專利名稱：使用污泥預處理和膜式生物反應器的污泥處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種使用污泥預處理設備和膜式生物反應器的污泥處理方法和設備。通過采用化學和/或物理污泥預處理和膜分離技術，本發(fā)明極大地改進了在污水/廢水處理過程中產生的污泥的處理效率。
無氧化污工藝和曝氣化污工藝是用于降低污泥體積的已知方法。在這兩類方法中，生物反應器在未提供有機底物和微生物的情況下操作，污泥的內在生物降解或內源化污被誘發(fā)。
更具體地說，在無氧化污工藝中，通過控制溫度和pH值等參數(shù)，在不提供O2的情況下誘導了污泥的生物降解。通常，在無氧化污過程中污泥的生物降解發(fā)生很慢。大約用30天可減少20-30％的污泥(Sludgeinto Biosolids’L.Spinosa and P.A.Vesilind，IWA Publishing，2001)。
另一方面，在曝氣化污工藝中，用連續(xù)的曝氣來引發(fā)污泥的生物降解(見

圖1)。由此，與無氧化污工藝相比，曝氣化污工藝具有的一個優(yōu)點是，它可將用于分解在污泥中的有機化合物的停留時間降低到15-20天。但它需要另增用于曝氣的費用。
因此，常規(guī)的降低污泥量的方法有以下缺陷i)相對長的停留時間和低的降低效率(約20-40％)，和ii)高的處理費用。而且，較低的微生物如細菌和真菌等的可生物降解性被認為是導致這些缺陷的實際原因[Mu11er J.Disintegration as a key-stepin sewage sludge treatment.Wat.Sci.Technol.41(8)，123-130(2000)]。
污泥的生物降解通常是由兩步完成的i)通過水解將污泥中的微生物溶解，和ii)溶解的有機化合物或廢物的分解。微生物的水解的第一步被認為是在生物污泥分解中的速率控制步驟，因為細胞膜和細胞壁阻止了細胞成分的水解。
因此，一直存在著強烈的需求，即增加污泥中微生物的可生物降解性，以改進處理效率。
在理解本發(fā)明時重要的是，應當注意，在此所使用的所有技術和科學術語，除非另有定義，都與本領域普通技術人員通常理解的意義相同。其中使用的各種技術也都是本領域普通技術人員所知的那些，除非另有說明。
對具體設備、細胞處理條件等或其子類的提及并不意味著限于它們，而應當理解為包括所有相關的材料，它們是本領域普通技術人員應當認為對該討論所涉及的部分是有關的和有價值的。
本發(fā)明的一個目的是提供更為有效和低成本的方法和系統(tǒng)，來進行有機污泥處理。為了達到該目的，本發(fā)明采用了污泥預處理工藝，以增加污泥中微生物和其它生物物質顆粒的可生物降解性。
特別地，為了增加微生物的可生物降解性，污泥首先經歷化學和/或物理預處理如臭氧處理和熱或堿性處理，其中微生物的細胞壁被破裂，細胞成分的水解因而強化和加速。此后，經預處理的污泥被轉入裝備有浸入式膜——包括中空纖維或平面型膜——的生物反應器中。在該生物反應器中，經預處理的污泥迅速發(fā)生生物降解，同時伴隨著由膜過濾實現(xiàn)的固-液分離。
此外，本發(fā)明的生物反應器可以包括常規(guī)的曝氣設備和絕氧罐，以用于產生于曝氣設備中的含氮成分(NO2和NO3等)的硝酸化和/或脫硝酸化。
下面對本發(fā)明設備的具體操作方法及其特征進行描述。
圖3給出了本發(fā)明污泥處理過程示意圖，其中包括預處理設備(10)以及用于污泥分解的膜反應器(20)。下面對此進行詳細的描述。污泥預處理設備(10)及其使用過程在生物廢水處理過程中所產生的污泥的大部分包含有微生物群。為了增加污泥的溶解度及可生物降解性，在將其進行脫除之前，先進行生物和/或物理處理。當微生物的細胞壁裂開后，細胞中的有機成分被釋放出來并且高分子材料通過水解轉化為低分子材料。因而，增加并加速了污泥的可生物降解性。可將臭氧(O3)處理、熱處理、化學處理單獨或結合用于分解細胞壁的預處理過程。
參照圖3，預處理設備包括堿處理罐(11)，用于盛裝如NaOH及Ca(OH)2等堿劑；臭氧處理罐(12)，用于臭氧處理；以及經預處理的均化罐(13)。如表1所示，最初的懸浮固體的濃度以及COD(Cr)(化學爆氣量)分別是11,440mg/l以及13,890mg/l。預處理后污泥的可生物降解性的水平通過透氣性測定(respirometric)方法進行測試。測試結果證明，污泥中可溶解的有機物成分分額及污泥的可生物降解性通過預處理后均得到明顯的提高。在預處理過程中，堿處理與臭氧處理的結合顯示出最好的效果。
表1.各種污泥預處理過程顯示的增溶和可生物降解性效果。

●COD(Cr)13890mg/l.
●SS懸浮固體用于污泥分解的膜反應器(20)及其使用過程用于污泥分解的膜反應器(20)包括一個用于分解有機物的生物反應器(21)，以及一個用于固-液分離的浸入式膜組件(22)。在膜過濾的過程中，施加吸濾壓來分離固體材料。預處理的結果使生物反應器中固體污泥的分解效率大大地提高了，其理由如下i)由于生物降解速率或者是內呼吸作用或多或少地與污泥濃度成正比，在生物反應器(21)內的污泥的高濃度將會導致內呼吸速率的增加，以及ii)通過預處理將污泥中很大一部分轉化為可生物降解的物質。
盡管膜分離系統(tǒng)使得在生物反應器中保持污泥的相對高的濃度成為一種可能，但污泥的濃度還是應當控制在一定的水平。生物反應器中特別高的污泥濃度經常會引起一些重大問題，如膜堵塞以及氧氣傳輸速率的明顯下降。在反應器中不可降解的無機成分的積累同樣是一個問題，會導致反應器混合液中有機成分分額的降低。因而，為了避免無機成分的積累，持續(xù)地從生物反應器(21)中抽取一部分污泥(大約原始流入的污泥的20％)并排出。也就是說，一部分污泥循環(huán)至堿處理罐(11)，而另一部分污泥則被抽取并從處理系統(tǒng)中排出。
參照圖4，列出了曝氣化污加膜分離的預處理過程的作用，其中預處理為在pH值12下的堿處理及后續(xù)的劑量為0.02g O3/gSS的臭氧處理。
在這一對比實驗中，除了其中一個實驗中沒有采用預處理過程外，其它操作條件均相同。水力停留時間為5天。對于未經過污泥預處理的過程，污泥分解的速率很低，以致于污泥在生物反應器中的沉積速率很高。因而就需要增加停留時間或者抽出更多的污泥，以使得生物反應器(21)中的污泥濃度保持在一個適當?shù)乃健?br> 對于包括預處理在內的處理過程，本發(fā)明中污泥的分解速率相對較高，而生物反應器中污泥的濃度增加很慢。因此，抽取相對少量的污泥就可以將生物反應器(21)中污泥的濃度保持在所需的水平。
另一方面，當生物反應器中污泥的濃度增加后，就會使浸在膜組件(22)中的膜的孔堵塞。曝氣管放置在膜組件的底部區(qū)域以保證由空氣泡所產生的液流可以防止膜堵塞。實用性如上所述，本發(fā)明涉及一種用于處理多余污泥和/或生物廢水處理工廠所產生的初始污泥的方法和設備。根據(jù)本發(fā)明，不僅可以縮短污泥化污的周期，而且可以增加固體脫除速率。因而，本發(fā)明提供了一種用于解決環(huán)境污染問題的較經濟的手段。
由于本發(fā)明參照具體的實施例進行了具體的描述，本領域的普通技術人員應當能夠理解，任何形式上或細節(jié)上的變化均未脫離由后附權利要求所定義的本發(fā)明的實質和范圍。
權利要求
1.一種污泥處理方法，包括以下步驟i)預處理污泥，以便增加污泥中的細菌細胞的可溶分率和可生物降解性；ii)將該預處理了的污泥轉移到一個曝氣生物反應器中，以進行生物分解；和iii)通過浸入在生物反應器(21)中的膜組件(22)來進行固—液分離。
2.按權利要求1的污泥處理方法，其特征在于，還包括了以下步驟a)從生物反應器(21)中抽出和移出一部分污泥；和b)將該部分污泥經返回管線(30)送回到預處理反應器中去。
3.按權利要求1或2的污泥處理方法，其中預處理是化學和/或物理處理。
4.按權利要求3的污泥處理方法，其中預處理是臭氧處理、熱處理、堿處理和/或其結合。
5.按權利要求1或2的污泥處理方法，其特征在于，還包括將產生于臭氧處理反應器(12)的廢氣傳送到生物反應器中，以用于曝氣目的(20)。
6.一種污泥處理設備，包括i)一種具有臭氧處理反應器和熱處理反應器和/或堿性劑處理反應器的預處理設備；ii)一種生物反應器(21)，它裝備有浸入式膜組件(22)，其中具有中空纖維或平面膜。
全文摘要
提供了一種用于有機污泥處理的改進方法。在本發(fā)明中，污泥經過一個膜式生物反應器，在生物反應器中的一部分污泥經預處理設備循環(huán)。按本發(fā)明，因為經過化學和/或物理預處理后，污泥中的細胞的可生物降解性極大地增加，還因為在膜式生物反應器中固—液分離和生物降解同時發(fā)生，故可以顯著地提高污泥化污效率。
文檔編號C02F11/12GK1445182SQ0311934
公開日2003年10月1日 申請日期2003年3月17日 優(yōu)先權日2002年3月15日
發(fā)明者于蘭泰, 金炯修, 全載賢, 金憲 申請人:泰榮株式會社, 吉尼克斯工程有限公司