CN111646655B - 一种水力空化减泥的aa/o处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种水力空化减泥的AA/O处理工艺包括如下步骤：(1)预处理；(2)AA/O处理；(3)二沉；(4)水力空化：将污泥池的活性污泥转移至超声空化设备中，并往超声空化设备中加入微电流活化体，然后利用超声振动进行减泥处理，得到空化污泥。本发明在超声水力空化的处理过程中加入了特制的微电流活化体，微电流活化体中压电陶瓷粉可以将气泡破灭时产生的高达100MPa的冲击力转化为高频电流，高频电流可以对活性污泥进行微电解，从而既进一步利用了超声能，也从另一个方式提高了污泥的降解效率。

Description

一种水力空化减泥的AA/O处理工艺
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种水力空化减泥的AA/O处理工艺。
背景技术
目前世界上有近90％的城市污水处理厂采用生物处理工艺。生物处理工艺自20世纪初开始应用于污水处理以来，已经成为全世界应用最为广泛的一种处理工艺，但该方法的主要弱点之一是产生大量的剩余污泥。剩余污泥处理的费用高，大约占污水处理厂总运行费用的25％～40％，有时甚至高达60％。污泥中的絮状体和细菌细胞壁在厌氧发酵的环境下被分解的速度较慢，从而阻碍了胞内有机物的有效降解，是传统生物处理工艺处理污泥技术的障碍所在。因此，破解剩余污泥中的细菌，使细菌胞内有机物充分释放很有必要。
超声波空化基于其降解作用明显的优点，成为了近年来研究的热点之一。虽然超声波空化可以产生高温高压的微射流，但是其能量利用率较低，大部分转化为热能，而热降解的效率并不显著，因此超声波空化的工业化非常难以推进。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种水力空化减泥的AA/O处理工艺，该处理工艺对超声波能量利用率高，可以有效降解污泥，结合AA/O处理提高污水处理效率。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种水力空化减泥的AA/O处理工艺，包括如下步骤：
(1)预处理：将污水经过沉淀取出悬浮物；
(2)AA/O处理：将预处理的污水依次经过厌氧池、缺氧池和好氧池进行处理；
(3)二沉：将AA/O处理后的废水投入二沉池中进行固液分离，分离得到的活性污泥和净化水，将活性污泥转移至污泥池中；
(4)水力空化：将污泥池的活性污泥转移至超声空化设备中，并往超声空化设备中加入微电流活化体，然后利用超声振动进行减泥处理，得到空化污泥，将空化污泥与步骤(2)中的预处理后的废水一同投入厌氧池中；微电流活化体的投入量为活性污泥1-2wt％；
所述微电流活化体包括如下重量份数的原料：
Figure BDA0002563651500000021
本发明在超声水力空化的处理过程中加入了特制的微电流活化体，微电流活化体中压电陶瓷粉可以将气泡破灭时产生的高达100MPa的冲击力转化为高频电流，高频电流可以对活性污泥进行微电解，从而既进一步利用了超声能，也从另一个方式提高了污泥的降解效率；而微电流活化体中的PLA作为连续相，可以将气泡破灭产生的高压冲力均匀传递到压电陶瓷粉中，再借由纳米导电粉形成的导电网络使得微电流活化体整体产生高频电流。此外，虽然压电陶瓷粉具有更大的比表面积，但是直接采用需要的投入量较大，压电陶瓷粉作为不能降解的物质会增加活性污泥的重量，提高活性污泥的处理成本，而本发明采用可降解的PLA作为连续相可以降低无机粉体的用量，PLA也很容易在后续的AA/O处理过程中被降解处理，因此经过循环后活性污泥的减泥化是更为显著的。
其中，所述PLA在190℃和2.16kgf的条件下测得的熔体流动速率为20-30g/10min。PLA基体需要具有较好的熔融流动性，在熔融挤出过程中能使压电陶瓷粉和纳米导电粉均匀分散在基体中，因此熔体流动速率需在20g/10min以上，同时，也需要有适当的机械强度，使其在超声水力空化过程中不容易破裂分离，因此熔体流动速率需在30g/10min以下。
其中，所述压电陶瓷粉为纳米钛酸钡或纳米钛酸钡与纳米氧化锌的混合物。纳米钛酸钡是一种低成本的压电材料，通过压电陶瓷粉的纳米化，可以提高产生的电压值和电流值，提高电降解效率，并且通过与适量的纳米氧化锌混合，可以进一步提升压电效应的效果。优选地，所述压电陶瓷粉由纳米钛酸钡和纳米氧化锌按重量比5-7:1的比例组成，所述纳米钛酸钡的粒径为50-100nm，所述纳米氧化锌的粒径为100-300nm。
其中，所述纳米导电粉为纳米导电碳黑、碳纳米管和纳米碳纤维中的至少一种。通过加入纳米导电粉可以提高微电流活化体的电性能，尤其加入碳纳米管和纳米碳纤维，对微电流活化体的电输出提升更为显著，但碳纳米管和纳米碳纤维的成本较高，过量用于污水处理增加企业的负担。因此进一步优选地，所述纳米导电粉由纳米导电碳黑和碳纳米管按重量比10-20:1的比例组成，所述纳米碳黑的粒径为80-100nm，碳纳米管的管径为30-50nm，长度为1-2μm，既可以显著地提升微电流活化体的导电性能，也可以控制成本。
其中，所述偶联剂为KH550、KH570和KH792中的至少一种。本发明的无机填充物的填充量较大，因此需要加入偶联剂进行预处理，以提升无机填充物的分散量。本发明采用的偶联剂主要为硅烷偶联剂，具有成本低、处理效率高的特点。进一步优选地，所述偶联剂由KH550和KH570按重量比1:1的比例组成，可以更为显著地提升无机粉体的分散性，从而提高微电流活化体的机械性能。
其中，所述润滑剂为滑石粉、硬脂酸钙和硬脂酸锌中的至少一种。润滑剂可以提高物料的熔融加工性能，易于其脱模挤出成型。进一步优选地，所述润滑剂由滑石粉和硬脂酸钙按重量比2:1的比例组成，加工润滑效果显著。
其中，微电流活化体的制备方法为：A、将偶联剂配置为水溶液，加入压电陶瓷粉和纳米导电粉进行搅拌混合1-2h后，过滤烘干，得到混合粉体；B、将混合粉体、PLA和润滑剂混合后加入双螺杆挤出机中在180-200℃下进行熔融挤出，然后切粒，得到1-2mm的微电流活化体。微电流活化体的粒径过低，填充量较大的特性使其容易在超声空化中崩解，微电流活化体的粒径过高，比表面积较小，不利于电降解效率的提升。
其中，所述超声空化设备中的超声振动的频率为20-30kHz，声能流密度为0.2-0.3w/mL，超声振动的处理时间为1-2h。通过控制超声输出的参数，可以协同微电流活化体提高超声能的利用率，进而提高污泥的降解效率以及降低污泥处理的成本。
其中，所述厌氧池的溶解氧DO为0.1-0.2mg/L，水力停留时间为3-5h。
其中，所述缺氧池的溶解氧DO为0.2-0.4mg/L，水力停留时间为2-4h。
其中，所述好氧池的溶解氧DO为2-3mg/L，水力停留时间为3-5h。
通过控制厌氧池、缺氧池和好氧池的溶解氧浓度和水力停留时间，可以提高污水处理效果，且由于加入了微电流活化体，因此整体的AA/O水力停留时间较短，显著提升了污水的处理效率。
本发明的有益效果在于：本发明在超声水力空化的处理过程中加入了特制的微电流活化体，微电流活化体中压电陶瓷粉可以将气泡破灭时产生的高达100MPa的冲击力转化为高频电流，高频电流可以对活性污泥进行微电解，从而既进一步利用了超声能，也从另一个方式提高了污泥的降解效率；而微电流活化体中的PLA作为连续相，可以将气泡破灭产生的高压冲力均匀传递到压电陶瓷粉中，再借由纳米导电粉形成的导电网络使得微电流活化体整体产生高频电流。此外，虽然压电陶瓷粉具有更大的比表面积，但是直接采用需要的投入量较大，压电陶瓷粉作为不能降解的物质会增加活性污泥的重量，提高活性污泥的处理成本，而本发明采用可降解的PLA作为连续相可以降低无机粉体的用量，PLA也很容易在后续的AA/O处理过程中被降解处理，因此经过循环后活性污泥的减泥化是更为显著的。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种水力空化减泥的AA/O处理工艺，包括如下步骤：
(1)预处理：将污水经过沉淀取出悬浮物；
(2)AA/O处理：将预处理的污水依次经过厌氧池、缺氧池和好氧池进行处理；
(3)二沉：将AA/O处理后的废水投入二沉池中进行固液分离，分离得到的活性污泥和净化水，将活性污泥转移至污泥池中；
(4)水力空化：将污泥池的活性污泥转移至超声空化设备中，并往超声空化设备中加入微电流活化体，然后利用超声振动进行减泥处理，得到空化污泥，将空化污泥与步骤(2)中的预处理后的废水一同投入厌氧池中；微电流活化体的投入量为活性污泥1.5wt％；
所述微电流活化体包括如下重量份数的原料：
Figure BDA0002563651500000051
其中，所述PLA在190℃和2.16kgf的条件下测得的熔体流动速率为25g/10min。
其中，所述压电陶瓷粉由纳米钛酸钡和纳米氧化锌按重量比6:1的比例组成，所述纳米钛酸钡的粒径为150nm，所述纳米氧化锌的粒径为200nm
其中，所述纳米导电粉由纳米导电碳黑和碳纳米管按重量比15:1的比例组成，所述纳米碳黑的粒径为90nm，碳纳米管的管径为40nm，长度为1.5μm。
其中，所述偶联剂由KH550和KH570按重量比1:1的比例组成。
其中，所述润滑剂由滑石粉和硬脂酸钙按重量比2:1的比例组成。
其中，微电流活化体的制备方法为：A、将偶联剂配置为水溶液，加入压电陶瓷粉和纳米导电粉进行搅拌混合1.5h后，过滤烘干，得到混合粉体；B、将混合粉体、PLA和润滑剂混合后加入双螺杆挤出机中在190℃下进行熔融挤出，然后切粒，得到1.5mm的微电流活化体。
其中，所述超声空化设备中的超声振动的频率为25kHz，声能流密度为0.25w/mL，超声振动的处理时间为1.5h。
其中，所述厌氧池的溶解氧DO为0.1mg/L，水力停留时间为3h。
其中，所述缺氧池的溶解氧DO为0.2mg/L，水力停留时间为2h。
其中，所述好氧池的溶解氧DO为3mg/L，水力停留时间为3h。
实施例2
一种水力空化减泥的AA/O处理工艺，包括如下步骤：
(1)预处理：将污水经过沉淀取出悬浮物；
(2)AA/O处理：将预处理的污水依次经过厌氧池、缺氧池和好氧池进行处理；
(3)二沉：将AA/O处理后的废水投入二沉池中进行固液分离，分离得到的活性污泥和净化水，将活性污泥转移至污泥池中；
(4)水力空化：将污泥池的活性污泥转移至超声空化设备中，并往超声空化设备中加入微电流活化体，然后利用超声振动进行减泥处理，得到空化污泥，将空化污泥与步骤(2)中的预处理后的废水一同投入厌氧池中；微电流活化体的投入量为活性污泥1wt％；
所述微电流活化体包括如下重量份数的原料：
Figure BDA0002563651500000071
其中，所述PLA在190℃和2.16kgf的条件下测得的熔体流动速率为20g/10min。
其中，所述压电陶瓷粉由纳米钛酸钡和纳米氧化锌按重量比5:1的比例组成，所述纳米钛酸钡的粒径为100nm，所述纳米氧化锌的粒径为100nm
其中，所述纳米导电粉由纳米导电碳黑和碳纳米管按重量比10:1的比例组成，所述纳米碳黑的粒径为80nm，碳纳米管的管径为30nm，长度为1μm。
其中，所述偶联剂由KH550和KH792按重量比1:1的比例组成。
其中，所述润滑剂由硬脂酸锌和硬脂酸钙按重量比1:1的比例组成。
其中，微电流活化体的制备方法为：A、将偶联剂配置为水溶液，加入压电陶瓷粉和纳米导电粉进行搅拌混合1h后，过滤烘干，得到混合粉体；B、将混合粉体、PLA和润滑剂混合后加入双螺杆挤出机中在180℃下进行熔融挤出，然后切粒，得到1mm的微电流活化体。
其中，所述超声空化设备中的超声振动的频率为20kHz，声能流密度为0.2w/mL，超声振动的处理时间为2h。
其中，所述厌氧池的溶解氧DO为0.2mg/L，水力停留时间为5h。
其中，所述缺氧池的溶解氧DO为0.4mg/L，水力停留时间为4h。
其中，所述好氧池的溶解氧DO为2.5mg/L，水力停留时间为5h。
实施例3
一种水力空化减泥的AA/O处理工艺，包括如下步骤：
(1)预处理：将污水经过沉淀取出悬浮物；
(2)AA/O处理：将预处理的污水依次经过厌氧池、缺氧池和好氧池进行处理；
(3)二沉：将AA/O处理后的废水投入二沉池中进行固液分离，分离得到的活性污泥和净化水，将活性污泥转移至污泥池中；
(4)水力空化：将污泥池的活性污泥转移至超声空化设备中，并往超声空化设备中加入微电流活化体，然后利用超声振动进行减泥处理，得到空化污泥，将空化污泥与步骤(2)中的预处理后的废水一同投入厌氧池中；微电流活化体的投入量为活性污泥2wt％；
所述微电流活化体包括如下重量份数的原料：
Figure BDA0002563651500000081
其中，所述PLA在190℃和2.16kgf的条件下测得的熔体流动速率为30g/10min。
其中，所述压电陶瓷粉为纳米钛酸钡，所述纳米钛酸钡的粒径为150nm。
其中，所述纳米导电粉由纳米导电碳黑和碳纳米纤维按重量比20:1的比例组成，所述纳米碳黑的粒径为100nm，碳纳米纤维的直径为300nm，长度为10μm。
其中，所述偶联剂为KH550。
其中，所述润滑剂为滑石粉。
其中，微电流活化体的制备方法为：A、将偶联剂配置为水溶液，加入压电陶瓷粉和纳米导电粉进行搅拌混合2h后，过滤烘干，得到混合粉体；B、将混合粉体、PLA和润滑剂混合后加入双螺杆挤出机中在200℃下进行熔融挤出，然后切粒，得到2mm的微电流活化体。
其中，所述超声空化设备中的超声振动的频率为30kHz，声能流密度为0.3w/mL，超声振动的处理时间为1h。
其中，所述厌氧池的溶解氧DO为0.15mg/L，水力停留时间为4h。
其中，所述缺氧池的溶解氧DO为0.3mg/L，水力停留时间为3h。
其中，所述好氧池的溶解氧DO为2mg/L，水力停留时间为4h。
对比例1
水力空化：将污泥池的活性污泥转移至超声空化设备中，然后利用超声振动进行减泥处理，得到空化污泥。所述超声空化设备中的超声振动的频率为25kHz，声能流密度为0.25w/mL，超声振动的处理时间为1.5h。
将同一批次的活性污泥分成实验组和对照组，该批次的活性污泥的絮体平均粒径为91.3μm，实验组采用实施例1的步骤(4)水力空化进行处理，处理后活性污泥的絮体平均粒径降低1.8μm，至对照组采用对比例1的水力空化进行处理，处理后活性污泥的絮体平均粒径降低8.6μm，说明微电流活化体可以更为显著地提升活性污泥的降解效率，同时由于微电流活化体具有较大的粒径，因此容易沉降而不成为絮体，意味着在活性污泥投入厌氧池前，可以视情况将微电流活化体分离或一并投入。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种水力空化减泥的AA/O处理工艺，其特征在于：包括如下步骤：
（1）预处理：将污水经过沉淀取出悬浮物；
（2）AA/O处理：将预处理的污水依次经过厌氧池、缺氧池和好氧池进行处理；
（3）二沉：将AA/O处理后的废水投入二沉池中进行固液分离，分离得到的活性污泥和净化水，将活性污泥转移至污泥池中；
（4）水力空化：将污泥池的活性污泥转移至超声空化设备中，并往超声空化设备中加入微电流活化体，然后利用超声振动进行减泥处理，得到空化污泥，将空化污泥与步骤（2）中的预处理后的废水一同投入厌氧池中；微电流活化体的投入量为活性污泥1-2wt%；
所述微电流活化体包括如下重量份数的原料：
PLA 40-60份
压电陶瓷粉 20-30份
纳米导电粉 20-30份
偶联剂 6-10份
润滑剂 0.1-0.5份；
所述PLA在190℃和2.16kgf的条件下测得的熔体流动速率为20-30g/10min；
所述压电陶瓷粉为纳米钛酸钡或纳米钛酸钡与纳米氧化锌的混合物；
所述纳米导电粉为纳米导电碳黑、碳纳米管和纳米碳纤维中的至少一种；
所述超声空化设备中的超声振动的频率为20-30kHz，声能流密度为0.2-0.3w/mL，超声振动的处理时间为1-2h。
2.根据权利要求1所述的一种水力空化减泥的AA/O处理工艺，其特征在于：所述偶联剂为KH550、KH570和KH792中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种水力空化减泥的AA/O处理工艺，其特征在于：所述润滑剂为滑石粉、硬脂酸钙和硬脂酸锌中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种水力空化减泥的AA/O处理工艺，其特征在于：所述厌氧池的溶解氧DO为0.1-0.2mg/L，水力停留时间为3-5h。
5.根据权利要求1所述的一种水力空化减泥的AA/O处理工艺，其特征在于：所述缺氧池的溶解氧DO为0.2-0.4mg/L，水力停留时间为2-4h。
6.根据权利要求1所述的一种水力空化减泥的AA/O处理工艺，其特征在于：所述好氧池的溶解氧DO为2-3mg/L，水力停留时间为3-5h。
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