專利名稱：超聲預處理-膜生物反應器協同剩余污泥減量方法
技術領域：
本發明屬于污泥處理與處置領域，利用超聲預處理-膜生物反應器協同的處理方 法進行剩余污泥減量。
背景技術：
目前世界上年產污泥量已達1.0X 108t，我國也已達到了 9. OX 106t。對于一個 污水處理廠而言，它的全部基建費用中，用于污泥處理的約占20% 50%，有的甚至高達 70%。堆肥處理、衛生填埋、焚燒處理、水體消納和土地利用(排入江河湖海的方法)是我國 常用的剩余污泥處置方法。但這些處置方法不僅處理費用高且會帶來二次污染。剩余污泥 減量化技術，可以最大限度減少剩余污泥的產生量，從而減少剩余污泥最終處理處置費用。 因此研究剩余污泥減量化技術，有著非常顯著的社會效益和經濟效益。常用的污泥減量技術有化學法，物理法和生物法。物理法主要是利用超聲波技術 來減少污泥產量。超聲波通過交替的壓縮擴張產生空穴作用，以此壓碎細胞壁，釋放出細胞 中所含的成分和細胞質，以便進一步降解。但超聲波在剩余污泥減量中主要應用于對剩余 污泥的預處理。生物法主要是通過延長曝氣時間和污泥齡來促進細胞自溶，或者通過發展 原生動物捕食微生物細胞從而減少活性污泥量。因此采用超聲預處理-膜生物反應器協同 進行剩余污泥減量，將污泥減量的物理作用與生物作用相結合，超聲預處理污泥后，釋放出 細胞內物質更有利于膜生物反應器內生物降解，從而達到剩余污泥減量的目的。
發明內容
本發明是將污泥減量的物理作用和生物作用相結合，提出一種利用超聲預處 理-膜生物反應器協同的處理方法進行剩余污泥減量。具體的工藝流程如下1、首先在超聲預處理單元超聲波通過交替的壓縮擴張產生空穴作用，打散污泥 絮體，壓碎細胞壁，釋放出細胞中所含的成分和細胞質，以便于進一步生物降解；2、在膜生物反應器(MBR)處理單元反應器內的污泥濃度高，污泥齡極長，可促進 污泥自身消化；反應器內的生物降解和膜濾等技術協同強化去除破碎后污泥釋放的有機 物，均可達到污泥減量的目的。同時MBR生物降解以及膜過濾的協同作用也保證了出水水 質符合排放標準或工業回用水水質要求。本發明有效地利用了物理法和生物法協同的處理方法進行污泥減量，與其他污泥 減量方法相比，具有污泥減量效果好、無二次污染、能耗低及出水可以直接排放等優點。附圖表說明
圖1為本發明的技術路線圖；圖2為本發明的超聲預處理工藝裝置圖；圖3為本發明的MBR工藝裝置圖；圖4為本發明的超聲破碎前后污泥絮體形狀圖。具體實施方案實施例一下面結合具體的實施方式來對本發明進行進一步的說明。試驗中所采用的污泥取自哈爾濱市文昌污水處理廠的濃縮池，污泥取回來后置于 冰箱，4°C下保存，使用前通過重力濃縮調節污泥含固率為2%，污泥成分為SS :20680mg/ L ；VSS :12430mg/L；pH :6.68。1、首先進行單獨超聲破解污泥的試驗研究，超聲聲能密度與作用時間對污泥絮體 的形狀以及污泥破解度有很大影響，隨著聲能密度和破解時間的增加，污泥絮體破碎程度 以及破解度也在逐漸的增大，在聲能密度0. 3 1. 5ff/mL范圍內，經過5 30min的超聲處 理，污泥的破解度由6. 36%升高至37. 82% ；超聲破解作用破壞了污泥顆粒上細菌的細胞 壁，使胞內物質由固相轉入液相，從而引起了總懸浮固體量的減少，在聲能密度1. 5W/mL，破 解時間30min時，TSS和VSS的減少率分別達到15. 89%和17. 45% ；污泥上清液中的T0C、 SCOD、NH3-N增加值隨著超聲聲能密度以及作用時間的增加而顯著增大。2、其次采用超聲與膜生物反應器協同工藝進行剩余污泥減量的試驗，污泥破解 度、加入的污泥濃度以及生物反應器的作用時間均是影響后續生物處理工藝中污泥減量效 果的重要因素。通過實驗研究，得出了該工藝的最優運行參數超聲預處理階段，選用超聲 聲能密度為1. 2W/mL，破解30min(污泥破解度為30%左右)；后續生物處理階段膜生物反 應器內的污泥濃度在3000mg/L左右，溶解氧濃度控制在5 6mg/L之間，向反應器內加入 破解污泥1100mg/L(由膜生物反應器的有效容積換算得到)，反應周期為他。3、隨著試驗的進行，反應器內活性污泥指數、MLVSS/MLSS值以及污泥耗氧呼吸速 率(OUR)都在逐漸升高，說明反應器內污泥的活性在不斷的增加。通過鏡檢發現，膜生物反 應器內的生物相非常豐富，在反應器內生長有大量的細菌、原生動物以及后生動物。其中原 生動物以鐘蟲、節肢蟲、累枝蟲和蓋纖蟲屬占絕對優勢，后生動物以輪蟲和線蟲為主。4、整個工藝系統穩定運行后，出水的COD小于60mg/L、NH3-N小于4. 5mg/L、濁度小 于3NTU，出水水質滿足污水排放標準。5、本工藝能耗主要包括超聲設備破解剩余污泥耗能以及后續生物系統中鼓風機 所產生的能耗，不同的污泥減量效果對應著不同的能量消耗。通過分析計算以及試驗結果， 可以得出TSS減少率與加入的污泥破解度(反應超聲破解能耗)、生物作用時間(反應膜生 物反應器能耗)以及能量消耗的數據如表1所示。表1 TSS減少率與能耗關系表
TSS減少率(％)加入汚泥破解度(％)生物作用時間(h)能耗(kWh)52020.43102030.48153040.8620305.50.9425■ 307.51.04 4、分析方法SC0D、COD、NH3-N, MLSS, MLVSS, TSS、VSS 的測定均采用標準方法；pH 值采用酸度計測定；濁度采用便攜式濁度儀測定；TOC采用高精度總有機碳分析儀；生物相 采用顯微鏡直接觀察。
權利要求
1.超聲預處理-膜生物反應器協同剩余污泥減量的工藝，其特征是主要包括如下步驟a、超聲預處理單元超聲波通過交替的壓縮擴張產生空穴作用，以此壓碎細胞壁，釋放 出細胞中所含的成分和細胞質，有利于進一步生物降解；b、膜生物反應器(MBR)單元反應器內的污泥濃度高，污泥齡長，可促進污泥自身消 化；同時污泥上清液中有機物可通過生物降解以及膜過濾的協同作用得到去除，從而達到 污泥減量的目的。
2.根據權利要求1所述的超聲預處理單元，其特征是針對超聲聲能密度與作用時間均 對污泥絮體的形狀以及污泥破解度有很大影響的特點，通過單獨超聲破解污泥試驗選定最 佳參數。超聲破解作用破壞了污泥顆粒上細菌的細胞壁，使胞內物質由固相轉入液相，從而 引起了總懸浮固體量的減少，同時污泥上清液中的TOC、SCOD、NH3-N濃度增加，有利于后續 MBR生物降解。
3.根據權利要求1所述的膜生物反應器(MBR)處理單元，其特征是以超聲預處理后的 污泥為處理對象，利用反應器內的生物降解和膜過濾等技術協同強化去除破碎后污泥釋放 的有機物；同時由于膜生物反應器(MBR)內污泥濃度高，污泥齡長，可促進污泥自身消化， 從而達到污泥減量的目的。MBR處理效果穩定也保證了出水水質符合排放標準或工業回用 水水質要求。
4.根據權利要求1所述的超聲預處理單元，其特征在于隨著聲能密度和破解時間的增 加，污泥絮體破碎程度以及破解度也在逐漸的增大，在聲能密度0. 3 1. 5ff/mL范圍內，經 過5 30min的超聲處理，污泥的破解度由6. 36%升高至37. 82%。
5.根據權利要求4所述的超聲預處理單元，其特征是污泥破解度、加入的污泥濃度以 及生物反應器的作用時間均是影響后續生物處理工藝中污泥減量效果的重要因素。超聲預 處理階段最優運行參數為超聲聲能密度為1. 2W/mL，破解30min(污泥破解度為30%左右)。
6.根據權利要求2所述的膜生物反應器單元，膜生物反應器內的污泥濃度在3000mg/ L左右，溶解氧濃度控制在5 6mg/L之間，向反應器內加入破解污泥1100mg/L(由膜生物 反應器的有效容積換算得到)，反應周期為6h。
7.根據權利要求2所述的膜生物反應器單元，膜生物反應器型式可以是一體式或分離 式，也可以是通過投加彈性立體填料以及懸浮性填料形成的復合式膜生物反應器。
8.根據權利要求2所述的膜生物反應器單元，膜組件可以是微濾膜，也可以是超濾膜， 可以是無機膜或有機膜，組件形式可以是中空纖維、平板或管式。
全文摘要
本發明屬于污泥處理與處置領域，涉及一種將物理法與生物技術有效結合起來作為污泥減量方法的工藝，具體步驟為(1)超聲預處理單元通過超聲波產生的空穴作用，壓碎細胞壁，釋放出細胞中所含的成分和細胞質，以利于進一步的生物降解；(2)膜生物反應器單元在膜生物反應器中利用污泥自身消化以及生物降解和膜濾等技術協同強化去除破碎后污泥釋放的有機物，以達到污泥減量的目的；同時保證出水水質符合排放標準或工業回用水水質要求。該種工藝具有污泥減量效果好、無二次污染、能耗低及出水可以直接排放等優點。
文檔編號C02F9/14GK102092893SQ20101057239
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月3日 優先權日2010年12月3日
發明者吳運松, 封莉, 張立秋, 王麗平, 王鵬, 蔣文博 申請人:北京林業大學