CN112624498A - 一种基于电化学预处理的污泥减量促进方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于电化学预处理的污泥减量促进方法，包括以下步骤：步骤S1、将污水引入主流活性污泥反应池进行生化处理，从而得到经生化处理的废水；步骤S2、将经生化处理的废水引入二级沉淀池，经停留沉淀后排出；抽取二级沉淀池中沉淀的一部分污泥作为回流污泥回流至主流活性污泥反应池；抽取二级沉淀池中沉淀的另一部分污泥进行电化学预处理，然后输送至侧流厌氧反应器中，再回流至主流活性污泥反应池。本发明可实现整个系统的污泥减量化；同时，可实现电化学‑厌氧和好氧消化耦合联用，可降低电化学能耗；还可实现高效污水处理中的脱氮除磷反应。
Description
技术领域
本发明涉及环境保护技术领域，具体涉及一种基于电化学协同好氧-沉淀-厌氧(EOSA)系统的污泥减量促进方法。
背景技术
随着我国污水产生量的增加和处理率的提高，城市污水处理厂的数量不断增长。截至2014年，全国城镇累计建成污水处理厂3622座，污水处理能力约1.53亿m3/d。活性污泥法及其衍生的改良工艺是目前最广泛应用于污水处理厂的技术，具有较高的有机物去除效果。在传统活性污泥法中，污水中50％至60％的有机碳会转化成二氧化碳，剩下的40％至50％会最终转化成生物污泥。据预测，我国2020年城市污水排放量将达到536亿m3/d，这将不可避免的导致副产物污泥的产量达到6000-9000万吨(含水率为80％)。现行活性污泥法工艺的运行费用相对较高，其中剩余污泥处理和处置(包括污泥消解稳定化、脱水和焚烧等过程)占了30％至60％的比例，同时也伴随着二次污染的问题。剩余污泥处置已经成为了污水处理厂中的一个必须考虑的重要环节，如何做到污泥处置稳定化、减量化和无害化已经成为深受社会关注的重大课题，直接关系到我国环保事业以及污水处理的发展。因此，污泥减量化的同时提高脱氮除磷的效果是目前污水处理工艺中亟需解决的主要问题。
剩余污泥具有含水率高、与水粘合度大、脱水性能差、有害有毒类物质种类复杂、固体回收困难、后续处置成本高等特点。因此，如何从源头上减少污泥产量，探索新型污泥原位减量技术是目前污水处理行业研究的热点问题。在原位污泥减量实际应用中，通常会在污水处理系统中的污泥回流段进行物理(热处理、超声破碎等)或化学(酸、碱、解耦联剂等)处理。但上述方法应用过程中存在药剂费用高、能耗大、副产物毒害作用强等问题。因此，目前污泥原位污泥减量的难题是药耗成本高和系统能耗大，系统调控工艺复杂，影响主流活性污泥池中的污水处理性能，带来不必要的隐患。好氧-沉淀-厌氧(OSA)工艺以其能耗低、减量效果好等特点被认为是较理想的减量途径。OSA的实质是在传统活性污泥工艺中的污泥回流段加入一个厌氧污泥反应池，提供了好氧和厌氧交替运行的环境。然而，厌氧条件下的污泥破壁和溶胞效果有限，OSA工艺中的厌氧反应器需要的污泥停留时间太长，反应器体积大(占主流活性污泥反应器的50％)。这导致了OSA工艺的建造成本和运行成本太高，限制其发展和污泥减量效果。
电化学技术是近年来兴起的溶胞技术，因其具有环境友好性、处理设备体积小、无二次污染等优点广受关注。在电化学条件下，电极附近产生多种具有强氧化性的自由基，对微生物进行化学溶胞作用，使一部分微生物被杀灭，杀灭后的微生物细胞壁被打开，释放出胞内物质，可用于污泥减量。在中国专利申请CN103553217A公开了一种电动技术促进污泥减量的污水处理方法，生活污水首先进入物化段后排入活性污泥主流生化池进行生化处理，处理后的废水进入二沉池沉淀后排放。一部分回流污泥送至电动处理反应器中，经电化学溶胞后，部分回流至生化池，另一部分排出至污泥脱水中心，间隔一定周期后将二沉池的污泥全部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液。该申请中，电化学单元加在二沉池后端，设立独立的电化学减量处理单元，为保障污泥完全均质破解，处理时间长，导致电化学单元的处理能耗增加，占地空间大。其电化学单元采用固定电极布设，随着反应时间延长，电极周围易出现过酸过碱环境，需要调节pH，增加化学投加；故电化学单元维护费用高且操作繁琐。
发明内容
本发明针对上述技术问题，提出了一种基于电化学预处理的污泥减量促进方法。
本发明所提出的技术方案是：
本发明提出了一种基于电化学预处理的污泥减量促进方法，包括以下步骤：
步骤S1、将污水引入主流活性污泥反应池进行生化处理，从而得到经生化处理的废水；
步骤S2、将经生化处理的废水引入二级沉淀池，经停留沉淀后排出；抽取二级沉淀池中沉淀的一部分污泥作为回流污泥回流至主流活性污泥反应池；抽取二级沉淀池中沉淀的另一部分污泥进行电化学预处理，然后输送至侧流厌氧反应器中，再回流至主流活性污泥反应池。
本发明上述的污泥减量促进方法中，在步骤S1中，主流活性污泥反应池中具有活性污泥，通过活性污泥的微生物作用去除污水中的有机污染物并进行脱氮除磷。
本发明上述的污泥减量促进方法中，在步骤S2中，回流污泥的内回流比为250％-400％。
本发明上述的污泥减量促进方法中，在步骤S2中，被抽取进行电化学预处理的污泥的提取量占回流污泥的提取量的10％-100％。
本发明上述的污泥减量促进方法中，在主流活性污泥反应池中，污泥浓度控制在5000mg/L以下；在侧流厌氧反应器中，污泥浓度控制在7500mg/L-15000mg/L。
本发明上述的污泥减量促进方法中，在步骤S2中，电化学预处理所采用的电流密度为10mA/cm2-100mA/cm2。
本发明上述的污泥减量促进方法中，在步骤S2中，电化学预处理通过电化学预处理装置实现，该电化学预处理装置包括至少一对电极单元，该电极单元采用钛基金属氧化物涂层电极板作为阳极，采用石墨电极板作为阴极；钛基金属氧化物涂层电极板和石墨电极板之间的间距为2cm-4cm；电化学预处理的时间持续5min-15min。
本发明上述的污泥减量促进方法中，电化学预处理过程伴随有搅拌过程，搅拌的转速为50rpm-250rpm。
本发明上述的污泥减量促进方法中，钛基金属氧化物涂层电极板采用钛基镀铱电极板。
本发明提出了一种污泥减量促进方法，可实现整个系统的污泥减量化，其中，产泥量是原有系统的55％-70％；同时，可实现电化学-厌氧和好氧消化耦合联用，可降低电化学能耗，侧流厌氧反应器操作简单且节约能耗和化学药品；本发明的污泥减量促进方法还可实现高效污水处理中的脱氮除磷反应。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1示出了本发明的污泥减量促进方法的流程示意图；
图2示出了本发明的电化学预处理装置的结构示意图；
图3示出了本发明实施例1的电化学预处理污泥的方法的SCOD的释放的结果示意图；
图4示出了本发明实施例1的电化学预处理污泥的方法的溶解性蛋白质的释放的结果示意图；
图5示出了本发明实施例1的电化学预处理污泥的方法的溶解性多糖的释放的结果示意图；
图6示出了本发明实施例1的电化学预处理污泥的方法的挥发性悬浮固体的减量的结果示意图；
图7示出了本发明实施例2的污泥减量促进方法的SCOD去除效果的结果示意图；
图8示出了本发明实施例2的污泥减量促进方法的总氮去除效果的结果示意图；
图9示出了本发明实施例2的污泥减量促进方法的出水总悬浮颗固体浓度的结果示意图；
图10示出了本发明实施例2的污泥减量促进方法的污泥产率的结果示意图。
具体实施方式
本发明所要解决的技术问题是：在现有电化学污水处理技术中，电化学单元加在二沉池后端，设立独立的电化学减量处理单元，为保障污泥完全均质破解，处理时间长，导致电化学单元的处理能耗增加，占地空间大。其电化学单元采用固定电极布设，随着反应时间延长，电极周围易出现过酸过碱环境，需要调节pH，增加化学投加；故电化学单元维护费用高且操作繁琐。本发明就该技术问题而提出的技术思路是：将电化学处理手段与OSA工艺结合，可大大减少电化学单元的耗能投入，并且可强化整个污水处理系统的处理效率，实现低成本的污泥原位减量化。
如图1所示，图1示出了本发明的污泥减量促进方法的流程示意图。具体地，本发明提出了一种基于电化学协同好氧-沉淀-厌氧系统的污泥减量促进方法，包括以下步骤：
步骤S1、将污水引入主流活性污泥反应池进行生化处理，从而得到经生化处理的废水；
在这里，主流活性污泥反应池中具有活性污泥，活性污泥是微生物群体及它们所依附的有机物质和无机物质的总称，主要用来处理废水。在本步骤中，通过活性污泥的微生物作用去除污水中的有机污染物，并进行脱氮除磷。
进一步地，在本步骤中，污水可为生活污水。
步骤S2、将经生化处理的废水引入二级沉淀池，经停留沉淀后排出；抽取二级沉淀池中沉淀的一部分污泥作为回流污泥回流至主流活性污泥反应池；抽取二级沉淀池中沉淀的另一部分污泥进行电化学预处理，然后输送至侧流厌氧反应器中，再回流至主流活性污泥反应池。
在本步骤中，回流污泥的内回流比为250％-400％。
进一步地，在本步骤中，电化学预处理的时间持续5min-15min。同时，被抽取进行电化学预处理的污泥的提取量占回流污泥的提取量的10％-100％；
进一步地，通过电化学预处理，对污泥进行溶胞作用；侧流厌氧反应器中的污泥混合液在短暂停留后，回流至主流活性污泥反应池。
在主流活性污泥反应池中，污泥浓度控制在5000mg/L以下；在侧流厌氧反应器中，污泥浓度控制在7500mg/L-15000mg/L；
如图2所示，图2示出了本发明的电化学预处理装置的结构示意图。电化学预处理通过电化学预处理装置实现，该电化学预处理装置包括至少一对电极单元，该电极单元采用钛基金属氧化物涂层电极板作为阳极，采用石墨电极板作为阴极；其中，钛基金属氧化物涂层电极板具体可采用钛基镀铱电极板；钛基金属氧化物涂层电极板和石墨电极板之间的间距为2cm-4cm；电化学预处理所采用的电流密度为10mA/cm2-100mA/cm2，通过对电极单元通电实现。
电化学处理过程在室温下进行，且电化学预处理装置设有搅拌功能，搅拌的转速为50rpm-250rpm。
通过本发明的污泥减量促进方法，可实现整个系统的污泥减量化，其中，产泥量是原有系统的55％-70％；同时，可实现电化学-厌氧和好氧消化耦合联用，可降低电化学能耗，侧流厌氧反应器操作简单且节约能耗和化学药品；本发明的污泥减量促进方法还可实现高效污水处理中的脱氮除磷反应。
为了使本发明的技术目的、技术方案以及技术效果更为清楚，以便于本领域技术人员理解和实施本发明，下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
实施例1
实施例1提出了一种电化学预处理污泥的方法，包括以下主要步骤：
(1)取香港西贡污水处理厂的二级沉淀池中的污泥，静置沉淀24h后，测得污泥挥发性悬浮固体为9700mg/L，pH为7.25。
(2)取步骤(1)中所得的污泥300mL，在利用4mm的过滤网过滤后，投入如图2所示的电化学预处理装置中，该电化学预处理装置分别采用钛基镀铱电极板和石墨电极板作为阳极和阴极(5cm×15cm)，两电极之间的间距为2cm，搅拌速率为100rpm。
(3)搅拌均匀后，对电化学预处理装置进行通电，从而对污泥进行电化学处理，其中电压分别为8V、10V、12V和15V，电化学处理的时间分别为0.5h、1h、1.5h和2h。
(4)检测污泥在电化学处理前和处理后的SCOD和污泥减量效果，检测结果参见图3-图6。
实施例2
实施例2提出了一种基于电化学协同好氧-沉淀-厌氧(EOSA)系统的污泥减量促进方法，包括以下主要步骤：
(1)将人工合成废水引入主流活性污泥反应池进行生化处理，通过主流活性污泥反应池里的活性污泥中的微生物作用去除其中的有机污染物和总氮；
(2)经生化处理后的废水进入二级沉淀池，停留沉淀后排出；二级沉淀池中沉淀的污泥抽取一部分作为回流污泥回流至主流活性污泥反应池，另取二级沉淀池中其他污泥的10％，经过15min的电化学预处理后，输送至侧流厌氧反应器中；其中，电化学预处理采用2对电极单元，该电极单元采用钛基镀铱电极板作为阳极，采用石墨电极板作为阴极；对电极单位通电，施加电压为15V，钛基镀铱电极板和石墨电极板之间的间距之间的间距为2cm，电化学处理过程在室温下进行；且电化学预处理过程中，还伴随有搅拌动作，搅拌的转速为100rpm。
(3)污泥经过电化学预处理进行溶胞作用后，污泥混合液在侧流厌氧反应器中短暂停留2.5d后，回流至主流活性污泥反应池。
该系统稳定运行100天，出水参数和污泥减量效果如图7-图10和表1所示。SCOD和总氮的去除率分别达到95％和67％；与对照AO(缺氧好氧)系统比较，污泥减量可达42％。
表1污泥减量效果
| 系统 | 污泥产率(g SS/g COD) | 污泥减量(％) |
| AO | 0.381 | — |
| EOSA | 0.222 | 42 |
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于电化学预处理的污泥减量促进方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、将污水引入主流活性污泥反应池进行生化处理，从而得到经生化处理的废水；
步骤S2、将经生化处理的废水引入二级沉淀池，经停留沉淀后排出；抽取二级沉淀池中沉淀的一部分污泥作为回流污泥回流至主流活性污泥反应池；抽取二级沉淀池中沉淀的另一部分污泥进行电化学预处理，然后输送至侧流厌氧反应器中，再回流至主流活性污泥反应池。
2.根据权利要求1所述的污泥减量促进方法，其特征在于，在步骤S1中，主流活性污泥反应池中具有活性污泥，通过活性污泥的微生物作用去除污水中的有机污染物并进行脱氮除磷。
3.根据权利要求1所述的污泥减量促进方法，其特征在于，在步骤S2中，回流污泥的内回流比为250％-400％。
4.根据权利要求1所述的污泥减量促进方法，其特征在于，在步骤S2中，被抽取进行电化学预处理的污泥的提取量占回流污泥的提取量的10％-100％。
5.根据权利要求4所述的污泥减量促进方法，其特征在于，在主流活性污泥反应池中，污泥浓度控制在5000mg/L以下；在侧流厌氧反应器中，污泥浓度控制在7500mg/L-15000mg/L。
6.根据权利要求4所述的污泥减量促进方法，其特征在于，在步骤S2中，电化学预处理所采用的电流密度为10mA/cm2-100mA/cm2。
7.根据权利要求6所述的污泥减量促进方法，其特征在于，在步骤S2中，电化学预处理通过电化学预处理装置实现，该电化学预处理装置包括至少一对电极单元，该电极单元采用钛基金属氧化物涂层电极板作为阳极，采用石墨电极板作为阴极；钛基金属氧化物涂层电极板和石墨电极板之间的间距为2cm-4cm；电化学预处理的时间持续5min-15min。
8.根据权利要求6所述的污泥减量促进方法，其特征在于，电化学预处理过程伴随有搅拌过程，搅拌的转速为50rpm-250rpm。
9.根据权利要求7所述的污泥减量促进方法，其特征在于，钛基金属氧化物涂层电极板采用钛基镀铱电极板。
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