一種利用超聲波提高污泥回流工藝沉后水質(zhì)的方法
【專利摘要】一種利用超聲波提高凈水廠污泥回流工藝沉后水質(zhì)的方法屬于飲用水處理領(lǐng)域，特別適用于以湖泊和水庫為水源的城鎮(zhèn)凈水廠強(qiáng)化混凝處理。裝置包括依次串聯(lián)的混合池、絮凝池、沉淀池、儲泥池、超聲波處理設(shè)備和污泥再濃縮裝置；儲泥池中10%～15%的污泥作為回流污泥進(jìn)入超聲波處理設(shè)備中，經(jīng)超聲頻率25～160KHz，聲能密度23.3～30.0W/L，作用15min～30min后再由污泥再濃縮裝置濃縮，再濃縮系數(shù)為0.6～0.8；將含固率為0.095w/w%～0.20w/w%超聲再濃縮污泥回流至絮凝池來強(qiáng)化混凝效果、提高沉后水質(zhì)。本方法可以有效地將超聲波破解溶出的有機(jī)物和致病微生物排出回流系統(tǒng)，對于提高沉后水質(zhì)、降低后續(xù)工藝處理負(fù)荷，保障供水安全具有重大意義。
【專利說明】一種利用超聲波提高污泥回流工藝沉后水質(zhì)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明屬于飲用水處理領(lǐng)域，特別涉及一種用于提高凈水廠污泥回流工藝沉后水質(zhì)的方法，具體是指經(jīng)超聲波預(yù)處理后的污泥進(jìn)一步自然沉降再濃縮后回流來強(qiáng)化混凝效果、提高沉后水質(zhì)。本發(fā)明特別適用于以湖泊和水庫為水源的城鎮(zhèn)凈水廠強(qiáng)化混凝處理。
【背景技術(shù)】:
[0002]凈水廠污泥回流作為強(qiáng)化低濁度微污染水源水常規(guī)混凝工藝的有效技術(shù)，成為近年來研究和應(yīng)用熱點，也是污泥資源化的重要形式。污泥回流工藝的沉后水質(zhì)由新投加混凝劑水解產(chǎn)物對污染物的去除效果、回流污泥中剩余金屬氫氧化物的吸附去除效果、回流污泥的絮凝核心作用以及回流污泥中污染物重新釋放程度共同決定。由于污染物，尤其一部分人工合成有機(jī)物、消毒副產(chǎn)物前體物、重金屬和致病微生物等在污泥中濃度較原水中的明顯高，而且在回流過程中水流剪切力作用下污泥絮體會破碎，包裹在其中的污染物會釋放到水相中，同時破碎的絮體能否再絮凝直接影響著沉后水質(zhì)。因此，在污泥回流之前采取預(yù)處理措施使污泥有效破解，使污泥中的污染物尤其是溶解性有機(jī)物溶出、分離，致病微生物最大限度的滅活，同時提高回流污泥的沉降性能和脫水性能，對后續(xù)回流工藝至關(guān)重要。
[0003]目前，關(guān)于活性污泥破解技術(shù)包括各種物化處理方法，如熱解、機(jī)械破解、超聲波、臭氧氧化、酸化、堿解、堿與超聲波聯(lián)合應(yīng)用等。超聲波由于具有能耗低、滅菌范圍廣、綠色無二次污染等特點成為活性污泥破解的重要方法。0.11~0.22ff/ml的超聲波處理可以破壞菌膠結(jié)構(gòu)，使其中的內(nèi)部水排出，同時保持較大的污泥顆粒，提高污泥的沉降性能，但高強(qiáng)度、120min以上的長時間超聲作用會使得污泥絮體過小，沉降性能變差，菌膠團(tuán)里的有機(jī)物大量釋放到水中。在一定的聲能密度和時間范圍內(nèi)，活性污泥破解反應(yīng)相對于時間符合一級反應(yīng)動力學(xué)規(guī)律，但在 高聲能密度和低污泥濃度下，有機(jī)物的溶出增長率隨時間延長而減緩。在凈水廠污泥回流工藝中，將超聲作用后的污泥通過重力自然沉降與釋放到水中的有機(jī)物分離，使有機(jī)物脫離出回流系統(tǒng)可以減輕回流工藝負(fù)荷。另外，研究發(fā)現(xiàn)聲能密度為0.llff/mL時異養(yǎng)菌數(shù)量在120min后可減少40%。與異養(yǎng)菌相比，大腸桿菌更容易被滅活，120min后減少了 64% ;聲能密度為0.33ff/mL時效果更為顯著，作用20min后，異養(yǎng)菌減少了 56%，大腸桿菌減少了 97%。此項研究表明，超聲波可以有效殺滅致病微生物，降低回流工藝出水中微生物風(fēng)險。此外，研究還發(fā)現(xiàn)活性污泥絮體的平均粒徑隨超聲時間的延長逐漸降低，高聲能密度下的效果比低聲能密度更明顯；而污泥絮體的比表面積隨超聲時間的延長逐漸增加，同時污泥絮體表面電荷分布受超聲條件的影響不大。經(jīng)超聲作用后絮體比表面積增大，對應(yīng)的吸附容量變大，為凈水廠污泥回流工藝對有機(jī)物的去除提供有利條件。
[0004]由于活性污泥和凈水廠污泥的物理、化學(xué)和生物特性存在著較大差異，超聲作用對這三者特性的影響各異，且在活性污泥厭氧發(fā)酵工藝中，超聲波破解可以最大程度地提高厭氧可生化性、提高產(chǎn)氣量、縮短硝化時間，實現(xiàn)污泥減量化。采用本發(fā)明的方法可以極大地降低凈水廠污泥破解后有機(jī)物溶出帶來的負(fù)面效應(yīng)，而且最大限度滅活污泥中的致病微生物，強(qiáng)化低濁度微污染水源水的混凝處理，對于保障供水安全具有重大意義。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005]本發(fā)明提供了一種解決凈水廠污泥回流工藝中有機(jī)物、致病微生物等有毒有害物質(zhì)的積累，以及回流過程中沉淀池負(fù)荷變大、再絮凝絮體沉降性能變差等問題的方法。在不改變原有凈水廠污泥回流工藝的前提下，通過采用超聲波技術(shù)將污泥中的有機(jī)物破解溶出、致病微生物最大限度滅活，同時有效改善污泥絮體特性，然后再將超聲波處理后的污泥進(jìn)一步自然沉降濃縮，并將溶出的有機(jī)物排出后回流至絮凝池來強(qiáng)化混凝效果，達(dá)到提高沉后水質(zhì)的作用。該方法對于污泥減量化和資源化，降低后續(xù)工藝處理負(fù)荷，縮小沉淀池體積，保障供水安全具有重大意義。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0007]—種利用超聲波提高污泥回流工藝沉后水質(zhì)的方法，其特征在于:包括依次串聯(lián)的混合池、絮凝池、沉淀池、儲泥池、超聲波處理設(shè)備和污泥再濃縮裝置；所述的污泥再濃縮裝置中設(shè)有攪拌槳和上清液放空閥門；
[0008]所述的儲泥池中10%~15%的污泥作為回流污泥進(jìn)入超聲波處理設(shè)備中；
[0009]進(jìn)入超聲波處理設(shè)備中的污泥總固體質(zhì)量濃度為1300~4500mg/L，超聲波處理的頻率為25~160KHz，聲能密度為23.3~30.0W/L,時間為15min~30min ;進(jìn)入污泥再濃縮裝置中的污泥再濃縮系數(shù)為0.6~0.8 ;污泥再濃縮裝置中的攪拌槳轉(zhuǎn)速為50~60rpm ；將含固率為0.095w/w%~0.20w/w%超聲再濃縮污泥回流至絮凝池，原水濁度小于10.0NTU時，污泥回流體積比控制在6~8%，濁度為10.0~30.0NTU時，回流體積比控制在4~6%，濁度大于30.0NTU時，回流體積比為0%~4%。
[0010]所述的經(jīng)超聲波作用后污泥上清液中SCOD溶出量為初始量的5~8倍，絮體顆粒破解程度達(dá)20%~25%，污泥中大腸桿菌、糞大腸桿菌致病微生物滅活率達(dá)20%~40%。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點:
[0012](I)與常見的高密度沉淀池、增效澄清池、懸浮和脈沖澄清池、機(jī)械攪拌和水力循環(huán)澄清池等污泥回流方式不同，該方法的污泥在沉淀池外經(jīng)過超聲再濃縮處理后實現(xiàn)回流，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，可以根據(jù)原水水質(zhì)條件來確定或調(diào)整污泥回流運行工況，實現(xiàn)混合、絮凝和分離三種工藝的獨立穩(wěn)定運行；
[0013](2)該方法可以極大程度地減輕沉淀池處理負(fù)荷、提高沉降速率、減少沉淀池體積和降低基建費用；
[0014](3)與原有污泥回流工藝相比，該方法可以極大程度上改善沉后水水質(zhì)，降低后續(xù)處理單元的負(fù)荷，提高供水安全性，適用于現(xiàn)有中小型水廠的技術(shù)改造和推廣應(yīng)用。
[0015](4)可以實現(xiàn)污泥的無害化、減量化和資源化，從中國城市水資源的良性社會循環(huán)、資源環(huán)境的保護(hù)及循環(huán)經(jīng)濟(jì)社會的建立等層面上均具有重要意義。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0016]附圖1是該發(fā)明工藝流程圖。
【具體實施方式】:[0017]具體工藝流程如圖1所示。
[0018]所述的混合池可以是管道靜態(tài)混合器、機(jī)械混合池、隔板混合池等，混合池的水力停留時間為0.5~lmin，速度梯度控制在800~lOOOs—1 ；
[0019]所述絮凝池可以是機(jī)械反應(yīng)絮凝池也可以是水力反應(yīng)絮凝池，如隔板反應(yīng)絮凝池、孔板反應(yīng)絮凝池、波紋板反應(yīng)絮凝池等，絮凝池的水力停留時間為15~20min，平均速度梯度控制20~50s—1 ；[0020]所述沉淀池可以是斜板、斜管沉淀池也可以是平流沉淀池，沉淀池內(nèi)污泥連續(xù)流入儲泥池進(jìn)行濃縮，儲泥池間隔3~8d向外排放剩余污泥。
[0021]所述的超聲波處理設(shè)備包括超聲波頻率調(diào)節(jié)按鈕、功率無級調(diào)節(jié)按鈕和定時器設(shè)置按鈕。頻率可通過超聲波設(shè)備控制面板上的頻率數(shù)顯按鈕來調(diào)節(jié)，聲能密度通過控制面板上功率調(diào)節(jié)按鈕和超聲處理污泥體積來控制，時間可由控制面板上的定時器設(shè)置。超聲過程中可實現(xiàn)自動化控制。
[0022]所述的污泥再濃縮裝置中設(shè)有攪拌槳和上清液放空閥門。攪拌槳主要用于保征回流過程中污泥絮體的完整性以及污泥質(zhì)量濃度的穩(wěn)定性；不同垂直高度上的上清液放空閥門用于控制回流污泥再濃縮系數(shù)。
[0023]本發(fā)明通過實驗室大量靜態(tài)試驗研究，比較了不同超聲作用條件(超聲頻率、聲能密度、超聲時間和污泥特性)下污泥的物理、化學(xué)與生物特性變化，以及通過自然沉降再濃縮方法將超聲后的污泥回流至絮凝池來強(qiáng)化混凝效果，最終以沉后水水質(zhì)的提升來說明該方法的創(chuàng)新性與優(yōu)越性。舉四個實例說明【具體實施方式】，但本發(fā)明的權(quán)利要求范圍并不局限于此。
[0024]實施實例1:
[0025]進(jìn)入超聲波處理設(shè)備中的污泥總固體質(zhì)量濃度為1300mg/L，上清液中的C0D&為10.55mg/L，初始污泥中大腸桿菌和糞大腸桿菌的濃度分別為1.25X IO4, 407CFU/mL,污泥絮體粒徑為25.66 μ m。經(jīng)超聲頻率為25KHz，聲能密度23.3W/L(功率為350W，污泥體積15L)，作用30min后，上清液中的C0D&增加至67.45mg/L，溶出率達(dá)539%，為初始濃度的6.4倍；大腸桿菌和糞大腸桿菌的滅活率分別為23.5%和30.2% ;絮體顆粒粒徑降為20.43 μ m,破解程度達(dá)20.4%。將超聲處理后的污泥通過污泥再濃縮裝置再濃縮，再濃縮系數(shù)為0.6，含固率為0.095w/w%，然后啟動攪拌槳，其轉(zhuǎn)速為50rpm，以8%的體積回流比回流于初始濁度為3.50NTU的原水。對比發(fā)現(xiàn)，沉后水濁度由原來未經(jīng)超聲作用污泥回流后的69.69%提高至76.88%，UV254由初始的22.72%提高至31.82%，去除率分別提升了 7.91%和9.10%。
[0026]實施實例2:
[0027]進(jìn)入超聲波處理設(shè)備中的污泥總固體質(zhì)量濃度為1300mg/L，上清液中的C0D&為10.55mg/L，初始污泥中大腸桿菌和糞大腸桿菌的濃度分別為1.25X IO4, 407CFU/mL,污泥絮體粒徑為25.66 μ m。經(jīng)超聲頻率為40KHz，聲能密度30W/L (功率為450W，污泥體積15L)，作用15min后，上清液中的C0D&增加至77.45mg/L,溶出率達(dá)634%，為初始濃度的7.3倍；大腸桿菌和糞大腸桿菌的滅活率分別為20.5%和35.2% ;絮體顆粒粒徑降為19.83 μ m,破解程度達(dá)22.7%。將超聲處理后的污泥通過污泥再濃縮裝置再濃縮，再濃縮系數(shù)為0.6，含固率為0.12w/w%，然后啟動攪拌槳，其轉(zhuǎn)速為55rpm，以6%的體積回流比回流于初始濁度為3.50NTU的原水，沉后水濁度由原來未經(jīng)超聲作用污泥回流后的69.69%提高至81.21%，UV254由初始的22.72%提高至32.41%，去除率分別提升了 11.52%和9.69%。
[0028]實施實例3:
[0029]進(jìn)入超聲波處理設(shè)備中的污泥總固體質(zhì)量濃度為4500mg/L，上清液中的C0D&為27.59mg/L，初始污泥中大腸桿菌和糞大腸桿菌的濃度分別為2.31 X IO4, 609CFU/mL,污泥絮體粒徑為22.66 μ m。經(jīng)超聲頻率為125KHz，聲能密度30W/L(功率為450W，污泥體積15L)，作用20min后，上清液中的CODcr增加至167.45mg/L，溶出率達(dá)507%,為初始濃度的6.1倍；大腸桿菌和糞大腸桿菌的滅活率分別為24.5%和39.2% ;絮體顆粒粒徑降為16.72 μ m,破解程度達(dá)24.9%。將超聲處理后的污泥通過污泥再濃縮裝置再濃縮，再濃縮系數(shù)為0.75，含固率為0.18w/w%，然后啟動攪拌槳，其轉(zhuǎn)速為60rpm，以4%的體積回流比回流于初始濁度為20.0NTU的原水，沉后水濁度由原來未經(jīng)超聲作用污泥回流后的69.27%提高至83.32%, DOC由初始的12.72%提高至25.41%,去除率分別提升了 14.05%和12.69%。
[0030]實施實例4:
[0031]進(jìn)入超聲波處理設(shè)備中的污泥總固體質(zhì)量濃度為4500mg/L，上清液中的C0D&為27.5mg/L，初始污泥中大腸桿菌和糞大腸桿菌的濃度分別為2.31 X IO4, 609CFU/mL，污泥絮體粒徑為25.66 μ m。經(jīng)超聲頻率為160KHz，聲能密度30W/L(功率為450W，污泥體積15L)，作用15min后，上清液中的COD增加至147.39mg/L，溶出率達(dá)398%，為初始濃度的4.98倍；大腸桿菌和糞大腸桿菌的滅活率分別為22.8%和33.7% ;絮體顆粒粒徑降為17.30 μ m,破解程度達(dá)22.3%。將超聲處理后的污泥通過污泥再濃縮裝置再濃縮，再濃縮系數(shù)為0.8，含固率為0.20w/w%,以2%的體積回流比回流于初始濁度為35.5NTU的原水，沉后水濁度由原來未經(jīng)超聲作用污泥回流后的69.27%提高至84.26%，DOC由初始的12.72%提高至23.38%，去除率分別提升了 12.99%和10.66%。
【權(quán)利要求】
1.一種利用超聲波提高污泥回流工藝沉后水質(zhì)的方法，其特征在于:包括依次串聯(lián)的混合池、絮凝池、沉淀池、儲泥池、超聲波處理設(shè)備和污泥再濃縮裝置；所述的污泥再濃縮裝置中設(shè)有攪拌槳和上清液放空閥門； 所述的儲泥池中10%~15%的污泥作為回流污泥進(jìn)入超聲波處理設(shè)備中； 進(jìn)入超聲波處理設(shè)備中的污泥總固體質(zhì)量濃度為1300~4500mg/L，超聲波處理的頻率為25~160KHz，聲能密度為23.3~30.0ff/L,時間為15min~30min ;進(jìn)入污泥再濃縮裝置中的污泥再濃縮系數(shù)為0.6~0.8 ;污泥再濃縮裝置中的攪拌槳轉(zhuǎn)速為50~60rpm ；將含固率為0.095w/w%~0.20w/w%超聲再濃縮污泥回流至絮凝池，原水濁度小于10.0NTU時，污泥回流體積比控制在6~8%，濁度為10.0~30.0NTU時，回流體積比控制在4~6%，濁度大于30.0NTU時，回流體積比為0%~4%。
【文檔編號】C02F11/00GK103496832SQ201310479382
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月14日
【發(fā)明者】楊艷玲, 周志偉, 李星, 王偉強(qiáng), 趙荔, 馬長紅 申請人:北京工業(yè)大學(xué)