CN111732182A - 一种利用催化臭氧氧化消除污泥膨胀的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用催化臭氧氧化消除污泥膨胀的方法及装置，该方法所用装置包括生物反应池、二沉池、臭氧发生器和膜曝气组件，臭氧发生器连接膜曝气组件，膜曝气组件内设中空纤维微孔膜并置于污泥池中，污泥池分别连通二沉池和生物反应池，生物反应池二沉池与连通。通过控制臭氧投加量，通过减压阀实现无泡供臭氧的模式；膜曝气组件所使用的膜为疏水性中空纤维微滤膜，表面负载有催化剂。城镇污水厂发生污泥丝状膨胀时，将该处理装置置于污泥池中，每天运行0.3～1h，经过7～21d的时间可消除污泥膨胀问题，为污水厂污泥膨胀的消除提供了一种新的方法，并且该技术处理成本仅为其它臭氧氧化技术的30‑60％。

Description

一种利用催化臭氧氧化消除污泥膨胀的方法及装置
技术领域
本发明属于污水生物处理领域，涉及一种利用氧化技术控制污水处理厂污泥膨胀的方法及装置。
背景技术
活性污泥法是城镇污水处理厂应用最广泛的污水处理技术，常用的工艺有A2/O(厌氧/缺氧/好氧)、氧化沟、序批式活性污泥法、CASS工艺等；虽然具有处理费用低、不引起二次污染等优点，但运行过程也存在一些问题，其中最常见的就是污泥膨胀问题。污泥膨胀一直是城镇污水处理厂运行过程中需要解决的重要问题之一，污泥丝状膨胀不仅导致出水水质不达标，还会增加剩余污泥后续的处理成本。
污泥膨胀一般用污泥体积指数(SVI)来表征，当SVI值大于200mL/g时，就认为污泥发生了膨胀，出现污泥沉降性能下降，泥水分离困难，出水SS增加等问题，甚至影响污水处理效果及后续的污泥处理。污泥膨胀通常可分为丝状菌污泥膨胀和非丝状菌污泥膨胀。研究表明，90％以上的城市污水处理厂污泥膨胀是由丝状菌引起的。
目前，控制丝状污泥膨胀的方法主要有投加絮凝剂、投加氧化剂、改变工艺参数、微生物种群结构调整等。投加絮凝剂虽可暂时改善污泥沉降效果，但投药费用昂贵，容易引起二次污染，且一旦停止投药，膨胀问题复发，不能从根本上解决问题；微生物种群结构调整是预防措施，在发生污泥膨胀之后不能起到明显的效果；改变工艺参数有一定的局限性，例如冬季低温引发的污泥膨胀，提高温度是不现实的。
投加氧化剂可以减轻污泥膨胀的现象，但需要综合考虑氧化剂的种类、投加方式以及投加量。另外，通过投加臭氧氧化剂减轻污泥膨胀的现象，臭氧氧化的过程可以不引入二次污染物；但由于臭氧是气体，在氧化过程中必须考虑传质效率问题。
再者，目前污水处理系统中最常用的装置是曝气器，其他的还有文丘里喷射器、静态混合器等装置，这些装置有各自的局限性。首先，曝气器的传质系数很低，导致动力消耗大，造成浪费；文丘里喷射器和静态混合器传递系统在传质方面优于曝气器，但需要考虑许多复杂的因素。文丘里喷射器需要高的压力梯度才能正常工作；随着注入气体流量的增加，需要增压泵来将压力增加到足够的水平；静态混合器需要整个主流被加压；所以文丘里喷射器和静态混合器会造成大量的能耗。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种利用催化臭氧氧化消除污水处理厂污泥膨胀的方法及装置，在不引入二次污染的前提下，消除污泥丝状膨胀的现象，为污水厂的稳定运行及后续的污泥处理提供依据。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
一种利用催化臭氧氧化消除污泥膨胀的方法，包括：
1)构建消除污泥膨胀装置：将膜曝气组件与臭氧发生器相连，膜曝气组件内设有中空纤维微孔膜，将膜曝气组件置于污泥池中，污泥池分别连通生物反应池和二沉池，生物反应池混合液管道连通二沉池；
2)每天通过臭氧发生器通入膜曝气组件中臭氧的时间为0.3～1h，通入浓度为0.06～0.3g-O3/g-MLSS，通入方式为无泡供臭氧；
3)控制污泥池中污泥的停留时间为0.5～1.5min，经过7～21d周期，污水厂污泥SVI降低到150mL/g以下，至此，消除污水处理厂污泥的丝状膨胀。
对于上述技术方案，本发明进一步优选的方案为：
优选的，所述中空纤维微孔膜为表面负载有催化剂的疏水性中空纤维微孔膜。
优选的，所述疏水性中空纤维微滤膜的主材包括聚四氟乙烯或聚丙烯，疏水性中空纤维微滤膜的平均孔径为0.3～0.45μm。
优选的，所述中空纤维微孔膜表面负载的催化剂为纳米Al2O3/ZIF8或纳米Al2O3。
优选的，采用浸没沉淀相转化法在中空纤维微孔膜表面负载催化剂。
污水厂污泥自初始SVI为260-300mL/g降低至100～140mL/g。
本发明上述方法采用的装置包括生物反应池、二沉池、臭氧发生器和膜曝气组件，所述臭氧发生器连接膜曝气组件，膜曝气组件内设中空纤维微孔膜，并置于污泥池中，污泥池分别连通二沉池和生物反应池，生物反应池二沉池与连通。
优选的，所述生物反应池设进水口，二沉池设出水口；所述污泥池中设有剩余污泥排放口。
优选的，所述膜曝气组件与臭氧发生器之间通过管道连通有转子流量计和减压阀。
与投加次氯酸钠等氧化剂控制污泥膨胀相比，本技术具有不引入二次污染的优点。与其它利用臭氧氧化法控制污泥膨胀的方法相比，本发明的优点在于：
(1)对全部污泥进行处理，不仅可消除污水处理系统污泥膨胀的问题，还降低了后续剩余污泥处理的成本；
(2)通过膜曝气的方式通入臭氧，大大提高了传质效率，从而降低了臭氧的投加量；
(3)通过在膜表面负载催化剂的方式，提高了臭氧氧化的效率，进一步降低了臭氧的投加量；
(4)本发明方法处理成本仅为现有技术(仅处理部分污泥)的30-60％，对城镇污水处理厂消除污泥丝状膨胀具有重要的推广应用价值。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1为消除污泥膨胀的装置图；
图2为臭氧投加(投量为0.06g-O3/g-MLSS)对污泥膨胀的消除效果；
图3为臭氧投加(投量为0.12g-O3/g-MLSS)对污泥膨胀的消除效果；
图4为臭氧投加(投量为0.18g-O3/g-MLSS)对污泥膨胀的消除效果；
图5为臭氧投加(投量为0.24g-O3/g-MLSS)对污泥膨胀的消除效果；
图6为臭氧投加(投量为0.3g-O3/g-MLSS)对污泥膨胀的消除效果。
图1中，1.生物反应池；2.二沉池；3.污泥池；4.转子流量计；5.减压阀；6.臭氧发生器；7.膜曝气组件；8.中空纤维微孔膜；9.进水口；10.回流污泥入口；11.出水口；12.剩余污泥排放口。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明利用催化臭氧氧化消除污泥膨胀的装置，包括生物反应池1、二沉池2、臭氧发生器6、转子流量计4、减压阀5和膜曝气组件7，其中，膜曝气组件7与臭氧发生器6相连，膜曝气组件7与臭氧发生器6之间通过管道连通有转子流量计4和减压阀5，膜曝气组件7内设有中空纤维微孔膜8，将膜曝气组件7置于污泥池3中，污泥池3中设有剩余污泥排放口12。污泥池3一路连通至二沉池2底部出口，另一路连通至生物反应池1的回流污泥入口10，污泥池3中的膜曝气组件7连接臭氧发生器6；其中，生物反应池1混合液管道连通二沉池2，生物反应池1设进水口9，二沉池2设出水口11，进水口9和水口11分别设于生物反应池1和二沉池2上部侧壁。
所用的中空纤维微孔膜8为采用浸没沉淀相转化法在表面负载有催化剂的疏水性中空纤维微孔膜，膜表面负载的催化剂为纳米Al2O3/ZIF8或纳米Al2O3。疏水性中空纤维微滤膜的主材包括聚四氟乙烯或聚丙烯，膜的平均孔径为0.3～0.45μm。
本实施例利用催化臭氧氧化消除污泥膨胀的方法为，通过臭氧发生器间歇式通入膜曝气组件中臭氧，通过减压阀控制通入臭氧的方式为无泡供臭氧。利用转子流量计控制臭氧投加浓度为0.06～0.3g-O3/g-MLSS，每天通入的时间为0.3～1h，并控制污泥池中污泥的停留时间为0.5～1.5min。经过7～21d的时间可消除污水处理厂污泥的丝状膨胀问题。
下面通过具体实施例来进一步说明本发明方法实施过程。
实施例1
以某城镇污水处理厂冬季低温引发的污泥膨胀为例，试制如图1所示的小型连续流A/A/O试验装置，将膜曝气组件7置于污泥池3中，污泥池中污泥停留时间为1.5min。膜曝气组件中的膜为中空纤维微孔膜8，平均孔径为0.38μm，主材为聚四氟乙烯，表面负载有纳米Al2O3/ZIF8，组件的另一端与臭氧发生器6相连接。利用减压阀5控制污泥池中臭氧为无泡供臭氧的模式，利用转子流量计4控制臭氧的投加量为0.06gO3/gMLSS，臭氧发生器6每天的运行时间为1h。
接种某污水厂冬季的污泥，初始SVI为280mL/g，可以判定发生了污泥膨胀。利用该装置在臭氧投加量为0.06gO3/gMLSS的条件下污泥膨胀的消除效果见图2。由图2可见，投加臭氧的初始3天内，SVI几乎不变。从第6天开始，SVI迅速下降，第18天，SVI降低到150mL/g以下，之后稳定至128～135mL/g的范围内。由此可见，当投加臭氧量为0.06gO3/gMLSS时，经过18天的运行，消除了污泥膨胀的现象。
实施例2
以某城镇污水处理厂冬季低温引发的污泥膨胀为例，试制如图1所示的小型连续流A/A/O试验装置，将膜曝气组件7置于污泥池3中，污泥池中污泥停留时间为1.2min。膜曝气组件中的膜为中空纤维微孔膜8，平均孔径为0.3μm，主材为聚丙烯，表面负载有纳米Al2O3，组件的另一端与臭氧发生器6相连接。利用减压阀5控制污泥池中臭氧为无泡供臭氧的模式，利用转子流量计4控制臭氧的投加量为0.12gO3/gMLSS，臭氧发生器每天的运行时间为0.8h。
接种某污水厂冬季的污泥，初始SVI为265mL/g，可以判定发生了污泥膨胀。利用该装置在臭氧投加量为0.16gO3/gMLSS的条件下污泥膨胀的消除效果见图3。由图3可见，投加臭氧3天内，SVI值反而略有上升，升至289mL/g左右。从第6天开始，SVI迅速下降，第9天，SVI降至150mL/g以下，污泥膨胀即得到抑制。之后，在100～134mL/g的范围内波动。由此可见，当投加臭氧量为0.16gO3/gMLSS时，经过9天的运行，污泥膨胀得到消除。
实施例3
以某城镇污水处理厂冬季低温引发的污泥膨胀为例，试制如图1所示的小型连续流A/A/O试验装置，将膜曝气组件7置于污泥池3中，污泥池中污泥停留时间为0.9min。膜曝气组件中的膜为中空纤维微孔膜8，平均孔径为0.45μm，主材为聚四氟乙烯，表面负载有纳米Al2O3，组件的另一端与臭氧发生器6相连接。利用减压阀5控制污泥池中臭氧为无泡供臭氧的模式，利用转子流量计4控制臭氧的投加量为0.18gO3/gMLSS，臭氧发生器每天的运行时间为0.6h。
接种某污水厂冬季的污泥，初始SVI为300mL/g，可以判定发生了污泥膨胀。利用该装置在臭氧投加量为0.18gO3/gMLSS的条件下污泥膨胀的消除效果见图4。由图4可见，投加臭氧3天内，SVI略有下降。从第6天开始，SVI迅速下降，第12天，SVI降至150mL/g以下，污泥膨胀即得到抑制。之后，在128～135mL/g的范围内波动。由此可见，当投加臭氧量为0.18gO3/gMLSS时，经过12天的运行，污泥膨胀得到消除。
实施例4
以某城镇污水处理厂冬季低温引发的污泥膨胀为例，试制如图1所示的小型连续流A/A/O试验装置，将膜曝气组件7置于污泥池3中，污泥池中污泥停留时间为0.5min。膜曝气组件中的膜为中空纤维微孔膜8，平均孔径为0.36μm，主材为聚四氟乙烯，表面负载有纳米Al2O3，组件的另一端与臭氧发生器6相连接。利用减压阀5控制污泥池中臭氧为无泡供臭氧的模式，利用转子流量计4控制臭氧的投加量为0.24gO3/gMLSS，臭氧发生器每天的运行时间为0.5h。
接种污泥的SVI为263mL/g，利用该装置在臭氧投加量为0.24gO3/gMLSS的条件下污泥膨胀的消除效果见图5。由图5可见，投加臭氧的初始3d内，SVI值反而略有上升，升至270mL/g左右。从第6d开始，SVI迅速下降，18d时，降低到140mL/g左右，随后在134～140mL/g的范围内波动并逐渐稳定。由此可见，当投加臭氧量为0.24gO3/gMLSS时，经过18天的运行，污泥膨胀得到消除。
实施例5
以某城镇污水处理厂冬季低温引发的污泥膨胀为例，试制如图1所示的小型连续流A/A/O试验装置，将膜曝气组件7置于污泥池3中，污泥池中污泥停留时间为0.5min。膜曝气组件中的膜为中空纤维微孔膜8，平均孔径为0.42μm，主材为聚四氟乙烯，表面负载有纳米Al2O3，组件的另一端与臭氧发生器6相连接。利用减压阀5控制污泥池中臭氧为无泡供臭氧的模式，利用转子流量计4控制臭氧的投加量为0.3gO3/gMLSS，臭氧发生器每天的运行时间为0.3h。
接种污泥的SVI为265mL/g，利用该装置在臭氧投加量为0.3gO3/gMLSS的条件下污泥膨胀的消除效果见图6。由图6可见，投加臭氧的初始6d内，SVI值反而略有上升，升至280mL/g左右。从第9d开始，SVI开始下降，第21d时，降低到150mL/g以下，之后逐渐稳定在135mL/g左右。由此可见，当投加臭氧量为0.3gO3/gMLSS时，经过21天的运行，污泥膨胀得到消除。
由此可以看出，采用利用催化臭氧氧化消除污泥膨胀的方法，能够将污水厂污泥初始SVI由260-300mL/g降低至100～140mL/g，从而可以验证采用本发明方法污泥膨胀得到了有效控制。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种利用催化臭氧氧化消除污泥膨胀的方法，其特征在于，包括：
1)构建消除污泥膨胀装置：将膜曝气组件与臭氧发生器相连，膜曝气组件内设有中空纤维微孔膜，将膜曝气组件置于污泥池中，污泥池分别连通生物反应池和二沉池，生物反应池混合液管道连通二沉池；
2)每天通过臭氧发生器通入膜曝气组件中臭氧的时间为0.3～1h，通入浓度为0.06～0.3g-O3/g-MLSS，通入方式为无泡供臭氧；
3)控制污泥池中污泥的停留时间为0.5～1.5min，经过7～21d周期，污水厂污泥SVI降低到150mL/g以下，至此，消除污水处理厂污泥的丝状膨胀。
2.根据权利要求1所述的一种利用催化臭氧氧化消除污泥膨胀的方法，其特征在于，所述中空纤维微孔膜为表面负载有催化剂的疏水性中空纤维微孔膜。
3.根据权利要求2所述的一种利用催化臭氧氧化消除污泥膨胀的方法，其特征在于，所述疏水性中空纤维微滤膜的主材包括聚四氟乙烯或聚丙烯，疏水性中空纤维微滤膜的平均孔径为0.3～0.45μm。
4.根据权利要求2所述的一种利用催化臭氧氧化消除污泥膨胀的方法，其特征在于，所述中空纤维微孔膜表面负载的催化剂为纳米Al2O3/ZIF8或纳米Al2O3。
5.根据权利要求2所述的一种利用催化臭氧氧化消除污泥膨胀的方法，其特征在于，采用浸没沉淀相转化法在中空纤维微孔膜表面负载催化剂。
6.根据权利要求1所述的一种利用催化臭氧氧化消除污泥膨胀的方法，其特征在于，污水厂污泥自初始SVI为260-300mL/g降低至100～140mL/g。
7.一种基于权利要求1-6任一项所述方法采用的消除污泥膨胀装置，其特征在于，包括生物反应池、二沉池、臭氧发生器和膜曝气组件，所述臭氧发生器连接膜曝气组件，膜曝气组件内设中空纤维微孔膜，并置于污泥池中，污泥池分别连通二沉池和生物反应池，生物反应池二沉池与连通。
8.根据权利要求7所述方法采用的消除污泥膨胀装置，其特征在于，所述生物反应池设进水口，二沉池设出水口；所述污泥池中设有剩余污泥排放口。
9.根据权利要求7所述方法采用的消除污泥膨胀装置，其特征在于，所述膜曝气组件与臭氧发生器之间通过管道连通有转子流量计和减压阀。
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刘振超等: "低温下投加臭氧控制丝状菌膨胀的生产性试验研究", 《中国给水排水》 *
王湛等: "《膜分离技术基础》", 31 August 2006, 化学工业出版社 *
郝晓地: "《可持续污水-废物处理技术》", 30 June 2006, 中国建筑工业出版社 *
陈青松等: "《金融创新加速推进PPP》", 31 August 2016, 企业管理出版社 *

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