排。两个SBR系统总磷处理效果变化图如图2所示。
结果表明：在系统稳定运行15～73天内，进水总磷平均值为6.72mg/L，最高值为7.45mg/L，最低值为5.28mg/L。对照组出水总磷平均值为1.57mg/L，最高值为2.06mg/L，最低值为1.24mg/L，平均去除率为76.34％；石灰热碱破胞污泥减量组出水总磷平均值为0.40mg/L，最高值为0.74mg/L，最低值为0.10mg/L，平均去除率为93.87％。对比两组出水数据可知，石灰热碱破胞使得系统出水总磷去除率提高了17.53％。
另外通过实验发现，控制步骤(1)含水量为85％～95％；步骤(2)活性污泥中投加石灰并混合均匀，石灰的投加量以控制混合物的pH为10～13为依据；然后将活性污泥与石灰的混合物进行加热，控制混合物的温度为60～95℃，在此温度下保持120～300min；所述步骤(3)污泥回投之后污泥系统的pH控制在6.5～8.5，也有基本一致的实现减量效果。然而，不在所述范围，要么难以实现，要么效果明显较差。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细的说明，但是不表示本发明的具体实施是局限于这些说明。对于本发明所属拘束领的普通方法人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或是替换，都应视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种石灰热碱破胞污泥减量方法，其特征在于，包括以下处理步骤：(1)污泥浓缩；(2)石灰热碱处理；(3)隐性生长。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)污泥浓缩是指将待处理的活性污泥进行浓缩，浓缩后含水量为85％～95％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)的石灰热碱处理是向步骤(1)处理后污泥中加入石灰并加热以达到破解细胞的目的。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，选取石灰进行热碱破胞，石灰可以是生石灰、熟石灰或其混合物。
5.根据权利要求1、3或4所述的方法，其特征在于，活性污泥中投加石灰并混合均匀，石灰的投加量以控制混合物的pH为10～13为依据。
6.根据权利要求1、3、4或5所述的方法，其特征在于，将活性污泥与石灰的混合物进行加热，控制混合物的温度为60～95℃，在此温度下保持120～300min。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)是通过将经过步骤(1)、(2)处理后的污泥回投至生化池中，利用生化系统的活性污泥降解破胞产物，以实现隐性生长和污泥减量。
8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于污泥回投之后生化池中的pH控制在6.5～8.5。
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