專利名稱：基于微波-過(guò)氧化氫協(xié)同作用的剩余污泥處理方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于固體廢棄物處理以及資源回收再利用領(lǐng)域，涉及一種剩余污泥預(yù)處理技術(shù)，特別涉及一種基于微波-過(guò)氧化氫協(xié)同作用的剩余污泥處理方法，以及基于微波-過(guò)氧化氫協(xié)同作用的剩余污泥處理裝置。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，污水處理總量的增長(zhǎng)以及處理標(biāo)準(zhǔn)的提高，隨之產(chǎn)生了大量城市污水廠剩余活性污泥(簡(jiǎn)稱為剩余污泥或者污泥)。其處理處置帶來(lái)的高費(fèi)用等問(wèn)題， 已成為污水處理廠正常運(yùn)行的嚴(yán)重負(fù)擔(dān)，因此經(jīng)濟(jì)高效的剩余活性污泥的處理與處置已成為一個(gè)緊迫因此嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在污泥減量化、資源化和無(wú)害化的過(guò)程中，研究人員發(fā)現(xiàn)作為污水廠負(fù)擔(dān)的剩余污泥同時(shí)又可作為一種有機(jī)物資源，可應(yīng)用于厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷、產(chǎn)氫、驅(qū)動(dòng)生物燃料電池； 可以進(jìn)行經(jīng)濟(jì)價(jià)值物質(zhì)的回收，諸如回收蛋白質(zhì)、生產(chǎn)可生物降解塑料；也可以作為污水生物脫氮過(guò)程中反硝化所需要的碳源，以及回流到曝氣池通過(guò)隱性生長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)污泥減量等多個(gè)領(lǐng)域。但是未經(jīng)處理的剩余污泥中，溶解性的有機(jī)物被固定在細(xì)胞內(nèi)部，受到細(xì)胞壁以及胞外分泌物的保護(hù)，即阻礙剩余污泥中有機(jī)物釋放與利用的最大障礙來(lái)自活性污泥中微生物結(jié)構(gòu)。所以剩余污泥再利用前的關(guān)鍵技術(shù)即是剩余污泥的預(yù)處理，通過(guò)物理、化學(xué)、生物等多種手段實(shí)現(xiàn)剩余污泥的溶胞，提高剩余污泥的水解效率，強(qiáng)化后續(xù)的剩余污泥處理的效^ ο自20世紀(jì)70年代以來(lái)，剩余污泥熱處理技術(shù)已經(jīng)成為改善剩余污泥厭氧消化性能和脫水性能的重要手段，并得到了廣泛的應(yīng)用[Neyens，E. and J. Baeyens, A review of thermal sludge pre—treatment processes to improvedewaterability. Journal of Hazardous Materials, 2003. 98(1-3) :p. 51-67.]。近年來(lái)，微波輻射技術(shù)因具有清潔、快速和易于操控等優(yōu)點(diǎn)而得到了迅速的發(fā)展，并且微波輻射以用來(lái)在部分場(chǎng)合代替?zhèn)鹘y(tǒng)加熱方式處理剩余污泥[Kennedy, K. J. , G. Thibault, and R. L. Droste, Microwave enhanced digestion of aerobic SBRsludge. Water Sa, 2007. 33(2) :p. 261-270.]。但該微波處理方式處理?xiàng)l件為高溫密閉加壓環(huán)境，一般在120°C -170°C甚至更高的溫度才能達(dá)到較好的處理效果，增加了反應(yīng)器的設(shè)計(jì)生產(chǎn)難度，不利于該處理技術(shù)的經(jīng)濟(jì)化。因此，開(kāi)發(fā)符合經(jīng)濟(jì)高效的剩余污泥預(yù)處理手段具有重要的應(yīng)用價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)城市污水處理廠產(chǎn)生的剩余污泥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在常壓開(kāi)放條件下通過(guò)微波_過(guò)氧化氫技術(shù)實(shí)現(xiàn)剩余污泥高效破解，提高剩余污泥的后續(xù)生物可利用性，從而提供一種基于微波_過(guò)氧化氫協(xié)同作用的剩余污泥處理方法。本發(fā)明的再一目的是提供一種可實(shí)現(xiàn)上述目的的基于微波_過(guò)氧化氫協(xié)同作用的剩余污泥處理裝置。
本發(fā)明的基于微波_過(guò)氧化氫協(xié)同作用的剩余污泥處理方法是通過(guò)過(guò)氧化氫的投加策略，以及可進(jìn)一步通過(guò)反應(yīng)PH的控制條件，以強(qiáng)化剩余污泥的處理效果。 本發(fā)明的基于微波_過(guò)氧化氫協(xié)同作用的剩余污泥處理方法包括以下步驟(1)將一定量的剩余污泥調(diào)節(jié)至濃度為5_25g/L的泥水混合液；(2)依據(jù)剩余污泥處理的要求直接將步驟(1)得到的泥水混合液進(jìn)行預(yù)加熱處理后輸送至微波反應(yīng)器中；或者為了獲取更好的處理效果，可用無(wú)機(jī)堿液將步驟(1)得到的泥水混合液的PH值調(diào)節(jié)為8-12后，再進(jìn)行預(yù)加熱處理后輸送至微波反應(yīng)器中；然后在對(duì)泥水混合液進(jìn)行攪拌的同時(shí)開(kāi)啟微波反應(yīng)器的微波源，用微波對(duì)泥水混合液進(jìn)行微波輻射加熱，使泥水混合液按照升溫速率為5°c "20°C /分鐘的升溫速率將剩余污泥加熱至溫度為60-80°C時(shí)，關(guān)閉微波源，停止微波輻射加熱，同時(shí)按照純過(guò)氧化氫與污泥干重的質(zhì)量比值為0. 2-2投加過(guò)氧化氫溶液；然后再次開(kāi)啟微波反應(yīng)器的微波源對(duì)泥水混合液進(jìn)行微波輻射加熱，在泥水混合液的溫度為100°C時(shí)，關(guān)閉微波源，停止微波輻射加熱，停止攪拌并保溫(一般為2-10分鐘)至反應(yīng)結(jié)束后(溫度降溫室溫)出料進(jìn)入后續(xù)的處理；在微波輻射加熱以及過(guò)氧化氫的氧化作用下，剩余污泥受到了有效的破解氧化處理。所述的預(yù)加熱處理是將泥水混合液通過(guò)熱源對(duì)泥水混合液進(jìn)行加熱；所述的熱源是熱交換器等；所述的熱交換器的熱量可利用廢熱或微波處理后的污泥作為熱源。所述的無(wú)機(jī)堿液是NaOH溶液、Ca(OH)2溶液或CaO溶液等。所述的微波反應(yīng)器配置2450MHz或者915MHz的微波源。所述的攪拌的攪拌轉(zhuǎn)速可根據(jù)需要設(shè)置為40-120rpm。所述的過(guò)氧化氫溶液的質(zhì)量濃度為27% -50% ；使用劑量按照純過(guò)氧化氫劑量折
笪弁。所述的后續(xù)的處理，包括用于厭氧產(chǎn)氫、用于厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷、好氧處理污泥減量和磷回收等。所述的剩余污泥處理可為連續(xù)處理或者批量處理。所述的剩余污泥為污水生物處理工藝，包括常規(guī)活性污泥法、氧化溝、A2O和/或 SBR等工藝產(chǎn)生的剩余污泥。本發(fā)明的基于微波_過(guò)氧化氫協(xié)同作用的剩余污泥處理方法，可利用下面提供的本發(fā)明的基于微波_過(guò)氧化氫協(xié)同作用的剩余污泥處理裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的基于微波_過(guò)氧化氫協(xié)同作用的剩余污泥處理裝置主要包括熱交換器和微波反應(yīng)器；在帶有微波源的所述的微波反應(yīng)器的微波反應(yīng)器爐腔中安置有反應(yīng)容器，在反應(yīng)容器中安裝有攪拌器和測(cè)溫探頭，且攪拌器的攪拌桿和測(cè)溫探頭的另一端通向所述的微波反應(yīng)器外；所述的微波反應(yīng)器的壁上開(kāi)有堿液進(jìn)口和過(guò)氧化氫加藥口，在堿液進(jìn)口和過(guò)氧化氫加藥口處分別安裝有與所述的反應(yīng)容器相連通的管路；在所述的微波反應(yīng)器外設(shè)置有所述的熱交換器，且熱交換器分別開(kāi)有第一污泥進(jìn)料口和第一污泥出料口，及開(kāi)有第二污泥進(jìn)料口和第二污泥出料口 ；其中第一污泥出料口通過(guò)管路與所述的反應(yīng)容器壁上開(kāi)有的污泥進(jìn)料口相連通，第二污泥進(jìn)料口通過(guò)管路與所述的反應(yīng)容器壁上開(kāi)有的污泥出料口相連通。
所述的微波反應(yīng)器配置2450MHz或者915MHz的微波源。所述的攪拌器的攪拌轉(zhuǎn)速可根據(jù)需要設(shè)置為40-120rpm。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于(1)本發(fā)明利用微波-過(guò)氧化氫處理剩余污泥的反應(yīng)溫度條件要求低(100°C )，在常壓下開(kāi)放環(huán)境即可實(shí)現(xiàn)，不再需要高溫高壓系統(tǒng)。(2)加入過(guò)氧化氫后，剩余污泥的溶胞效率提高，IOO0C以下即可實(shí)現(xiàn)COD溶出率超過(guò)30%。(3)過(guò)氧化氫分解后只產(chǎn)生水和氧氣，不產(chǎn)生二次污染，降低對(duì)環(huán)境的潛在危害。(4)本發(fā)明采用了熱交換器單元，可大幅降低處理過(guò)程中的能耗。本發(fā)明的方法工藝簡(jiǎn)單，流程短，效率高，并且處理后的剩余污泥可進(jìn)行資源回收利用；本發(fā)明的裝置投資少，適合各種中小規(guī)模剩余污泥處理系統(tǒng)。


圖1.本發(fā)明的基于微波_過(guò)氧化氫協(xié)同作用的剩余污泥處理操作流程示意圖。圖2.本發(fā)明的基于微波_過(guò)氧化氫協(xié)同作用的剩余污泥處理裝置示意圖。附圖標(biāo)記1.堿液進(jìn)口 2.過(guò)氧化氫加藥口 3.污泥進(jìn)料口 4.污泥出料口5.微波源 6.微波反應(yīng)器爐腔 7.反應(yīng)容器 8.攪拌器9.測(cè)溫探頭 10.熱交換器
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1基于微波_過(guò)氧化氫協(xié)同作用的剩余污泥處理裝置如圖2所示，其主要包括熱交換器和微波反應(yīng)器；在帶有微波源5的所述的微波反應(yīng)器(配置2450MHz或者915MHz的微波源)的微波反應(yīng)器爐腔6中安置有反應(yīng)容器7，在反應(yīng)容器7中安裝有攪拌轉(zhuǎn)速為40-120rpm的攪拌器8和測(cè)溫探頭9，且攪拌器8的攪拌桿和測(cè)溫探頭9的另一端通向所述的微波反應(yīng)器外；所述的微波反應(yīng)器的壁上開(kāi)有堿液進(jìn)口 1和過(guò)氧化氫加藥口 2，在堿液進(jìn)口 1和過(guò)氧化氫加藥口 2處分別安裝有與所述的反應(yīng)容器7相連通的管路；在所述的微波反應(yīng)器外設(shè)置有所述的熱交換器10，且熱交換器10分別開(kāi)有第一污泥進(jìn)料口 3和第一污泥出料口 4，及開(kāi)有第二污泥進(jìn)料口 3和第二污泥出料口 4 ；其中第一污泥出料口 4通過(guò)管路與所述的反應(yīng)容器7壁上開(kāi)有的污泥進(jìn)料口 3相連通，第二污泥進(jìn)料口 3通過(guò)管路與所述的反應(yīng)容器7壁上開(kāi)有的污泥出料口 4相連通。利用上述裝置，針對(duì)城市污水處理廠二沉池排放的含水率為99. 5%的剩余污泥進(jìn)行基于微波_過(guò)氧化氫協(xié)同作用的活性污泥處理，操作流程如1所示。(1)將城市污水處理廠濃縮池排放的含水率為99. 5%的剩余污泥(污泥濃度5g/ L)，使用NaOH溶液將剩余污泥的pH調(diào)節(jié)至pH = 11 ；(2)將步驟(1)得到的泥水混合液在熱交換器(可利用廢熱作為熱源)中進(jìn)行預(yù)加熱處理后批次輸送至微波反應(yīng)器中(微波反應(yīng)器配置2450MHz或者915MHz的微波源)； 然后在對(duì)泥水混合液進(jìn)行攪拌(攪拌轉(zhuǎn)速為120rpm)的同時(shí)開(kāi)啟微波反應(yīng)器的微波源，用 2450MHz或者915MHz的微波對(duì)泥水混合液進(jìn)行微波輻射加熱，使泥水混合液按照升溫速率為20°C /分鐘的升溫速率將泥水混合液加熱至溫度為60°C時(shí)，關(guān)閉微波源，停止微波輻射加熱，同時(shí)加入過(guò)氧化氫溶液(過(guò)氧化氫溶液的質(zhì)量濃度為27% )，過(guò)氧化氫的使用劑量是按照純過(guò)氧化氫劑量折算，加入相當(dāng)于剩余污泥干重的質(zhì)量2倍的過(guò)氧化氫；然后再次開(kāi)啟微波反應(yīng)器的微波源對(duì)泥水混合液進(jìn)行微波輻射加熱，在泥水混合液的溫度為100°C時(shí)， 關(guān)閉微波源，停止微波輻射加熱，停止攪拌并保溫5分鐘；在微波輻射加熱以及過(guò)氧化氫的氧化作用下，剩余污泥受到了有效的破解氧化處理，反應(yīng)結(jié)束后出料；從污泥中溶出的有機(jī)物(COD)從52mg/L增加至2852mg/L，最終剩余污泥的pH由11變?yōu)?. 53，COD溶胞效率為 46. 7%，剩余污泥得到穩(wěn)定化處理。實(shí)施例2 基于微波_過(guò)氧化氫協(xié)同作用的剩余污泥處理裝置同實(shí)施例1。(1)將城市污水處理廠濃縮池排放的含水率為98%的剩余污泥通過(guò)離心作用濃縮后，調(diào)節(jié)至濃度為25g/L的泥水混合液；(2)將步驟(1)得到的泥水混合液在熱交換器(可利用廢熱作為熱源)中進(jìn)行預(yù)加熱處理后批次輸送至微波反應(yīng)器中(微波反應(yīng)器配置2450MHz或者915MHz的微波源)； 然后在對(duì)泥水混合液進(jìn)行攪拌(攪拌轉(zhuǎn)速為40rpm)的同時(shí)開(kāi)啟微波反應(yīng)器的微波源，用 2450MHz或者915MHz的微波對(duì)泥水混合液進(jìn)行微波輻射加熱，使泥水混合液按照升溫速率為5°C /分鐘的升溫速率將泥水混合液加熱至溫度為60°C時(shí)，關(guān)閉微波源，停止微波輻射加熱，同時(shí)加入過(guò)氧化氫溶液(過(guò)氧化氫溶液的質(zhì)量濃度為50% )，過(guò)氧化氫的使用劑量是按照純過(guò)氧化氫劑量折算，加入相當(dāng)于剩余污泥干重的質(zhì)量0. 2倍的過(guò)氧化氫；然后再次開(kāi)啟微波反應(yīng)器的微波源對(duì)泥水混合液進(jìn)行微波輻射加熱，在泥水混合液的溫度為100°C時(shí)， 關(guān)閉微波源，停止微波輻射加熱，停止攪拌并保溫10分鐘；在微波輻射加熱以及過(guò)氧化氫的氧化作用下，剩余污泥受到了有效的破解氧化處理，反應(yīng)結(jié)束后出料；從污泥中溶出的有機(jī)物(COD)從167mg/L增加至9561mg/L,最終剩余污泥的pH由7. 60變?yōu)?. 53，COD溶出效率為32. 6%，剩余污泥得到穩(wěn)定化處理。
權(quán)利要求
1.一種基于微波-過(guò)氧化氫協(xié)同作用的剩余污泥處理方法，其特征是，該方法包括以下步驟(1)將剩余污泥調(diào)節(jié)至濃度為5-25g/L的泥水混合液；(2)直接將步驟(1)得到的泥水混合液進(jìn)行預(yù)加熱處理后輸送至微波反應(yīng)器中；或用無(wú)機(jī)堿液將步驟(1)得到的泥水混合液的PH值調(diào)節(jié)為8-12后，再進(jìn)行預(yù)加熱處理后輸送至微波反應(yīng)器中；然后在對(duì)泥水混合液進(jìn)行攪拌的同時(shí)開(kāi)啟微波反應(yīng)器的微波源，用微波對(duì)泥水混合液進(jìn)行微波輻射加熱，使泥水混合液按照升溫速率為5°C -20°C /分鐘的升溫速率將剩余污泥加熱至溫度為60-80°C時(shí)，關(guān)閉微波源，停止微波輻射加熱，同時(shí)按照純過(guò)氧化氫與污泥干重的質(zhì)量比值為0. 2-2投加過(guò)氧化氫溶液；然后再次開(kāi)啟微波反應(yīng)器的微波源對(duì)泥水混合液進(jìn)行微波輻射加熱，在泥水混合液的溫度為100°C時(shí)，關(guān)閉微波源，停止微波輻射加熱，停止攪拌并保持該溫度至反應(yīng)結(jié)束后出料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微波_過(guò)氧化氫協(xié)同作用的剩余污泥處理方法，其特征是所述的預(yù)加熱處理是將泥水混合液通過(guò)熱源對(duì)泥水混合液進(jìn)行加熱；所述的熱源是熱交換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于微波_過(guò)氧化氫協(xié)同作用的剩余污泥處理方法，其特征是所述的熱交換器的熱量是利用廢熱或微波處理后的污泥作為熱源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微波_過(guò)氧化氫協(xié)同作用的剩余污泥處理方法，其特征是所述的無(wú)機(jī)堿液是NaOH溶液、Ca(OH)2溶液或CaO溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微波_過(guò)氧化氫協(xié)同作用的剩余污泥處理方法，其特征是所述的微波反應(yīng)器配置2450MHz或者915MHz的微波源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微波_過(guò)氧化氫協(xié)同作用的剩余污泥處理方法，其特征是所述的攪拌轉(zhuǎn)速為40-120rpm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微波_過(guò)氧化氫協(xié)同作用的剩余污泥處理方法，其特征是所述的過(guò)氧化氫溶液的質(zhì)量濃度為27% -50%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微波_過(guò)氧化氫協(xié)同作用的剩余污泥處理方法，其特征是所述的剩余污泥處理為連續(xù)處理或者批量處理。
9.一種基于微波-過(guò)氧化氫協(xié)同作用的剩余污泥處理裝置，主要包括熱交換器和微波反應(yīng)器；其特征是在帶有微波源的所述的微波反應(yīng)器的微波反應(yīng)器爐腔中安置有反應(yīng)容器，在反應(yīng)容器中安裝有攪拌器和測(cè)溫探頭，且攪拌器的攪拌桿和測(cè)溫探頭的另一端通向所述的微波反應(yīng)器外；所述的微波反應(yīng)器的壁上開(kāi)有堿液進(jìn)口和過(guò)氧化氫加藥口，在堿液進(jìn)口和過(guò)氧化氫加藥口處分別安裝有與所述的反應(yīng)容器相連通的管路；在所述的微波反應(yīng)器外設(shè)置有所述的熱交換器，且熱交換器分別開(kāi)有第一污泥進(jìn)料口和第一污泥出料口，及開(kāi)有第二污泥進(jìn)料口和第二污泥出料口 ；其中第一污泥出料口通過(guò)管路與所述的反應(yīng)容器壁上開(kāi)有的污泥進(jìn)料口相連通，第二污泥進(jìn)料口通過(guò)管路與所述的反應(yīng)容器壁上開(kāi)有的污泥出料口相連通。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于微波_過(guò)氧化氫協(xié)同作用的剩余污泥處理裝置，其特征是所述的微波反應(yīng)器配置2450MHz或者915MHz的微波源。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種剩余污泥預(yù)處理技術(shù)，特別涉及一種基于微波-過(guò)氧化氫協(xié)同作用的剩余污泥處理方法，以及基于微波-過(guò)氧化氫協(xié)同作用的剩余污泥處理裝置。本發(fā)明的方法是通過(guò)按照純過(guò)氧化氫與污泥干重的質(zhì)量比值為0.2-2投加過(guò)氧化氫溶液，在常壓開(kāi)放條件下通過(guò)微波-過(guò)氧化氫技術(shù)實(shí)現(xiàn)剩余污泥高效破解，提高剩余污泥的后續(xù)生物可利用性。反應(yīng)前可通過(guò)控制pH的條件，強(qiáng)化剩余污泥的處理效果。本發(fā)明的裝置主要包括熱交換器和微波反應(yīng)器。本發(fā)明的方法工藝簡(jiǎn)單，流程短，效率高，并且處理后的剩余活性污泥可進(jìn)行資源回收利用；本發(fā)明的裝置投資少，適合各種中小規(guī)模剩余污泥處理系統(tǒng)。
文檔編號(hào)C02F11/06GK102190417SQ20101012201
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2010年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月10日
發(fā)明者劉俊新, 王亞煒, 肖本益, 閻鴻, 魏源送 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心