專利名稱：生物污泥減量設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)一種生物污泥減量的技術(shù)；尤其有關(guān)一種結(jié)合污泥水解及中和，與膜離生物反應(yīng)槽(Membrane Bioreactor，MBR)的生物污泥減量的技術(shù)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，廢棄生物污泥利用喜氣或厭氣污泥消化方式，以穩(wěn)定污泥性質(zhì)及改善污泥脫水性，進(jìn)而達(dá)到污泥減量效果，但是生物污泥進(jìn)行污泥消化時(shí)，由于污泥均為固形物，借助生物消化過程將固形物轉(zhuǎn)換成生物可利用水溶液，需要相當(dāng)長時(shí)間。故在喜氣或厭氣污泥消化之前，利用物理或化學(xué)水解方式使固形物加速水解，以有效縮短整個(gè)污泥水解與分解時(shí)間。但是污泥經(jīng)過水解后，部份固形物可以繼續(xù)生物水解與分解，但仍有一定比例水解污泥無法繼續(xù)分解，這些微細(xì)水解污泥，由于粒子非常細(xì)小且密度與水相近，容易隨著處理水從生物處理系統(tǒng)流失，而造成出流水水質(zhì)惡化。
傳統(tǒng)污泥消化系統(tǒng)可以達(dá)到穩(wěn)定污泥性質(zhì)及改善污泥脫水性的效果，但污泥減量效果有限，通常介于5至10％之間。傳統(tǒng)污泥消化系統(tǒng)中的喜氣消化的水力停留時(shí)間(HRT)約需要20至30天，而厭氣消化則需要要30天以上的HRT，才能夠達(dá)到污泥消化效果，故需要較大反應(yīng)槽體積，除非采用高溫污泥消化系統(tǒng)才能夠提高污泥減量效果，但又會(huì)增加操作費(fèi)用，故應(yīng)用上經(jīng)常受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種可以提高污泥減量效果及改善處理水水質(zhì)的生物污泥減量設(shè)備及方法。
本發(fā)明的生物污泥減量設(shè)備包括一污泥水解槽、一污泥中和槽及一膜離生物反應(yīng)槽(Membrane Bioreactor，MBR)的組合。本發(fā)明的方法先將污泥水解及中和，以產(chǎn)生一適于以該膜離生物反應(yīng)器進(jìn)一步處理的中間進(jìn)料。該中間進(jìn)料被導(dǎo)入該MBR，由于MBR是利用薄膜進(jìn)行固液分離，水解的污泥和微生物將被強(qiáng)制留在MBR內(nèi)，其中借助微生物繼續(xù)水解污泥及分解有機(jī)物，以達(dá)到污泥穩(wěn)定化和減少污泥量的目的。另外也可以馴養(yǎng)及累積特殊微生物加強(qiáng)分解水解污泥中不易生物分解物質(zhì)。于是，本發(fā)明可以提高污泥減量效果及改善處理水水質(zhì)。
實(shí)施方式本發(fā)明提供一種生物污泥減量設(shè)備，包含一用于將一生物污泥水解的污泥水解槽；一膜離生物反應(yīng)器；及一污泥中和槽，該污泥中和槽用于將該污泥水解槽產(chǎn)生的水解污泥混合物調(diào)整成一適合該膜離生物反應(yīng)槽進(jìn)行微生物分解的中間進(jìn)料，其中該膜離生物反應(yīng)器包含一反應(yīng)槽，該反應(yīng)槽接收該中間進(jìn)料；一浸入在該反應(yīng)槽內(nèi)的中間進(jìn)料的過濾模塊，其具有一穿透側(cè)及一與該中間進(jìn)料接觸的外側(cè)，而且該中間進(jìn)料中所含的液體僅能透過該過濾模塊與該穿透側(cè)相通；及一負(fù)壓來源用于使該穿透側(cè)具有一比該中間進(jìn)料小的液壓，于是通過該穿透側(cè)從該反應(yīng)槽流出一處理過出流水。
較佳的，該膜離生物反應(yīng)器進(jìn)一步包含一曝氣裝置，其用于提供該反應(yīng)槽內(nèi)的中間進(jìn)料一外界氣體。該曝氣裝置可包含一位于該反應(yīng)槽內(nèi)的曝氣管，及一連接在該曝氣管用于將外界氣體送往該曝氣管的鼓風(fēng)機(jī)。更佳的，本發(fā)明的生物污泥減量設(shè)備進(jìn)一步包含一反沖洗管，其連接該鼓風(fēng)機(jī)與該過濾模塊的穿透側(cè)，于是一外界氣體可被送往該過濾模塊的穿透側(cè)并透過該過濾模塊進(jìn)入該反應(yīng)槽內(nèi)的中間進(jìn)料。
較佳的，該過濾模塊為管狀或匣狀，并且由中空纖維或多孔性物質(zhì)作成。該多孔性物質(zhì)可為無紡布。
較佳的，該該過濾模塊具有大于0.05m3/m2.day的通量。
較佳的，該反應(yīng)槽內(nèi)的中間進(jìn)料含有喜氣性(aerobic)、無氧性(anoxic)或厭氧性(anaerobic)微生物。在本發(fā)明的生物污泥減量設(shè)備中，當(dāng)該微生物為喜氣性微生物時(shí)，該外界氣體為為空氣或純氧；當(dāng)該微生物為無氧性微生物時(shí)，該外界氣體為氮?dú)饣蚨趸?；及?dāng)該微生物為厭氣性微生物時(shí)，該外界氣體為氮?dú)狻⒓淄榛蛘託狻?br> 較佳的，該污泥水解槽被安裝有一用于攪拌該生物污泥的攪拌器，及一用于控制該生物污泥的pH值的pH控制器。更佳的，該pH控制器通過將一堿或一酸加入該生物污泥的方式使該生物污泥具有一大于9的pH值或小于3的pH值。最佳的，該污泥中和槽被安裝有一用于攪拌該水解過污泥的攪拌器，及一用于控制該水解過污泥的pH值的pH控制器，其中該pH控制器通過將一酸或一堿加入該水解過污泥的方式使該水解過污泥具有一大于3小于9的pH值。
較佳的，該污泥水解槽被安裝有一用于攪拌該生物污泥的攪拌器，及一用于加熱該生物污泥的加熱器。該加熱器適于將該生物污泥加熱至一介于50～90℃的溫度。
較佳的，該污泥中和槽被安裝有一用于攪拌該水解過污泥的攪拌器，及一用于降低該水解過污泥的溫度的熱交換器。
較佳的，該生物污泥來自廢水處理生物處理單元，該生物污泥具有VSS/SS比值介于0.5至0.9之間，其中VSS為可揮發(fā)污泥濃度(volatile suspendedsolids)，SS為總污泥濃度。


圖1顯示依照本發(fā)明的一較佳具體實(shí)施例所完成的生物污泥減量設(shè)備的示意圖。
附圖標(biāo)記1..濃縮污泥 2、8、14..泵 3..污泥水解槽4、10..化學(xué)品 5、11..攪拌器 6、12..pH控制器7..水解污泥 9..污泥中和槽 13..中和污泥15..MBR反應(yīng)槽 16..曝氣設(shè)備 17..鼓風(fēng)機(jī)18..空氣19..氣泡 20..膜管21..真空泵 22..出流水 23..真空壓力計(jì)24..污泥泵 25..廢棄污泥 26..定時(shí)器
具體實(shí)施例方式
依本發(fā)明的一較佳具體實(shí)施例所完成的生物污泥減量方法將配合圖1說明如下。濃縮污泥1經(jīng)由進(jìn)料泵2送入污泥水解槽3中，并添加一定量化學(xué)品4在污泥水解槽3中，以攪拌器5使化學(xué)品4及濃縮污泥1能夠混合均勻，并以pH控制器6控制化學(xué)品4的添加量。水解后污泥7以泵8送入污泥中和槽9中，添加化學(xué)品10在污泥中和槽9，以攪拌器11將化學(xué)品10及水解污泥7混合均勻，并以pH控制器12控制化學(xué)品10的添加量而將污泥中和槽9內(nèi)的混合物控制在約pH＝7。中和后水解污泥13再以泵14送入膜離生物反應(yīng)器15中，利用反應(yīng)槽15中微生物對中和后水解污泥13進(jìn)行生物污泥水解及有機(jī)物分解。由安裝在反應(yīng)槽15底部的曝氣管16及鼓風(fēng)機(jī)17構(gòu)成的曝氣裝置將空氣18以氣泡19方式提供給反應(yīng)槽15內(nèi)的混合物。氣泡19除提供微生物生長及分解有機(jī)物所需氧氣外，亦提供清除附著在過濾膜管20外側(cè)的微生物及水解污泥，以避免形成積垢。再用真空泵21將反應(yīng)槽15內(nèi)的處理水經(jīng)過該過濾膜管20由其中央信道(即穿透側(cè)，未示于圖中)抽出。在出流水22的管線上安裝真空壓力計(jì)23以記錄操作壓力。若需要進(jìn)行排泥時(shí)，將反應(yīng)槽15中微生物以泵24抽出成為廢棄污泥25。為維持反應(yīng)槽15正常操作以避免積垢形成，影響過濾膜管20操作通量，必須進(jìn)行定期反沖洗。反沖洗時(shí)，真空泵21被切斷，以鼓風(fēng)機(jī)17提供一定空氣流量的空氣通過一反沖洗管27送往該過濾膜管20的中央信道，再穿過該過濾膜管20將附著在過濾膜管20上微生物及水解污泥逆洗進(jìn)入該反應(yīng)槽內(nèi)。一定時(shí)器26被使用以控制反沖洗頻率及所需時(shí)間，維持整個(gè)生物污泥減量設(shè)備的操作。
實(shí)施例1及對照例2及3本實(shí)施例1使用類似圖1的生物污泥減量設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。對照例2及3使用圖1的生物污泥減量設(shè)備中在該中和后水解污泥13前的裝置，且對照例2及3分別使用一喜氣批式活性污泥系統(tǒng)(Sequencing batch reactor，SBR)及厭氣SBR反應(yīng)槽取代圖1的MBR15反應(yīng)槽。
前述MBR、喜氣SBR及厭氣SBR等三組反應(yīng)槽，每個(gè)槽體材質(zhì)為壓克力制(10cm*10cm)的方形體，有效水深100cm，有效體積為10公升(L)。MBR及喜氣SBR反應(yīng)槽槽體底部安裝曝氣設(shè)備以曝氣方式(流量＝4.0L空氣/min)使槽體達(dá)到好氧控制的目的。厭氣SBR反應(yīng)槽則安裝一組攪拌器使水解污泥能夠與厭氣污泥混合均勻。MBR反應(yīng)槽的過濾膜管20為無紡布濾材，屬于開放型孔洞的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物，平均孔洞直徑大小為0.03mm及且具親水性。該過濾膜管20具有25公分高度，3公分外徑及2公分內(nèi)徑，過濾膜管的過濾層厚度為0.1公分，其余厚度為支撐層。
實(shí)施例1采用廢棄生物污泥來自造紙廠活性污泥系統(tǒng)的廢棄污泥，其污泥性質(zhì)如表1中所示，其中平均總污泥濃度(SS)為13500mg/L，可揮發(fā)污泥濃度(VSS)為9600mg/L，其VSS/SS比值為0.72。使用NaOH將上述廢棄生物污泥進(jìn)行水解，pH值控制在12左右。經(jīng)過2小時(shí)水解反應(yīng)時(shí)間后，再利用硝酸將pH值調(diào)至中性左右，作為前述MBR、喜氣SBR及厭氣SBR等三組反應(yīng)槽的中間進(jìn)料。
MBR及喜氣SBR反應(yīng)槽操作條件為污泥濃度SS2,500mg/L、pH6～8、DO為2mg/L以上、HRT為20天等環(huán)境條件下，進(jìn)行污泥減量的評估實(shí)驗(yàn)。而厭氣SBR處理系統(tǒng)，初期植種厭氣污泥濃度約6000mg/L，污泥源來自宜蘭酒廠UASB廢棄污泥，其HRT亦為20天，其它操作條件如表2中所示。
表1造紙業(yè)廢棄生物污泥基本性質(zhì)*

*CODs為溶解性COD；CODt為總COD；TKN為總凱氏氮表2污泥水解減量實(shí)驗(yàn)操作條件

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前先將欲導(dǎo)入前述MBR、喜氣SBR及厭氣SBR等三組反應(yīng)槽的中間進(jìn)料置入一燒杯，觀察其污泥含量。燒杯中的污泥高度幾乎等于燒杯高度。在經(jīng)過第一試程(HRT為20天)三種程序處理后，出流水再被導(dǎo)入同一個(gè)燒杯，觀察其污泥含量。發(fā)現(xiàn)經(jīng)三種程序處理后的出流水在燒杯中的污泥層高度依序?yàn)閰挌釹BR、喜氣SBR及MBR，其中MBR出流水中幾乎沒有SS存在，污泥減量效果良好。同樣的現(xiàn)象亦在第二試程(HRT為10天)被觀察到。表3示出第一試程及第二試程中MBR、喜氣SBR及厭氣SBR處理效果的結(jié)果。在第一試程(HRT為20天)中，MBR、喜氣SBR及厭氣SBR對SS去除率分別為99.5、75.9及38.6％。當(dāng)HRT由20天縮短為10天(第二試程)，MBR、喜氣SBR及厭氣SBR對SS去除率分別為98.9、18.9及5.5％?？梢姴捎肕BR處理水解污泥可在與喜氣SBR及厭氣SBR相同的反應(yīng)槽體積下處理更高流量的水解污泥并獲得非常好污泥減量效果。易言之，在相同流量的水解污泥下，MBR可使用比喜氣SBR及厭氣SBR較小的反應(yīng)槽體積。
表3.各試程污泥減量處理效果的歸納

權(quán)利要求
1.一種生物污泥減量設(shè)備，包含一用于將一生物污泥水解的污泥水解槽；一膜離生物反應(yīng)器；及一污泥中和槽，該污泥中和槽用于將該污泥水解槽產(chǎn)生的水解污泥混合物調(diào)整成一適合該膜離生物反應(yīng)槽進(jìn)行微生物分解的中間進(jìn)料，其中該膜離生物反應(yīng)器包含一反應(yīng)槽，該反應(yīng)槽接收該中間進(jìn)料；一浸入在該反應(yīng)槽內(nèi)的中間進(jìn)料的過濾模塊，其具有一穿透側(cè)及一與該中間進(jìn)料接觸的外側(cè)，而且該中間進(jìn)料中所含的液體僅能透過該過濾模塊與該穿透側(cè)相通；及一負(fù)壓來源用于使該穿透側(cè)具有一比該中間進(jìn)料小的液壓，于是通過該穿透側(cè)從該反應(yīng)槽流出一處理過出流水。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該膜離生物反應(yīng)器進(jìn)一步包含一曝氣裝置，其用于提供該反應(yīng)槽內(nèi)的中間進(jìn)料一外界氣體。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中該曝氣裝置包含一位于該反應(yīng)槽內(nèi)的曝氣管，及一連接在該曝氣管用于將外界氣體送往該曝氣管的鼓風(fēng)機(jī)。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含一反沖洗管，其連接該鼓風(fēng)機(jī)與該過濾模塊的穿透側(cè)，于是一外界氣體可被送往該過濾模塊的穿透側(cè)并透過該過濾模塊進(jìn)入該反應(yīng)槽內(nèi)的中間進(jìn)料。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該過濾模塊為管狀或匣狀，并且由中空纖維或多孔性物質(zhì)作成。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中該多孔性物質(zhì)包含無紡布。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該過濾模塊具有大于0.05m3/m2.day的通量。
8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該反應(yīng)槽內(nèi)的中間進(jìn)料含有喜氣性、無氧性或厭氧性微生物。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中當(dāng)該微生物為喜氣性微生物時(shí)，該外界氣體為為空氣或純氧；當(dāng)該微生物為無氧性微生物時(shí)，該外界氣體為氮?dú)饣蚨趸?；及?dāng)該微生物為厭氣性微生物時(shí)，該外界氣體為氮?dú)?、甲烷或沼氣?br> 10.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該污泥水解槽被安裝有一用于攪拌該生物污泥的攪拌器，及一用于控制該生物污泥的pH值的pH控制器。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中該pH控制器通過將一堿或一酸加入該生物污泥的方式使該生物污泥具有一大于9的pH值或小于3的pH值。
12.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該污泥水解槽被安裝有一用于攪拌該生物污泥的攪拌器，及一用于加熱該生物污泥的加熱器。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中該加熱器將該生物污泥加熱至一介于50～90℃的溫度。
14.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中該污泥中和槽被安裝有一用于攪拌該水解過污泥的攪拌器，及一用于控制該水解過污泥的pH值的pH控制器。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中該pH控制器通過將一酸或一堿加入該水解過污泥的方式使該水解過污泥具有一大于3小于9的pH值。
16.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中該污泥中和槽被安裝有一用于攪拌該水解過污泥的攪拌器，及一用于降低該水解過污泥的溫度的熱交換器。
17.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該生物污泥來自廢水處理生物處理單元，該生物污泥具有VSS/SS比值介于0.5至0.9之間，其中VSS為可揮發(fā)污泥濃度，SS為總污泥濃度。
全文摘要
本發(fā)明的生物污泥減量設(shè)備包括一污泥水解槽、一污泥中和槽及一膜離生物反應(yīng)槽(Membrane Bioreactor，MBR)的組合。本發(fā)明的方法先將污泥水解及中和，以產(chǎn)生一適于以膜離生物反應(yīng)器進(jìn)一步處理的中間進(jìn)料。水解的污泥和微生物被強(qiáng)制留在MBR內(nèi)，借助微生物繼續(xù)水解污泥及分解有機(jī)物，以達(dá)到污泥穩(wěn)定化和減少污泥量的目的。另外，由于MBR是利用薄膜進(jìn)行固液分離，除可以馴養(yǎng)及累積特殊微生物加強(qiáng)分解水解污泥中不易生物分解物質(zhì)外，亦可獲得良好的處理水水質(zhì)。
文檔編號C02F11/02GK1579970SQ0315034
公開日2005年2月16日 申請日期2003年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月30日
發(fā)明者洪仁陽, 鄒文源, 張王冠, 張敏超, 邵信 申請人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院