專利名稱：一種初沉污泥有效殺菌并高效脫水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及污水處理廠的初沉污泥脫水并有效殺菌處理的方法，具體為一種初沉 污泥有效殺菌并高效脫水的方法。
背景技術(shù)：
目前，在我國污水處理能力不斷增長的同時(shí)，城鎮(zhèn)污水處理產(chǎn)生的污泥也不斷增 長。本身原有的多數(shù)污泥沒有得到妥善的處置，隨意拋棄、傾倒的現(xiàn)象還普遍存在，由此引 起的二次污染問題已不容忽視，在一定程度上甚至抵消了污染減排的成果，一些地區(qū)還因 污泥處置不當(dāng)，引發(fā)了環(huán)境污染事件。污泥是在污水處理系統(tǒng)的各個(gè)單元中所產(chǎn)生的固液混合物，是污水處理過程的附 屬產(chǎn)物，其基本特性如下1)污泥除含有灰分外，含有大量有機(jī)質(zhì)、病原體、寄生蟲及難降解的有毒有害物 質(zhì)。在處理過程中很難將細(xì)菌徹底消除。污泥是由細(xì)菌、微型動(dòng)物為主的微生物與懸浮物 質(zhì)、膠體物質(zhì)混雜在一起所形成的茶褐色的絮凝體。其中的微生物主要由細(xì)菌組成，細(xì)菌主 要有菌膠團(tuán)細(xì)菌和絲狀菌，數(shù)量可占污泥中微生物總量的90% 95%左右，細(xì)菌在有機(jī)廢 水的處理中起著最重要的作用，如在后續(xù)的A-B活性污泥法中，A段在很高的負(fù)荷下運(yùn)行， 停留時(shí)間、污泥齡期都相對較短，在這種情況下，較高級的真核微生物無法生存，只有某些 短世代的原核細(xì)菌才能適應(yīng)、生存并得以生長繁殖。此外，活性污泥中還有原生動(dòng)物和后生 動(dòng)物等微型動(dòng)物。在處理生活M的活性污泥中存在大量的原生動(dòng)物和部分微型后生動(dòng) 物，通過辨別認(rèn)定其種屬，據(jù)此可以判別處理水質(zhì)的優(yōu)劣，因此將微型動(dòng)物稱為活性污泥系 統(tǒng)中的指示生物。2)污泥含水率高，初沉污泥含水率達(dá)97 99. 5 %，濃縮處理后仍然含水達(dá)80 85 %，體積較大，運(yùn)輸不便，填埋不便，帶來嚴(yán)重的二次污染和潛在污染。3)污泥本身含有的化合物產(chǎn)生氣體形成異臭味，在微生物的作用下，更是產(chǎn)生大 量的惡臭，很難去除。一般污泥處理基地都回避了這個(gè)問題。污(廢)水處理的污泥中，顆粒較細(xì)，密度較小，含水率高且不易去除水；有機(jī)腐殖 質(zhì)(初沉池污泥含33 %，消化污泥含35 %，活性污泥含41 %，腐污泥含47 % )含量高，容易 腐化發(fā)臭，給各種大量的病原菌、寄生蟲、微生物營造了生存和繁殖的良好環(huán)境；由于城市 污水中混有醫(yī)院排水和某些工業(yè)廢水，污泥中常常含有大量的重金屬等有毒有害物質(zhì)，并 且這些物質(zhì)又被微生物、細(xì)菌包裹著，因而很難去除。對環(huán)境和人類以及動(dòng)物健康、生態(tài)平 衡會(huì)造成較大危害。如果污泥不能進(jìn)行無害化處置，在某種情況下，這種轉(zhuǎn)變甚至可能使某些有害污 染物(如含有重金屬離子、帶有病菌的微生物)富集，并由于其含有毒有害成分以水、空氣、 蚊蠅鼠類動(dòng)物、固體生化分解等載體進(jìn)行滲透、擴(kuò)散、游離等方式造成嚴(yán)重的二次污染和潛 在的污染；造成這種局面的原因與國際上現(xiàn)有的污泥處理處置技術(shù)不適合我國國情有關(guān)， 也由于生活污水和工業(yè)廢水合并處理，從而使污泥的成分非常復(fù)雜，難以處理。
污泥最顯著的特征是含水率高，因此體積龐大，其主要原因就是污泥中的主要成 分是以細(xì)菌為載體而存在，細(xì)菌的間隙水一般要占污泥中總含水量的65% 85% ；其次是 毛細(xì)管水約占污泥中總含水量的15% 25%。由于毛細(xì)水和污泥顆粒之間的結(jié)合力較強(qiáng)， 濃縮作用不能將毛細(xì)結(jié)合水分離，需借助較高的機(jī)械作用力和能量，如真空過濾，壓力過濾 和離心分離才能去除這部分水分要去除這部分水分，必須破壞細(xì)胞膜，使細(xì)胞液滲出，由內(nèi) 部結(jié)合水變?yōu)橥獠恳后w。靠常規(guī)的濃縮、消化、機(jī)械過濾很難去除，一般經(jīng)脫水后的污泥仍 然含水60-85%。這為污泥的長距離轉(zhuǎn)運(yùn)和后續(xù)處理處置帶來了經(jīng)濟(jì)上、環(huán)境上、安全上和技術(shù)上 的巨大困難。目前，國內(nèi)污泥脫水的處理技術(shù)與方法主要有污泥初沉(二沉)、濃縮、消化 、 機(jī)械脫水、物理干化等工藝。而通過實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，這些工藝投資大，占地大，能耗大，運(yùn)行 成本高，需要添加多種大量的絮凝(混凝)劑且給后續(xù)工藝處理帶來難度，依然存在脫水難 度很大。在現(xiàn)行的技術(shù)條件下，一般是在消化過程中產(chǎn)生的活性污泥中進(jìn)行殺菌處理，沒有 在初始階段(初沉污泥)進(jìn)行殺菌。經(jīng)脫水后的污泥用途廣發(fā)，可用于制肥、飼料、建材、燃料等。因此，研究開發(fā)利用 一種初沉污泥有效殺菌并高效脫水的新方法，為污泥的無害化、減量化及其后續(xù)的資源化 處理是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種初沉污泥有效殺菌并高效脫水的方法，以 解決背景技術(shù)中的問題本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種初沉污泥有效殺菌并高效脫水的方法，包括以下步驟(1)初沉污泥酸化處理取城鎮(zhèn)污水處理廠的初沉污泥，含水率97% 99. 5%， 按水與初沉污泥的質(zhì)量比按0.2 1 1 1的比例加入水，按質(zhì)量濃度為93% 98% 工業(yè)級硫酸與初沉污泥的質(zhì)量比按0.02 0.1 0.1 1的比例加入工業(yè)級硫酸，攪拌 5 IOmin后，按濃度27. 5% 35%工業(yè)級雙氧水與初沉污泥的質(zhì)量比按0.02 0. 1 0. 1 1的比例加入工業(yè)級雙氧水，攪拌反應(yīng)5 lOmin，制成漿液；(2)微波加熱殺菌將漿液加熱到30°C 90°C，加熱時(shí)間15 90min ；(3)機(jī)械過濾對微波加熱處理后的漿液進(jìn)行固液分離并用水洗滌，得干污泥渣 和新漿液，洗滌水用量與初沉污泥的質(zhì)量比0.3 1 1 1;(4)新漿液用石灰調(diào)節(jié)pH值至6. O 8. 5，新漿液可作為循環(huán)用水回用至污泥酸 化制漿液與機(jī)械過濾分離洗滌，回用后余下的部分新漿液可送回污水處理廠的污水處理系 統(tǒng)。微波加熱殺菌原理；在生物與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已有許多研究表明，微波加熱與傳統(tǒng)加熱不同，它不需要由表 及里的熱傳導(dǎo)，而是通過微波產(chǎn)生的溫度場與電磁場，可以直接而有效地在整個(gè)物料內(nèi)部 產(chǎn)生熱量，促進(jìn)細(xì)菌的分子高速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)物料性質(zhì)(電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、介電常數(shù))的不同， 加熱在物料內(nèi)部的能量耗散來直接加熱物料，微波加熱加速其細(xì)胞膜的擠壓而破裂達(dá)到殺 菌的目的。含有大量水分的污泥分子即微生物及其細(xì)胞被“瞬間粉碎”而析出水分。
微波產(chǎn)生的電磁場是細(xì)菌致死的主要因素，特別是在較低溫度時(shí)。實(shí)驗(yàn)給人們一 種啟示，充分利用變化的電磁場將能獲得一種新的、在較低溫度下殺菌的手段和技術(shù)，開創(chuàng) 有效殺菌途徑。電磁場在殺菌過程中表現(xiàn)出來的“非熱因素成為細(xì)菌致死的主導(dǎo) 因素”打破 了常規(guī)加熱殺菌的格局，細(xì)菌欲生存而需抗?fàn)幍膶ο蟾臑椤半姶帕Α?。脈沖電磁的殺菌機(jī)理 主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面電場作用分子主要生物學(xué)的研究表明，生物體內(nèi)的大多數(shù)分 子和原子是具有極性(等效電偶極子)和磁性(分子電流模型)的，因此外加電磁場必然 會(huì)對生物產(chǎn)生影響或作用。在外加電磁場的作用下，電偶極子和分子電流會(huì)隨著電磁場的 方向取向。在靜電磁場中，只是建立一個(gè)新的終極狀態(tài)；但在時(shí)變電磁場中，電偶極子和分 子電流會(huì)隨著電磁場的變化而振動(dòng)。顯然，不同強(qiáng)度分布的外加電磁場對不同生物的影響 程度是不同的。醫(yī)學(xué)界在研究中發(fā)現(xiàn)細(xì)胞體在電磁場中有異常表現(xiàn)，典型的表現(xiàn)是對電磁 波的應(yīng)答現(xiàn)象。這種生物應(yīng)答現(xiàn)象發(fā)生在遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)，生物體對滿足一定條件的電磁場 的影響是非線性的，并表現(xiàn)出頻率特異性功能和功率特異性。效應(yīng)的能源有時(shí)來自生物系 統(tǒng)內(nèi)部，外部電磁場只是起到觸發(fā)作用。細(xì)胞是最基本的生命單元，在細(xì)胞中，細(xì)胞膜是研 究得最多的部分。每個(gè)細(xì)胞膜內(nèi)外都有一定的電位差，在外加電場的作用下，膜內(nèi)外的電位 差會(huì)增大，通透性會(huì)增加，細(xì)胞發(fā)生滲透，繼續(xù)適度處理，當(dāng)電磁場達(dá)到一定值(Ε > Ε0，Η> HO)時(shí)，細(xì)胞膜就發(fā)生不可修復(fù)的破裂，這種現(xiàn)象稱為電穿孔。同時(shí)，由于電磁場是變化的， 在極短的時(shí)間內(nèi)，電磁場的頻率、強(qiáng)度都會(huì)發(fā)生極大的變化，在細(xì)胞膜上產(chǎn)生振蕩效應(yīng)。不 可逆的電穿孔和激烈的振蕩效應(yīng)能使細(xì)胞破裂，這種破裂導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)紊亂，從而達(dá)到殺 死細(xì)胞的目的，進(jìn)而殺死細(xì)菌。電離作用變化電磁場的介電阻斷性對食品的微生物具有抑 制作用。在外加電磁場的作用下，污泥空間中的帶電粒子將產(chǎn)生高速運(yùn)動(dòng)，撞擊污泥分子， 使污泥分子分解，產(chǎn)生陰、陽離子，同時(shí)，電解質(zhì)電解出陰、陽離子。這些陰、陽離子在強(qiáng)電磁 場的作用下極為活躍，穿過本來就已提高通透性的細(xì)胞膜，與微生物內(nèi)的生命物質(zhì)如蛋白 質(zhì)、RNA作用，因而阻斷了細(xì)胞內(nèi)正常生化反應(yīng)和新陳代謝的進(jìn)行。另外，電磁場能夠使水 分子的氫氧鍵斷裂，在水中生成過量的超氧陰離子自由基、過氧化氫及自由質(zhì)子。而過氧化 氫有強(qiáng)烈的氧化作用，作用于生物分子，會(huì)破壞DNA，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。液體介質(zhì)中電離作用產(chǎn) 生的臭氧同樣有強(qiáng)烈的氧化作用，能與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)發(fā)生一系列反應(yīng)。以上兩種作用的聯(lián)合 構(gòu)成了殺死細(xì)菌體的主要因素。有益效果1、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對污水處理廠產(chǎn)生的初沉污泥，直接進(jìn)行有效殺菌與高效脫水， 不再經(jīng)過二沉、濃縮、消化等工藝，可節(jié)約大量投資、用地及其運(yùn)行成本。2、本發(fā)明采取酸化處理后，實(shí)現(xiàn)了改變細(xì)菌生存環(huán)境的目的，為最終的微波加溫 殺菌提供了條件。3、本發(fā)明采取微波加熱方式，實(shí)現(xiàn)了低溫殺菌、殺菌均勻徹底，時(shí)間短，效率高的 目的，實(shí)現(xiàn)了選擇性加熱物料，保持物料組分不變的目的。4、本發(fā)明處理的初沉污泥，能高效脫水，由其原含水率97% 99. 5%下降到 10% 20%，同時(shí)為污泥的后續(xù)加工和產(chǎn)品化提供便利的前提條件。5本發(fā)明可采用化工生產(chǎn)的常規(guī)設(shè)備設(shè)施，一次性投資少，建設(shè)周期短，生產(chǎn)成本 低，工作環(huán)境良好，操作人數(shù)少，容易掌握操作。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1初沉污泥樣品取自湖南星沙某污水處理廠，含水率為97. 5%，固含量 為2. 5%。鑒定用樣品取于2010年6月，分別在初沉污泥、活性污泥的初期曝氣、低負(fù)荷 活性污泥系統(tǒng)的延時(shí)曝氣、活性污泥的曝氣池混合液、剩余污泥五個(gè)處理階段取樣，通過 MicroStation全自動(dòng)快速微生物鑒定儀，鑒定初始首先按常規(guī)微生物操作方 法分離出純 種。鑒定步驟如下1、平板擴(kuò)大培養(yǎng)用BIOLOG專用培養(yǎng)基將純種擴(kuò)大培養(yǎng)；2、配制菌懸液按要求配制一定濁度(細(xì)胞濃度)的菌懸液；3、接種培養(yǎng)將菌懸液接種至微孔鑒定板(Microplate)，培養(yǎng)一定時(shí)間；4、獲取結(jié)果將培養(yǎng)后的鑒定板放入讀數(shù)儀中讀數(shù)，軟件自動(dòng)給出鑒定結(jié)果。其污泥中含微生物種群與數(shù)量測定結(jié)果如表1，可發(fā)現(xiàn)在初沉污泥中，微生物種群 主要以細(xì)菌為主，并隨處理階段的變化逐漸遞減，而原生動(dòng)物、后生動(dòng)物開始明顯增多，真 菌、藻類在特定條件下出現(xiàn)。正如上述微波加熱殺菌原理可知，在污泥系統(tǒng)中，構(gòu)成微生物群體生存壓力和最 終選擇的因素主要包括最終電子受體的類型及利用能力、可獲得的基質(zhì)以及對基質(zhì)的利 用能力、是否具有絮凝沉淀特性、在環(huán)境溫度下能否生存及生長、生長速率高低、是否具有 生長懸浮能力。從生物量衡量，異養(yǎng)菌是污泥微生物群落細(xì)菌中的主要菌種(Pike and Curds，1971)。異養(yǎng)菌利用污水中的有機(jī)物，進(jìn)行自身的生長，從而使有機(jī)污染物的量減少。 微生物種群繁殖、增長、消失的交替情況出現(xiàn)，是隨污泥中的營養(yǎng)條件(廢水種類、化學(xué)組 成、濃度)、溫度、供氧、PH等環(huán)境條件改變，則會(huì)導(dǎo)致主要細(xì)菌種群(優(yōu)勢菌)改變。微生物種群發(fā)生交替過程，反映了污泥的條件與性質(zhì)發(fā)生了變化，死亡的微生物 又絮凝結(jié)合在一起，或并成為另一種微生物的食物鏈，導(dǎo)致其新陳代謝而更加重了污泥的 復(fù)雜結(jié)構(gòu)，并且在此過程中由于微生物的作用，輔以化合反應(yīng)，產(chǎn)生諸如異臭味等更多有毒 有害成分，污泥脫水也更難實(shí)現(xiàn)。表1取自湖南星沙某污水處理廠的污泥含微生物種群與數(shù)量測定
權(quán)利要求
一種初沉污泥有效殺菌并高效脫水的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)初沉污泥酸化處理取城鎮(zhèn)污水處理廠的初沉污泥，含水率97％～99.5％，按水與初沉污泥的質(zhì)量比按0.2∶1～1∶1的比例加入水，按質(zhì)量濃度為93％～98％工業(yè)級硫酸與初沉污泥的質(zhì)量比按0.02∶0.1～0.1∶1的比例加入工業(yè)級硫酸，攪拌5～10min后，按濃度27.5％～35％工業(yè)級雙氧水與初沉污泥的質(zhì)量比按0.02∶0.1～0.1∶1的比例加入工業(yè)級雙氧水，攪拌反應(yīng)5～10min，制成漿液；(2)微波加熱殺菌將漿液加熱到30℃～90℃，加熱時(shí)間15～90min；(3)機(jī)械過濾對微波加熱處理后的漿液進(jìn)行固液分離并用水洗滌，得干污泥渣和新漿液，洗滌水用量與初沉污泥的質(zhì)量比0.3∶1～1∶1；(4)新漿液用石灰調(diào)節(jié)pH值至6.0～8.5，新漿液可作為循環(huán)用水回用至污泥酸化制漿液與機(jī)械過濾分離洗滌，回用后余下的部分新漿液可送回污水處理廠的污水處理系統(tǒng)，即可。
全文摘要
一種初沉污泥有效殺菌并高效脫水的方法，包括以下步驟(1)初沉污泥酸化處理，制成漿液；(2)微波加熱殺菌將漿液加熱到30℃～90℃，(3)機(jī)械過濾對微波加熱處理后的漿液進(jìn)行固液分離并用水洗滌，得干污泥渣和新漿液，(4)新漿液用石灰調(diào)節(jié)pH值至6.0～8.5，新漿液可作為循環(huán)用水回用至污泥酸化制漿液與機(jī)械過濾分離洗滌，回用后余下的部分新漿液可送回污水處理廠的污水處理系統(tǒng)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對污水處理廠產(chǎn)生的初沉污泥，直接進(jìn)行有效殺菌與高效脫水，不再經(jīng)過二沉、濃縮、消化等工藝，可節(jié)約大量運(yùn)行成本。
文檔編號C02F11/06GK101962255SQ20101028009
公開日2011年2月2日 申請日期2010年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月14日
發(fā)明者唐建新, 梁杞香 申請人:長沙潔湘環(huán)保工程有限公司