專利名稱：超聲—磁場耦合破解污泥使污泥減量化的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于固體廢物處理領域，涉及一種用超聲波技術和磁場技術協(xié)同破解污
泥，破解后的污泥通過回流至好氧生化池，或者流入?yún)捬跸蓿瑥亩鴮崿F(xiàn)污泥減量化的方法。
背景技術：
隨著工業(yè)和城市化的發(fā)展，大量的污水(包括生活污水和工業(yè)廢水)排入水體造 成了巨大的污染，為了遏制水污染的進一步加劇，我國大中城市陸續(xù)建造了污水處理廠，其 中大多利用活性污泥工藝處理污水，在對污水進行處理的同時，會產(chǎn)生大量的剩余污泥。預 計2010年污水排放量將達到4. 40X 1(^mVd，產(chǎn)生的干污泥量為4454萬t，2020年污水排 放量將達到5. 36X 1(TmVd，預計產(chǎn)生干污泥量為4542萬t。雖然剩余污泥的產(chǎn)生量通常僅 為處理廢水體積的1%以下，但其處理費用一般占到污水處理廠總運行費用的25% -40%， 甚至高達60%。 剩余污泥成分復雜，是多種微生物形成的菌膠團與其吸附的有機物和無機物組成 的集合體，除含有大量的水分外(可高達99%以上)，還含有難降解的有機物、重金屬、少 量的致病微生物(致病細菌、病原體、寄生蟲、有害蟲卵等)，以及一般的有機物和植物養(yǎng)分 (N、P、K)等，如果任意堆放不加以處理處置，必將占用大量土地資源，而且易腐變臭、產(chǎn)生滲 濾液易污染土壤和地下水及河流、湖泊、海洋等地表水體給環(huán)境造成嚴重的二次污染。
傳統(tǒng)的污泥處理處置方法主要有堆肥農(nóng)用、填理、焚燒，這三類污泥處理處置方法 都有其自身的缺陷，如剩余污泥中含有重金屬等有害物質(zhì)，若長期將污泥施于農(nóng)田，有可能 會因為有害物質(zhì)的積累而影響人們的身體健康。因此，歐美國家都對污泥農(nóng)用作了嚴格的 標準規(guī)定。由于污泥即便經(jīng)過濃縮、脫水后仍然體積龐大，若填埋處置，要占用大量的土地 和花費大量的運輸費用，而且填埋場周圍的環(huán)境也會惡化，在許多國家和地區(qū)，人們堅決反 對新建填埋場。焚燒曾一度很受人們的歡迎，但是它所需的費用很高，而且還存在煙氣污染 問題。此外，焚燒需要消耗大量的能源，既使在焚燒過程中改進技術、回收熱能等，仍然無法 大幅度降低能源消耗。 污泥處理處置方法由于各自存在的問題給污水處理帶來了沉重的負擔，污泥處理 處置己從過去僅僅作為污水處理的一個單元發(fā)展成了令污水處理廠不得不優(yōu)先考慮的重 要環(huán)節(jié)，在經(jīng)過了無害化和資源化階段后，減量化成為污泥處理的首要原則。減量化是在現(xiàn) 有的活性污泥處理系統(tǒng)的基礎上，通過物理、化學、生物等手段降低污泥的產(chǎn)率，減少整個 活性污泥系統(tǒng)向外排放的污泥量。目前主要采用的污泥減量方法有解耦聯(lián)技術、高濃度溶 解氧法、溶解細胞法、微型動物減少生物污泥量等，其中溶解細胞法是將增長的生物體溶胞 處理，然后作為微生物的底物參與代謝過程，從而減少污泥的產(chǎn)生量，這種方法在現(xiàn)有污水 處理廠容易實現(xiàn)，只需在污泥處理管路上增加溶胞系統(tǒng)即可，較易實施。常用的溶胞處理方 法有投加臭氧、超聲波處理，投加臭氧會增加系統(tǒng)的運行費用，而且對設備有一定的腐蝕作 用，臭氧溶胞過程 有可能產(chǎn)生其它有機污染物。而超聲波處理是物理溶胞方法，不存在臭氧溶胞出現(xiàn)的問題，因此，采用超聲波處理剩余污泥，是一項具有較廣闊發(fā)展前景的污泥減 量化技術路線。 污泥超聲破解是利用超聲波在液相中產(chǎn)生空化作用(機械效應、熱效應、聲化學 效應等)破解污泥絮凝體、菌膠團和細胞體，釋放出胞內(nèi)物質(zhì)，這種胞內(nèi)物質(zhì)作為底物供微 生物生長，從而減少系統(tǒng)的污泥產(chǎn)量。但由于超聲處理能耗較高，運行成本較大，目前尚沒 有應用于實際工程中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決超聲處理污泥能耗較高的問題，提出一種能經(jīng)濟有效地 處理污泥，實現(xiàn)工業(yè)化應用的超聲_磁場耦合破解污泥使污泥減量化的方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的剩余污泥主要在設有超聲、磁場裝置的反應器中，將 超聲波產(chǎn)生的超聲空化效應和磁場產(chǎn)生的磁化學效應有機地結(jié)合在一起，大大強化了超聲 破解污泥的效果。因為超聲破解污泥的機理在于產(chǎn)生強烈的沖擊波和高溫高壓，并伴有 自由基等強氧化劑的產(chǎn)生，破壞污泥絮體結(jié)構(gòu)和污泥中微生物細胞壁，釋放出胞內(nèi)物質(zhì)，變 難降解的固體性物質(zhì)為易降解的溶解性物質(zhì)。而在磁場作用下，可有效減少 0H和 H的 復合，提高 0H的濃度，同時改變了污泥顆粒的理化結(jié)構(gòu)，從而大大提高超聲破解污泥的能 力。磁場的產(chǎn)生采用永久強磁鐵方式，不消耗能源，并且不添加任何藥劑，與單一超聲破解 污泥工藝相比，能耗降低30%以上，使運行成本大大降低。 本發(fā)明所述的用超聲_磁場耦合破解污泥使污泥減量化的方法，其步驟包括
(1)好氧生化單元在好氧生化池內(nèi)，通過微生物的好氧消化去除廢水中的有機 污染物，使水質(zhì)得到凈化。 (2)沉淀單元經(jīng)生化反應后的廢水在沉淀池中進行泥水分離，出水達標排放，污 泥分為兩部分，一部分作為回流污泥回流至好氧生化池，增加生化池內(nèi)微生物量，另一部分 作為剩余污泥進入超聲_磁場處理裝置破解。 (3)超聲-磁場處理單元污泥在超聲波和磁場的聯(lián)合作用下，污泥中微生物細胞 得到破解，釋放出胞內(nèi)物質(zhì)，回流至好氧生化池被生物直接利用實現(xiàn)減量化，或者進入?yún)捬?消化罐進行厭氧消化實現(xiàn)減量化。 (4)厭氧消化單元超聲_磁場耦合破解后的剩余污泥在消化罐中厭氧菌和兼性 菌的作用下進行厭氧消化，污泥中的有機化合物轉(zhuǎn)變?yōu)榧淄椤⒍趸己退?，使污泥減量 化。 (5)污泥脫水單元經(jīng)過厭氧消化穩(wěn)定化的污泥通過離心脫水裝置進行固液分 離，泥餅外運處置，上清液回流至好氧生化池進行處理。 本發(fā)明所述采用超聲-磁場耦合破解污泥使污泥減量化的方法，有如下優(yōu)點和效 果 (1)污泥破解過程中能耗較低，運行成本較低； (2)破解污泥可被好氧微生物直接利用，產(chǎn)生隱性生長，使污泥減量化；
(3)提高了污泥厭氧消化效率，縮短了消化時間；
(4)大幅提高沼氣生成量； (5)使整個污水處理系統(tǒng)的剩余污泥減量化；
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用超聲-磁場耦合破解污泥使污泥減量化的方法是一種經(jīng)濟有效的污泥減量化 技術，可以在水處理工藝中推廣使用。


圖1是本發(fā)明所述用超聲_磁場耦合破解污泥使污泥減量化的方法流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明所述用超聲-磁場破解污泥使污泥減量化的方法，包括好氧生化單元、沉 淀單元、超聲_磁場處理單元、厭氧消化單元和污泥脫水單元。 所述好氧生化單元，是將污泥集中在廢水好氧生化池中，通過污泥中微生物的作 用，將廢水中的有機污染物轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿游镔|(zhì)。通過曝氣或攪拌的方式向污水中通入空氣， 增加廢水中含氧量，使污泥中好氧菌大量繁殖，加速有機污染物的降解。 所述沉淀單元是將生化處理后的廢水在沉淀池中進行泥水分離。經(jīng)過1 2小時 的沉淀后，上清液可達標排放。沉淀后的污泥，一部分為回流污泥，回流到好氧生化單元中， 補充生化池內(nèi)的微生物量，提高廢水處理效率，通常污泥回流比(即回流污泥量與進水量 之比)為50-400% ;另一部分為剩余污泥，進入超聲-磁場處理單元破解。
所述超聲_磁場處理單元，是利用超聲波和磁場的協(xié)同作用對污泥進行破解。超 聲波的頻率范圍為在16-200kHz，其聲能密度為0. 1-1. OW/mL，作用時間為lmin以上，污泥 液體中的微小氣泡核在超聲波的作用下被激化，表現(xiàn)為泡核的生長、振蕩、收縮并爆裂等一 系列動力學過程。在氣泡破碎的微小環(huán)境中會產(chǎn)生瞬間的高溫(高達5000°C )、高壓(高 達500bar)和具有強烈沖擊力的微射流，并產(chǎn)生大量前0H自由基等強氧化劑，污泥中的微 生物在這些作用下，細胞壁被壓碎，細胞破裂，釋放出胞內(nèi)物質(zhì)。這樣為污泥的好氧分解或 者厭氧消化提供了有利的條件，提高了反應速率，減少了反應時間。同時外加磁場，磁場強 度為300-20000Gs，利用磁場的化學效應，改變污泥顆粒的理化結(jié)構(gòu)，防止或減少超聲空化 產(chǎn)生的 0H和 H自由基對的復合，強化了超聲破解污泥的效果，降低了超聲處理能耗，污 泥SC0D(溶解性化學需氧量)溶出率達到70%以上。 所述超聲-磁場處理單元破解后的污泥可以有兩種去向，一種去向是通過回流進 入好氧生化池，經(jīng)超聲_磁場破解后的污泥，絮體結(jié)構(gòu)被破壞，微生物細胞壁破裂，胞內(nèi)物 質(zhì)釋放出來，為微生物的隱形生長提供基質(zhì)，使系統(tǒng)的剩余污泥外排量減少80%以上。另 一種去向是流入?yún)捬跸?，?jīng)超聲_磁場破解后的污泥，微生物細胞釋放出的胞內(nèi)物質(zhì) 為厭氧消化反應提供了碳源，易降解的溶解性物質(zhì)增多，克服了污泥厭氧消化反應的限制 因素，使消化過程加快，有效縮短消化停留時間，減小污泥消化池容積，消化停留時間縮短 60%以上，污泥消化池容積減小60%以上，單位時間沼氣產(chǎn)量增加35%以上，消化污泥減 量30%以上。 所述厭氧消化單元，是把沉淀池流出的剩余污泥，利用兼性菌和厭氧菌進行厭氧 消化，分解污泥中的有機物，將有機物轉(zhuǎn)化為無污染的小分子物質(zhì)，回收沼氣，實現(xiàn)污泥的 減量化、資源化。本發(fā)明采用厭氧消化的方式，污泥中含有消化所需的有效微生物，因此不 需另外投加，只需在無氧或缺氧環(huán)境中對微生物進行培養(yǎng)馴化。 所述污泥脫水單元，是采用離心脫水機進行泥水分離。根據(jù)污泥顆粒和水之間存在的密度差，在離心脫水機內(nèi)產(chǎn)生離心力差，使污泥顆粒與水分離，實現(xiàn)脫水目的，上清液 通過管道返回好氧生化池，脫水后的泥餅已達到穩(wěn)定化，可作為有機肥施用到農(nóng)田中。
權(quán)利要求
用超聲-磁場耦合破解污泥使污泥減量化的方法，其步驟包括(1)好氧生化單元在好氧生化池內(nèi)，通過微生物的好氧消化去除廢水中的有機污染物，使水質(zhì)得到凈化。(2)沉淀單元經(jīng)生化反應后的廢水在沉淀池中進行泥水分離，出水達標排放，污泥分為兩部分，一部分作為回流污泥回流至好氧生化池，增加生化池內(nèi)微生物量，污泥回流比為50-400％；另一部分作為剩余污泥進入超聲-磁場處理裝置破解。(3)超聲-磁場處理單元污泥在超聲波和磁場的聯(lián)合作用下，污泥中微生物細胞得到破解，釋放出胞內(nèi)物質(zhì)，回流至好氧生化池被生物直接利用實現(xiàn)減量化，或者進入?yún)捬跸捱M行厭氧消化實現(xiàn)減量化。(4)厭氧消化單元超聲-磁場耦合破解后的剩余污泥在消化罐中厭氧菌和兼性菌的作用下進行厭氧消化，污泥中的有機化合物轉(zhuǎn)變?yōu)榧淄椤⒍趸己退?，使污泥減量化。(5)污泥脫水單元經(jīng)過厭氧消化穩(wěn)定化的污泥通過離心脫水裝置進行固液分離，泥餅外運處置，上清液回流至好氧生化池進行處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用超聲_磁場耦合破解污泥使污泥減量的方法，其特征是在污水生物處理系統(tǒng)中，利用超聲波和磁場的協(xié)同作用破解污泥，超聲頻率范圍為16kHz到 200kHz，聲能密度為0. 1W/mL到1. 0W/mL，磁場強度為300Gs到20000Gs，超聲-磁場協(xié)同作 用時間lmin以上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用超聲-磁場耦合破解污泥使污泥減量的方法，其特征在 于超聲波的最佳選擇范圍超聲頻率為20-100kHz，聲能密度為0. 1-0. 6W/mL，磁場強度為 400-10000Gs，超聲-磁場協(xié)同作用時間在2min以上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用超聲-磁場耦合破解污泥使污泥減量的方法，其特征在于 超聲波采用各種機電型或機械型中的任何一種方式來產(chǎn)生超聲波。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用超聲-磁場耦合破解污泥使污泥減量的方法，其特征在于 磁場為穩(wěn)定磁場，采用永久強磁鐵產(chǎn)生。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用超聲-磁場耦合破解污泥使污泥減量的方法，其特征在于 所述破解污泥回流至好氧生化池被生物直接利用實現(xiàn)減量化是將超聲_磁場處理裝置與 好氧生化池連接，所述破解污泥進入?yún)捬跸捱M行厭氧消化實現(xiàn)減量化是將超聲_磁場 處理裝置與厭氧消化罐連接。
全文摘要
本發(fā)明屬固體廢物處理領域，涉及用超聲—磁場耦合破解污泥使污泥減量化的方法，步驟包括好氧生化單元是在生化池通過微生物去除有機污染物；沉淀單元是在沉淀池進行泥水分離；超聲-磁場處理單元是采用頻率為16-200kHz，聲能密度為0.1-1.0W/mL的超聲波，磁場強度為300-20000Gs的磁場，協(xié)同作用時間1min以上，破解剩余污泥；厭氧消化單元是在消化罐中厭氧消化污泥；污泥脫水單元是采用離心脫水進行固液分離。該方法使污泥破解能耗大幅降低，破解污泥好氧消化時污泥減量80％以上；厭氧消化時，消化時間縮短60％以上，沼氣產(chǎn)量增加35％以上，污泥減量30％以上。該方法經(jīng)濟效益明顯，具有推廣應用價值。
文檔編號C02F11/12GK101704615SQ20091022726
公開日2010年5月12日 申請日期2009年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月3日
發(fā)明者劉永德, 張 杰, 武海霞, 趙繼紅 申請人:河南工業(yè)大學