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CN108328894A - 一种促进剩余污泥减量化的方法 - Google Patents

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王冬波
牛钱钱
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Abstract

本发明涉及固体废弃物处理技术领域，具体涉及一种剩余污泥减量化方法。所述方法通过在厌氧发酵系统中，使用亚硝酸盐和超声联合的技术降低污水处理中的污泥量。具体方法为：用剩余污泥来进行酸性条件下的中温厌氧发酵，通过比较亚硝酸盐单独作用和超声与亚硝酸盐联合作用后污泥破胞溶出指标的大小，最终提出了一种简单易行的污泥减量化方法。本发明操作简单，具有高效，安全，清洁等优点，对于实现剩余污泥的资源化，无害化具有重要意义。

Description

一种促进剩余污泥减量化的方法
技术领域
本发明主要涉及固体废弃物资源化领域，具体涉及通过超声与亚硝酸盐的联合作用促进剩余污泥减量化。
技术背景
活性污泥法因其处理效果好、建设投资少、运行成本低等优点，被广泛应用于城镇污水和工业废水的处理，但在污水处理的过程中会产生大量剩余污泥。剩余污泥的体积远远小于污水体积。但是用于剩余污泥的处置花费可以占到甚至超过整个污水处理厂日常消耗的50％以上。并且，由于不同的污水处理厂所产生的剩余污泥不尽相同，生物污泥细胞内部包含了不同种类的污染物，如重金属、有毒化合物、病原菌等，不适当的污泥处置方法会对大气、土壤、水体造成污染和破坏，因此，如何实现污泥减量化和资源化便成为今后污水处理行业可持续发展首先需要解决的问题。
污泥减量化是指采用物化或生化法，使污水处理厂排出的固体生物量最小，从而在源头上减小污泥的产量。这类减量化方法均不会影响污水处理效果。污泥减量技术按作用阶段可分为原位污泥减量技术和后减量技术。原位污泥减量是在污水处理过程中进行的，在污水处理工艺当中通过调节水处理工艺参数或其他手段来达到预期的污泥减量效果。而后污泥减量技术则是在污水处理工艺之后，对反应器产生的污泥进行减量作用，通常包括污泥消化及污泥焚烧技术。
原位污泥减量技术中的溶胞减量技术是指通过外加效果，使得细胞壁破裂，原本贮存于细胞内的物质被释放。常用的溶胞方法有臭氧氧化、超声波裂解、机械破碎、光-Fenton试剂、水解酸化等。污泥减量化的效果主要取决于溶胞的效率。根据工艺性质的不同，可将溶胞技术分为以下类型：超声波溶胞，利用强氧化剂溶胞，通过热、酸、碱实现污泥减量，生物容胞技术以及多种溶胞技术耦合实现污泥减量化。
其中的超声波溶胞污泥减量化技术因其高效、清洁、安全等优点而被广泛应用于实验室污泥减量研究，并且已取得了较好的研究效果。超声波是物理介质中的一种弹性机械波，频率一般为20-106KHz。其减量原理是，当一定强度的超声波作用于某一液体时，液体会发生一系列理化反应，而超声波在中低频率范围内会产生交替的压缩和扩张作用从而产生“空穴”作用，形成较为极端的理化和力学条件，产生局部的高温、高压，再加之机械剪切力的作用，压碎细胞壁击破细胞膜，使胞内基质得到释放，微生物细胞得到进一步溶解，从而实现污泥减量。
游离亚硝酸(FNA)是亚硝酸盐在水溶液中的质子化形态。有报道指出，游离亚硝酸可在亚硝化过程中的厌氧消化液中产生，是一种经济的可再生的物质。之前的研究已经证明， FNA能够有效的促进细胞溶解提高可生物降解性。对于厌氧下水道中的微生物来说，FNA有强烈的杀菌作用，在0.2–0.3mg N/L的条件下暴露6-24h，微生物的数量随即会减少15％-80％。据报道，废弃的活性污泥在2.0mg N/L FNA的条件下暴露1-2天，污泥量将会比空白样品减少28％。因此，在厌氧发酵系统中加入系统本身会产生的亚硝酸盐，既可以节约成本，又能够促进污泥的减量化，是一种切实可行的污泥减量化技术。
本发明通过在酸性厌氧发酵系统中采用超声与亚硝酸盐联合作用促进剩余污泥减量化的方式，既达到了污泥减量化的目的，同时节约了污泥处理成本，因此，对剩余污泥的处理具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种污泥减量化的方法。在酸性厌氧发酵系统中通过超声与亚硝酸盐联合作用促进剩余污泥减量化。具有操作简单，高效，安全，清洁，经济等优点。
本发明的具体要求包括以下步骤：
(1)本发明中用于厌氧发酵的污泥为取自城市污水处理厂二沉池中的剩余污泥，污泥的形态主要以絮状为主；
(2)取出的污泥经过过筛处理(20目)后，去除污泥中的较大颗粒及其它杂质，便于后续的实验进行。随后在4℃的冰箱内静置浓缩24至48小时；
(3)厌氧发酵所使用污泥的挥发性悬浮固体与总悬浮固体的比值在30％-40％之间；
(4)在超声细胞破碎仪上，将所处理后的污泥在超声强度为2W/mL，超声时间为15min的条件下进行超声处理，超声探头距液面以下1-1.5cm；
(5)经超声后的污泥放入厌氧反应器，加入亚硝酸盐(50±5-300±15mg/L)，并且将厌氧发酵系统混合均匀；
(6)在条件(5)的基础之上，调节发酵系统pH在5.0±0.2-6.0±0.2之间，使之保持在酸性发酵系统；
(7)在条件(6)的基础上，保证系统的厌氧环境，并且维持系统在中温发酵条件(35-38℃)下进行厌氧发酵；
(8)厌氧发酵整个过程保持发酵反应器处于混合状态；
(9)整个发酵过程中，每12小时取样进行分析，测定其COD，糖，蛋白质及氨氮的含量变化；
(10)整个厌氧发酵过程持续5-10天。
附图说明
本发明的附图主要是用来简洁说明本发明的方案情况，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明方案的简洁说明示意图。
图2为不同处理方式下60h后酸性厌氧发酵系统中糖，蛋白质以及溶解性COD的含量变化情况。
图3为不同处理方式下76h后酸性厌氧发酵系统中VSS的减少百分比。
图4为亚硝酸盐浓度100mg/L时不同处理方式下48h后酸性厌氧发酵系统中蛋白质以及氨氮的含量变化情况。
图5为亚硝酸盐浓度150mg/L时不同处理方式下48h后酸性厌氧发酵系统中蛋白质以及氨氮的含量变化情况。
具体实施例
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1：
以下实例中所使用的仪器和材料均为市场销售。用来厌氧发酵的污泥取自长沙市国桢环保污水处理厂中二沉池所排放的剩余污泥，污泥的性质为：总悬浮固体(TSS)：26987±76 mg/L，挥发性悬浮固体量为(VSS)：16867±124mg/L，污泥pH＝7.05±0.2，溶解性化学需氧量为(SCOD)：155±20mg/L。
(1)在4个相同的1000mL反应器内分别装入500mL的剩余污泥；
(2)按照设定条件，使用超声细胞破碎仪，将反应器内的剩余污泥在超声强度为2W/mL，超声时间为15min的条件下进行超声处理，超声探头距液面以下1-1.5cm；
(3)在(2)的基础上向反应器内加入亚硝酸盐(150±9mg/L)，调节发酵体系的pH为恒定5.5；
(4)经(3)预处理后的剩余污泥采用氮气曝气5min，以保证反应体系的厌氧环境，使用封口膜进一步密闭反应体系，防止漏气现象的发生；
(5)在转速为120rmp，温度为35℃的条件下，将密闭反应器放入恒温震荡器中进行中温厌氧发酵；
(6)每12h取反应器内的剩余污泥10mL,在转速为6000rmp，温度为4℃，时间为10min 的条件下进行离心处理，离心后取上清液过滤后进行糖，蛋白质，COD等指标的测定分析；
(7)每次取样后，需重新使用氮气曝气处理，以保证反应体系处于厌氧状态，曝气处理后的污泥继续维持在(5)的状态下；
(8)反应周期为5-10天。
实验结果表明：
(1)超声与亚硝酸盐的联合作用促进了污泥的溶出。相对于原始污泥，单独使用150mg/L 的亚硝酸盐处理后，污泥糖的释放量高出28.18mg/L，蛋白质释放量高出46.15mg/L，溶解性COD的含量高出320mg/L。经超声与150mg/L的亚硝酸盐联合处理后，相对于原始污泥，剩余污泥中糖的释放量高出166.36mg/L，蛋白质释放量高出469.23mg/L，溶解性COD的含量高出2000mg/L。由此可见，超声与亚硝酸盐联合处理剩余污泥，能明显促进剩余污泥的溶出，实现污泥的减量化(见图2)。
(2)76h后酸性厌氧发酵系统中，使用超声-亚硝酸盐联合作用可以明显提高污泥的VSS 减少率，从而实现污泥的减量化。单独使用超声预处理和单独使用亚硝酸盐预处理后VSS的减少百分比分别为0.07％和0.08％，使用超声-亚硝酸盐联合预处理后VSS的减少百分比达到 0.17％。说明在联合预处理的条件下，污泥得到了更好的减量，同时说明了超声-亚硝酸盐联合预处理方式对污泥减量化具有一定的促进作用(见图3)。
实施例2：
以下实例中所使用的仪器和材料均为市场销售。用来厌氧发酵的污泥取自长沙市国桢环保污水处理厂中二沉池所排放的剩余污泥，污泥的性质为：总悬浮固体(TSS)：20776±234 mg/L，挥发性悬浮固体量为(VSS)：13016±100mg/L，污泥pH＝7.00±0.2
(1)在4个相同的1000mL反应器内分别装入500mL的剩余污泥；
(2)按照设定条件，使用超声细胞破碎仪，将反应器内的剩余污泥在超声强度为0.6 W/mL，超声时间为20min的条件下进行超声处理，超声探头距液面以下1-1.5cm；
(3)在(2)的基础上向反应器内加入亚硝酸盐(150±9mg/L)，调节发酵体系的pH为恒定5.5；
(4)经(3)预处理后的剩余污泥采用氮气曝气5min，以保证反应体系的厌氧环境，使用封口膜进一步密闭反应体系，防止漏气现象的发生；
(5)在转速为120rmp，温度为35℃的条件下，将密闭反应器放入恒温震荡器中进行中温厌氧发酵；
(6)每12h取反应器内的剩余污泥10mL，在转速为6000rmp，温度为4℃，时间为10min 的条件下进行离心处理，离心后取上清液过滤后进行糖，蛋白质，COD等指标的测定分析；
(7)每次取样后，需重新使用氮气曝气处理，以保证反应体系处于厌氧状态，曝气处理后的污泥继续维持在(5)的状态下；
(8)反应周期为5-10天。
实验结果表明：
(1)超声作用与浓度为100mg/L的亚硝酸盐联合作用后促进了污泥的溶出。相对于原始污泥，单独使用超声预处理后，污泥蛋白质的释放量高出32.30mg/L，氨氮的含量高出10.81 mg/L。单独使用100mg/L的亚硝酸盐处理后，污泥蛋白质的释放量高出46.15mg/L，氨氮的含量高出31.60mg/L。经超声与150mg/L的亚硝酸盐联合处理后，相对于原始污泥，剩余污泥中蛋白质的释放量高出101.54mg/L，氨氮的释放量高出59.88mg/L。由此可见，超声与亚硝酸盐联合处理剩余污泥，能明显促进剩余污泥的溶出，实现污泥的减量化(见图4)。
(2)相对于原始污泥，单独使用超声预处理后，污泥蛋白质的释放量高出32.31mg/L，氨氮的含量高出10.81mg/L。单独使用150mg/L的亚硝酸盐处理后，污泥蛋白质的释放量高出41.24mg/L，氨氮的含量高出19.96mg/L。经超声与150mg/L的亚硝酸盐联合处理后，相对于原始污泥，剩余污泥中蛋白质的释放量高出116.92mg/L，氨氮的释放量高出69.58mg/L。由此可见，超声与亚硝酸盐联合处理剩余污泥，能明显促进剩余污泥的溶出，实现污泥的减量化(见图5)。

Claims (1)

1.本发明的目的是提供一种污泥减量化的方法。在酸性厌氧发酵系统中通过超声与亚硝酸盐联合作用促进剩余污泥减量化。具有操作简单，高效，安全，清洁，经济等优点。
所述方法包括以下步骤：
(1)本发明中用于厌氧发酵的污泥为取自城市污水处理厂二沉池中的剩余污泥，污泥的形态主要以絮状为主；
(2)取出的污泥经过过筛处理(20目)后，去除污泥中的较大颗粒及其它杂质，便于后续的实验进行。随后在4℃的冰箱内静置浓缩24至48小时；
(3)厌氧发酵所使用污泥的挥发性悬浮固体与总悬浮固体的比值在30％-40％之间；
(4)在超声细胞破碎仪上，将所处理后的污泥在超声强度为0.5-2W/mL之间，超声时间为15-20min的条件下进行超声处理，超声探头距液面以下1-1.5cm；
(5)经超声后的污泥放入厌氧反应器，加入亚硝酸盐(50±5-300±15mg/L)，并且将厌氧发酵系统混合均匀；
(6)在条件(5)的基础之上，调节发酵系统pH在5.0±0.2-6.0±0.2之间，使之保持在酸性发酵系统；
(7)在条件(6)的基础上，保证系统的厌氧环境，并且维持系统在中温发酵条件(35-38℃)下进行厌氧发酵；
(8)厌氧发酵整个过程保持发酵反应器处于混合状态；
(9)整个发酵过程中，每12h取样进行分析，测定其COD，糖，蛋白质及氨氮的含量变化；
(10)整个厌氧发酵过程持续5-10天。
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