一种污泥预处理组合方法

摘要

本发明涉及废弃物处理技术领域，特别是指一种污泥预处理组合方法，包括如下步骤：将污水处理产生的剩余污泥调成适宜的浓度、pH值和温度，送入超声波/臭氧反应器中，经超声波/臭氧共同作用后，最终送入污泥厌氧消化反应器中进行后续处理或直接脱水后制作农业肥料。本发明首次将超声波/臭氧联合用于污泥预处理，处理后固相COD的溶解率为5～35％，甲烷产量提高50～75％。与单独采用超声波或臭氧处理相比，污泥中苯并[a]芘去除率达到4～10％，降低了5～20％的能耗，降低污泥处理的成本，适用于污水处理厂和处理站污泥的处理，并可用于污泥生产农业肥料的前处理，具有广阔的应用前景。

权利要求

1.一种污泥预处理组合方法，其特征在于包括如下步骤：将污水处理产生的剩余污泥调成适宜的浓度、pH值和温度，送入超声波/臭氧反应器中，经超声波/臭氧共同作用后，最终送入污泥厌氧消化反应器中进行后续处理或直接脱水后制作农业肥料；所述污泥浓度控制在5～30gTS/L，反应温度控制在≥4℃并且≤60℃，pH控制在6.0～8.0；所述臭氧投加量控制在0.02～0.2gO3/gTS，每升污泥通气量控制在≥0.1L/min并且≤10L/min；所述超声能量输入控制在3000～20000kJ/kgTS，超声波频率控制在15～50kHz；所述超声波/臭氧反应器包括臭氧释放头或管以及超声波探头，臭氧释放头或管位于反应器底部，并与超声波探头距离控制在≤60cm，臭氧释放头或管的孔径控制在50～300μm；所述臭氧释放头或管与超声波探头距离≥1cm。

2.如权利要求1所述的一种污泥预处理组合方法，其特征在于：所述超声波/臭氧反应器为圆形反应器，反应器底部为弧形。

3.如权利要求2所述的一种污泥预处理组合方法，其特征在于：所述圆形反应器直径/高度比控制在1∶1.5～1∶4。

说明书

一种污泥预处理组合方法

技术领域

[0001] 本发明涉及废弃物处理技术领域，特别是指一种污泥预处理组合方法。

背景技术

[0002] 随着经济的迅速发展和社会的不断进步，人们对环境问题越来越重视，污水处理率逐年增高。而随着大量污水处理厂和处理站的投入使用，在处理过程中产生了大量的剩余污泥。剩余污泥含水率高，含有大量病原微生物和生物毒性物质，脱水和稳定困难，处理费用昂贵。剩余污泥的处置已成为所有污水处理厂和处理站目前和今后必须面对的瓶颈问题。

[0003] 目前污泥的处置方法中普遍采用的是厌氧消化，但作为一种污泥处置技术，厌氧消化还存在一些缺陷：(1)反应速度慢，停留时间长，构筑物体积庞大；(2)甲烷产量低，常达不到利用的要求。因此很多污泥预处理技术被开发出来，通过改善污泥性质来弥补厌氧消化的缺点，如超声波、臭氧、微波、热解等，但这些污泥预处理技术大都存在费用昂贵或效率较低的缺陷。这些缺点严重制约了污泥预处理技术的推广应用。如果对污泥预处理技术进行联用，使预处理技术之间相互强化，产生1+1＞2的效果，将能提高预处理的效率，降低处理费用，为污泥预处理技术最终投入实际应用开辟道路。

[0004] 目前超声波/臭氧联合处理技术主要用于处理水中难降解的有机物质，这类物质大都为含苯环结构的芳香族化合物，如酚类等，很难被普通的生物、物理和化学方法所降解。如中国专利申请200710067341.0“一种超声臭氧处理含氯苯酚废水的工艺”，再如中国专利申请200610151124.5“超声协同臭氧/蜂窝陶瓷催化氧化降解水中有机物的方法”等等，在处理过程中超声波基本不对处理对象直接作用，主要通过震荡粉碎臭氧气泡加快臭氧溶于水的速度、使臭氧产生更多的羟基自由基来降解处理对象，超声主要起到辅助强化臭氧效果的作用；迄今为止还未发现超声波/臭氧处理污泥的文献报道。

[0005] 超声波预处理污泥主要是通过超声波作用产生大量空化泡，利用空化泡内高温高压条件，空化泡破碎产生的羟基自由基作用使污泥破碎，从而加速污泥的水解溶胞过程，提高厌氧消化速度。一般认为超声以空化泡破碎剪切为主，其他作用很微小；臭氧预处理污泥是通过臭氧和臭氧分解产生的羟基自由基与污泥作用，加速污泥溶胞过程，进而加快厌氧消化过程。这一过程主要取决于臭氧溶于水的速度和气泡的大小。

[0006] 目前限制超声波处理污泥技术主要由于污泥是固、水混合物，特别是污泥中的大量固体限制了超声波的传输，如不额外提供搅动，则其处理效率不高，要达到理想效果则耗能较高；臭氧处理污泥技术主要由于臭氧在水中低的扩散速率，造成处理效率较低，而且产生臭氧的能耗较高，这些原因阻碍了它们在实际中的应用。

[0007] 另外，在污泥中还含有一定量的持久性有机污染物，如苯并[a]芘，苯并[a]芘是一种强致癌物质，有文献报道，在不进行预处理情况下，在厌氧消化反应器中处理30天，并未发现有明显的去除率。

发明内容

[0008] 本发明的主要目的在于克服现有技术中单用超声波或臭氧预处理污泥效率不高或能耗较高的缺点，提供一种超声波/臭氧的污泥预处理组合方法。

[0009] 本发明采用如下技术方案：一种污泥预处理组合方法，包括如下步骤：将污水处理产生的剩余污泥调成适宜的浓度、pH值和温度，送入超声波/臭氧反应器中，经超声波/臭氧共同作用后，最终送入污泥厌氧消化反应器中进行后续处理或直接脱水后制作农业肥料。

[0010] 前述一种污泥预处理组合方法，所述污泥浓度控制在5～30gTS/L，反应温度控制在≤60℃，pH控制在6.0～8.0。

[0011] 前述一种污泥预处理组合方法，所述反应温度并且≥4℃。

[0012] 前述一种污泥预处理组合方法，所述臭氧投加量控制在0.02～0.2gO3/gTS，每升污泥通气量控制在≥0.1L/min。

[0013] 前述一种污泥预处理组合方法，所述每升污泥通气量并且≤10L/min。

[0014] 前述一种污泥预处理组合方法，所述超声能量输入控制在3000～20000kJ/kgTS，超声波频率控制在15～50kHz。

[0015] 前述一种污泥预处理组合方法，所述超声波/臭氧反应器为圆形反应器，反应器底部为弧形。

[0016] 前述一种污泥预处理组合方法，所述超声波/臭氧反应器包括臭氧释放头或管以及超声波探头，臭氧释放头或管位于反应器底部，并与超声波探头距离控制在≤60cm，臭氧释放头或管的孔径控制在50～300μm。

[0017] 前述一种污泥预处理组合方法，所述臭氧释放头或管与超声波探头距离并且≥1cm。

[0018] 前述一种污泥预处理组合方法，所述圆形反应器直径/高度比控制在1∶1.5～1∶4。

[0019] 本发明的超声波/臭氧污泥预处理组合方法主要是通过打碎污水处理后剩余污泥中微生物的菌胶团结构，并使部分微生物细胞壁破碎，使细胞内物质进入水中，最终使污泥中溶解性有机物增多，进而加速污泥的厌氧消化过程。超声波和臭氧在污泥处理过程中既分别对污泥直接作用，两者之间又相互强化。

[0020] 本发明采用超声波/臭氧污泥预处理组合方法，超声波震荡粉碎臭氧气泡成为微气泡，可提高臭氧溶于水的速度和单位时间内臭氧的浓度，超声波产生的空化泡具有高温高压的特性，促使臭氧快速分解产生更多的羟基自由基，超声的空化效应使臭氧部分分解产物O2形成氧化性更强的H2O2，从而有利于臭氧处理污泥效率的提高。而臭氧的微气泡相当于为超声波提供了很多的空化核，使超声波形成更多的空化泡，从而提高了超声波处理污泥的效率，臭氧还起到搅动污泥的作用，不需额外提供搅拌，一定程度上弥补了超声波在污泥中传输的缺点，降低了能耗。

[0021] 由上述对本发明的描述可知，和现有技术相比，本发明首次将超声波/臭氧联合用于污泥预处理，改善污泥厌氧消化性能，去除污泥中部分持久性有机污染物如苯并[a]芘，提高了臭氧、超声波处理污泥的效率，并降低了能耗。处理后固相COD的溶解率为5～30％[溶解率＝(处理后溶解性COD值-初始溶解性COD值)/初始固相COD值*100％]，可生化降解性能提高40～80％，处理后的污泥厌氧消化时间缩短5～15天，产气量提高
50～75％，甲烷产量提高50～75％。与单独采用超声或臭氧处理相比，污泥中苯并[a]芘去除率达到4～10％，降低了5～20％的能耗，降低污泥处理的成本，适用于污水处理厂和处理站污泥的处理，并可用于污泥生产农业肥料的前处理，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

[0022] 由于各地污水水质和所采取的处理工艺不同，产生的剩余污泥性质有所差异，而且不同厂家的超声波和臭氧发生器的参数和性能有所区别，因此在不违背本发明实质和所附权利要求范围的前提下，可以对本发明的一些参数进行适当调整，以适应具体的情况。下面结合实施例对本发明作进一步详述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

[0023] 实施例1：

[0024] 厦门污水处理厂剩余污泥，性质如下：含水率为99.51％，污泥浓度为5.16gTS/L，总COD为5561mg/L，溶解性COD为126.9mg/l，挥发性固体(VSS)为总固体(TS)的72.25％，pH为7.65，温度为40℃。取污泥400ml加入1L的圆柱型反应瓶中，反应瓶直径：高度比为1∶4，臭氧释放头位于反应器底部，并与超声波探头距离45cm，臭氧释放头孔径为80μm。
在超声波频率21kHz，超声能量输入为5500kJ/kgTS，臭氧投加量为为0.04gO3/gTS条件下，处理后污泥中溶解性COD变为461mg/L，固相COD的溶解率为6.15％，可生化降解性能提高46.7％，能耗比达到同样效果条件下单独超声波处理降低6.1％，比单独臭氧处理降低
9.64％。

[0025] 实施例2：

[0026] 厦门污水处理厂剩余污泥，性质如下：含水率为98.97％，污泥浓度为10.13gTS/L，总COD为12090mg/L，溶解性COD为255.8mg/l，挥发性固体(VSS)为总固体(TS)的73.21％，pH为6.2，温度为6℃。取污泥400ml加入1L的圆柱型反应瓶中，反应瓶直径：高度比为1∶2，臭氧释放头位于反应器底部，并与超声波探头距离10cm，臭氧释放头孔径为
200μm。在超声波频率21kHz，超声能量输入为8825kJ/kgTS，臭氧投加量为为0.07gO3/gTS条件下，处理后污泥中溶解性COD变为2065mg/L，固相COD的溶解率为15.16％，可生化降解性能提高56.12％，能耗比达到同样效果条件下单独超声波处理降低8.2％，比单独臭氧处理降低13.1％。

[0027] 实施例3：

[0028] 厦门污水处理厂剩余污泥，性质如下：含水率为98.01％，污泥浓度为20.19gTS/L，总COD为25143mg/L，溶解性COD为372.3mg/l，挥发性固体(VSS)为总固体(TS)的74.18％，pH为6.89，温度为30℃。取污泥400ml加入1L的圆柱型反应瓶中，反应瓶直径：
高度比为1∶3，臭氧释放头位于反应器底部，并与超声波探头距离15cm，臭氧释放头孔径为300μm。在超声波频率21kHz，超声能量输入为17500kJ/kgTS，臭氧投加量为为0.15gO3/gTS条件下，处理后污泥中溶解性COD变为6607mg/L，固相COD的溶解率为25.17％，可生化降解性能提高76.2％，能耗比达到同样效果条件下单独超声波处理降低12.21％，比单独臭氧处理降低18.42％。

[0029] 实施例4：

[0030] 将实施例1中超声波/臭氧联合预处理后的污泥用于厌氧消化处理，并与未经预