預(yù)處理-egsb-微生物電化學(xué)聯(lián)合的剩余污泥降解裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于剩余污泥資源化與減量化技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種預(yù)處理-EGSB-微生物電化學(xué)聯(lián)合的剩余污泥降解裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著城鎮(zhèn)污水處理事業(yè)的不斷發(fā)展，剩余污泥總量迅速增加；由于剩余污泥中含有大量微生物、懸浮物等有機(jī)物，若得不到妥善的處理與處置，會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)污泥年產(chǎn)生量3000多萬(wàn)噸，并以每年15%的速度遞增，污泥處理形勢(shì)十分嚴(yán)峻。因此，剩余污泥的有效處理已成為了急需解決的一大難題，開發(fā)出高效的有工程推廣價(jià)值的污泥處理技術(shù)具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為解決上述問題，并以污泥減量化、無(wú)害化、資源化為目標(biāo)，提供一種預(yù)處理-EGSB-微生物電化學(xué)聯(lián)合的剩余污泥降解裝置及方法。本發(fā)明有機(jī)組合現(xiàn)有物理及生物技術(shù)實(shí)現(xiàn)剩余污泥的高效處理，即采用破碎-厭氧聯(lián)合的預(yù)處理技術(shù)，膨脹顆粒污泥床(EGSB)技術(shù)，微生物電解池(MEC)或生物燃料電池(MFC)等技術(shù)，組成一套針對(duì)剩余污泥的高效處理裝置及方法。該方法首先將剩余污泥在厭氧污泥中進(jìn)行厭氧消化和破碎，使污泥懸濁液中的固體顆粒物破碎并部分的溶于水相，形成含有污泥固體顆粒的高濃度有機(jī)廢水;高濃度有機(jī)廢水被EGSB的厭氧顆粒污泥降解，未降解的污泥固體顆粒被回流至超聲-厭氧反應(yīng)區(qū);EGSB降解后的高濃度有機(jī)廢水經(jīng)微生物電化學(xué)進(jìn)一步降解。本發(fā)明使污泥中的水分符合排放標(biāo)準(zhǔn)，部分有機(jī)物則以0)2、014、!12等氣體形式釋放，較大程度的提高剩余污泥減量化、資源化效率，同時(shí)達(dá)到無(wú)害化的目的。
[0004]—種預(yù)處理-EGSB-微生物電化學(xué)聯(lián)合的剩余污泥降解裝置，包括破碎-厭氧聯(lián)合預(yù)處理器、EGSB厭氧處理器、微生物電化學(xué)反應(yīng)器和氣體收集器；
[0005]破碎-厭氧聯(lián)合預(yù)處理器與EGSB厭氧處理器連接，微生物電化學(xué)反應(yīng)器位于EGSB厭氧處理器內(nèi)部，EGSB厭氧處理器與氣體收集器連接；并且，破碎-厭氧聯(lián)合預(yù)處理器與EGSB厭氧處理器間有兩路管道連接；
[0006]其中，破碎-厭氧聯(lián)合預(yù)處理器由厭氧反應(yīng)器和破碎設(shè)備組成，破碎設(shè)備可以為超聲波設(shè)備、機(jī)械勻漿設(shè)備、高壓噴射設(shè)備等;破碎設(shè)備可以根據(jù)需要設(shè)置在厭氧反應(yīng)器內(nèi)部或外部；
[0007]厭氧反應(yīng)器上設(shè)有進(jìn)料口、出料口和回料口；EGSB厭氧處理器上設(shè)有進(jìn)漿口、出漿口、出泥口、出水口、回水口和排氣口，進(jìn)漿口和出楽口分別與厭氧反應(yīng)器的出料口和回料口通過管道連接，可以實(shí)現(xiàn)處理物料的雙向流通；回水口通過三通管道與出水口連接;排氣口為EGSB厭氧處理器與氣體收集器的連接口 ；
[0008]微生物電化學(xué)反應(yīng)器為MEC反應(yīng)器或MFC反應(yīng)器；
[0009]厭氧反應(yīng)器與EGSB厭氧處理器的體積比為1:1.5?3;微生物電化學(xué)反應(yīng)器的陰陽(yáng)兩極分布于EGSB厭氧處理器高度的1/2-4/5處，反應(yīng)器電極碳纖維充滿所在位置的處理器內(nèi)腔，同時(shí)兼作三相分離器，起到三相分離器的功能。
[0010]一種預(yù)處理-EGSB-微生物電化學(xué)聯(lián)合的剩余污泥降解方法，利用了上述的裝置，包括如下步驟:
[0011](I)破碎-厭氧聯(lián)合預(yù)處理
[0012]剩余污泥由厭氧反應(yīng)器上的進(jìn)料口輸入破碎-厭氧聯(lián)合預(yù)處理器，利用厭氧反應(yīng)器內(nèi)的厭氧污泥對(duì)剩余污泥進(jìn)行短時(shí)間厭氧消化，殺死活性污泥中的大量好氧微生物，改變污泥的性質(zhì)，降低污泥的破解難度；同時(shí)利用破碎設(shè)備的超聲波、機(jī)械勻漿、高壓噴射的作用分散污泥菌膠團(tuán)，打破細(xì)菌細(xì)胞，分解大分子物質(zhì);最終使污泥懸濁液一部分固體顆粒物溶于水相，形成含有污泥固體顆粒的高濃度有機(jī)廢水；
[0013](2)EGSB 厭氧處理
[0014]將預(yù)處理后的剩余污泥由底部通入EGSB厭氧處理器中，使處理器器內(nèi)部形成上升的液流;處理器中的厭氧顆粒污泥使預(yù)處理后的污泥中的固體顆粒不斷降解，液相中的高濃度有機(jī)物在厭氧顆粒污泥中甲烷菌、產(chǎn)乙酸菌和水解發(fā)酵菌的作用下，轉(zhuǎn)變?yōu)镃02、CH4、H2等氣體;未被降解的污泥固體顆粒被回流至步驟(I)的破碎-厭氧聯(lián)合預(yù)處理器進(jìn)行厭氧消化和破碎；
[0015]由于EGSB厭氧處理器中的厭氧顆粒污泥在處理過程中會(huì)逐漸生長(zhǎng)變大，因此，需要定期對(duì)處理器進(jìn)行排泥處理，排出的厭氧顆粒污泥中有機(jī)物含量為20%-35%，以無(wú)機(jī)污泥及顆粒污泥為主；
[0016](3)微生物電化學(xué)處理
[0017]EGSB厭氧處理后形成的有機(jī)廢水仍然含有一定濃度的有機(jī)物，再通過微生物電化學(xué)反應(yīng)器進(jìn)行處理:
[0018]a.當(dāng)有機(jī)廢水和消化產(chǎn)生的氣體隨上升的液流上升通過MEC反應(yīng)器的陽(yáng)極和陰極碳刷構(gòu)成的三相分離器時(shí)，未被降解的污泥固體顆粒無(wú)法通過而下沉，液體中的有機(jī)物被MEC快速降解，MEC陽(yáng)極上的生物膜降解有機(jī)物并將電子從細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)移到了細(xì)胞外，在外電路電勢(shì)差作用下到達(dá)陰極與質(zhì)子結(jié)合產(chǎn)生氫氣，從而增加了厭氧降解速率，降低了出水有機(jī)物含量，氣體成分穿過碳刷逸出，由氣體收集器收集；
[0019]b.當(dāng)有機(jī)廢水和消化產(chǎn)生的氣體隨上升的液流上升通過MFC反應(yīng)器的陽(yáng)極和陰極碳刷構(gòu)成的三相分離器時(shí)，未被降解的污泥固體顆粒無(wú)法通過而下沉，液體中的有機(jī)物被MFC快速降解，MFC反應(yīng)器是借助微生物的催化作用，將有機(jī)物中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，該裝置在產(chǎn)生電能的同時(shí)增加了厭氧降解速率，降低了出水有機(jī)物含量，氣體成分穿過碳刷逸出，由氣體收集器收集；
[0020]經(jīng)過微生物電化學(xué)處理后的水從出水口外排，經(jīng)檢測(cè)，出水⑶EK 50mg/L;部分外排的水通過回水口由EGSB厭氧處理器底部進(jìn)入處理器，為處理器內(nèi)部提供上升的液流；
[0021]在上述方法的步驟(2)和步驟(3)中，預(yù)處理后的剩余污泥由EGSB厭氧處理器底部進(jìn)入處理器，會(huì)在處理器中形成上升的液流；同時(shí)，部分經(jīng)裝置處理后外排的水可以通過回水口由EGSB厭氧處理器底部進(jìn)入處理器，也會(huì)在處理器中形成上升的液流;通過控制上升液流在微生物電化學(xué)處理階段的流速，能夠?qū)崿F(xiàn)EGSB厭氧處理器下端進(jìn)行厭氧顆粒污泥降解，上端進(jìn)行微生物電化學(xué)降解，中間未被降解的污泥固體顆?；亓髦疗扑?厭氧聯(lián)合預(yù)處理器的平衡；
[0022]上述方法是一個(gè)持續(xù)動(dòng)態(tài)的過程，即裝置運(yùn)行后，剩余污泥不斷的輸入裝置中，經(jīng)過處理后，不斷的輸出C02、CH4、H2等氣體、達(dá)標(biāo)的水以及電能。
[0023]上述方法中，剩余污泥的濃度為8_20g/L;剩余污泥與厭氧污泥質(zhì)量之比為2-3:1;污泥停留時(shí)間為5?7d;
[0024]超聲波頻率為20-28KHZ，每次超聲時(shí)間為0.5?Ih，兩次超聲的時(shí)間間隔為I?8h ；
[0025]勻漿的攪拌速度為8000?12000rpm，每次勻漿時(shí)間為10?30min，兩次勻漿的時(shí)間間隔為I?8h;
[0026]高壓噴射壓力為10?50MPa，每次循環(huán)2?5次，兩次噴射的時(shí)間間隔為I?8h;
[0027]厭氧罐至EGSB厭氧處理器流速與EGSB厭氧處理器至厭氧罐流速之比為5:3?4.5;厭氧罐與EGSB厭氧處理器的體積比為1: 1.5?3;
[0028]EGSB厭氧處理器中，膨脹后的厭氧顆粒污泥為處理器體積的1/3?1/2，處理器中pH為6.5?7.5; EGSB厭氧處理器中微生物電化學(xué)處理階段的上升流流速為厭氧罐至EGSB厭氧處理器流速的10%?30 %。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0030](I)相對(duì)于傳統(tǒng)污泥預(yù)處理方法，該方法通過厭氧消化，可以有效改變污泥的性質(zhì)，降低污泥的破解難度，提升超聲空化的效能，提高污泥的破解效率;較少的使用化學(xué)藥劑，調(diào)節(jié)后續(xù)厭氧反應(yīng)的PH，較大的促進(jìn)了厭氧反應(yīng)的進(jìn)行。
[0031](2)相對(duì)于EGSB處理高濃度廢水，該方法可以高效的降解剩余污泥等固體物質(zhì)，出水水質(zhì)較好，效率更高。
[0032](3)相對(duì)于MEC處理高濃度廢水，該方法可以高效的降解剩余污泥等固體物質(zhì)，處理成本更低，出水水質(zhì)較好，效率更高。
[0033](4)該工藝具有各種單一方法的共同優(yōu)點(diǎn)且協(xié)同作用較好，可以產(chǎn)生HdPCH4等可以作為化工原料或燃料的氣體，較大程度的減少污泥中有害微生物等有機(jī)物的含量，是一種針對(duì)剩余污泥的資源化、無(wú)害化、減量化高效處理工藝。
【附圖說明】
[0034]圖1、實(shí)施例1中剩余污泥降解裝置及物料流向示意圖；
[0035]其中，1、EGSB厭氧處理器，2、微生物電化學(xué)反應(yīng)器(MEC或MFC)，3、氣體收集器，4、厭氧反應(yīng)器，5、超聲波設(shè)備，6、進(jìn)料口，7、出料口，8、回料口，9、進(jìn)漿口，10、出漿口，11、出泥口，12、出水口，13、回水口，14、電極碳纖維，15、排氣口。
【具體實(shí)施方式】
[0036]實(shí)施例中的剩余污泥來(lái)著于沈水灣污泥處理廠;厭氧污泥與EGSB厭氧處理器中的厭氧顆粒污泥成分相同，為多種厭氧消化菌、甲烷菌、產(chǎn)乙酸菌和水解發(fā)酵菌，市購(gòu);MEC反應(yīng)器為以碳纖維和鉑為電極的單室MEC。
[0037]實(shí)施例1
[0038]一種預(yù)處理-EGSB-微生物電化學(xué)聯(lián)合的剩余污泥降解裝置，如圖1所示，由破碎-厭氧聯(lián)合預(yù)處理器、EGSB厭氧處理器1、微生物電化學(xué)反應(yīng)