CN108164103B - 用于强化生物脱氮除磷系统的污泥碳源制备装置及其工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于强化生物脱氮除磷系统的污泥碳源制备装置及其工艺，污泥初沉池与初沉池进水管连通，污泥初沉池通过管道向上流式聚温型管式超声波污泥破解装置输送污泥，脱水机通过管道与上流式聚温型管式超声波污泥破解装置连通，脱水机通过管道连接到污泥微氧水解池。工艺包括：污水注入污泥初沉池中沉淀；收集上清液，沉淀污泥输送至上流式聚温型管式超声波污泥破解装置中进行超声波破解；破解后污泥输送至脱水机脱水；收集脱水清液，脱水后的污泥输送至污泥微氧水解池中进行水解，停留时间12～48h，氧气条件0<DO<1.0mg/L；收集上清液，污泥进入后处理。本发明能够降低污泥处理系统能耗，促进初沉污泥碳源的有效释放和再利用，改善污泥处理工艺效果。

Description

用于强化生物脱氮除磷系统的污泥碳源制备装置及其工艺

技术领域

本发明属于污泥处理的技术领域，特别是涉及一种用于强化生物脱氮除磷系统的污泥碳源制备装置及其工艺。

背景技术

长期以来，如何有效地处理与处置污泥是污水处理厂的一个重大问题。污水厂产生的污泥中初沉污泥的占比达到45-60％，因此若能有效的获取与利用初沉污泥中的有机碳源，可同时解决生物脱氮除磷系统(BNR系统)中碳源不足及污泥处置的问题，并可大大降低污水处理成本。

初沉污泥碳源是以含有悬浮固体的泥浆形式存在(含固率6-8％)，泥浆中的污泥碳源被污泥颗粒吸附以及网捕于颗粒表面与颗粒内部，无法成为溶解性碳源而被微生物利用，因此需要污泥消化等处理工艺，释放污泥富集的碳源，并将该碳源转化为易于生物降解碳源以供聚磷菌、反硝化菌群吸收利用。然而，若直接将污泥进行消化效率较低，为了能够更高效地获取污泥碳源，可采用超声波破解法对污泥进行预处理。

超声波破解污泥过程中以高压/低压交替的波阵面模式传播，在负压区溶解在污泥中的空气形成微型气泡(空化气泡)，空化泡会在正压下剧烈增长、崩裂，形成破坏邻近颗粒的结构的高剪切力，促进悬浮性以及附着型有机物的溶解，利于从污泥中回收溶解性碳源。由于污泥超声过程中，空化泡的崩裂会形成的局部高温并造成超声过程中污泥液浆温度的显著升高；此外，超声过程产生大量的噪音会造成能量的耗散并因此增加环境噪音污染。因此，需要设计新的污泥预处理工艺及装置，降低污泥处理系统能耗，改善污泥处理工艺效果，促进初沉污泥碳源的有效释放，为后续提高生物脱氮、除磷系统(BNR)效果，提供经济型碳源。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于强化生物脱氮除磷系统的污泥碳源制备装置及其工艺，降低污泥处理系统能耗，促进初沉污泥碳源的有效释放和再利用，改善污泥处理工艺效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种用于强化生物脱氮除磷系统的污泥碳源制备装置，包括污泥初沉池，所述污泥初沉池与初沉池进水管连通，该污泥碳源制备装置还包括上流式聚温型管式超声波污泥破解装置、脱水机和污泥微氧水解池，所述污泥初沉池通过管道向上流式聚温型管式超声波污泥破解装置输送污泥，所述脱水机通过管道与上流式聚温型管式超声波污泥破解装置的出料口连通，所述脱水机的污泥出口通过管道连接到污泥微氧水解池。

所述上流式聚温型管式超声波污泥破解装置包括超声污泥进管段、超声管段和超声污泥出管段，所述超声管段倾斜设置，所述超声污泥进管段连接在超声管段的下端，所述超声污泥出管段连接在超声管段的上端，所述超声管段的外层包覆保温层、内部设有若干超声波探头。

所述超声污泥出管段上设有排气口。

所述超声管段倾斜安装于底部支撑架上。

所述污泥微氧水解池包括水解池主体、水解池进泥管、注气管、搅拌装置、上清液收集槽和污泥收集斗，所述水解池进泥管与水解池主体连通，所述注气管和搅拌装置设置于水解池主体中，所述水解池主体内部设有上清液收集槽，所述污泥收集斗设置于水解池主体的底部。

所述水解池主体中设有水力分配槽。

所述水解池主体的底部设置为中间向下倾斜的斜面结构，所述污泥收集斗设置于水解池主体的中间位置。

所述注气管包括水平干管、中央垂直进气管和周边垂直进气管，所述中央垂直进气管和周边垂直进气管上端与水平干管连通，所述中央垂直进气管设置于水解池主体的中间位置，所述周边垂直进气管沿水解池主体的周边均匀布置，所述中央垂直进气管和周边垂直进气管的下部设有注气孔。

本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是提供一种用于强化生物脱氮除磷系统的污泥碳源制备工艺，包括以下步骤：

(1)污水通过初沉池进水管注入污泥初沉池中进行沉淀；

(2)沉淀完全后，收集上清液，沉淀污泥输送至上流式聚温型管式超声波污泥破解装置中进行超声波破解；

(3)超声波破解后的污泥输送至脱水机中进行脱水；

(4)收集脱水得到的清液，脱水后的污泥输送至污泥微氧水解池中进行水解，污泥停留时间为12～48小时，控制微氧水解池中的氧气条件0<DO<1.0mg/L；

(5)收集水解产生的上清液，水解完成后污泥进入后处理。

所述步骤(2)、步骤(4)和步骤(5)中得到的清液输送至生物脱氮除磷系统作为补充碳源。

有益效果

第一，采用上流式聚温型管式超声波污泥破解装置处理初沉污泥，能够提高污泥预破解过程中空化泡崩裂剪力与热效应的协同作用，有效降低超声过程中的热量的耗散，在相同的能量输入下将会有更多的能量被用于超声对污泥的破解，从而有利于降低污泥处理系统能耗；

第二，经超声预处理后，初沉污泥释放更多的易降解COD，该污泥经离心后，离心液可作为易于聚磷菌群等吸收的廉价污泥碳源；

第三，经超声预处理-微氧水解后，初沉污泥上清液的COD可大幅提高，污泥水解池上清液内的碳源的可生物利用性提升，同时能够有效降低污泥体积；

第四，采用本发明的装置和工艺能够有效改善污泥后处理的工艺效果，解决普通生物脱氮除磷处理工艺中，因碳源不足带来的生物除磷效率低的问题，解决污泥碳源可生化性差、污泥处置费用高、出路难的问题。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图2为本发明上流式聚温型管式超声波污泥破解装置的结构示意图。

图3为本发明污泥微氧水解池的结构示意图。

图4为温度、超声和时间对污泥溶出率的影响图。

图5为保温对超声过程中污泥溶出率的影响图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1所示的一种用于强化生物脱氮除磷系统的污泥碳源制备装置，包括污泥初沉池1、上流式聚温型管式超声波污泥破解装置2、脱水机3和污泥微氧水解池4。

污泥初沉池1的底部与初沉池进水管5连通，污泥初沉池1通过管道向上流式聚温型管式超声波污泥破解装置2输送污泥，脱水机3采用离心脱水机，通过管道与上流式聚温型管式超声波污泥破解装置2的出料口连通，脱水机3的污泥出口通过管道连接到污泥微氧水解池4。

如图2所示，上流式聚温型管式超声波污泥破解装置2包括超声污泥进管段21、超声管段22和超声污泥出管段23。超声管段22为圆管，通过半圆抱箍支架28倾斜安装于底部支撑架27上，倾斜角度为30°。超声污泥进管段21通过法兰连接在超声管段22的下端，超声污泥出管段23通过法兰连接在超声管段22的上端，形成上流式管程，上流式设计可以及时收集与排出超声过程中由于空化泡崩裂造成的空气，防止超声污泥流动过程中形成的气堵。超声管段22的外层包覆保温层24，能够有效减少热量耗散。超声管段22内部设有两个超声波探头25，其数量可根据超声管段22的长度适当增加。超声波探头25为圆环形，超声波探头25的外缘距离超声管段22的内壁外缘直径差为20mm，超声波探头25的内缘直径为50mm，从结构上保证污泥与超声波探头25充足接触。超声污泥出管段23上设有排气口26，可在超声过程结束后，排出聚集在管内顶部的气体，防止由于气体的积累产生的气堵现象，保证超声处理后的污泥流动顺畅。

如图3所示，污泥微氧水解池4包括水解池主体41、水解池进泥管42、注气管43、搅拌装置、上清液收集槽44、污泥收集斗45和水力分配槽46。水解池主体41为圆形池(半径为R)，水力分配槽46设置于水解池主体41的中央上部，水解池进泥管42与水解池主体41连通。水解池主体41的底部设置为中间向下倾斜的斜面结构，污泥收集斗45设置于水解池主体41底部的中间位置，污泥水解残渣经底部污泥收集斗45收集后从底部排出。搅拌装置包括搅拌电机47和搅拌桨48，设置于水解池主体41中央。注气管43包括水平干管(直径200cm)、中央垂直进气管(直径50cm)和周边垂直进气管(直径25cm)。中央垂直进气管和周边垂直进气管上端与水平干管连通，中央垂直进气管设置于水解池主体41的中间位置，周边垂直进气管沿水解池主体41的周边均匀布置，距离水解池主体41边壁10cm，中央垂直进气管和周边垂直进气管的下部距离底部100cm内设有直径15cm的注气孔。水解池主体41内部设有上清液收集槽44，距离池壁1/3R处，污泥水解液经由水解液收集槽排出。

下面提供一种用于强化生物脱氮除磷系统的污泥碳源制备工艺，包括以下步骤：

(1)污水通过初沉池进水管5注入污泥初沉池1中进行沉淀。

(2)沉淀完全后，收集上清液，该上清液可作为BNR系统的补充碳源，沉淀污泥输送至上流式聚温型管式超声波污泥破解装置2中进行超声波破解。

(3)超声波破解后的污泥输送至脱水机3中进行脱水。

(4)收集脱水得到的含高碳的清液，经稀释后可作为补充碳源，以缓解BNR系统因可生物利用的碳源数量偏低带来的脱氮、除磷效率低的问题。脱水后的污泥输送至污泥微氧水解池4中进行水解，根据污泥微氧水解池4内的污泥浓度，污泥在池内的停留时间控制为12～48小时。以2小时的间隔向污泥微氧水解池4内通入空气，每次持续5分钟，在污泥池内形成DO(0<DO<1.0mg/L)的微氧环境，促进经超声预处理的污泥残渣内的碳源进一步的释放。

(5)收集水解产生的上清液，富含VFA，可经上清液收集槽44收集后，排放至BNR系统的生化反应池，作为补充碳源，提高BNR系统的脱氮、除磷效果。水解完成后污泥体积大大减少，可直接进行下一步的脱水处理或者进入污泥高温消化池内进一步处理。

图4反映了温度、超声对污泥溶出率的影响，图5反映了保温对超声过程中污泥溶出率的影响，加装保温装置以后其污泥溶出率得到明显的提高，说明污泥超声过程中，保温装置的应用减少了超声时的能量输入便能够达到所需的污泥破解程度。

下表表1表示了本发明污泥上清液中COD、TP等指标在超声前、超声后的变化。通过超声污泥上清液中的COD从840.7mg/L上升至2348.6mg/L，提高了179.4％。其中蛋白质和多糖的含量也分别从92.4和16.2mg/L上升至715.4和116.4mg/L，蛋白质和多糖的溶出均有利于被微生物利用。

表1：污泥上清液内容物超声前后对比表

Claims (9)

1.一种用于强化生物脱氮除磷系统的污泥碳源制备装置，包括污泥初沉池(1)，所述污泥初沉池(1)与初沉池进水管(5)连通，其特征在于：该污泥碳源制备装置还包括上流式聚温型管式超声波污泥破解装置(2)、脱水机(3)和污泥微氧水解池(4)，所述污泥初沉池(1)通过管道向上流式聚温型管式超声波污泥破解装置(2)输送污泥，所述脱水机(3)通过管道与上流式聚温型管式超声波污泥破解装置(2)的出料口连通，所述脱水机(3)的污泥出口通过管道连接到污泥微氧水解池(4)，所述上流式聚温型管式超声波污泥破解装置(2)包括超声污泥进管段(21)、超声管段(22)和超声污泥出管段(23)，所述超声管段(22)倾斜设置，所述超声污泥进管段(21)连接在超声管段(22)的下端，所述超声污泥出管段(23)连接在超声管段(22)的上端，所述超声管段(22)的外层包覆保温层(24)、内部设有若干超声波探头(25)。

2.根据权利要求1所述的一种用于强化生物脱氮除磷系统的污泥碳源制备装置，其特征在于：所述超声污泥出管段(23)上设有排气口(26)。

3.根据权利要求1所述的一种用于强化生物脱氮除磷系统的污泥碳源制备装置，其特征在于：所述超声管段(22)倾斜安装于底部支撑架(27)上。

4.根据权利要求1所述的一种用于强化生物脱氮除磷系统的污泥碳源制备装置，其特征在于：所述污泥微氧水解池(4)包括水解池主体(41)、水解池进泥管(42)、注气管(43)、搅拌装置、上清液收集槽(44)和污泥收集斗(45)，所述水解池进泥管(42)与水解池主体(41)连通，所述注气管(43)和搅拌装置设置于水解池主体(41)中，所述水解池主体(41)内部设有上清液收集槽(44)，所述污泥收集斗(45)设置于水解池主体(41)的底部。

5.根据权利要求4所述的一种用于强化生物脱氮除磷系统的污泥碳源制备装置，其特征在于：所述水解池主体(41)中设有水力分配槽(46)。

6.根据权利要求4所述的一种用于强化生物脱氮除磷系统的污泥碳源制备装置，其特征在于：所述水解池主体(41)的底部设置为中间向下倾斜的斜面结构，所述污泥收集斗(45)设置于水解池主体(41)的中间位置。

7.根据权利要求4所述的一种用于强化生物脱氮除磷系统的污泥碳源制备装置，其特征在于：所述注气管(43)包括水平干管、中央垂直进气管和周边垂直进气管，所述中央垂直进气管和周边垂直进气管上端与水平干管连通，所述中央垂直进气管设置于水解池主体(41)的中间位置，所述周边垂直进气管沿水解池主体(41)的周边均匀布置，所述中央垂直进气管和周边垂直进气管的下部设有注气孔。

8.一种用于强化生物脱氮除磷系统的污泥碳源制备工艺，使用了权利要求1所述的一种用于强化生物脱氮除磷系统的污泥碳源制备装置，包括以下步骤：

(1)污水通过初沉池进水管(5)注入污泥初沉池(1)中进行沉淀；

(2)沉淀完全后，收集上清液，沉淀污泥输送至上流式聚温型管式超声波污泥破解装置(2)中进行超声波破解；

(3)超声波破解后的污泥输送至脱水机(3)中进行脱水；

(4)收集脱水得到的清液，脱水后的污泥输送至污泥微氧水解池(4)中进行水解，污泥停留时间为12～48小时，控制微氧水解池(4)中的氧气条件0<DO<1.0mg/L；

(5)收集水解产生的上清液，水解完成后污泥进入后处理。

9.根据权利要求8所述 一种用于强化生物脱氮除磷系统的污泥碳源制备工艺，其特征在于：所述步骤(2)、步骤(4)和步骤(5)中得到的清液输送至生物脱氮除磷系统作为补充碳源。

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