專利名稱：：一種聯(lián)合預(yù)處理提高污泥破解效果并強(qiáng)化后續(xù)厭氧消化的方法一種聯(lián)合預(yù)處理提高污泥破解效果并強(qiáng)化后續(xù)厭氧消化的方法磁術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明屬于固體廢棄物處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種聯(lián)合預(yù)處理提高污泥破解效果并強(qiáng)化后續(xù)厭氧消化的方法。.
背景技術(shù)：
：污水處理過(guò)程中產(chǎn)生大量的污泥，其數(shù)量約占處理水量的0.3%_0.5%左右(以含水率97%計(jì))。隨著污水處理設(shè)施的普及，處理量的增加，處理標(biāo)準(zhǔn)的提高和處理功能的拓展,污泥的產(chǎn)生量仍將大幅度地增加。預(yù)計(jì)2010年污泥產(chǎn)量將是2001年的5倍。污泥的處理投資和運(yùn)行成本非常巨大，用于污泥處理的費(fèi)用占污水處理廠運(yùn)行費(fèi)用的20%-50%,甚至高達(dá)60%，給污水處理廠帶來(lái)了沉重的負(fù)擔(dān)。此外，污泥中含有大量的有毒有害物質(zhì)，例如寄生蟲卵、病原微生物、細(xì)菌，還含有大量被污泥吸附未分解的有機(jī)物以及重金屬離子等。污泥的處理處置成為困擾污水廠和全社會(huì)的重大問(wèn)題。因此,如何經(jīng)濟(jì)有效地處理處置剩余污泥,減少污泥產(chǎn)量，使污泥快速穩(wěn)定,以保證污水處理廠的正常運(yùn)行和處理效果,保護(hù)環(huán)境,變害為利,變廢為寶是我們面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。污泥的厭氧消化技術(shù)是污泥處理的重要方法之一，能夠有效實(shí)現(xiàn)污泥的減量化、無(wú)害化與資源化，在當(dāng)今許多國(guó)家得到了廣泛的應(yīng)用。厭氧消化過(guò)程為以下四階段水解階段，發(fā)酵階段，產(chǎn)乙酸階段，產(chǎn)甲垸階段。但由于污泥中的有機(jī)物大部分是微生物物質(zhì),為細(xì)胞壁所包裹,其中水解階段是復(fù)雜非溶解性聚合物轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單溶解性單體和二聚體的過(guò)程，對(duì)于含固量高的固體廢物的厭氧消化，生物水解是整個(gè)過(guò)程的限速階段，這就造成了污泥厭氧消化的污泥停留時(shí)間長(zhǎng)(2030d)、消化池容積大，產(chǎn)氣率有待提高。因此，采用物理、化學(xué)及生物等污泥破解技術(shù)與厭氧消化技術(shù)結(jié)合，能有效改變污泥絮體結(jié)構(gòu)并改善污泥顆粒的溶解性能，提高厭氧消化效率，如超聲波、臭氧、熱處理、酸堿處理等，但這些污泥預(yù)處理技術(shù)大都存在能耗高或者效率低等缺陷，制約了這些技術(shù)的推廣應(yīng)用。如果對(duì)污泥預(yù)處理技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合，使這些技術(shù)之前互相強(qiáng)化，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，產(chǎn)生1+1>2的效果，既能提高預(yù)處理效率，同時(shí)降低處理費(fèi)用，為污泥處理的實(shí)際應(yīng)用開(kāi)辟新的道路。通過(guò)比較研究發(fā)現(xiàn)，超聲波破解技術(shù)具有無(wú)污染，能量密度高，分解速度快等優(yōu)點(diǎn)，有在短時(shí)間內(nèi)迅速釋放胞內(nèi)物質(zhì)的優(yōu)勢(shì)，但其促進(jìn)細(xì)胞破碎后固體碎屑的水解作用卻不如NaOH。利用超聲波技術(shù)與NaOH聯(lián)合作用，改善污泥的厭氧消化性能，同時(shí)可能降低所需的能耗，將意義十分重大。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提出一種聯(lián)合預(yù)處理提高污泥破解效果并強(qiáng)化后續(xù)厭氧消化的方法。本發(fā)明提出的一種聯(lián)合預(yù)處理提高污泥破解效果并強(qiáng)化后續(xù)厭氧消化的方法，具體步驟如下-將城市生活污水處理廠二沉池產(chǎn)生的剩余污泥經(jīng)過(guò)重力沉降濃縮，濃縮后的污泥送入超聲波發(fā)生器進(jìn)行輻照，同時(shí)加入NaOH，超聲波在水中的空化效應(yīng)產(chǎn)生極端的物理?xiàng)l件，污泥的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)被破壞，細(xì)胞內(nèi)易降解的有機(jī)物質(zhì)溶出，使污泥液相中的溶解性有機(jī)物質(zhì)含量增加；經(jīng)超聲波和NaOH共同作用后的污泥放入25士2。C搖床中反應(yīng)24小時(shí)；然后送入?yún)捬跸磻?yīng)器中進(jìn)行后續(xù)中溫厭氧消化；消化產(chǎn)生的沼氣經(jīng)過(guò)氣體收集裝置收集，并測(cè)定甲烷產(chǎn)量。本發(fā)明中，所述超聲波反應(yīng)器的超聲波探頭應(yīng)浸沒(méi)在污泥液面下lcm處。本發(fā)明中，所述超聲波聲能密度控制在0.2w/ml-2.0w/ml，超聲波頻率為低頻范圍20kHz-25kHz，超聲波輻照時(shí)間為3min-30min。,本發(fā)明中，所述NaOH的加入量與污泥總固體之比控制在0.02-0.08g/gTS。本發(fā)明中，所述厭氧消化反應(yīng)器可以采用玻璃瓶，加入預(yù)處理污泥后通氮?dú)庖则?qū)除空氣，加塞后置于空氣浴搖床混合并控制溫度在35士2。C。本發(fā)明采用的超聲波技術(shù)，在液態(tài)介質(zhì)中傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng)，機(jī)械效應(yīng)以及空化效應(yīng)。機(jī)械效應(yīng)即水力剪切作用與空化作用都能導(dǎo)致污泥的破解。超聲波在液體中作用會(huì)產(chǎn)生大量空化氣泡，氣泡生長(zhǎng)、變大并在瞬間破滅會(huì)在氣泡周圍的液體中產(chǎn)生極強(qiáng)的剪切力。頻率低于lOOKHz時(shí)超聲波的機(jī)械作用是主要的。而空化效應(yīng)發(fā)生的高效頻率范圍大于lOOKHz，該效應(yīng)的產(chǎn)生主要是由于空化氣泡崩裂瞬間產(chǎn)生的高溫(5000K)和高壓(lOOMPa)的極端環(huán)境導(dǎo)致空化氣泡內(nèi)化合物的高溫?zé)峤庖约吧筛呋钚缘牧u基自由基。通過(guò)比較研究發(fā)現(xiàn)，超聲波破解技術(shù)具有無(wú)污染，能量密度高，分解速度快等優(yōu)點(diǎn)，有在i時(shí)間內(nèi)迅速釋放胞內(nèi)物質(zhì)的優(yōu)勢(shì)，但其促進(jìn)細(xì)胞破碎后固體碎屑的水解作用卻不理想。利用超聲波技術(shù)與NaOH聯(lián)合作用，改善污泥的厭氧消化性能，同時(shí)可能降低所需的能耗，將意義十分重大。并且本發(fā)明對(duì)于不同規(guī)模的污水處理廠適應(yīng)性強(qiáng)，需在污水處理廠現(xiàn)有的處理設(shè)施上做相應(yīng)改造即可，具有廣闊的應(yīng)用前景。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，通過(guò)聯(lián)合預(yù)處理后，污泥液相中的溶解性COD濃度提高了約52倍，產(chǎn)甲垸量提高了40.6%。本發(fā)明的前述和其目的、特征和良好效果通過(guò)對(duì)實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明會(huì)更加明顯。具體實(shí)施例方式實(shí)施過(guò)程中采取的具體技術(shù)步驟為將城市生活污水處理廠二沉池產(chǎn)生的剩余污泥經(jīng)過(guò)重力沉降濃縮后，送入超聲波發(fā)生器,并，選定一定的頻率和功率的超聲波進(jìn)行輻照，超聲波在水中的空化效應(yīng)產(chǎn)生極端的物理?xiàng)l件，污泥的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)被破壞，細(xì)胞內(nèi)易降解的有機(jī)物質(zhì)溶出，使污泥液相中的溶解性有機(jī)物質(zhì)含量增加，同時(shí)加入一定量的NaOH;將超聲波和NaOH共同作用后的污泥放入25土2'C搖床中反應(yīng)24小時(shí)。然后送入?yún)捬跸磻?yīng)器中，進(jìn)行后續(xù)中溫厭氧消化；消化產(chǎn)生的沼氣經(jīng)過(guò)氣體收集裝置進(jìn)行收集和測(cè)定甲烷產(chǎn)量。'本發(fā)明需要的幾個(gè)技術(shù)參數(shù)分別為超聲波頻率、超聲波聲密度、超聲波輻照時(shí)間、NaOH投加量以及厭氧消化溫度。其中超聲波聲密度、超聲波輻照時(shí)間以及NaOH投加量是本技術(shù)的關(guān)鍵參數(shù)，過(guò)弱的超聲波對(duì)于污泥細(xì)胞壁的破解效果較差，過(guò)強(qiáng)的超聲波輻照能耗相對(duì)過(guò)大，難以實(shí)現(xiàn)處理技術(shù)的經(jīng)濟(jì)化以及推廣運(yùn)用，投加一定量的NaOH，有利于降低能耗。本發(fā)明中超聲波為低頻率20kHz-25kHz，聲能密度控制在0.2w/ml-2.0w/ml，超聲波輻照時(shí)間為3min-30min，NaOH的量控制在0.02-0.08g/gTS，厭氧消化溫度為中溫厭氧消化。本發(fā)明使污泥破解效果提高以及后續(xù)污泥厭氧消化效率得到強(qiáng)化，并使污泥的資源化效果顯著增加。由于各地污水水質(zhì)和所采用的污水處理工藝不同，產(chǎn)生的剩余污泥性質(zhì)有所差異，而且不同廠家的超聲波發(fā)生器參數(shù)和性能有所區(qū)別，因此在不違背本發(fā)明實(shí)質(zhì)和所附權(quán)利要求范圍的前提下，可以對(duì)本發(fā)明的一些參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以適應(yīng)具體的情況。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于此。實(shí)施例1:某地曲陽(yáng)污水處理廠剩余污泥，經(jīng)重力沉降后性質(zhì)如下表所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>采用20kHz,2.0w/ml的超聲波處理20分鐘,同時(shí)NaOH投加量為0.03gZgTS。放入25士2'C搖床中反應(yīng)24小時(shí)，后取200ml聯(lián)合預(yù)處理污泥樣送入?yún)捬跸磻?yīng)器，置入35士2。C搖床中進(jìn)行中溫厭氧消化反應(yīng)。經(jīng)處理后污泥中溶解性COD提高到6963.250mg/L,比未處理污泥增加了約44倍。超聲波與NaOH聯(lián)合預(yù)處理后的污泥厭氧消化14天，產(chǎn)甲烷量與未經(jīng)處理的污泥厭氧消化22天基本持平。而兩種污泥消化22天的條件下，與未經(jīng)處理污泥相比產(chǎn)甲烷量298.7ml，比未經(jīng)處理污泥增加了38.93%。實(shí)施例2:某地污水處理廠剩余污泥，經(jīng)重力沉降后性質(zhì)如下表所示。指標(biāo)總化學(xué)需氧量(mg/L)溶解性化學(xué)需氧量(mg/L)總固體Cg/L)揮發(fā)性固體(g/L)懸浮固體(g/L)揮發(fā)性懸浮固體(g/L)數(shù)值131816415111386.4采用22kHz，0.2w/ml的超聲波處理3分鐘，同時(shí)NaOH投加量為0.02g/gTS。放入25士2i:搖床中反應(yīng)24小時(shí)，后取200ml聯(lián)合預(yù)處理污泥樣送入?yún)捬跸磻?yīng)器，置入35土2'C搖床中進(jìn)行中溫厭氧消化反應(yīng)。經(jīng)處理后污泥中溶解性COD提高到990.329mg/L,比未處理污泥增加了約14倍。超聲波與NaOH聯(lián)合預(yù)處理后的污泥厭氧消化14天，產(chǎn)甲烷量與未經(jīng)處理的污泥厭氧消化22天基本持平。而兩種污泥消化22天的條件下，產(chǎn)甲垸量302.2ml，比未經(jīng)處理污泥增加了40.5%。實(shí)施例3:.某地污水處理廠剩余污泥，經(jīng)重力沉降后性質(zhì)如下表所示?？偦瘜W(xué)需氧量溶解性化學(xué)總固體揮發(fā)性固懸浮固揮發(fā)性懸浮指標(biāo)體(g/L)固體(g/L)PH(mg/L)需氧量(mg/L)(g/L)體(g/L)數(shù)值154101461491176.7土2'C搖床中反應(yīng)24小時(shí)，后取200ml聯(lián)合預(yù)處理污泥樣送入?yún)捬跸磻?yīng)器，置入35土2。C搖床中進(jìn)行中溫厭氧消化反應(yīng)。經(jīng)處理后污泥中溶解性COD提高到7800.00mg/L,比未處理污泥增加了約52倍。超聲波與NaOH聯(lián)合預(yù)處理后的污泥厭氧消化13天，產(chǎn)甲烷量與未經(jīng)處理的污泥厭氧消化22天基本持平。而兩種污泥消化22天的條件下，產(chǎn)甲垸量302.24ml，比未經(jīng)處理污泥增加了40.6%。權(quán)利要求1、一種聯(lián)合預(yù)處理提高污泥破解效果并強(qiáng)化后續(xù)厭氧消化的方法，具體步驟如下將城市生活污水處理廠二沉池產(chǎn)生的剩余污泥經(jīng)過(guò)重力沉降濃縮，濃縮后的污泥送入超聲波發(fā)生器進(jìn)行輻照，同時(shí)加入NaOH，超聲波在水中的空化效應(yīng)產(chǎn)生極端的物理?xiàng)l件，污泥的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)被破壞，細(xì)胞內(nèi)易降解的有機(jī)物質(zhì)溶出，使污泥液相中的溶解性有機(jī)物質(zhì)含量增加；將超聲波和NaOH共同作用后的污泥放入25±2℃搖床中反應(yīng)24小時(shí)，然后送入?yún)捬跸磻?yīng)器中進(jìn)行后續(xù)中溫厭氧消化；消化產(chǎn)生的沼氣經(jīng)過(guò)氣體收集裝置收集，并測(cè)定甲烷產(chǎn)量。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)合預(yù)處理提高污泥破解效果并強(qiáng)化后續(xù)厭氧消化的方法，其特征在于超聲波探頭應(yīng)浸沒(méi)在污泥液面下lcm處。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)合預(yù)處理提高污泥破解效果并強(qiáng)化后續(xù)厭氧消化的方法，其特征在于所述超聲波聲能密度為0.2w/ml-2.0w/ml，超聲波頻率為低頻20kHz-25kHz，超聲波輻照時(shí)間為3min-30min。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)合預(yù)處理提高污泥破解效果并強(qiáng)化后續(xù)厭氧消化的方法，其特征在于所述NaOH的加入量與污泥總固體之比為0.02-0.08g/gTS。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述聯(lián)合預(yù)處理提高污泥破解效果并強(qiáng)化后續(xù)厭氧消化的方法，其特征在于所述厭氧消化反應(yīng)器采用玻璃瓶，加入預(yù)處理污泥后通氮?dú)怛?qū)除空氣，加塞寫置于空氣浴搖床混合并控制溫度在35±2°C。全文摘要本發(fā)明屬于固體廢棄物處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種聯(lián)合預(yù)處理提高污泥破解效果并強(qiáng)化后續(xù)厭氧消化的方法。具體步驟為將城市生活污水處理廠二沉池產(chǎn)生的剩余污泥經(jīng)過(guò)重力沉降濃縮后，送入超聲波反應(yīng)器中進(jìn)行超聲波輻照，并投加NaOH。經(jīng)超聲波和NaOH的共同作用后，送入污泥厭氧消化反應(yīng)器中進(jìn)行后續(xù)的中溫厭氧消化；消化產(chǎn)生的沼氣經(jīng)過(guò)氣體收集裝置進(jìn)行收集和測(cè)定甲烷產(chǎn)量。本發(fā)明首次將超聲波和NaOH聯(lián)合用于污泥處理，經(jīng)處理后污泥液相中的溶解性COD濃度提高了約52倍，產(chǎn)甲烷量提高了40.6％。在很大程度上克服了超聲波能耗較高應(yīng)用受到限制的問(wèn)題。本發(fā)明適用于污水處理廠剩余污泥的處理，針對(duì)不同規(guī)模的污水處理廠，需在污水處理廠現(xiàn)有的處理設(shè)施上做相應(yīng)改造即可，具有廣闊的應(yīng)用前景。文檔編號(hào)C12M1/107GK101565262SQ20091005249公開(kāi)日2009年10月28日申請(qǐng)日期2009年6月4日優(yōu)先權(quán)日2009年6月4日發(fā)明者琪周,辰張,張超杰,王國(guó)華,胡亞冰,譚學(xué)軍申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué);上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院