CN112028419B - 污泥减量化、资源化和改善活性的处理方法及其专用设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种污泥减量化、资源化和改善活性的处理方法及其专用设备，本发明方法包含电化学/热解溶胞作用、生物强化隐性生长作用、无机氮磷化学沉淀作用等过程。所述设备包括电化学/热解溶胞反应装置、生物隐性生长池、泥水分离器以及无机氮磷回收池。经溶胞后的污泥减量效率为30%以上，经隐性生长后的污泥减量效率又可提高25%~30%，原废水生化处理设备的VSS/SS的比值提高到0.7以上，污泥活性提高30%，污泥减量和活性提高可使污泥负荷提高60%，同时，无机磷资源回收效率达95%以上，无机氮资源回收效率达30%以上。综上，本发明处理方法和设备同时具备污泥减量化、资源化和改善污泥活性性能。

Description

污泥减量化、资源化和改善活性的处理方法及其专用设备
技术领域
本发明涉及污泥减量技术领域，具体地说是涉及一种污泥减量化、资源化和改善活性的处理方法及其专用设备。
背景技术
污水生物净化过程是微生物将有机污染物降解代谢的同时，同化作用合成细胞物质，从而引起微生物的增殖。为维持污水生物处理体系的正常运转，增殖的微生物需要以剩余污泥的形式排出体系。
我国目前剩余污泥物理减量的处理方式主要包括浓缩-脱水-稳定-干化。脱水稳定化的污泥处置方法有卫生填埋、土地利用，其中卫生填埋是最常用的方式，例如，在专利文件CN 109081539A中公开了一种电化学污泥减量的处理方法，其是将生活污水首先由污水引入管进入雾化段设备处理后，排入生化池进行生化处理，经生化处理后的废水进入二沉池，从二沉池中抽取污泥送至电动处理反应器中，经电化学溶胞后，排出至污泥脱水中心，经脱水后上清液回流至生化池前端，而干污泥则外运填埋或制砖。但是，这种卫生填埋的方式不可持续，不受政策鼓励，我国土地资源的严重紧缺也限制了其未来的发展。污泥中也含有重金属、POPs、微塑料等污染物容易造成环境风险，真正意义上的土地利用比例很低。污泥焚烧处理方式包括利用现有垃圾焚烧炉焚烧、利用工业用炉焚烧、利用火力发电厂焚烧炉焚烧、利用水泥窑掺烧和单独焚烧等，但污泥焚烧处理方式的弊端是焚烧过程中产生二噁英等有害气体，对环境造成二次污染。
剩余污泥化学减量方式研究较为广泛的是基于解偶联的污泥减量技术，通过增加分解代谢和合成代谢之间的能量（ATP）差异，使供给微生物合成代谢的能量变得有限，从而减少剩余污泥的产量。但解偶联剂长期使用后解偶联效率下降，且存在环境毒害效应，所以实际工程应用受限。基于溶胞-隐形生长的污泥减量技术，通过强化细胞溶胞和隐性生长可以达到污泥减量的目的。所谓隐性生长是指微生物基于自身细胞溶解产物的生长方式。利用各种溶胞技术，使微生物溶解释放出胞内物质，成为可以利用的底物再次被其他微生物所利用，由于微生物异化代谢和维持代谢作用的存在，导致基于溶解细胞的碳收率小于1，从而实现污泥减量化。此类技术的关键点是溶胞过程，目前效果较好的溶胞技术主要有臭氧氧化法、超声波法、生物法、电化学法等。臭氧氧化和超声波污泥处理技术，由于存在能源利用效率低、能耗高，并且溶胞释放的胞内物质短时间会大量增加，从而加重污水生化系统的处理负担，容易造成污水中污染物负荷增大。生物法中的污泥好氧发酵技术需要大量辅料、臭气控制难、存在人畜健康安全风险等。厌氧消化技术中存在甲烷生产效率低、厌氧反应条件优化及污泥浓度控制等方面难度，运行效果较差，沼气利用环节存在障碍，共同构成了该技术在国内推广应用的限制因素。
虽然，目前也有一些应用电化学处理设备进行溶胞的报道，但是，通常溶胞效果不理想，电化学处理设备也较为简单。例如在专利申请文件CN109081539 A中公开了一种电化学污泥减量的处理方法，其应用电动处理反应器进行污泥溶胞，所述的电动处理反应器为一种电化学设备，阴阳极都为铝棒的反应器，电压梯度控制在3～4V/cm，电极切换时间为10min，停留时间为1h；电动处理反应器中污泥浓度控制在8000～10000mg/L。上述设备在运行过程中会产生气体，从而影响设备运行的稳定性和安全性，目前现有技术中没有一套能够很好地排除溶胞过程产生的气体的污泥循环减量设备。此外，现有生化方法也存在污泥减量的同时氮磷去除率低的问题。迄今为止，尚无一种溶胞效果好，且集污泥减量与氮磷元素回收利用为一体的高效低能耗、无污染的处理技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种污泥减量化、资源化和改善活性的处理方法及其专用设备，以解决现有污泥减量方法和设备运行效果较差、综合处理效果不理想的问题。
本发明采用的技术方案是：一种污泥减量化、资源化和改善活性的处理方法，包括以下步骤：
（a）将废水生化处理设备的剩余污泥直接送入电化学/热解溶胞反应装置或经污泥调节池后送入电化学/热解溶胞反应装置；
（b）电化学/热解溶胞反应装置通过电解、热解作用对污泥进行溶胞处理，电化学/热解溶胞反应装置的电压调节范围为20~100V，输出直流电流范围为2~6A，以SS计，控制电化学/热解溶胞反应装置的进泥浓度为5000~15000mg/L，调节电压电流，使运行中反应器温度稳定在45~55℃，控制污泥处理时间为2~6h；
（c）将经过溶胞处理后的污泥与废水生化处理设备或污泥调节池中未经溶胞处理的污泥按照1∶1~2的比例送入生物隐性生长池，向生物隐性生长池中投加兼性厌氧菌，污泥在生物隐性生长池中停留时间为6~12h，从而进行污泥减量处理；
（d）将减量后的污泥送入泥水分离器进行泥水分离，分离的上清液被送入无机氮磷回收池，分离的活性污泥被返回至废水生化处理设备；
（e）调节无机氮磷回收池的pH值为10~11，将无机氮磷沉淀回收，再依据上清液中残余磷的量投加镁盐沉淀剂进行沉淀，增强无机氮磷沉淀效率；将回收无机氮磷后的上清液送入废水生化处理设备，使上清液中的有机碳作为碳源再利用。
步骤（b）中，电化学/热解溶胞反应装置的输出直流电流范围为4~5A，以SS计，控制电化学/热解溶胞反应装置的进泥浓度为10000~12000mg/L，控制污泥处理时间为3~4h。
步骤（c）中，污泥在生物隐性生长池中停留时间为8~10h，投加的兼性厌氧菌为生物隐性生长池中污泥干质量的0.01~0.1%；按质量份比，兼性厌氧菌菌剂的配方为：巴氏醋杆菌（Acetobacter pasteurianus）10~15份、伍氏醋酸杆菌(Acetobacterium woodii) 10~15份、木醋杆菌(Acetobacter pasteurianus) 10~15份，保加利亚乳杆菌 (Lactobacillusbulgaricus)5~10份、嗜热乳杆菌(Lactobacillus thermophilus) 5~10份、发酵乳杆菌(Lactobacillus ferments) 5~10份、弯曲乳杆菌(Lactobacillus curvatus) 5~10份、施氏假单胞菌（Pseudomonas stutzeri）5~10份、厌氧芽孢杆菌（Anoxybacillus）3~5份、柠檬酸杆菌（Citrobacter）3~5份。
步骤（e）中，镁盐沉淀剂按Mg/P质量比1.2∶1投加。镁盐沉淀剂为MgCl2或MgSO4。
一种污泥减量化、资源化和改善活性的处理设备，包括：电化学/热解溶胞反应装置，生物隐性生长池、泥水分离器、无机氮磷回收池；
电化学/热解溶胞反应装置用于对输入的污泥进行溶胞处理，电化学/热解溶胞反应装置的输出端与生物隐性生长池相连；
生物隐性生长池用于收集由电化学/热解溶胞反应装置输出的污泥，并利用微生物将污泥溶胞释放的大分子有机物生物转化为小分子有机物，污泥溶胞释放的有机氮磷生物转化为无机氮磷；
泥水分离器用于对经过生物隐性生长池减量后的污泥进行泥水分离，分离的富含碳氮磷元素的上清液被送入无机氮磷回收池，分离的活性污泥被返回至废水生化处理设备或直接进行脱水、干化处理；
无机氮磷回收池用于收集由泥水分离器输出的富含碳氮磷元素的上清液，并对上清液中的无机氮磷进行回收，经过氮磷回收后的含碳上清液被送入废水生化处理设备。
所述处理设备配置有污泥调节池，所述污泥调节池用于调节和输出稳定的污泥浓度和污泥量，污泥调节池的输入端与废水生化处理设备相连，污泥调节池的输出端分别与电化学/热解溶胞反应装置和生物隐性生长池相连。
所述电化学/热解溶胞反应装置包括电源控制箱、电解/热解反应器和气体分离器；
在电解/热解反应器内设有若干独立的反应槽，每个反应槽内均设有电极板，所述电极板通过导线与电源控制箱相连；在电解/热解反应器的底部设有进泥管，进泥管的一端封闭，另一端与气体分离器的出口相连，所述进泥管通过若干向上的支管连接各反应槽；在电解/热解反应器与气体分离器之间的进泥管上设有进泥口，所述进泥口用于输入废水生化处理设备的剩余污泥；在电解/热解反应器的顶部设有出泥管，出泥管的一端封闭，另一端与气体分离器的入口相连，所述出泥管通过若干向下的支管连接各反应槽；
所述气体分离器包括封闭的罐体、设于罐体侧壁上部的入口、设于罐体底端的出口以及设于罐体中部并将罐体内部分隔为上、下腔体的分离隔板；在所述分离隔板上设有管口向下的降液管和管口向上的通气管；在罐体内的所述入口处设有缓冲挡板，在罐体的顶部设有压力表、排气管，罐体底端的出口连接三通管，三通管的一个输出口与电解/热解反应器的进泥管相连，另一个输出口与生物隐性生长池相连。
在气体分离器的入口和输出口处均设有控制阀；在气体分离器的罐体侧壁上设有温度监测装置；在所述排气管上设有控制阀，排气管的末端连接气体收集装置。
所述电源控制箱包括电流控制单元和正负电极，所述电极板为碳材质制成的多孔板，每个反应槽内至少设置一排正极板和一排负极板，在反应槽内部设有绝缘涂层。
所述碳材质为石墨。
所述进泥管通过若干向下的支管连接排空管，在进泥管的各支管处均设有控制阀，在靠近进泥口的所述进泥管内设有用于滤除杂物的过滤网；在出泥管的各支管处均设有控制阀和流量计；电解/热解反应器的相邻电解槽之间通过侧面的旁通管相连。
在所述气体分离器顶部设有捕雾器，所述捕雾器包括与所述罐体的上腔体相通的进气口、设于进气口上方的干燥剂层以及设于干燥剂层上方的出气口，出气口与所述排气管相连。
本发明中的生物隐性生长是指微生物基于自身细胞溶解产物的生长方式，即利用各种溶胞技术，使微生物溶解释放出胞内物质，细菌利用细胞溶解所释放出的可利用的物质进行生长。由于微生物异化代谢和维持代谢作用的存在，导致基于溶解细胞的碳收率小于1，从而实现污泥减量化。因此，控制隐性生长就能实现污泥的减量化目标，而细胞溶解的程度则是整个隐性生长的控速阶段。
经过溶胞处理后污泥混合液中含有细胞释放生物大分子有机物，包括蛋白质、糖类物质、核酸物质等，其中含氮有机物主要是蛋白质、含磷有机物主要是核酸物质。在生物隐形生长过程中，活性微生物可通过物质代谢过程，将溶胞释放生物大分子有机物降解转化，生成氨基酸、核苷酸、小分子脂肪酸、醛、酮等小分子有机物，直至将部分有机物彻底降解矿化。含氮、磷有机物在生物降解过程中，有机分子中的氨基和磷酸基降解释放，产生氨氮、磷酸盐等，实现有机氮磷无机化。
经处理后的污泥上清液中含有丰富的氮磷元素，这些氮磷元素在系统pH适宜（10~11）、溶液中Mg2+、NH4 +、PO4 3-比例合适的情况下会产生MgNH4PO4•6H2O磷酸铵镁，这一晶体具有独特的正交结构，难溶于水，因此会形成结晶沉淀，俗称“鸟粪石”，是一种缓释肥，具有良好的经济效益。本技术设备的氮磷资源回收单元，因上清液中存在Mg2+、NH4 +、PO4 3-，首先进行pH调整，经调整到适宜pH后会形成鸟粪石沉淀，回收后监测上清液中氮磷元素含量，如果回收后上清液中氮磷元素含量仍然较高，可根据Mg/P按1.2∶1比例投加镁盐。
本发明中所述原废水生化处理设备是指现有污水处理企业中常用的普通废水生化处理设备，其通常包括缺氧池、厌氧池、好氧池、二沉池，通过好氧池硝化-缺氧池反硝化过程实现脱氮，通过厌氧池释磷-好氧池聚磷过程实现除磷，有机污染物在缺氧池、厌氧池、好氧池均有去除，好氧池活性污泥混合液在二沉池进行泥水分离，分离的剩余污泥可直接送入本发明设备或经污泥调节池后送入本发明设备。
本发明的有益效果主要体现在以下几个方面：
（1）本发明通过电化学/热解溶胞-生物强化隐性生长实现高效污泥减量，经溶胞后的污泥减量效率为30%以上，经隐性生长后的污泥减量效率又可提高25%~30%，其中，活性污泥活性改善的情况下，污泥减量总和为60%以上，单纯用于污泥减量不回流入生化系统，污泥减量效率达90%以上。
（2）本发明通过电化学/热解溶胞反应装置特定的电压（20~100V）、电流（2~6A）、进泥浓度（5000~15000mg/L）、反应温度（45~55℃）、以及将经过溶胞处理后的污泥与废水生化处理设备或污泥调节池中未经溶胞处理的污泥按照一定比例送入生物隐性生长池，再向生物隐性生长池中投加兼性厌氧菌等工艺设计，使得溶胞效应缓和且持续稳定。由此克服了溶胞短时间内大量释放胞内物质所导致的负面效应，
本发明稳态溶胞包括四个阶段：1、松散型胞外聚合物脱落；2、紧密型胞外聚合物脱落；3、易电解溶胞细胞破壁；4、难电解溶胞细胞破壁。
（3）本发明通过生物强化隐性生长实现溶胞释放有机氮磷无机化，通过无机氮磷化学沉淀实现氮磷资源回收，并利用溶胞释放有机碳补充反硝化碳源，实现碳资源回收，其中，无机磷资源回收效率达95%以上，无机氮资源回收效率达30%以上。
（4）通过本发明处理设备，可使原废水生化处理设备的VSS/SS的比值提高到0.7以上，污泥活性提高30%以上，污泥减量和活性提高可使污泥负荷提高60%以上。
（5）本发明电解/热解反应装置集合了电化学氧化溶胞和热解溶胞两种溶胞技术，促进污泥微生物的温和溶胞释放胞内有机物，提高了溶胞效果和电能的利用率；反应装置中的电极板采用石墨为主要成分，具有良好的导电性能并且不存在其它成分的溶出，加长了电极板的使用寿命，避免二次污染；反应装置的气体分离器及收集装置能有效保证设备运行的稳定性和安全性。
综上所述，本发明处理设备和方法在污泥处理过程中，能够有效实现污泥减量，调节污泥性状，提高污泥活性，改善生化系统处理效果，同时具备污泥减量化、资源化和改善污泥活性性能。
附图说明
图1 是本发明设备和方法的示意图。
图2是本发明电化学/热解溶胞反应装置的结构示意图。
图3是电化学/热解溶胞反应装置中电解槽的俯视图。
图4是实施例1中模拟污水处理设备与本发明设备结合的示意图。
其中，1、电源控制箱，2、电解/热解反应器，3、气体分离器，4、电极，5、电解槽，6、旁通管，7、电极板，8、导线，9、进泥管，10、排空管，11、控制阀，12、进泥口，13、出泥管，14、流量计，15、过滤网，16、螺钉，17、入口，18、出口，19、分离隔板，20、降液管，21、通气管，22、缓冲挡板，23、压力表，24、捕雾器，25、排气管，26、温度监测装置，27、干燥剂层，28、气体收集装置。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细阐述，下述实施例仅作为说明，并不以任何方式限制本发明。
如图1所示，本发明设备包括污泥调节池、电化学/热解溶胞反应装置、生物隐性生长池、泥水分离器以及无机氮磷回收池。
污泥调节池用于调节和输出稳定的污泥浓度和污泥量，污泥调节池的输入端与废水生化处理设备的二沉池相连，污泥调节池的输出端分别与电化学/热解溶胞反应装置和生物隐性生长池相连；电化学/热解溶胞反应装置用于对污泥进行溶胞处理，电化学/热解溶胞反应装置的输出端与生物隐性生长池相连；生物隐性生长池用于收集由电化学/热解溶胞反应装置和污泥调节池输出的污泥，并利用微生物将污泥溶胞释放的有机氮磷生物转化为无机氮磷，将污泥溶胞释放的大分子有机物生物转化为小分子有机物；泥水分离器用于对经过生物隐性生长池减量后的污泥进行泥水分离，分离的富含碳氮磷元素的上清液被送入无机氮磷回收池，分离的活性污泥被返回至废水生化处理设备；无机氮磷回收池用于收集由泥水分离器输出的富含碳氮磷元素的上清液，并通过镁盐沉淀剂对上清液中的无机氮磷进行回收，经过氮磷回收后的上清液被送入废水生化处理设备中的反硝化单元。
如图2和图3所示，电化学/热解溶胞反应装置包括电源控制箱1、电解/热解反应器2和气体分离器3。
电源控制箱1包括电流控制单元和正负电极4，在电解/热解反应器内设有三个独立的电解槽5，在电解槽5内部设有绝缘涂层，相邻电解槽5之间通过侧面的旁通管6相连。每个电解槽5内均设有一排正极板和一排负极板，每一排极板可根据需求放置1~3块电极板7，电极板7的接线柱通过导线8与电源控制箱1对应的正负电极相连，污泥反应主要是在电极板7所形成的电场周围发生，电极板7为石墨材质制成的多孔板，加大了污泥与电极板接触面积，且电解反应过程中不会有其它物质的溶出，电化学性质稳定，并且电极板7产生的热能辅助于微生物细胞的溶胞，加快反应的进行。
在电解/热解反应器的底部设有进泥管9，进泥管9的一端封闭，另一端与气体分离器的出口18相连，进泥管9通过三个向上的支管连接各电解槽5，进泥管9通过三个向下的支管连接排空管10，其用于设备检修时的备用。在进泥管9的各支管处均设有控制阀11。在电解/热解反应器与气体分离器之间的进泥管上设有进泥口12，进泥口12通过管道与污泥调节池相连；在电解/热解反应器的顶部设有出泥管13，出泥管13的一端封闭，另一端与气体分离器的入口17相连，出泥管13通过三个向下的支管连接各电解槽5，在出泥管13的各支管处均设有控制阀11和流量计14；在靠近进泥口12的进泥管内设有用于滤除杂物的过滤网15。三个电解槽5内的出泥口与其进泥口呈对角形式排布，在电解槽的顶沿设有用于将电解/热解反应器的盖体与电解槽密封连接的螺钉16。
气体分离器包括封闭的罐体、设于罐体侧壁上部的入口17、设于罐体底端的出口18以及设于罐体中部并将罐体内部分隔为上、下腔体的分离隔板19；在分离隔板19上设有管口向下的降液管20和管口向上的通气管21；在罐体内的入口处设有缓冲挡板22，当电解槽出泥管的污泥进入两相分离器中时，挡板可起到缓冲作用。在罐体的顶部设有压力表23、捕雾器24以及与捕雾器相连的排气管25，罐体底端的出口18连接三通管，三通管的一个输出口与电解/热解反应器的进泥管相连，另一个输出口与生物隐性生长池相连。
在气体分离器3的入口和输出口处均设有控制阀11；在气体分离器的罐体侧壁上设有温度监测装置26；捕雾器包括与罐体的上腔体相通的进气口、设于进气口上方的干燥剂层27以及设于干燥剂层上方的出气口，出气口与排气管25相连，在排气管上设有控制阀11，排气管25的末端连接气体收集装置28。
在应用电化学/热解溶胞反应装置时，污泥在电解/热解反应器与气体分离器之间循环流动，根据处理污泥的量，可选择启用电解槽的个数，通过控制各控制阀实现污泥的流通，在反应过程中，污泥中的气体在气体分离器中被除去，使得电解槽内的压力维持稳定。当处理完成后，污泥可从气体分离器的输出口进入下一处理单元。
下面通过具体实施例对本发明的方法进行阐述。
以下实施例中的兼性厌氧菌菌剂购自杭州北辰生物科技有限公司。
实施例1
将本发明的处理设备与稳定运行的模拟城镇污水处理厂生化倒置A/A/O系统（以下简称模拟生化处理系统）连接，模拟生化处理系统包括缺氧池、厌氧池、好氧池、二沉池，通过好氧池硝化-缺氧池反硝化过程实现脱氮（好氧池按照300%比例回流至缺氧池），通过厌氧池释磷-好氧池聚磷过程实现除磷，有机污染物在缺氧池、厌氧池、好氧池均有去除，好氧池活性污泥混合液在二沉池进行泥水分离，一部分污泥回流到模拟系统前段，另一部分富含磷的剩余污泥从系统排出。进水采用城镇污水厂进水，处理能力为20m3/d，活性污泥采用城镇污水处理厂污泥进行培养，运行参数与实际生化处理设备完全一致，运行参数中进水水质：COD约300mg/L~400mg/L，TN约40mg/L~50mg/L，TP约为5~8mg/L，污泥指标VSS/SS为0.6。模拟生化处理设备运行稳定且出水与城镇污水处理厂出水指标基本相同后（出水指标COD约为50mg/L，TN约为15mg/L，TP约为0.5mg/L），将模拟生化处理设备与本发明处理设备连接运行，运行流程如图4所示。
将模拟生化处理系统的剩余污泥送入本发明设备的污泥调节池中，在污泥调节池调节污泥浓度稳定至11000mg/L(以SS计)，然后泵入电化学/热解溶胞反应装置，调节污泥循环量使污泥处理时间达到3h，在电化学/热解溶胞反应装置直流输出电压为65V，电流输出为5A时，反应器热解温度稳定在50℃，在此工况下处理后的污泥浓度降至6000mg/L(以SS计)，污泥减量效率达到45.45%。
将电化学/热解溶胞后污泥与污泥调节池中原污泥以体积比1:1在生物隐性生长池中混合（此时污泥浓度为8500 mg/L），同时按照终浓度6mg/L（干重质量比0.1%）投加兼性厌氧菌群菌剂，进行生物强化隐性生长，处理时间8h，污泥浓度降为6000mg/L，污泥减量效率达到29.41%。其中，菌剂配方的质量份比为：巴氏醋杆菌（15份）、伍氏醋酸杆菌（15份）、木醋杆菌（15份），保加利亚乳杆菌（10份）、嗜热乳杆菌（10份）、发酵乳杆菌（10份）、弯曲乳杆菌（10份）、施氏假单胞菌（10份）、厌氧芽孢杆菌（5份）、柠檬酸杆菌（5份）。
生物隐性生长后污泥进行泥水分离，分离后污泥返回生化系统前端；分离上清液送入无机氮磷回收池，上清液中COD浓度为1500mg/L，氨氮浓度为121mg/L，磷酸盐浓度为70mg/L，污泥溶胞释放有机物得到部分降解，释放有机氮磷有效生物转化为无机氮磷。将上清液pH值调节为10，并投加镁盐沉淀剂，上清液中氨氮、磷酸盐和钙镁盐形成磷酸铵镁（鸟粪石）结晶，经沉淀后回收氮磷资源，沉淀后上清液中磷元素浓度降为3.5mg/L，去除率达95%，氨氮浓度降为78.3mg/L，去除率达到35.2%。氮磷上清液回收后，上清液回流到污水处理厂生化系统中的反硝化单元，上清液中有机物作为碳源被再利用。生化系统污泥经过长期处理后，污泥VSS/SS值由0.61升至0.73，污泥负荷由0.31kgCOD/（kg.d）升至0.49kgCOD/（kg.d），污泥负荷提高60%，污泥总好氧活性、碳氧化活性、硝化活性及反硝化活性比原生化系统污泥提高30%以上。
实施例2
将本发明的处理设备与稳定运行的模拟城镇污水处理厂生化倒置A/A/O系统连接，模拟生化处理系统的结构和运行情况同实施例1。
将模拟生化处理系统的剩余污泥送入本发明设备的污泥调节池中，在污泥调节池调节污泥浓度稳定至14000mg/L(以SS计)，然后泵入电化学/热解溶胞反应装置，调节污泥循环量使污泥处理时间达到6h，在电化学/热解溶胞反应装置直流输出电压为90V，电流输出为6A时，反应器热解温度稳定在55℃，在此工况下处理后的污泥浓度降至7000mg/L(以SS计)，污泥减量效率达到50.1%。
将电化学/热解溶胞后污泥与污泥调节池中原污泥以体积比1:2在生物隐性生长池中混合（此时污泥浓度为11600mg/L），同时按照终浓度11.6mg/L（干重质量比0.1%）投加兼性厌氧菌群菌剂，进行生物强化隐性生长，处理时间10h，污泥浓度降为8100mg/L，污泥减量效率达到30%。其中，菌剂配方的质量份比为：巴氏醋杆菌（10份）、伍氏醋酸杆菌（10份）、木醋杆菌（10份），保加利亚乳杆菌（5份）、嗜热乳杆菌（5份）、发酵乳杆菌（5份）、弯曲乳杆菌（5份）、施氏假单胞菌（5份）、厌氧芽孢杆菌（3份）、柠檬酸杆菌（3份）。
生物隐性生长后污泥进行泥水分离，分离后污泥返回生化系统前端；分离上清液送入无机氮磷回收池，上清液中COD浓度为2010mg/L，氨氮浓度为160mg/L，磷酸盐浓度为93mg/L，污泥溶胞释放有机物得到部分降解，释放有机氮磷有效生物转化为无机氮磷。将上清液pH值调节为11，并投加镁盐沉淀剂，上清液中氨氮、磷酸盐和钙镁盐形成磷酸铵镁（鸟粪石）结晶，经沉淀后回收氮磷资源，沉淀后上清液中磷元素浓度降为3.62mg/L，去除率达96.1%，氨氮浓度降为102.1mg/L，去除率达到36.19%。氮磷上清液回收后，上清液回流到污水处理厂生化系统中的反硝化单元，上清液中有机物作为碳源被再利用。生化系统污泥经过长期处理后，污泥VSS/SS值由0.61升至0.73，污泥负荷由0.31kgCOD/（kg.d）升至0.5kgCOD/（kg.d），污泥负荷提高62%，污泥总好氧活性、碳氧化活性、硝化活性及反硝化活性比原生化系统污泥提高30%以上。
实施例3
将本发明的处理设备与稳定运行的模拟城镇污水处理厂生化倒置A/A/O系统连接，模拟生化处理系统的结构和运行情况同实施例1。
将模拟生化处理系统的剩余污泥送入本发明设备的污泥调节池中，在污泥调节池调节污泥浓度稳定至6000mg/L(以SS计)，然后泵入电化学/热解溶胞反应装置，调节污泥循环量使污泥处理时间达到2h，在电化学/热解溶胞反应装置直流输出电压为40V，电流输出为4A时，反应器热解温度稳定在45℃，在此工况下处理后的污泥浓度降至3100mg/L(以SS计)，污泥减量效率达到47.1%。
将电化学/热解溶胞后污泥与污泥调节池中原污泥以体积比1:1在生物隐性生长池中混合（此时污泥浓度为4500 mg/L），同时按照终浓度4.6mg/L（干重质量比0.1%）投加兼性厌氧菌群菌剂，进行生物强化隐性生长，处理时间6h，污泥浓度降为3400mg/L，污泥减量效率达到26.1%。其中，菌剂配方的质量份比为：巴氏醋杆菌（12份）、伍氏醋酸杆菌（12份）、木醋杆菌（12份），保加利亚乳杆菌（8份）、嗜热乳杆菌（8份）、发酵乳杆菌（8份）、弯曲乳杆菌（8份）、施氏假单胞菌（8份）、厌氧芽孢杆菌（4份）、柠檬酸杆菌（4份）。
生物隐性生长后污泥进行泥水分离，分离后污泥返回生化系统前端；分离上清液送入无机氮磷回收池，上清液中COD浓度为980mg/L，氨氮浓度为79.6mg/L，磷酸盐浓度为46.05mg/L，污泥溶胞释放有机物得到部分降解，释放有机氮磷有效生物转化为无机氮磷。将上清液pH值调节为10，并投加镁盐沉淀剂，上清液中氨氮、磷酸盐和钙镁盐形成磷酸铵镁（鸟粪石）结晶，经沉淀后回收氮磷资源，沉淀后上清液中磷元素浓度降为1.38mg/L，去除率达97%，氨氮浓度降为49.19mg/L，去除率达到38.2%。氮磷上清液回收后，上清液回流到污水处理厂生化系统中的反硝化单元，上清液中有机物作为碳源被再利用。生化系统污泥经过长期处理后，污泥VSS/SS值由0.61升至0.73，污泥负荷由0.31kgCOD/（kg.d）升至0.5kgCOD/（kg.d），污泥负荷提高61.2%，污泥总好氧活性、碳氧化活性、硝化活性及反硝化活性比原生化系统污泥提高30%以上。
实施例4
采用本发明处理设备处理城镇污水处理厂剩余污泥。将本发明处理设备与城镇污水处理厂二沉池连接，经本发明处理设备处理后的污泥，进行压滤脱水外排。
从二沉池中泵入电化学/热解溶胞反应装置的剩余污泥浓度为9800mg/L(以SS计)，调节污泥循环处理时间达到6h，在电化学/热解溶胞反应器直流输出电压为30V，电流输出为4.5A时，反应器温度稳定在55℃，在此工况下处理后的污泥浓度降至4810mg/L(以SS计)，污泥减量效率达到50.92%。
将电化学/热解溶胞后污泥与二沉池中原污泥以体积比1:1在生物隐形生长池中混合（此时污泥浓度为7305mg/L），同时按浓度7.3mg/L（干重质量比为0.1%）投加兼性厌氧菌群菌剂，进行生物隐性生长，隐性生长时间8h，污泥浓度降为5186mg/L，污泥减量效率达到29.25%。其中，菌剂配方的质量份比为：巴氏醋杆菌（12份）、伍氏醋酸杆菌（12份）、木醋杆菌（12份），保加利亚乳杆菌（8份）、嗜热乳杆菌（8份）、发酵乳杆菌（8份）、弯曲乳杆菌（8份）、施氏假单胞菌（8份）、厌氧芽孢杆菌（4份）、柠檬酸杆菌（4份）。
实施例5
采用本发明处理设备处理城镇污水处理厂剩余污泥。将本发明处理设备与城镇污水处理厂二沉池连接，经本发明处理设备处理后的污泥，进行压滤脱水外排。
从二沉池中泵入电化学/热解溶胞反应装置的剩余污泥浓度为5000mg/L(以SS计)，调节污泥循环处理时间达到2h，在电化学/热解溶胞反应器直流输出电压为20V，电流输出为3A时，反应器温度稳定在45℃，在此工况下处理后的污泥浓度降至2700mg/L(以SS计)，污泥减量效率达到45.3%。
将电化学/热解溶胞后污泥与二沉池中原污泥以体积比1:1在生物隐形生长池中混合（此时污泥浓度为3800mg/L），同时按浓度3.87mg/L（干重质量比为0.1%）投加兼性厌氧菌群菌剂，进行生物隐性生长，隐性生长时间6h，污泥浓度降为2830mg/L，污泥减量效率达到26.82%。其中，菌剂配方的质量份比为：巴氏醋杆菌（13份）、伍氏醋酸杆菌（13份）、木醋杆菌（13份），保加利亚乳杆菌（10份）、嗜热乳杆菌（10份）、发酵乳杆菌（10份）、弯曲乳杆菌（10份）、施氏假单胞菌（10份）、厌氧芽孢杆菌（3份）、柠檬酸杆菌（3份）。
实施例6
采用本发明处理设备处理城镇污水处理厂剩余污泥。将本发明处理设备与城镇污水处理厂二沉池连接，经本发明处理设备处理后的污泥，进行压滤脱水外排。
从二沉池中泵入电化学/热解溶胞反应装置的剩余污泥浓度为15000mg/L(以SS计)，调节污泥循环处理时间达到6h，在电化学/热解溶胞反应器直流输出电压为100V，电流输出为6A时，反应器温度稳定在50℃，在此工况下处理后的污泥浓度降至5980mg/L(以SS计)，污泥减量效率达到60.1%。
将电化学/热解溶胞后污泥与二沉池中原污泥以体积比1:2在生物隐形生长池中混合（此时污泥浓度为12000mg/L），同时按浓度12mg/L（干重质量比为0.1%）投加兼性厌氧菌群菌剂，进行生物隐性生长，隐性生长时间12h，污泥浓度降为8400mg/L，污泥减量效率达到29.8%。其中，菌剂配方的质量份比为：巴氏醋杆菌（10份）、伍氏醋酸杆菌（10份）、木醋杆菌（10份），保加利亚乳杆菌（10份）、嗜热乳杆菌（10份）、发酵乳杆菌（10份）、弯曲乳杆菌（10份）、施氏假单胞菌（10份）、厌氧芽孢杆菌（5份）、柠檬酸杆菌（5份）。

Claims (10)

1.一种污泥减量化、资源化和改善活性的处理方法，其特征是，包括以下步骤：
（a）将废水生化处理设备的剩余污泥直接送入电化学/热解溶胞反应装置或经污泥调节池后送入电化学/热解溶胞反应装置；
（b）电化学/热解溶胞反应装置通过电解、热解作用对污泥进行溶胞处理，电化学/热解溶胞反应装置的电压调节范围为20~100V，输出直流电流范围为2~6A，以SS计，控制电化学/热解溶胞反应装置的进泥浓度为5000~15000mg/L，调节电压电流，使运行中反应器温度稳定在45~55℃，控制污泥处理时间为2~6h；
（c）将经过溶胞处理后的污泥与废水生化处理设备或污泥调节池中未经溶胞处理的污泥按照1∶1~2的比例送入生物隐性生长池，向生物隐性生长池中投加兼性厌氧菌，污泥在生物隐性生长池中停留时间为6~12h，从而进行污泥减量处理；
（d）将减量后的污泥送入泥水分离器进行泥水分离，分离的上清液被送入无机氮磷回收池，分离的活性污泥被返回至废水生化处理设备；
（e）调节无机氮磷回收池的pH值为10~11，将无机氮磷沉淀回收，再依据上清液中残余磷的量投加镁盐沉淀剂进行沉淀，增强无机氮磷沉淀效率；将回收无机氮磷后的上清液送入废水生化处理设备，使上清液中的有机碳作为碳源再利用。
2.根据权利要求1所述的污泥减量化、资源化和改善活性的处理方法，其特征是，步骤（b）中，电化学/热解溶胞反应装置的输出直流电流范围为4~5A，以SS计，控制电化学/热解溶胞反应装置的进泥浓度为10000~12000mg/L，控制污泥处理时间为3~4h。
3.根据权利要求1或2所述的污泥减量化、资源化和改善活性的处理方法，其特征是，步骤（c）中，污泥在生物隐性生长池中停留时间为8~10h，投加的兼性厌氧菌为生物隐性生长池中污泥干质量的0.01~0.1%；按质量份比，兼性厌氧菌菌剂的配方为：巴氏醋杆菌（Acetobacter pasteurianus）10~15份、伍氏醋酸杆菌(Acetobacterium woodii) 10~15份、木醋杆菌(Acetobacter pasteurianus) 10~15份，保加利亚乳杆菌 (Lactobacillusbulgaricus)5~10份、嗜热乳杆菌(Lactobacillus thermophilus) 5~10份、发酵乳杆菌(Lactobacillus ferments) 5~10份、弯曲乳杆菌(Lactobacillus curvatus) 5~10份、施氏假单胞菌（Pseudomonas stutzeri）5~10份、厌氧芽孢杆菌（Anoxybacillus）3~5份、柠檬酸杆菌（Citrobacter）3~5份。
4.根据权利要求1所述的污泥减量化、资源化和改善活性的处理方法，其特征是，步骤（e）中，镁盐沉淀剂按Mg/P质量比1.2∶1投加。
5.一种污泥减量化、资源化和改善活性的处理设备，其特征是，包括：电化学/热解溶胞反应装置，生物隐性生长池、泥水分离器、无机氮磷回收池；
电化学/热解溶胞反应装置用于对输入的污泥进行溶胞处理，电化学/热解溶胞反应装置的输出端与生物隐性生长池相连；
生物隐性生长池用于收集由电化学/热解溶胞反应装置输出的污泥，并利用微生物将污泥溶胞释放的大分子有机物生物转化为小分子有机物，污泥溶胞释放的有机氮磷生物转化为无机氮磷；
泥水分离器用于对经过生物隐性生长池减量后的污泥进行泥水分离，分离的富含碳氮磷元素的上清液被送入无机氮磷回收池，分离的活性污泥被返回至废水生化处理设备或直接进行脱水、干化处理；
无机氮磷回收池用于收集由泥水分离器输出的富含碳氮磷元素的上清液，并对上清液中的无机氮磷进行回收，经过氮磷回收后的含碳上清液被送入废水生化处理设备。
6.根据权利要求5所述的污泥减量化、资源化和改善活性的处理设备，其特征是，所述处理设备配置有污泥调节池，所述污泥调节池用于调节和输出稳定的污泥浓度和污泥量，污泥调节池的输入端与废水生化处理设备相连，污泥调节池的输出端分别与电化学/热解溶胞反应装置和生物隐性生长池相连。
7.根据权利要求5所述的污泥减量化、资源化和改善活性的处理设备，其特征是，所述电化学/热解溶胞反应装置包括电源控制箱、电解/热解反应器和气体分离器；
在电解/热解反应器内设有若干独立的反应槽，每个反应槽内均设有电极板，所述电极板通过导线与电源控制箱相连；在电解/热解反应器的底部设有进泥管，进泥管的一端封闭，另一端与气体分离器的出口相连，所述进泥管通过若干向上的支管连接各反应槽；在电解/热解反应器与气体分离器之间的进泥管上设有进泥口，所述进泥口用于输入废水生化处理设备的剩余污泥；在电解/热解反应器的顶部设有出泥管，出泥管的一端封闭，另一端与气体分离器的入口相连，所述出泥管通过若干向下的支管连接各反应槽；
所述气体分离器包括封闭的罐体、设于罐体侧壁上部的入口、设于罐体底端的出口以及设于罐体中部并将罐体内部分隔为上、下腔体的分离隔板；在所述分离隔板上设有管口向下的降液管和管口向上的通气管；在罐体内的所述入口处设有缓冲挡板，在罐体的顶部设有压力表、排气管，罐体底端的出口连接三通管，三通管的一个输出口与电解/热解反应器的进泥管相连，另一个输出口与生物隐性生长池相连。
8.根据权利要求7所述的污泥减量化、资源化和改善活性的处理设备，其特征是，在气体分离器的入口和输出口处均设有控制阀；在气体分离器的罐体侧壁上设有温度监测装置；在所述排气管上设有控制阀，排气管的末端连接气体收集装置。
9.根据权利要求7所述的污泥减量化、资源化和改善活性的处理设备，其特征是，所述电源控制箱包括电流控制单元和正负电极，所述电极板为碳材质制成的多孔板，每个反应槽内至少设置一排正极板和一排负极板，在反应槽内部设有绝缘涂层。
10.根据权利要求9所述的污泥减量化、资源化和改善活性的处理设备，其特征是，所述碳材质为石墨。
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