CN114195339A

CN114195339A - 污泥碳源化回用同步污泥减量方法、装置及系统

Info

Publication number: CN114195339A
Application number: CN202111389832.3A
Authority: CN
Inventors: 彭云龙; 陈兆勇; 李玉山; 彭祖霆; 晏傲林
Original assignee: Shenzhen Municipal Water Environment Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Municipal Water Environment Technology Co ltd
Priority date: 2021-11-22
Filing date: 2021-11-22
Publication date: 2022-03-18
Anticipated expiration: 2041-11-22
Also published as: CN114195339B

Abstract

本发明提供了一种污泥碳源化回用同步污泥减量方法和系统以及内循环污泥碳源发生装置，是将厌氧、缺氧、好氧处理后且通过污泥浓缩池浓缩的泥浆，采用电子冲击波与溶胞剂藕合，以加速溶解泥浆中细菌的细胞并使菌体的胞内物质释放，然后通过电磁的分子排列后，再次对胞外聚合物结构破坏，使泥浆中微生物死亡、有机质分解，并使破碎后难降解片段和死亡微生物菌体的不断再分解，形成泥水混合液后，进入释碳控氮池水解并控制厌氧产酸过程中氨氮和磷的释放，作为碳源回流至厌氧处理池内为反硝化过程中微生物的营养物供微生物硝化代谢，最后进入好氧硝化段进行污泥减量处理。本发明同步实现了污泥资源化和过程减量，降低了污水处理成本。

Description

污泥碳源化回用同步污泥减量方法、装置及系统

技术领域

本发明属于城市污水处理技术领域，特别涉及一种城市污水处理过程中的利用污泥碳源回用实现的污泥减量方法及该方法采用的装置和系统。

背景技术

目前，市政污水处理厂低碳氮比污水脱氮除磷主要通过生物脱氮进行，即主要利用微生物的硝化反硝化反应实现脱氮。在城镇污水处理过程中，碳源是脱氮除磷的重要影响因素。由于国人的生活习惯，污水收集设施系统不健全，雨污合流排水体制改造不彻底等因素的影响，我国的城镇污水处理厂的生活污水进水浓度普遍偏低，导致碳源不足，脱氮除磷效果较差。另一方面国家法律法规对于污水厂出水水质要求日益严格，进一步激化了碳源不足和脱氮除磷对碳源需求的矛盾。现有传统生物脱氮所对应的理论碳氮比值为2.86kgBOD/kgN，但由于生物除磷过程也会消耗碳源，而且生产过程中还有其他变化因素，因此在实际的污水处理过程中对碳氮比的需求会高于理论值，当碳氮比低于5时，污水处理厂脱氮除磷的效率一般不会太高。考虑到碳源是制约脱氮除磷效率提高的关键因素，从碳源这项主要因素出发，具体应对方式可分为以下四种：(1)外加碳源，如甲醇、乙醇、乙酸钠、蔗糖、葡萄糖以及淀粉等；(2)改进原有工艺，充分利用原进水中的碳源；(3)研究探索对碳源需求较少的脱氮新工艺，并做相应工程化应用研究。

但以上的改进方法也存在一些问题，如脱氮新工艺的运行稳定性不佳，操作管理水平要求较高，实际应用较少；改进原有工艺投资成本较大且对原有工艺的影响有待进一步研究；外加碳源的费用较高，增加了污水处理厂的综合运行成本，同时外加的碳源也是有机资源，这在一定程度上造成了资源的浪费。

随着城市化进程的加快和污水处理事业的发展，污泥量也同步大幅增加。据统计，每处理1吨污水就会产生1.2L左右的湿污泥(80％的含水量)，这种污泥含有大量的有害物质(如病毒、有机物等)。针对在污水处理过程中产生的剩余污泥，我国传统的处理方法主要是后置污泥减量技术，具体涉及到弃用投海、填埋、焚烧和农业利用等几种处置方式，这几种处理方式不但增加了企业成本，也对环境造成了二次污染。那么在污水处理过程中，通过改变工艺的运行过程，或者采用一定的技术手段，在保证不影响出水水质的前提下，使剩余污泥的产量达到最小化，从而从根本上减少污泥产率的原位污泥减量技术，是最环保的污泥处理方案。因此，如何有效的实现原位污泥资源化、减量化，是亟待解决的难题。近年来，我国先后颁布了一系列关于城镇污水处理厂污泥处理处置的国家和行业标准，发布了《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策》、《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南》等，同时也明确了污泥处理处置的四个原则，即“减量化、稳定化、无害化、资源化”的原则。污泥减量技术是在剩余污泥处理处置领域的新概念和新要求，于20世纪的90年代才提出的，污泥减量和污泥减容本质上是不一样的，污泥减容是指减少污泥的容积，基本方法是从降低含水率方面展开，污泥本身的生物量基本没有发生太大改变。污泥减量则突出了过程性和根本性减量，通过物理、化学、生物等多种手段，使得污泥生化处理单元像系统外排出的生物固体总量的减少，是对剩余污泥的真正意义上的减量。

现有的原位污泥资源化、减量化技术，如《中国给水排水》2013年8月第29卷第15期的“基于微波法处理的源头污泥减量研究”一文中，公开的方法是：将污泥浓缩池流出的污泥，采用微波对其进行预处理，处理后的污泥与调节池的污水混合后进入曝气池，从而实现从源头上进行污泥减量。该方法的主要缺点是：(1)能耗高；(2)对设备的要求比较高；(3)工业化实施不易，推广利用程度不高。又如《甘肃科学学报》2014年2月第26卷第1期的“基于污水处理厂节能减排污泥减量化实验研究”一文，公开的方法是：利用臭氧将污泥破解后回流到曝气池被微生物降解，从而使得整个污水处理系统向外排放的剩余污泥量减少。该法的主要缺点是：(1)臭氧发生装置设备庞大；(2)制取臭氧的成本高，据初步估计，单位臭氧的耗电量就达20～25KWh/kgO3，在臭氧投加量为0.054gO3/gSS的情况下，每减量一吨干泥的运行成本为1356元；难以大规模应用。

因此，有必要解决上述现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，首先提供了一种污泥碳源化回用同步污泥减量方法，达到了污水处理厂的污泥碳源供应及污泥减量化效果。

本发明提供的一种污泥碳源化回用同步污泥减量方法，是将厌氧、缺氧、好氧处理且通过污泥浓缩池浓缩后的泥浆作为原材料，采用电子冲击波与溶胞剂藕合工作，以加速溶解泥浆中细菌的细胞并使菌体的胞内物质释放，再通过电磁的分子排列后，对胞外聚合物结构破坏，使泥浆中微生物死亡、有机质分解，并使破碎后难降解片段和死亡微生物菌体的不断再分解，形成泥水混合液后，进入释碳控氮池水解并控制厌氧产酸过程中氨氮和磷的释放，使所述泥水混合液作为碳源再回流至厌氧处理池内，为反硝化过程中微生物的营养物供微生物硝化代谢，最后再进入好氧硝化段进行污泥减量处理。

本发明还提供了一种内循环污泥碳源发生装置，包括混合罐、至少一破碎管、至少一电磁管和污泥泵，所述混合罐包括前混合罐和后混合罐，所述前混合罐上设有可与加药系统连接的加药管，所述前混合罐入口与进泥管连接，出口连接所述破碎管，所述破碎管上设有多个机械振子，所述电磁管设置于所述破碎管之间，与所述破碎管交替连接，最后一所述破碎管与所述后混合罐入口连接，所述后混合罐上设有可与加药系统连接的加药管，所述后混合罐出口与所述污泥泵连接。

本发明还提供了一种污泥碳源化回用同步污泥减量系统，具有上述所述的内循环污泥碳源发生装置。

本发明具有下述技术效果：

(1)本发明可以有效增强细胞的可降解性，加速胞内基质的释放，通过内循环污泥碳源发生装置中溶胞剂与电子冲击波耦合以及电磁的分子排列协同处理后的泥水混合液碳氮比和碳磷比分别高达777.63:1和1425:1，可以用作污水处理厂反硝化段的内碳源应用，同步实现了污泥资源化和过程减量；

(2)本发明通过内循环污泥碳源发生装置处理后的污泥浆再与絮凝剂混合，经高压板框机脱水，泥饼含水率可以控制在55％以下，实现了终端污泥减容减量；

(3)本发明采用内循环污泥碳源发生装置产生的碳源数量可观，处理后混合液回流到厌氧池作为碳源使用，有效降低了污水处理厂运营成本；

(4)本发明可在不影响出水水质的前提下，达到污泥的产量下降的效果，有效地解决后置污泥处理技术给环境带来的压力和影响；从污水厂源头实现了污泥减量，从而有效降低了剩余污泥处理成本；

(5)本发明只需把内循环污泥碳源发生装置设置成另一回路，即可与原污水处理系统融合，整个系统操作简便，工业化容易，便于推广应用。

本发明适用于城市污水处理厂污泥减量化处理，特别适用于污水处理工艺为A2/O工艺中的污泥减量，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明内循环污泥碳源发生装置示意图；

图2A、图2B为本发明内循环污泥碳源发生装置中的破碎管结构示意图；

图3为本发明内循环污泥碳源发生装置中的电磁管结构示意图；

图4A为本发明污泥碳源化回用同步污泥减量系统实施例1示意图；

图4B为图4A的对比例1示意图；

图5A为本发明污泥碳源化回用同步污泥减量系统实施例2示意图；

图5B为图5A的对比例2示意图；

图6A为本发明污泥碳源化回用同步污泥减量系统实施例3示意图；

图6B为图6A的对比例1示意图。

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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

污泥是污水处理过程中产生的固体废物。随着污水处理厂处理量和处理程度的不断扩大和提高，污泥的产生量大幅度地增加。污水处理后的污泥中含有大量的有机物，如蛋白质、油脂和脂肪、纤维素、半纤维素和木质素等。其中的碳水化合物可被微生物用作生物活动的能源和碳源，碳水化合物分解路线为：碳水化合物→有机酸→单糖→CO₂+微生物多糖+能量。

根据污泥中有机物降解的相对速率不同，可将其分为易生物降解中等可生物降解和难生物降解有机物，污泥的可生化度即为污泥中可被生物降解的有机物含量。一般污泥厌氧消化，生化度为40％～45％，好氧消化生化度为25％～30％。

通过强化细菌的隐性生长(cryptic growth)也可以达到污泥减量的目的。所谓隐性生长是指细菌利用衰亡细菌所形成的二次基质生长，整个过程包含了溶胞和生长。利用各种溶胞方法，可使细菌能够迅速死亡并分解成为基质再次被其他细菌所利用，促进细胞溶解，增大细胞衰减速率，这样可以降低剩余污泥的产量。

本发明将已经过厌氧、缺氧、好氧处理后的污泥浓缩池内的泥浆作为原料，使泥浆在电子冲击波与溶胞剂在装置藕合工作，泥浆首先与溶胞剂混合，然后泥浆颗粒在第一级电子冲击波击碎后，颗粒变小、数量增多，提高溶胞剂的溶胞效率，溶胞剂使泥浆中的细菌细胞壁脂蛋白发生交联，和胞壁磷酸中的脂联残基形成侧链，阻碍微生物对营养物质的吸收和废物的排出，使泥浆中的有机物溶胞分解，泥浆中的微生物细胞壁或胞外聚合物(EPS)在机械压力的作用下破碎、裂解，释放出细胞内物质到污水中；然后采用第二级压力溶胞方式，利用磁场对微生物的作用，由电子冲击波和电磁磁化交替作用，通过电磁的分子排列后，再一次对胞外聚合物结构破坏，促进破碎后难降解片段和死亡微生物菌体的不断再分解，并将难降解片段(细胞壁残余物)和死亡微生物菌体消除，再利用溶胞剂或污泥脱水剂对泥浆再次进行氧化裂解，形成泥水混合液。此时，泥水混合液作为微生物代谢的底物，进入释碳控氮池内水解，控制池内厌氧产酸过程中氨氮和磷的释放，使泥水混合液作为碳源从释碳控氮池再回流至厌氧、缺氧、好氧池中，池中微生物利用这种衰亡细胞溶解形成的二次基质强化细菌的隐性生长，使池内微生物细胞残留物减少，以改善污泥的沉降性能和污泥的脱水性能，从而降低污泥的表观产率，同步实现了污泥资源化和过程减量。本发明采用溶胞剂、冲击波、磁化协同配合，作用于泥浆上，可使泥浆中的有机物溶胞分解，泥浆中溶解性COD大幅升高，再经过释碳控氮池进行水解并控制厌氧产酸过程中氨氮和磷的释放，让生物转化VFAs在后续的厌氧段完成发酵转化的VFAs作为微生物的营养物，其中，泥水混合液中未分解的含碳有机物再经过投加0.01-0.05mg/L投加嗜热菌加速转化，作为碳源回流至至厌氧、缺氧、好氧处理池内，作为反硝化过程中微生物的营养物供微生物硝化代谢、消耗，减少了剩余污泥的量，从而同步实现了污泥资源化和过程减量。

上述方法中，所述的溶胞剂包括下述重量份的原料：氧化剂10-20：消毒剂20-30；稳定剂：2-5；交联剂：2-5。其中，所述的氧化剂选用浓度为10-30％的过氧化氢；所述的杀菌剂选用浓度为10-30％的冰醋酸；所述的稳定剂选用浓度为1-20％的癸炔二醇或1-20％的聚氧乙烯脂肪醇醚；所述交联剂选用浓度为1-20％的戊二醛。所述溶胞剂的投入量是按溶胞剂的体积与污泥浆的干质量(MLSS)＝PAA/MLSS(mg/g)计算，加入量为0.5-0.8mg/gMLSS。

过氧化氢是一种强氧化剂，分解后产生OH基、活性氧衍生物等各种自由基，破坏微生物的通透性屏障、蛋白质、氨基酸、酶和DNA等导致微生物死亡，但受环境因素和有机物影响比较大，对铜、不锈钢、镀锌铁等有腐蚀性，消毒有效作用时间短。

冰醋酸(乙酸)可使菌体蛋白质变性、凝固，与过氧化氢结合通过氧化还原反应,先破坏芽胞的通透性屏障，进而破坏和溶解核心，使DNA、蛋白质等物质破坏漏出，引起芽胞死亡，而且芽胞核心也有破坏或溶解,其反应副产物大部分可以作为反硝化段微生物的营养物，能大幅提高碳氮比值，反应后的泥水混合液作为碳源再经过厌氧反硝化与好氧硝化段的微生物消耗，以减少剩余污泥的量。

脂肪醇聚氧乙烯醚或癸炔二醇作为表面活性剂，水溶性较好，可降低污泥液相动态表面张力和粘附性，且具有较好的消泡性，稳定性较高，易于生物降解。

戊二醛是一种高效消毒剂，具有广谱、高效、安全低毒的特点，可以和胞壁脂蛋白发生交联、和胞壁磷酸中的脂联残基形成侧链，从而封闭细胞壁，阻碍微生物对营养物质的吸收和废物的排出，作用于菌体蛋白的疏基、羟基、羧基和氨基，引起蛋白质凝固造成细菌死亡。戊二醛对金属腐蚀性小，对设备无损伤，受有机物影响小，杀菌能力不受到外界环境的影响，稳定性好，可以杀灭一切微生物。

过氧化氢作为强氧化剂与杀菌剂冰醋酸结合，辅以戊二醛作为蛋白质凝固剂，复配后形成醛与乙酸过氧化物，可增强杀菌作用，同时采用脂肪醇聚氧乙烯醚或癸炔二醇以增强复合过氧化物的稳定性，有效解决了单一成分的消毒、杀菌剂在实际使用中受到本身性质、环境温度、有机物存在、pH值等的影响时存在消毒效果不理想或使用、存放不安全、不稳定的缺点。本发明溶胞剂各组分互相协同配合，主要是利用其破坏和溶解细胞，使DNA、蛋白质等物质破坏溶出功能，同时解决采用过氧乙酸溶胞存在的使用时效短、存放稳定性差和存放安全性问题。

上述溶胞剂的制备方法，包括下述步骤：

S1将氧化剂(浓度为10-30％的过氧化氢)和去离子水按照重量比1:5-20均匀搅拌制成混合液A；

S2将杀菌剂(浓度为10-30％的冰醋酸)和稳定剂(浓度为1-20％的癸炔二醇或1-20％的聚氧乙烯脂肪醇醚)按照重量份均匀搅拌制成混合液B；

S3将混合液A与混合液B均匀搅拌制成混合液C；

S4向混合液C中按重量份加入交联剂(浓度为1-20％的戊二醛)，搅拌均匀，制得液态辅助溶胞剂。

本发明溶胞剂通过氧化裂解作用导致疏松型胞外聚合物(EPS)破坏、释放，降低含水污泥固液间的界面张力和粘附性，改变和破坏固体颗粒与有机质间的稳定结构，而且可以杀灭微生物，起到除臭的作用。

本发明上述方法中，采用溶胞剂协同一定强度的电子冲击波施于泥浆时，电子冲击波首先改变泥浆中溶解态和颗粒态物质的大小和特性，泥浆中颗粒态物质变小可以有效增强溶胞剂对细胞的可降解性，加速胞内基质的释放。然后，通过冲击波在传送过程中对泥浆中的液相施压，可使处于液相的分子间振动距离大于保持液相作用的临界分子间距，从而撕开液相，破坏液相结构的完整性，使浆体中的液相形成很小的气泡或微气核(称为空化核)。这些空化核与先前存在于浆体中的一些小气泡瞬间破灭，使附着于细胞表面的胞外聚合物(EPS)结构破坏，泥浆絮体中的高分子有机物发生断键现象以及部分细胞物质溶出进入水相，实现溶胞-隐性生长。空化核和小气泡溃灭时将产生瞬时的局部高温和高压，并能形成强烈的冲击波和速度大于100m/s的微射流；而且进入空化气泡的水蒸汽分子，在冲击波作用下生成自由基H·和HO·发生热分解反应，还可以起挥发性疏水物质的热分解作用，细胞膜中的受热易分解的脂类溶解，使膜产生小孔，细胞内含物流出，导致污泥破解，水相中溶解性化学需氧量(SCOD)增加。进一步地，泥浆通过电子冲击波破碎、裂解后，加入到磁化区中，通过电磁磁场对有机分子重新排列作用，促进破碎后难降解片段和死亡微生物菌体的不断再分解，同时磁化过程中产生的高活性酶，随污泥在后续进入释碳控氮池，刺激释碳控氮池中的优势嗜热菌再生活化，并将难降解片段(细胞壁残余物)和死亡微生物菌体消除，可使处理后的泥水混合液碳氮比和碳磷比分别高达777.63:1和1425:1。

具体地，所述电子冲击波工作参数为：冲击波频率为10-18kHz，波能密度为0.1-0.8W/mL，作用时间为60-120秒；磁场强度为7000—15000GS。

由于城市污水厂剩余污泥的厌氧产酸发酵液中含有大量的短链挥发性脂肪酸，如乙酸、丙酸等，可以作为一种经济有效的内源碳源被反硝化过程优先利用，然而，在厌氧发酵的过程产生挥发酸的同时，有一定量的氨氮和磷的释放，因此，必须对厌氧产酸过程进行有效控制氨氮和磷的释放。影响厌氧产酸过程的因素主要包括碳氮比、pH、温度、HRT以及负荷等。水解酸化主要体现在可以促进固相和大分子的有机物分解为溶解性的小分子有机物，使得厌氧发酵迅速进行到产酸阶段，从而提高产酸速率和产酸量，通过冲击波破碎后出来的泥浆主要包括污泥中微生物溶胞、死亡后释放的有机碳及微生物合成的可降解聚合物等，泥浆进入释碳控氮池进行水解并控制酸化，让生物转化VFAs在后续的厌氧段完成。本发明可在释碳控氮池内设置嗜热菌投加装置，通过加菌泵投加嗜热菌，优势嗜热菌在适宜条件下分泌的活性胞外酶(主要为蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶)的生物溶胞作用达到对污泥短时高效地溶解，使污泥TCOD(包括长链蛋白质、淀粉和脂肪等)转变为SCOD，提高碳氮比。此时的泥浆里因包括双氧水和戊二醛，含有部分氧气，是不能直接去厌氧池的，需要在释碳控氮池释放少量氧气。另外，传统的厌氧发酵在通常需要反应3-6天完成，发酵时间长对产酸量略有提高，但是由于有机质不断的水解，VFAs/SCOD反而降低，所以本发明设置释碳控氮池的作用是脱氧水解并控制氨氮和磷的释放，让产酸阶段在后面进入厌氧池时完成。具体地，所述释碳控氮池的径高比为1：1.5-2，HRT为2-8小时，pH控制在7-10之间，温度在30-45℃之间，加菌泵投加嗜热菌量为0.01-0.05mg/L。

进一步地，泥浆经电子冲击波破碎后，可再通过电子束加速器辐射进一步使污泥中微生物死亡、有机质分解。高能电子束辐照时，射线直接作用于细菌的遗传物质，使细菌死亡，而且也可使泥浆中有机污染物结构遭到破坏，分解泥浆中的有机物，使泥浆中H₂O分子产生自由基，自由基通过与微生物和有机物反应导致微生物死亡和有机物分解。这样可迅速降低细菌数量急和有毒化学物质的含量。同时由于辐照后泥浆的絮状结构遭到破坏，达到替代投加溶胞剂的效果。所述电子束加速器有效功率为15-20kW一组，视处理量需要选择组数并列使用。可以理解地，本发明可以采用投加溶胞剂或电子束加速器辐射两种模式替换，可以根据投加溶胞剂或电子束加速器辐射两种模式的能耗指标由用户选择，在用户只考虑效率而不考虑能耗的情况下，也可以采用投加溶胞剂和电子束加速器辐射协同工作模式。

参见图1，基于上述方法，本发明提供了一种内循环污泥碳源发生装置1，包括：进泥管101、前混合罐105A和后混合罐105B、至少一破碎管107、至少一电磁管108和污泥泵110，所述进泥管101与污泥浓缩池连接，其上设有污泥浓度计102、压力表103和污泥流量计104，用于检测泥浆进入进泥管101时的压力流量以及泥浆的浓度。进泥管101末端连接前混合罐105A，前混合罐105A上设有加药管106，前混合罐105A可通过前端加药管106将溶胞剂定量投放，使泥浆与溶胞剂在前混合罐105A内形成初步的涡流混合，使溶胞剂作用于泥浆上，通过氧化裂解使疏松型胞外聚合物破坏、释放，降低含水污泥固液间的界面张力和粘附性，改变和破坏固体颗粒与有机质间的稳定结构，以大大降低含水污泥脱水处理后的含水率，而且可以杀灭微生物。所述前混合罐105A连接破碎管107，所述破碎管107可分设三个，分别通过两个电磁管108首尾交替连接形成泥浆破碎和磁化处理时的通道。参见图2A、图2B，所述破碎管107包括多边形管体1071，管体1071外壁上设有多个机械振子1072，通过机械振子1072的振动产生的冲击波对流经破碎管107内的泥浆产生冲击力，使泥浆颗粒碎裂、分解，溶解出更多的微生物细胞，破坏菌胶团结构，使其中的水溶解更多出来。机械振子1072通过固定件1073固定在管体1071上，各机械振子1072通过电源线1074与电源16连接。参见图3，所述电磁管108中间部分为直管，两端为弯管结构，通过法兰与破碎管107连接。电磁管108中间部分的外壁分别相对设有电磁N极1083和电磁S极1084，通过电源线1085外接电磁电源17，使电磁管108中间通道形成电磁反应区1082，对破碎后的泥浆进一步作磁化处理，第三破碎管107尾端接后混合罐105B,后混合罐105B可作为预留的混合罐，该后混合罐105B上设有后端加药管113和出泥采样管109，后端加药管113可将现有技术污泥脱水剂投放在后混合罐105B内，所述后混合罐105B通过管路连接污泥泵10，可将后混合罐105B内的污泥泵出。预留的后混合罐105B配合板框机是使用于终端污泥脱水之用，后混合罐105B与污泥脱水剂混合，使泥浆在溶胞分解、破碎和磁化交替作用后配合污泥脱水剂使用，从而提高污泥的脱水性能，使污泥终端处理时，泥饼的含水率可以降至55％以下，其压滤液仍然可以作为碳源使用。

上述本发明提供的内循环污泥碳源发生装置1，将污泥浓缩池送出的泥浆与投加到前混合罐105A中溶胞剂混合，可使污泥中的有机物溶胞开始分解，同时杀灭污泥中的细菌及微生物，初步处理的泥浆进入破碎管107内，利用破碎管107上的机械振子1072的振动，使泥浆中的颗粒碎裂、细化，增加溶胞剂对污泥的渗透和溶胞的分解，使液相中溶解性大幅升高，再通过电磁磁化促进破碎后难降解片段和死亡微生物菌体的不断再分解，以将难降解片段和死亡微生物菌体消除。而且经内循环污泥碳源发生装置1处理后的泥水混合液中，泥水混合液中未分解的含碳有机物再经过投加0.01-0.05mg/L投加嗜热菌加速有机质转化后，作为碳源回流至至厌氧、缺氧、好氧处理池内，作为反硝化过程中微生物的营养物供微生物硝化代谢，消耗，减少了剩余污泥的量，可解决碳源不足的问题，既可以达到污泥减量的目的，又可以降低污泥减量成本。

作为本发明内循环污泥碳源发生装置1的进一步设计，还可包括最少一组电子束加速器118，在用户只考虑效率而不考虑能耗的情况下也可以采用前混合罐105A和后混合罐105B内投加溶胞剂和电子束加速器118辐射协同工作模式。污泥泵110出口接管道111，该管道111穿越电子束加速器118，污泥泵110泵出的污泥通过管道111送入电子加速器118内，通过电子束加速器118辐射进一步使污泥中微生物死亡、有机质分解。

基于上述内循环污泥碳源发生装置1，本发明还提供了污泥碳源化回用同步污泥减量系统，包括厌氧池202、缺氧池203、好氧池204、二沉池206、污泥浓缩池212、内循环污泥碳源发生装置1和释碳控氮池213，污水经预处理后通过进水管201进入厌氧池202内，利用池内厌氧菌的作用,使污水中的有机物发生水解、酸化和甲烷化,以去除废水中的有机物,并提高污水的可生化性,有利于后续的好氧处理。污水经厌氧处理后，进入缺氧池203内进行反硝化，去除硝态氮处理，同时去除部分BOD，然而再进入好氧池204，好氧池204连接鼓风机205，通过鼓风机205，使好氧池204内产生曝气，让活性污泥进行有氧呼吸,进一步把有机物分解成无机物，去除污染物。好氧处理完成后，污水进入二沉池206内，使污泥分离，上清液进入消毒池207内消毒后，由排放管208排放，浓缩后的活性污泥进入污泥浓缩池212内，浓缩后的泥浆送入内循环污泥碳源发生装置1中的进泥管101内，然后进入前混合罐105A内，前混合罐105A通过前端加药管106与加药系统210连接，溶胞剂制备后投入加药系统210内，通过与加药系统210连接的加药泵211，经前端加药管106送入前混合罐105A内，与进泥管101送入的泥浆涡流混合，使泥浆中的有机物溶胞分解，然后通过多段破碎管107和电磁管108重新进行分子排列后再交叉粉碎、裂解和磁场对微生物的作用，使破碎后难降解片段和死亡微生物菌体的不断再分解，然后再进入后混合罐105B，通过利用其破坏和溶解细胞，使DNA、蛋白质等物质破坏溶出功能，形成泥水混合液后，选择性再通过污泥泵110送入电子束加速器118辐射处理。经内循环污泥碳源发生装置1处理后的泥水混合液，进入释碳控氮池213内，释碳控氮池213内设置有嗜热菌投加装置2131，通过加菌泵投加嗜热菌，控制氨氮和磷的释放，然后通过污泥回流泵214作为碳源回流至前端的厌氧池202内，作为反硝化过程中微生物的营养物供微生物硝化代谢，与通过进水管201进入厌氧池202的污水一起，经缺氧池203、好氧池204、二沉池206，二沉池206内的泥浆进入污泥浓缩池212浓缩后，其内的上清液可通过209排出至污水厂的调节池，污泥浓缩池212的泥浆再次进入内循环污泥碳源发生装置1循环处理，待污泥浓缩池212底部的污泥达到一定的量后，通过污泥螺杆泵215，由输送管206输送至污泥脱水系统板框压滤机压滤。

下面的实施例展示了本发明内循环污泥碳源发生装置1及污泥碳源化回用同步污泥减量系统的应用效果。

实施例1：

本实施例1为本发明污泥碳源化回用同步污泥减量系统与现有技术(对比例1)在污泥减量方面应用的技术效果对比。

深圳市某污水处理厂A2/O工艺，每天处理市政污水100000立方，其浓缩池产生的污泥平均含水率为97％，悬浮物浓度(MLSS)平均含量为35g/L。现将本实施例1和对比例1分别处理50000立方进行对照。

图4A为本实施例1污泥碳源化回用同步污泥减量系统示意图，采用内循环污泥碳源发生装置1进行污泥减量处理，并使泥水混合液作为碳源回用，其设备参数为：设备总功率为50KW,其总污泥泵及其它为5.50KW,破碎管107冲击波功率为45.5KW,每小时处理污泥浓缩池212的污泥浆20吨。污泥浓缩池212的污泥平均含水率为97％，悬浮物浓度(MLSS)平均含量为35g/L，

污水由进水管201进入，经过厌氧池202、好氧池203、缺氧池204、二沉池206、污泥浓缩池212等处理后的泥浆通过本实施例1之进泥管101向前混合罐105A内加入有效浓度为10％的104mg/L溶胞剂，按照溶胞剂体积比干污泥的质量为0.297mg/gMLSS的比例，将溶胞剂通过前加药管106加入到前混合罐105A内，与泥浆在前混合罐105A内混合。混合完成后，泥浆进入第一段破碎管107内，利用机械振子1072对管内泥浆进行破碎处理，所述冲击波的波能密度为0.247W/mL，频率为18kHz，作用时间为90s。然后进入电磁管108内进行磁化处理，磁场强度为10000GS。泥浆继续流动，由冲击波和磁化处理交替完成后，形成泥水混合液，通过污泥泵10送入电子束加速器118辐射处理，再送入释碳控氮池213内，然后由污泥回流泵214泵入厌氧池202内进入下一循环。所述电子束加速器118的主要参数为：功率20KW,辐照剂量在1～10kGy之间，泥浆流层厚度控制在0.3～1.00cm。

图4B为对比例1系统示意图，与本实施例1相比，无本发明内循环污泥碳源发生器装置1。

由污水处理厂统计的该厂本实施例1和对比例1污水污泥处理情况如表1-1和表1-2所示，本实施例1处理后污泥和对比例1污泥成分如表1-3和表1-4所示。从表1-1中可看出，本实施例1在2020年1～12月，实际污水处理量18277020立方，月平均污水处理量1523085立方，平均污泥浓度MLSS为2987.42mg/L，月平均排泥量923.75t(湿污泥含水率80％计)，产泥率平均为0.94吨绝干泥/万吨污水，碳源平均为406.25公斤/万吨污水；从表1-2中可看出，对比例1在2020年1～12月，实际污水处理量16287450立方，月平均污水处理量1357288立方，平均污泥浓度MLSS为3535.33mg/L，排泥量1253.08t(湿污泥含水率80％计)，产泥率平均为1.85吨绝干泥/万吨污水，碳源平均为804.58公斤/万吨污水；每处理万吨污水所产生污泥，本实施例1比对比例1减少排泥量0.91吨绝干泥，减少比例为49.19％；实现每天绝干污泥减量4.55吨，按照污泥处置(含水率60％，处置费用300元)相当于每年节约1245562元。每处理万吨水所需碳源，本实施例1比对比例1减少用量398.33公斤，减少比例为49.51％；按照葡萄糖碳源(有效含量78％、单价2000元/吨)比较可以每年节省2907809元。

从表1-3、表1-4中可看出，本实施例1在2020年1～12月，平均有机质(％)是34.50，对比例1的平均有机质(％)是45.11，本实施例1比对比例1平均有机质(％)降低10.61，降低比例为23.52％；本实施1的平均SCOD(mg/L)是2978.33，对比例1的平均SCOD(mg/L)是784.92，本实施例1比对比例1平均SCOD(mg/L)升高2193.41，升高比例为279.44％；本实施例1的平均TN(％)是3.83，对比例1的平均TN(％)是2.89，本实施例1比对比例1平均TN(％)升高0.94，升高比例为32.52％；本实施例1的平均TP(％)是2.09，对比例1的平均TP(％)是1.73，本实施例1比对比例1平均TP(％)升高0.36,升高比例为20.81％。其通过内循环污泥碳源发生装置1处理后的泥水混合液碳氮比和碳磷比高达777.63:1和1425:1。

表1-1本实施例1污水处理厂污泥产量

表1-2对比例1污水处理厂污泥产量

表1-3实施例1污水厂浓缩池污泥浆成份

表1-4对比例1污水厂浓缩池污泥浆成份

实施例2：

本实施例2为本发明污泥碳源化回用同步污泥减量系统与现有技术(对比例2)在污泥减量方面应用的技术效果对比。

以深圳市某污水处理厂A2/O工艺中浓缩池产生的污泥，选取每天产生的浓缩污泥1000m³，其浓缩污泥平均含水率为98％，悬浮物浓度(MLSS)平均含量为24g/L，将本实施例2和对比例2分别处理500m³进行对照。

图5A为本实施例2污泥碳源化回用同步污泥减量系统示意图，采用内循环污泥碳源发生装置1进行污泥减量处理，并使50％泥水混合液作为碳源回用，其设备参数为：设备总功率为50KW,其中污泥泵及其它为5.50KW,破碎管107冲击波功率为45.5KW,每小时处理污泥浓缩池的污泥浆10吨。

污水由进水管201进入，经过厌氧池202、好氧池203、缺氧池204、二沉池206、污泥浓缩池212等处理后的泥浆通过本实施例1之进泥管101向前混合罐105A内加入有效浓度为20％的104mg/L溶胞剂，按照溶胞剂体积比干污泥的质量为0.867mg/gMLSS的比例，将溶胞剂通过前加药管106加入到前混合罐105A内，与泥浆在前混合罐105A内混合。混合完成后，泥浆进入第一段破碎管107内，利用机械振子1072对管内泥浆进行破碎处理，所述冲击波的波能密度为0.247W/mL，频率为18kHz，作用时间为90s。然后进入电磁管108内进行磁化处理，磁场强度为10000GS。泥浆继续流动，由冲击波和磁化处理交替完成后，形成泥水混合液，通过污泥泵10送入释碳控氮池213内，然后，泥水混合液50％由污泥回流泵214回流到厌氧池202内进入下一循环，50％送到板框压滤机组进一步脱水。

图5B为对比例2系统示意图，污水从进水管201依次进入厌氧池202、好氧池203、缺氧池204、二沉池206、污泥浓缩池212等处理后，直接通过污泥螺杆泵215和输送管216送至板框压滤机组进一步脱水。

由污水处理厂统计的该厂本实施例2污泥浓缩池泥浆和对比例2污泥浓缩池泥浆情况如表2-1和表2-2所示。从表2-1中可看出，本实施例2在2020年1～12月，月平均泥水处理量7580.17立方，平均污泥浓度MLSS为2133.50mg/L，平均有机质(％)是37.69，平均TN(％)是3.53，平均TP(％)是1.82，平均SCOD(mg/L)是1593.92；从表2-2中可看出，本实施例1在2020年1～12月，月平均泥水处理量15357.58立方，平均污泥浓度MLSS为2450.67mg/L，平均有机质(％)是34.68，平均TN(％)是3.13，平均TP(％)是1.65，平均SCOD(mg/L)是773.42。本实施例2中处理的污泥浆混合液50％作为碳源补充，回流到厌氧池，污水处理系统碳源使用量为609.42公斤/万m3污水，对比例2污水处理系统碳源使用量为815.08公斤/万m3污水，对比可以看到，本实施例2比对比例2实现碳源万吨水用量降低205.66公斤，降低比例为25.23％。

表2-1污泥浓缩一池泥浆情况

表2-2污泥浓缩二池泥浆情况

实施例3：

本实施例3为本发明采用内循环污泥碳源发生装置1配合市场采购TS-828污泥脱水剂协同与现有技术采用TS-828污泥脱水剂调理(对比例3)在污泥减量方面应用的技术效果对比。

以深圳市某污水处理厂A2/O工艺中浓缩池产生的污泥，选取每天产生的浓缩污泥1500m³，其浓缩污泥平均含水率为96％，悬浮物浓度(MLSS)平均含量为43g/L，本实施例3和对比例3分别处理750m³进行对照。

图6A为本实施例3采用内循环污泥碳源发生装置1进行污泥减量处理示意图，其设备参数为：设备总功率为50KW,其中污泥泵及其它为5.50KW,破碎管107冲击波功率为45.5KW,每小时处理污泥浓缩池212的污泥浆25吨。

污水由进水管201进入，经过厌氧池202、好氧池203、缺氧池204、二沉池206、污泥浓缩池212等处理后的泥浆通过本实施例1之进泥管101向前混合罐105A内加入有效浓度为20％的104mg/L溶胞剂，按照溶胞剂体积：干污泥的质量为0.484mg/gMLSS的比例，将溶胞剂通过前加药管106加入到前混合罐105A内，与泥浆在前混合罐105A内混合。混合完成后，泥浆进入第一段破碎管107内，利用机械振子1072对管内泥浆进行破碎处理，所述冲击波的波能密度为0.247W/mL，频率为19kHz，作用时间为90s。然后进入电磁管108内进行磁化处理，泥浆继续流动，由冲击波和磁化处理交替完成后，送至后混合罐105B，与后混合罐105B内加入市场采购TS-828污泥脱水剂混合，形成泥水混合液，送到板框压滤机组进一步脱水。

图6B为对比例3系统示意图，污水从进水管201依次进入厌氧池202、好氧池203、缺氧池204、二沉池206、污泥浓缩池212等处理后，直接通过污泥螺杆泵215和输送管216送至板框压滤机组进一步脱水。

板框污泥压滤机组参数

板框型号	X16AZGFEQ400/2000-UK	品牌	兴源
				过滤面积	400m<sup>2</sup>	滤室总面积	6900L
过滤压力	≤1.0MPa	压榨压力	≤1.6MPa

由污水处理厂提供的本实施例3板框压滤机组和对比例3板框压滤机组污泥运行处理情况见表3-1和表3-2所示。从表3-1中可看出，本实施例3在2020年1～12月，月平均浓缩污泥处理量22409.33立方，平均污泥浓度MLSS为3277.75mg/L，月平均排泥量2186.83t(湿污泥含水率80％计)，产泥率平均为195.16t绝干泥/万吨浓缩污泥，泥饼平均含水率49.41％；从表3-2中可看出，对比例3在2020年1～12月，月平均污水处理量22454.25立方，平均污泥浓度MLSS为4347.33mg/L，排泥量4816.50t(湿污泥含水率80％计)，产泥率平均为429.01t绝干泥/万吨浓缩污泥；泥饼平均含水率59.82％。

由污水处理厂提供本实施例3板框压滤机组和对比例3板框压滤机组所产泥饼情况见表3-3和表3-4所示。从表3-3中可看出，本实施例3在2020年1～12月，月平均污泥产泥量864.75t，平均污泥含水率为49.42％，平均污泥厚度1.61cm，泥饼产率平均为3.86％；从表3-2中可看出，对比例3在2020年1～12月，月平均污泥产泥量2397.58t，平均污泥含水率为59.82％，平均污泥厚度1.95cm，泥饼产率平均为10.68％。

本实施例3板框压滤机组日均产生绝干污泥14.6t，出厂污泥29.2t(含水率50％)；对比例3框压滤机组基于原有工艺下，日均产生绝干污泥30t，出厂污泥75t(含水率60％)。对比可以看到，本实施例3比对比例3日均减少外运污泥处置量45.8t，日均减少处置费(300元/吨)13740元，年均减少处置费5015100元；全部产线经改造后，年均减少外运污泥处置量33434t，年均减少处置费10030200元。

表3-1污水处理厂实际污泥产量(实施例3板框压滤机组)

表3-2污水处理厂实际污泥产量(对比例3板框压滤机组)

表3-3泥饼数据汇总(实施例3板框压滤机组)

表3-4泥饼数据汇总(对比例3板框压滤机组)

本发明的上述实施例所示仅为本发明较佳实施例之部分，并不能以此局限本发明，在不脱离本发明精髓的条件下，本领域技术人员所作的任何修改、等同替换和改进等，都属本发明的保护范围。

Claims

1.一种污泥碳源化回用同步污泥减量方法，其特征在于，将厌氧、缺氧、好氧处理且通过污泥浓缩池浓缩后的泥浆作为原材料，采用电子冲击波与溶胞剂藕合工作，以加速溶解泥浆中细菌的细胞并使菌体的胞内物质释放，再通过电磁的分子排列后，对胞外聚合物结构破坏，使泥浆中微生物死亡、有机质分解，并使破碎后难降解片段和死亡微生物菌体的不断再分解，形成泥水混合液后，进入释碳控氮池水解并控制厌氧产酸过程中氨氮和磷的释放，使所述泥水混合液作为碳源再回流至厌氧处理池内，为反硝化过程中微生物的营养物供微生物硝化代谢，最后再进入好氧硝化段进行污泥减量处理。

2.如权利要求1所述的污泥碳源化回用同步污泥减量方法，其特征在于，所述溶胞剂包括下述重量份的原料：氧化剂10-20：消毒剂20-30；稳定剂：2-5；交联剂：2-5；所述溶胞剂加入量为0.5-0.8mg/gMLSS。

3.如权利要求2所述的污泥碳源化回用同步污泥减量方法，其特征在于，所述的氧化剂选用浓度为10-30％的过氧化氢；所述的杀菌剂选用浓度为10-30％的冰醋酸；所述的稳定剂选用浓度为1-20％的癸炔二醇或1-20％的聚氧乙烯脂肪醇醚；所述的交联剂选用浓度为1-20％的戊二醛。

4.如权利要求1所述的污泥碳源化回用同步污泥减量方法，其特征在于，所述污泥采用所述电子冲击波与溶胞剂藕合，通过电磁的分子排列后再次以电子冲击波与溶胞剂对胞外聚合物结构破坏，然后通过电子束加速器辐射进一步使污泥中微生物死亡、有机质分解。

5.如权利要求4所述的污泥碳源化回用同步污泥减量方法，其特征在于，所述电子冲击波频率为10-18kHz，波能密度为0.1-0.8W/mL，作用时间为60-120秒，磁场强度为7000—15000GS。

6.如权利要求1-5任一项所述的污泥碳源化回用同步污泥减量方法，其特征在于，在所述释碳控氮池内按0.01-0.05mg/L投加嗜热菌，并控制池内pH值在7-10之间，温度在30-45℃之间，释碳控氮池径高比为1：1.5-2，HRT为2-8小时。

7.一种内循环污泥碳源发生装置，其特征在于，包括混合罐、至少一破碎管、至少一电磁管和污泥泵，所述混合罐包括前混合罐和后混合罐，所述前混合罐上设有可与加药系统连接的加药管，所述前混合罐入口与进泥管连接，出口连接所述破碎管，所述破碎管上设有多个机械振子，所述电磁管设置于所述破碎管之间，与所述破碎管交替连接，最后一所述破碎管与所述后混合罐入口连接，所述后混合罐上设有可与加药系统连接的加药管，所述后混合罐出口与所述污泥泵连接。

8.根据权利要求7所述的内循环污泥碳源发生装置，其特征在于，还包括电子束加速器，所述电子束加速器与所述污泥泵通过管路连接。

9.一种污泥碳源化回用同步污泥减量系统，其特征在于，包括权利要求7或8所述的内循环污泥碳源发生装置。

10.如权利要求9所述的污泥碳源化回用同步污泥减量系统，其特征在于，还包括依序连接的厌氧池、缺氧池、好氧池、污泥浓缩池，所述内循环污泥碳源发生装置入口与所述污泥浓缩池连接，所述内循环污泥碳源发生装置出口连接释碳控氮池入口，所述释碳控氮池出口连接所述厌氧池。