CN112174464B - 用蚯蚓处理污水处理厂重金属污泥的系统、方法及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明属于污泥处理技术领域，公开了一种用蚯蚓处理污水处理厂重金属污泥的系统、方法及介质，获取污水处理厂排放的重金属污泥；获取的重金属污泥平铺于广口池中；将广口池内盛放的重金属污泥平均划分为多个区域；利用传感器或其他设备获取各区域污泥重量以及污泥总重量、各区域污泥的温度、各区域污泥湿度、沉降比、酸碱度相关参数；利用控制器或单片机控制污泥成分分析模块从划分的多个区域中各自选取污泥样本并进行成分分析。本发明利用蚯蚓进行污泥的处理不仅可以降低污泥中的重金属、病原菌等有毒有害物质的浓度，本发明在整体处理过程中并不会进行焚烧等处理，也不会对环境造成二次污染。
Description
技术领域
本发明属于污泥处理技术领域，尤其涉及一种用蚯蚓处理污水处理厂重金属污泥的系统、方法及介质。
背景技术
目前，现在污水处理厂每天产生大量污泥，污水处理厂的污泥是在城市生活污水和工业废水进行净化处理过程中产生的沉淀物质以及污水表面的浮渣，是一种固液混合物，在没有外力作用下，其固液比例相对稳定。根据污水处理的工艺，污泥可以分为初次沉淀污泥、腐殖污泥、剩余的活性污泥以及消化污泥等。随着我国城市化进程的加快，城市污水处理率逐年提高，城市污水处理厂的污泥产量也急剧增加。未经适当处理的污泥进入环境后，直接会给水体和大气带来二次污染，不但降低了污水处理系统的有效处理能力，而且对生态环境和人类活动构成了严重威胁。
现有污泥处理方法分为直接填埋、焚烧、土地利用、堆肥和投海等几种方式。然而由于污水处理量的增大，污泥的产量也越来越大，适宜的填埋场地也越来越少；且污泥高温堆肥间长，占地面积大，可操作性不强，有利于病虫害滋生。污泥中的大量病原菌、以及有毒有害物质，特别是重金属的存在大大限制了土壤对污泥的适宜性。污泥焚烧与投海会对环境产生难以估量的污染。因此亟需一种能够对污泥进行有效处理的方法。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有污泥处理方法处理时间长，可操作性不强，且无法有效对污泥中的重金属污染进行处理，对环境以及大气污染严重。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用蚯蚓处理污水处理厂重金属污泥的系统、方法及介质。
本发明是这样实现的，一种用蚯蚓处理污水处理厂重金属污泥的系统，所述用蚯蚓处理污水处理厂重金属污泥的系统包括：
污泥获取模块、平铺模块、区域划分模块、污泥参数获取模块、中央控制模块、污泥成分分析模块、污泥重金属污染来源确定模块、蚯蚓种类选取模块、蚯蚓处理参数获取模块、污泥预处理模块、污泥处理模块、生物修复模块、投放模块以及显示模块；
污泥获取模块，与中央控制模块连接，用于获取污水处理厂排放的重金属污泥；
平铺模块，与中央控制模块连接，用于将获取的重金属污泥平铺于广口池中；
区域划分模块，与中央控制模块连接，用于将广口池内盛放的重金属污泥平均划分为多个区域；
污泥参数获取模块，与中央控制模块连接，用于利用传感器或其他设备获取污泥相关参数；
中央控制模块，与污泥获取模块、平铺模块、区域划分模块、污泥参数获取模块、污泥成分分析模块、污泥重金属污染来源确定模块、蚯蚓种类选取模块、蚯蚓处理参数获取模块、污泥预处理模块、污泥处理模块、生物修复模块、投放模块以及显示模块连接，用于利用控制器或单片机进行各个模块正常工作的控制；
污泥成分分析模块，与中央控制模块连接，用于从划分的多个区域中各自选取污泥样本并进行成分分析；同时对蚯蚓处理、修复后的污泥进行二次成分检测及分析；
污泥重金属污染来源确定模块，与中央控制模块连接，用于确定污泥中的重金属污染来源；
蚯蚓种类选取模块，与中央控制模块连接，用于基于污泥成分分析结果、重金属污染来源确定选取的蚯蚓种类；
蚯蚓处理参数获取模块，与中央控制模块连接，用于基于获取的污泥的成分、污泥的相关参数以及污泥重金属污染来源确定蚯蚓处理的最佳参数；
污泥预处理模块，与中央控制模块连接，用于对各区域的重金属污泥进行预处理；
污泥处理模块，与中央控制模块连接，用于基于确定的蚯蚓最佳参数对预处理后的污泥进行处理；
生物修复模块，与中央控制模块连接，用于利用微生物对蚯蚓处理后的污泥进行修复；
投放模块，与中央控制模块连接，用于将修复后检测指标合格的污泥进行投放利用；
显示模块，与中央控制模块连接，用于利用显示器显示污泥成分检测分析结果。
进一步，所述污泥参数获取模块包括：
重量参数获取单元，用于基于污泥在广口池中的高度、长度、宽度数据进行各区域污泥重量以及污泥总重量数据获取；
温度参数获取单元，用于利用温度传感器获取污泥的温度数据；
湿度参数获取单元，用于利用湿度传感器获取污泥的湿度数据；
沉降比获取单元，用于获取污泥的沉降比数据；
酸碱度参数获取单元，用于利用pH计获取污泥的酸碱度数据。
本发明的另一目的在于提供一种应用于所述用蚯蚓处理污水处理厂重金属污泥的系统的用蚯蚓处理污水处理厂重金属污泥的方法，所述用蚯蚓处理污水处理厂重金属污泥的方法包括：
步骤一，通过污泥获取模块获取污水处理厂排放的重金属污泥；通过平铺模块将获取的重金属污泥平铺于广口池中；通过区域划分模块将广口池内盛放的重金属污泥平均划分为多个区域；
步骤二，通过污泥参数获取模块利用传感器或其他设备获取各区域污泥重量以及污泥总重量、各区域污泥的温度、各区域污泥湿度、沉降比、酸碱度相关参数；
步骤三，通过中央控制模块利用控制器或单片机控制污泥成分分析模块从划分的多个区域中各自选取污泥样本并进行成分分析；通过污泥重金属污染来源确定模块确定污泥中的重金属污染来源；
步骤四，通过蚯蚓种类选取模块基于污泥成分分析结果、重金属污染来源确定选取的蚯蚓种类；通过蚯蚓处理参数获取模块基于获取的污泥的成分、污泥的相关参数以及污泥重金属污染来源确定蚯蚓处理的最佳参数；
步骤五，通过污泥预处理模块对各区域的重金属污泥进行预处理；通过污泥处理模块基于确定的蚯蚓最佳参数对预处理后的污泥进行处理；通过生物修复模块利用微生物对蚯蚓处理后的污泥进行修复；
步骤六，通过污泥成分分析模块对修复后的污泥进行二次成分检测及分析；通过投放模块将修复后检测指标合格的污泥进行投放利用；通过显示模块利用显示器显示污泥成分检测分析结果。
进一步，步骤三中，所述通过中央控制模块利用控制器或单片机控制污泥成分分析模块从划分的多个区域中各自选取污泥样本并进行成分分析包括：
首先，获取污泥的光谱强度信号；
其次，采用BP神经网络模型对光谱强度信号进行成分分析获取污泥的成分。
进一步，所述获取污泥的光谱强度信号包括：
利用发射预设波长激光的激光器照射污泥；并采集污泥被所述激光器发射的激光照射时产生的等离子态的光学信号；根据收集光学信号，产生特征光谱信号；将产生的特征光谱信号输出为数字信号，即可得污泥中各成分的光谱强度信号。
进一步，步骤三中，所述通过污泥重金属污染来源确定模块确定污泥中的重金属污染来源包括：
1)获取各个区域的表面污泥以及底层污泥，测定重金属含量值；
2)计算表层污泥重金属的富集因子值；
3)基于富集因子值，进行主成分分析，定性识别表层污泥重金属的主要污染来源；
4)以标准化后的总重金属富集因子值为因变量，以主成分分析的不同成分载荷为自变量，建立多元线性回归方程；
5)根据回归方程系数大小，定量识别区域表层污泥重金属不同来源成分的相对污染贡献率。
进一步，步骤五中，所述通过污泥预处理模块对各区域的重金属污泥进行预处理包括：
(1)向重金属污泥中添加一定质量的次氯酸钠，搅拌45min，形成固液混合物A；
(2)向得到的固液混合物中加入一定量的双氧水，搅拌25-30分钟，得到固液混合物B；利用紫外线微波杀菌装置对得到的固液混合物B进行杀菌；
(3)对杀菌后的物质进行离心，并利用清水对离心后的滤渣进行洗涤；
(4)向洗涤后的滤渣中加入氢氧化钠调节pH值为7.0～9.0；并加入重金属析出剂，搅拌15分钟；
(5)进行过滤，固体部分即为预处理后的污泥。
进一步，步骤(3)中，所述杀菌包括：在120℃杀菌20min。
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述用蚯蚓处理污水处理厂重金属污泥的方法。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行所述用蚯蚓处理污水处理厂重金属污泥的方法。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明通过对污泥成分以及重金属污染因子进行检测分析，能够有效掌握污泥的成分以及重金属污染因子，从而确定最佳的处理方法以及处理参数；同时利用蚯蚓进行污泥的处理不仅可以降低污泥中的重金属、病原菌等有毒有害物质的浓度，同时还能够结合生物修复将污泥转换为可以利用的物质，进行二次利用，经济收益大。本发明的处理方法简单并能大规模持续化处理重金属污泥，且本发明在整体处理过程中并不会进行焚烧等处理，也不会对环境造成二次污染。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的用蚯蚓处理污水处理厂重金属污泥的系统结构示意图；
图中：1、污泥获取模块；2、平铺模块；3、区域划分模块；4、污泥参数获取模块；5、中央控制模块；6、污泥成分分析模块；7、污泥重金属污染来源确定模块；8、蚯蚓种类选取模块；9、蚯蚓处理参数获取模块；10、污泥预处理模块；11、污泥处理模块；12、生物修复模块；13、投放模块；14、显示模块。
图2是本发明实施例提供的污泥参数获取模块结构示意图；
图中：41、重量参数获取单元；42、温度参数获取单元；43、湿度参数获取单元；44、沉降比获取单元；45、酸碱度参数获取单元。
图3是本发明实施例提供的用蚯蚓处理污水处理厂重金属污泥的方法流程图。
图4是本发明实施例提供的获取污泥的光谱强度信号的方法流程图。
图5是本发明实施例提供的通过污泥重金属污染来源确定模块确定污泥中的重金属污染来源的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用蚯蚓处理污水处理厂重金属污泥的系统及方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的用蚯蚓处理污水处理厂重金属污泥的系统包括：
污泥获取模块1、平铺模块2、区域划分模块3、污泥参数获取模块4、中央控制模块5、污泥成分分析模块6、污泥重金属污染来源确定模块7、蚯蚓种类选取模块8、蚯蚓处理参数获取模块9、污泥预处理模块10、污泥处理模块11、生物修复模块12、投放模块13以及显示模块14；
污泥获取模块1，与中央控制模块5连接，用于获取污水处理厂排放的重金属污泥；
平铺模块2，与中央控制模块5连接，用于将获取的重金属污泥平铺于广口池中；
区域划分模块3，与中央控制模块5连接，用于将广口池内盛放的重金属污泥平均划分为多个区域；
污泥参数获取模块4，与中央控制模块5连接，用于利用传感器或其他设备获取污泥相关参数；
中央控制模块5，与污泥获取模块1、平铺模块2、区域划分模块3、污泥参数获取模块4、污泥成分分析模块6、污泥重金属污染来源确定模块7、蚯蚓种类选取模块8、蚯蚓处理参数获取模块9、污泥预处理模块10、污泥处理模块11、生物修复模块12、投放模块13以及显示模块14连接，用于利用控制器或单片机进行各个模块正常工作的控制；
污泥成分分析模块6，与中央控制模块5连接，用于从划分的多个区域中各自选取污泥样本并进行成分分析；同时对蚯蚓处理、修复后的污泥进行二次成分检测及分析；
污泥重金属污染来源确定模块7，与中央控制模块5连接，用于确定污泥中的重金属污染来源；
蚯蚓种类选取模块8，与中央控制模块5连接，用于基于污泥成分分析结果、重金属污染来源确定选取的蚯蚓种类；
蚯蚓处理参数获取模块9，与中央控制模块5连接，用于基于获取的污泥的成分、污泥的相关参数以及污泥重金属污染来源确定蚯蚓处理的最佳参数；
污泥预处理模块10，与中央控制模块5连接，用于对各区域的重金属污泥进行预处理；
污泥处理模块11，与中央控制模块5连接，用于基于确定的蚯蚓最佳参数对预处理后的污泥进行处理；
生物修复模块12，与中央控制模块5连接，用于利用微生物对蚯蚓处理后的污泥进行修复；
投放模块13，与中央控制模块5连接，用于将修复后检测指标合格的污泥进行投放利用；
显示模块14，与中央控制模块5连接，用于利用显示器显示污泥成分检测分析结果。
如图2所示，本发明实施例提供的污泥参数获取模块4包括：
重量参数获取单元41，用于基于污泥在广口池中的高度、长度、宽度数据进行各区域污泥重量以及污泥总重量数据获取；
温度参数获取单元42，用于利用温度传感器获取污泥的温度数据；
湿度参数获取单元43，用于利用湿度传感器获取污泥的湿度数据；
沉降比获取单元44，用于获取污泥的沉降比数据；
酸碱度参数获取单元45，用于利用pH计获取污泥的酸碱度数据。
如图3所示，本发明实施例提供的用蚯蚓处理污水处理厂重金属污泥的方法包括：
S101，通过污泥获取模块获取污水处理厂排放的重金属污泥；通过平铺模块将获取的重金属污泥平铺于广口池中；通过区域划分模块将广口池内盛放的重金属污泥平均划分为多个区域；
S102，通过污泥参数获取模块利用传感器或其他设备获取各区域污泥重量以及污泥总重量、各区域污泥的温度、各区域污泥湿度、沉降比、酸碱度相关参数；
S103，通过中央控制模块利用控制器或单片机控制污泥成分分析模块从划分的多个区域中各自选取污泥样本并进行成分分析；通过污泥重金属污染来源确定模块确定污泥中的重金属污染来源；
S104，通过蚯蚓种类选取模块基于污泥成分分析结果、重金属污染来源确定选取的蚯蚓种类；通过蚯蚓处理参数获取模块基于获取的污泥的成分、污泥的相关参数以及污泥重金属污染来源确定蚯蚓处理的最佳参数；
S105，通过污泥预处理模块对各区域的重金属污泥进行预处理；通过污泥处理模块基于确定的蚯蚓最佳参数对预处理后的污泥进行处理；通过生物修复模块利用微生物对蚯蚓处理后的污泥进行修复；
S106，通过污泥成分分析模块对修复后的污泥进行二次成分检测及分析；通过投放模块将修复后检测指标合格的污泥进行投放利用；通过显示模块利用显示器显示污泥成分检测分析结果。
步骤S103中，本发明实施例提供的通过中央控制模块利用控制器或单片机控制污泥成分分析模块从划分的多个区域中各自选取污泥样本并进行成分分析包括：
获取污泥的光谱强度信号；采用BP神经网络模型对光谱强度信号进行成分分析获取污泥的成分。
如图4所示，本发明实施例提供的获取污泥的光谱强度信号包括：
S201，利用发射预设波长激光的激光器照射污泥；并采集污泥被所述激光器发射的激光照射时产生的等离子态的光学信号；
S202，根据收集光学信号，产生特征光谱信号；
S203，将产生的特征光谱信号输出为数字信号，即可得污泥中各成分的光谱强度信号。
如图5所示，步骤S103中，本发明实施例提供的通过污泥重金属污染来源确定模块确定污泥中的重金属污染来源包括：
S301，获取各个区域的表面污泥以及底层污泥，测定重金属含量值；
S302，计算表层污泥重金属的富集因子值；
S303，基于富集因子值，进行主成分分析，定性识别表层污泥重金属的主要污染来源；
S304，以标准化后的总重金属富集因子值为因变量，以主成分分析的不同成分载荷为自变量，建立多元线性回归方程；
S305，根据回归方程系数大小，定量识别区域表层污泥重金属不同来源成分的相对污染贡献率。
步骤S105中，本发明实施例提供的通过污泥预处理模块对各区域的重金属污泥进行预处理包括：
(1)向重金属污泥中添加一定质量的次氯酸钠，搅拌45min，形成固液混合物A；
(2)向得到的固液混合物中加入一定量的双氧水，搅拌25-30分钟，得到固液混合物B；利用紫外线微波杀菌装置对得到的固液混合物B进行杀菌；
(3)对杀菌后的物质进行离心，并利用清水对离心后的滤渣进行洗涤；
(4)向洗涤后的滤渣中加入氢氧化钠调节pH值为7.0～9.0；并加入重金属析出剂，搅拌15分钟；
(5)进行过滤，固体部分即为预处理后的污泥。
进一步，步骤(3)中，所述杀菌包括：在120℃杀菌20min。
以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用蚯蚓处理污水处理厂重金属污泥的系统，其特征在于，所述用蚯蚓处理污水处理厂重金属污泥的系统包括：
污泥获取模块，与中央控制模块连接，用于获取污水处理厂排放的重金属污泥；
平铺模块，与中央控制模块连接，用于将获取的重金属污泥平铺于广口池中；
区域划分模块，与中央控制模块连接，用于将广口池内盛放的重金属污泥平均划分为多个区域；
污泥参数获取模块，与中央控制模块连接，用于利用传感器或其他设备获取污泥相关参数；
中央控制模块，与污泥获取模块、平铺模块、区域划分模块、污泥参数获取模块、污泥成分分析模块、污泥重金属污染来源确定模块、蚯蚓种类选取模块、蚯蚓处理参数获取模块、污泥预处理模块、污泥处理模块、生物修复模块、投放模块以及显示模块连接，用于利用控制器或单片机进行各个模块正常工作的控制；
污泥成分分析模块，与中央控制模块连接，用于从划分的多个区域中各自选取污泥样本并进行成分分析；同时对蚯蚓处理、修复后的污泥进行二次成分检测及分析；
污泥重金属污染来源确定模块，与中央控制模块连接，用于确定污泥中的重金属污染来源；
蚯蚓种类选取模块，与中央控制模块连接，用于基于污泥成分分析结果、重金属污染来源确定选取的蚯蚓种类；
蚯蚓处理参数获取模块，与中央控制模块连接，用于基于获取的污泥的成分、污泥的相关参数以及污泥重金属污染来源确定蚯蚓处理的最佳参数；
污泥预处理模块，与中央控制模块连接，用于对各区域的重金属污泥进行预处理；
污泥处理模块，与中央控制模块连接，用于基于确定的蚯蚓处理的最佳参数对预处理后的污泥进行处理；
生物修复模块，与中央控制模块连接，用于利用微生物对蚯蚓处理后的污泥进行修复；
投放模块，与中央控制模块连接，用于将修复后检测指标合格的污泥进行投放利用；
显示模块，与中央控制模块连接，用于利用显示器显示污泥成分检测分析结果。
2.如权利要求1所述用蚯蚓处理污水处理厂重金属污泥的系统，其特征在于，所述污泥参数获取模块包括：
重量参数获取单元，用于基于污泥在广口池中的高度、长度、宽度数据进行各区域污泥重量以及污泥总重量数据获取；
温度参数获取单元，用于利用温度传感器获取污泥的温度数据；
湿度参数获取单元，用于利用湿度传感器获取污泥的湿度数据；
沉降比获取单元，用于获取污泥的沉降比数据；
酸碱度参数获取单元，用于利用pH计获取污泥的酸碱度数据。
3.一种实施权利要求1~2任意一项所述用蚯蚓处理污水处理厂重金属污泥的系统的用蚯蚓处理污水处理厂重金属污泥的方法，其特征在于，所述用蚯蚓处理污水处理厂重金属污泥的方法包括：
获取污水处理厂排放的重金属污泥；将获取的重金属污泥平铺于广口池中；通过区域划分将广口池内盛放的重金属污泥平均划分为多个区域；
利用传感器或其他设备获取各区域污泥重量以及污泥总重量、各区域污泥的温度、各区域污泥湿度、沉降比、酸碱度相关参数；
利用控制器或单片机从划分的多个区域中各自选取污泥样本并进行成分分析；通过污泥重金属污染来源确定模块确定污泥中的重金属污染来源；
基于污泥成分分析结果、重金属污染来源确定选取的蚯蚓种类；基于获取的污泥的成分、污泥的相关参数以及污泥重金属污染来源确定蚯蚓处理的最佳参数；
对各区域的重金属污泥进行预处理；基于确定的蚯蚓处理的最佳参数对预处理后的污泥进行处理；并利用微生物对蚯蚓处理后的污泥进行修复；
对修复后的污泥进行二次成分检测及分析；将修复后检测指标合格的污泥进行投放利用；利用显示器显示污泥成分检测分析结果；
利用控制器或单片机控制污泥成分分析模块从划分的多个区域中各自选取污泥样本并进行成分分析包括：
首先，获取污泥的光谱强度信号；
其次，采用BP神经网络模型对光谱强度信号进行成分分析获取污泥的成分；
所述获取污泥的光谱强度信号包括：
利用发射预设波长激光的激光器照射污泥；并采集污泥被所述激光器发射的激光照射时产生的等离子态的光学信号；根据收集的光学信号，产生特征光谱信号；将产生的特征光谱信号输出为数字信号，即可得污泥中各成分的光谱强度信号；
通过污泥重金属污染来源确定模块确定表层污泥中的重金属污染来源包括：
1）获取各个区域的表层污泥以及底层污泥，测定重金属含量值；
2）计算表层污泥重金属的富集因子值；
3）基于富集因子值，进行主成分分析，定性识别表层污泥重金属的主要污染来源；
4）以标准化后的总重金属富集因子值为因变量，以主成分分析的不同成分载荷为自变量，建立多元线性回归方程；
5）根据回归方程系数大小，定量识别区域表层污泥重金属不同来源成分的相对污染贡献率；
所述对各区域的重金属污泥进行预处理包括：
（1）向重金属污泥中添加一定质量的次氯酸钠，搅拌45min，形成固液混合物A；
（2）向得到的固液混合物A中加入一定量的双氧水，搅拌25-30分钟，得到固液混合物B；利用紫外线微波杀菌装置对得到的固液混合物B进行杀菌；
（3）对杀菌后的物质进行离心，并利用清水对离心后的滤渣进行洗涤；
（4）向洗涤后的滤渣中加入氢氧化钠调节pH值为7.0～9.0；并加入重金属析出剂，搅拌15分钟；
（5）进行过滤，固体部分即为预处理后的污泥；
步骤（2）中，所述杀菌包括：在120℃杀菌20min。
4.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求3所述用蚯蚓处理污水处理厂重金属污泥的方法。
5.一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求3所述用蚯蚓处理污水处理厂重金属污泥的方法。
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