CN108706848A - 一种生物调理改善污泥脱水性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物调理改善污泥脱水性能的方法。本发明利用复合生物菌群的作用降低污泥胞外聚合物的含量及污泥粘度并加速污泥的內源消化，使污泥脱水性能得到大幅提高，调理后污泥经高压板框压滤后污泥含水率降低到60％以下。本方法包括以下步骤：取城市污水处理厂的污泥，投加接种物和生物营养剂，按连续流方式导入生物调理池并进行连续搅拌，后将污泥排放到储泥池中，按常规的调理方法加入化学调理剂，再输送到高压板框压滤机进行压滤处理。本发明脱水率高、运行成本低以及操作简单，为污水处理厂低成本、高效脱水提供新的技术选择。

Description

一种生物调理改善污泥脱水性能的方法

技术领域

本发明涉及一种生物调理改善污泥脱水性能的方法，属于环境工程技术领域。

背景技术

近年来，随着城市污水处理厂数量的增加，城市污水处理厂污泥的产量也迅速增加。城市污水处理厂污泥具有颗粒细小、有机物含量高、含水率高的特点，其脱水性能较差。为便于污泥的后续处理与处置，城市污水处理厂产生的污泥均须进行脱水处理。然而，采用常规的铁盐、铝盐、聚丙烯酰胺调理后进行机械脱水处理后，污泥含水率依然高达78％以上，致使污泥进行焚烧处理时干化能耗居高不下，进行土地利用、卫生填埋处置时也无法达到相关含水率的要求。因此，如何进一步降低污泥含水率，已经成为当前环境工程领域新技术研发的一个热点。

近年来，在污泥中大量添加混凝剂、石灰(两者合计使用量通常高达干污泥重量的30％以上)等调理剂并进行高压压滤的方法开始得到应用。此外，采用Fenton、臭氧、过硫酸盐等氧化剂对污泥预处理并进行高压压滤的研究也不断见诸报道。这些处理方式尽管能使污泥含水率降低到60％以下，但，采用大量石灰等调理的方式导致了脱水污泥热值的大幅降低、污泥pH大幅升高，脱水后污泥难以采用焚烧、土地利用方式进行处置，若采用填埋方式进行处置，也会导致渗滤液pH的升高，从而会对填埋场渗滤液处理系统的稳定性带来冲击；采用氧化剂预处理的方式尽管能避免石灰调理法的缺点，但污泥脱水处理或效果有限或成本居高不下，且操作环境不友好，难以走向实际应用。因此，发展反应条件温和、又可避免在污泥中大量引进无机物的污泥调理技术十分必要。

生物调理是一项具有前景的可强化污泥脱水效果的技术。在中国专利申请“一种污泥生物沥浸法快速调理深度脱水的新方法(CN103936246A)”中，采用复合微生物菌群(包括氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌、毕赤酵母、地霉和红酵母)，对城市污水厂浓缩污泥进行调理，可大幅提高污泥的脱水性能。在文献“基质投加量对生物调理改善污泥脱水性能的影响”(黄晓婷，等，环境科学学报，2017，37(6)2137-2142)中，采用了外源投加FeSO₄和S⁰的生物基质并进行曝气的方法对污泥进行生物调理，也达到了改善污泥脱水性能的目的。然而，由于这些方法在污泥中引入了大量元素硫，元素硫经过生物转化后变成了硫酸根，在脱水后污泥产品在土地利用、填埋处置时，容易被硫酸盐生物转化为硫化氢，未能转化的元素硫在焚烧时，容易转化成二氧化硫。因而，元素硫的使用会带来环境污染风险。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种生物调理改善污泥脱水性能的方法。本发明在不增加脱水污泥处置环境风险的前提下，利用复合生物菌群的作用降低污泥胞外聚合物的含量及污泥粘度并加速污泥的內源消化，使污泥经过板框压滤后污泥含水率降低到60％以下。

本发明的技术原理是：在污泥中接种复合生物菌群，并添加生物营养剂。复合生物菌群在利用生物营养剂进行生长的过程中，利用污泥胞外聚合物如多糖、蛋白质、脂类等作为电子供体，从而降低了污泥中胞外聚合物的含量和污泥粘度并加速污泥的內源消化，进而，提高污泥的脱水性能。接着对污泥进行常规化学调理，投加聚丙烯酰胺，因为聚丙烯酰胺具有“吸附架桥”的作用，能够使污泥颗粒快速的形成絮团，同时它还有去水化作用，能够将亲水胶体转变为憎水胶体，进一步提高污泥的脱水性能。最后利用高压将污泥中的水分压出，达到污泥脱水的目的。本发明的技术方案具体介绍如下。

本发明提供一种生物调理改善污泥脱水性能的方法，包括以下步骤：

取待处理的城市污水处理厂含水率为96％-98％的污泥，按接种物与污泥的体积比(v/v)为5％-8％的量，往污泥中加入接种物，并按生物营养剂与污泥体积比(v/v)为8％-10％的量，往污泥中投加生物营养剂，按连续流方式导入生物调理池，在室温、不供氧的缺氧环境下进行搅拌培养；当生物调理池中的污泥比阻抗低于4×10¹¹cm/g时，将污泥排放到储泥池中，加入化学调理剂进行化学调理，最后再输送到高压板框压滤机中进行压滤，污泥泥饼的含水率降低到60％以下；其中：

接种物的制备过程如下：取待处理的城市污水处理厂含水率为96％-98％的污泥，按复合生物菌液与污泥的体积比(v/v)为1-5％的量，将复合生物菌接种至污泥中，接种了复合生物菌的污泥置入生物发酵罐中，在室温条件下，进行搅拌培养，直至复合生物菌体细胞总数量达到10⁷个/mL，即得到接种物；其中：

复合生物菌液的制备过程如下：以总菌体数量为100％计，按菌体数量分别为15％-20％、15％-20％、20％-25％、25％-30％、10％-15％，将短小芽孢杆菌(bacilluspumilus)、脱氮假单胞菌(pseudomonas denitrificans)、荧光假单胞菌(pseudomonasfluorescens)、纤细水螺菌(aquaspirillum gracile)和差异水螺菌(aquaspirillumdispa)进行混合，并在无菌环境下投加到复合生物菌培养基中，进行增殖培养，直至复合菌液的菌体总数量达到1×10⁹cfu/ml以上，即得到复合生物菌液。

本发明中，生物营养剂的配方如下：柠檬酸钠4-6g/L、磷酸二氢钾0.5-1.5g/L、磷酸氢二钾0.5-1.5g/L、七水合硫酸镁0.1-0.4g/L、硝酸钙4-7g/L、硝酸铁4-7g/L，调节pH至6.5-7.5。

本发明中，污泥在生物调理池中的停留时间为3-6d。

本发明中，复合生物菌培养基的配方如下：柠檬酸钠5g/L、磷酸二氢钾1g/L、磷酸氢二钾1g/L、硝酸钾2g/L、七水合硫酸镁0.2g/L、水1000mL，调节pH为7.2-7.5。

本发明中，接种物与污泥的体积比(v/v)为5％-8％，生物营养剂与污泥体积比(v/v)为8％-10％。

本发明中，搅拌培养时，搅拌速率为5-15rpm/min。

本发明中，化学调理剂为聚丙烯酰胺；化学调理剂与生物调理后的污泥干基的重量比0.2:100～0.5:100。

本发明中，污泥进行化学调理的时间为30-60min

本发明中，用螺旋泵将化学调理后的污泥注入高压板框压滤机的滤腔中对污泥进行脱水处理，进料时间为20-40min，进料压力为1.0-1.5MPa，压榨压力为2.5-3.5MPa，压榨时间为20-40min。

和现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明的脱水效果是显著的，本发明中污泥经过生物调理并经过高压板框脱水后，污泥含水率降低到60％以下(可以低至50％)，体积减量明显，污泥外观呈土黄色；

(2)污泥在生物调理过程中，由于复合生物菌以污泥中有机物为电子供体、以硝酸盐为电子受体，将硝酸盐转化为氮气，并降低了可生物利用的有机物含量，同时强化了污泥內源消化，因此，生物调理后污泥的有机物降解率(以COD计)可达到30％左右，污泥臭味消失，脱水污泥对操作环境的干扰大幅降低，可避免给污泥后续的处置带来环境风险；

(3)在污泥中加入的生物营养剂添加量少，污泥调理成本低；生物营养剂不含任何有毒有害物质，且都是植物生长的营养元素，绿色环保。

附图说明

图1为实施例中生物调理改善污泥脱水性能的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。但本发明的保护范围不限于下述的实施例，对于本领域一般技术人员而言，在不偏离本发明技术方案前提下所做的任何明显的改动，都属于本发明权利要求的保护范围。

图1为实施例中生物调理改善污泥脱水性能的工艺流程图。

实施例1

按常规方法培养短小芽孢杆菌(bacillus pumilus)、脱氮假单胞菌(pseudomonasdenitrificans)、荧光假单胞菌(pseudomonas fluorescens)、纤细水螺菌(aquaspirillumgracile)和差异水螺菌(aquaspirillumdispa)，以菌体总数量为100％计，按菌体数量分别为15％、20％、25％、30％、10％进行混合并在无菌环境下投加到复合生物菌培养基中，进行增殖培养，直至复合菌液的菌体总数量达到1×10⁹cfu/ml以上，即为复合生物菌液。

取上海某污水处理厂新鲜污泥，按复合生物菌液与污泥体积比(v/v)为1％的量，将复合生物菌接种至污泥中，接种了复合生物菌的污泥置入生物发酵罐中，在室温条件下，进行搅拌培养，直至复合生物菌体细胞总数量达到10⁷个/mL，即得到所需接种物。

取上海某污水处理厂含水率为98％的污泥(待处理污泥)，按接种物与污泥的体积比(v/v)为5％的量，往污泥中加入经复合生物菌液培养后的接种物，并按生物营养剂与污泥体积比(v/v)为8％的量，往污泥中投加生物营养剂。按连续流方式导入生物调理池，在室温、不供氧的缺氧环境下进行搅拌培养，污泥在生物调理池中的停留时间为6d。之后，将生物调理后的污泥排放到储泥池中，以化学调理剂与污泥干基重量比(w/w)，加入0.2％的聚丙烯酰胺进行压滤前调理，调理时间为30min。

再用螺旋泵将调理后污泥注入高压板框压滤机滤腔中，进料时间为20min，进料压力为1.0MPa，压榨压力为2.5MPa，压榨时间为20min。处理后的污泥测得含水率为60％，有机物降解率(以COD计)为25％。

实施例2

按常规方法培养短小芽孢杆菌(bacillus pumilus)、脱氮假单胞菌(seudomonasdenitrificans)、荧光假单胞菌(pseudomonas fluorescens)、纤细水螺菌(aquaspirillum gracile)和差异水螺菌(aquaspirillumdispa)，以菌体总数量为100％计，按菌体数量分别为20％、20％、20％、25％、15％进行混合并在无菌环境下投加到复合生物菌培养基中，进行增殖培养，直至复合菌液的菌体总数量达到1×10⁹cfu/ml以上，即为复合生物菌液。

取城市污水处理厂新鲜污泥，按复合生物菌液与污泥体积比(v/v)为2.5％的量，将复合生物菌接种至污泥中，接种了复合生物菌的污泥置入生物发酵罐中，在室温条件下，进行搅拌培养，直至复合生物菌体细胞总数量达到10⁷个/mL，即得到所需接种物。

取上海某污水处理厂含水率为97％的污泥(待处理污泥)，按接种物与污泥的体积比(v/v)为6％的量，往污泥中加入经复合生物菌液培养后的接种物，并按生物营养剂与污泥体积比(v/v)为9％的量，往污泥中投加生物营养剂。按连续流方式导入生物调理池，在室温、不供氧的缺氧环境下进行搅拌培养，污泥在生物调理池中的停留时间为5d。之后，将生物调理后的污泥排放到储泥池中，以化学调理剂与污泥干基重量比(w/w)，加入0.3％的聚丙烯酰胺进行压滤前调理，调理时间为45min。

再用螺旋泵将调理后污泥注入高压板框压滤机滤腔中，进料时间为30min，进料压力为1.2MPa，压榨压力为3.0MPa，压榨时间为30min。处理后的污泥测得含水率为55％，有机物降解率(以COD计)为30％。

实施例3

按常规方法培养短小芽孢杆菌(bacillus pumilus)、脱氮假单胞菌(pseudomonasdenitrificans)、荧光假单胞菌(pseudomonas fluorescens)、纤细水螺菌(aquaspirillumgracile)和差异水螺菌(aquaspirillumdispa)，以菌体总数量为100％计，按菌体数量分别为20％、15％、25％、25％、15％进行混合并在无菌环境下投加到复合生物菌培养基中，进行增殖培养，直至复合菌液的菌体总数量达到1×10⁹cfu/ml以上，即为复合生物菌液。

取城市污水处理厂新鲜污泥，按复合生物菌液与污泥体积比(v/v)为5％的量，将复合生物菌接种至污泥中，接种了复合生物菌的污泥置入生物发酵罐中，在室温条件下，进行搅拌培养，直至复合生物菌体细胞总数量达到10⁷个/mL，即得到所需接种物。

取上海某污水处理厂含水率为96％的污泥(待处理污泥)，按接种物与污泥的体积比(v/v)为8％的量，往污泥中加入经复合生物菌液培养后的接种物，并按生物营养剂与污泥体积比(v/v)为10％量，往污泥中投加生物营养剂。按连续流方式导入生物调理池，在室温、不供氧的缺氧环境下进行搅拌培养，污泥在生物调理池中的停留时间为3d。之后，将生物调理后的污泥排放到储泥池中，以化学调理剂与污泥干基重量比(w/w)，加入0.5％的聚丙烯酰胺进行压滤前调理，调理时间为60min。

再用螺旋泵将调理后污泥注入高压板框压滤机滤腔中，进料时间为40min，进料压力为1.5MPa，压榨压力为3.5MPa，压榨时间为40min。处理后的污泥测得含水率为50％，有机物降解率(以COD计)为35％。

Claims (8)

1.一种生物调理改善污泥脱水性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：

取待处理的城市污水处理厂含水率为96％-98％的污泥，按接种物与污泥的体积比(v/v)为5％-8％的量，往污泥中加入接种物，并按生物营养剂与污泥体积比(v/v)为8％-10％的量，往污泥中投加生物营养剂，按连续流方式导入生物调理池，在室温、不供氧的缺氧环境下进行搅拌培养；当生物调理池中的污泥比阻抗低于4×10¹¹cm/g时，将污泥排放到储泥池中，加入化学调理剂进行化学调理，最后再输送到高压板框压滤机中进行压滤，污泥泥饼的含水率降低到60％以下；其中：

接种物的制备过程如下：取待处理的城市污水处理厂含水率为96％-98％的污泥，按复合生物菌液与污泥的体积比(v/v)为1-5％的量，将复合生物菌接种至污泥中，接种了复合生物菌的污泥置入生物发酵罐中，在室温条件下，进行搅拌培养，直至复合生物菌体细胞总数量达到10⁷个/mL，即得到接种物；其中：

复合生物菌液的制备过程如下：以总菌体数量为100％计，按菌体数量分别为15％-20％、15％-20％、20％-25％、25％-30％、10％-15％，将短小芽孢杆菌(bacilluspumilus)、脱氮假单胞菌(pseudomonas denitrificans)、荧光假单胞菌(pseudomonasfluorescens)、纤细水螺菌(aquaspirillum gracile)和差异水螺菌(aquaspirillumdispa)进行混合，并在无菌环境下投加到复合生物菌培养基中，进行增殖培养，直至复合菌液的菌体总数量达到1×10⁹cfu/ml以上，即得到复合生物菌液。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，生物营养剂的配方如下：柠檬酸钠4-6g/L、磷酸二氢钾0.5-1.5g/L、磷酸氢二钾0.5-1.5g/L、七水合硫酸镁0.1-0.4g/L、硝酸钙4-7g/L、硝酸铁4-7g/L，调节pH值至6.5-7.5。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，污泥在生物调理池中的停留时间为3-6d。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，接种物与污泥的体积比(v/v)为5％-8％，生物营养剂与污泥体积比(v/v)为8％-10％。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，搅拌培养时，搅拌速率为5-15rpm/min。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，化学调理剂为聚丙烯酰胺；化学调理剂与生物调理后的污泥干基的重量比0.2:100～0.5:100。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，化学调理的调理时间为30-60min。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用螺旋泵将化学调理后的污泥注入高压板框压滤机的滤腔中对污泥进行脱水处理，进料时间为20-40min，进料压力为1.0-1.5MPa，压榨压力为2.5-3.5MPa，压榨时间为20-40min。