一種利用螯合劑和復(fù)合酶制劑協(xié)同作用減量處理污泥的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明設(shè)計(jì)污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用螯合劑和復(fù)合酶制劑協(xié)同作用減量處理污泥的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國城市化進(jìn)程加快，城鎮(zhèn)污水處理能力和污泥產(chǎn)生量都急劇增長。截止至2011年3月底，我國已建成城市污水處理廠2996座，日處理能力達(dá)到了 1.33億立方米，比上年新增2500萬噸。2011年，城鎮(zhèn)生活污水處理率達(dá)到80% (相比2005年約提高30個百分點(diǎn))，按含水率80%計(jì)算，產(chǎn)生脫水污泥2184萬噸。如果每年污水處理率按5-7%的速率遞增，預(yù)計(jì)到2015年污泥排放量將達(dá)到3560萬噸。因此，污泥的處置和處理成為環(huán)境保護(hù)中日益緊迫和嚴(yán)峻的問題。
[0003]現(xiàn)有的污泥減量技術(shù)可以分為原位污泥減量和后減量。原位污泥減量指污水處理過程中的污泥減量，即從源頭上減少微生物的增長量。代表工藝有解偶聯(lián)代謝、臭氧氧化、超聲波、水熱氧化、添加微生物等；后減量指污水經(jīng)過處理產(chǎn)生污泥，再采取方法對污泥進(jìn)行削減。代表工藝有干化、堆肥化和填埋等。上述方法往往具有諸如成本高、能耗大、反應(yīng)條件劇烈以及二次污染等缺點(diǎn)。因此，開發(fā)經(jīng)濟(jì)、有效、節(jié)能、低耗的污泥減量技術(shù)，克服現(xiàn)有污泥減量技術(shù)的缺點(diǎn)，已成為亟待解決的課題。
[0004]例如，公開號為103304036A的中國發(fā)明專利申請公開了一種能夠大大降低污泥量的污水處理中污泥減量的方法，在污水處理主要工藝內(nèi)填充生物載體填料富有供微生物生長的多種微量元素，生物載體獨(dú)特的形式能形成DO多變環(huán)境，污泥停留時(shí)間(SRT)長，種類豐富，食物鏈長，新產(chǎn)生的污泥被多種類微生物逐級進(jìn)行再降解，達(dá)到污泥減量化的目的。
[0005]公開號為CN103011512A的中國發(fā)明專利申請公開了一種具有污泥原位減量功能與強(qiáng)化脫氮除磷效果的回流污泥處理裝置及工藝，污泥回流裝置包括反應(yīng)器，所述反應(yīng)器中由上自下依次為:填充由脫氮除磷填料的脫氮除磷濾層，該脫氮除磷濾層的上部設(shè)有進(jìn)泥口 ；上層曝氣裝置；隔板；填充由污泥減量填料的污泥減量填料混合層，該污泥減量填料混合層的下部設(shè)有出泥口 ；濾板；以及下層曝氣裝置。
[0006]公開號為CN 102372405A的中國發(fā)明專利申請公開了一種利用后生動物強(qiáng)化污泥原位減量系統(tǒng)及其工藝和應(yīng)用。本發(fā)明由厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)、后生動物生長區(qū)、二沉區(qū)五部分構(gòu)成。生化系統(tǒng)在處理污水過程中通過設(shè)置后生動物生長區(qū)進(jìn)行原位減量；在后生動物生長區(qū)內(nèi)不斷投加經(jīng)過培養(yǎng)馴化的后生動物強(qiáng)化對生物捕食作用，實(shí)現(xiàn)污泥原位減量的目的，可實(shí)現(xiàn)對活性污泥50-80%的污泥減量效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供了一種利用螯合劑和復(fù)合酶制劑協(xié)同作用減量處理污泥的裝置和方法，利用螯合劑破壞污泥絮體結(jié)構(gòu)，使得有機(jī)顆粒釋放，再通過添加復(fù)合酶制劑將高分子量有機(jī)物水解成小分子有機(jī)物，提高微生物的利用效率，最終達(dá)到污泥減量化目的。
[0008]一種利用螯合劑和復(fù)合酶制劑協(xié)同作用減量處理污泥的裝置，包括依次設(shè)置的螯合劑處理區(qū)、pH調(diào)節(jié)區(qū)和復(fù)合酶處理區(qū)；分別設(shè)置于所述螯合劑處理區(qū)、pH調(diào)節(jié)區(qū)和復(fù)合酶處理區(qū)內(nèi)的攪拌器；以及設(shè)置于所述復(fù)合酶處理區(qū)底部的曝氣裝置。
[0009]為利于污泥的生長，優(yōu)選地，所述螯合劑處理區(qū)、pH調(diào)節(jié)區(qū)和復(fù)合酶處理區(qū)之間設(shè)置導(dǎo)流隔板。
[0010]優(yōu)選地，所述螯合劑處理區(qū)、pH調(diào)節(jié)區(qū)和復(fù)合酶處理區(qū)的容積比為2:1:2。
[0011]優(yōu)選地，所述復(fù)合酶處理區(qū)與螯合劑處理區(qū)之間設(shè)有污泥回流管。最終減量后的污泥通過一部分回流到污水處理廠生化系統(tǒng)前端，一部分污泥經(jīng)回流到螯合劑處理區(qū)。
[0012]本發(fā)明還提供一種利用螯合劑和復(fù)合酶制劑協(xié)同作用減量處理污泥減量的方法，優(yōu)選采用本發(fā)明的裝置進(jìn)行，包括:
[0013](I)將污泥導(dǎo)入螯合劑處理區(qū)，向污泥中投加螯合劑，污泥停留時(shí)間為2-10h ;
[0014](2)經(jīng)螯合劑處理后的污泥進(jìn)入pH調(diào)節(jié)區(qū)，調(diào)節(jié)污泥pH值至7-8 ;優(yōu)選采用碳酸鈉調(diào)節(jié)；
[0015](3)調(diào)節(jié)pH值后的污泥進(jìn)入復(fù)合酶處理區(qū)，向污泥中投加復(fù)合酶制劑，污泥停留時(shí)間為24_48h，復(fù)合酶處理后的部分污泥回流至螯合劑處理區(qū)內(nèi)。
[0016]優(yōu)選地，所述螯合劑為乙二胺四乙酸、檸檬酸或三聚磷酸鈉，按終濃度為10-25mmol/L劑量投加到螯合劑處理區(qū)中。更進(jìn)一步優(yōu)選地，螯合劑為檸檬酸，投加終濃度為lOmmol/L ;或者螯合劑為三聚磷酸鈉，投加終濃度為25mmol/L。
[0017]優(yōu)選地，所述復(fù)合酶制劑是由蛋白酶、纖維素酶、淀粉酶和脂肪酶組成。
[0018]進(jìn)一步優(yōu)選，組成所述復(fù)合酶制劑的各質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:蛋白酶40?50%、纖維素酶20?25 %，淀粉酶20?25 %，余量為脂肪酶。
[0019]更進(jìn)一步優(yōu)選，所述蛋白酶活力不低于50，000U/g，纖維素酶活力不低于20，000U/g，淀粉酶活力不低于2，000U/g，脂肪酶活力不低于20，000U/g。
[0020]更進(jìn)一步優(yōu)選地，復(fù)合酶制劑由中性蛋白酶、纖維素酶、淀粉酶、脂肪酶按質(zhì)量比5:2:2:1復(fù)配而成；或者，由蛋白酶、纖維素酶、淀粉酶、脂肪酶按質(zhì)量比4:2:2:2復(fù)配而成；或者，由蛋白酶、纖維素酶、淀粉酶、脂肪酶按質(zhì)量比5:2.5:2:0.5復(fù)配而成。以上所采用的酶均為商品化的酶。
[0021]蛋白酶能將胞外聚合物質(zhì)(Extracellular polymeric substance，EPS)中蛋白組分水解成氨基酸；纖維素酶和淀粉酶能將EPS中多糖組分水解成葡萄糖；而脂肪酶能將EPS中脂類組分水解成有機(jī)酸，各種酶之間相互協(xié)同促進(jìn)，共同提高污泥的減量效果。EPS顆粒主要成分是蛋白質(zhì)(約占總量的50%)和多糖，二者的比值約為5，因此復(fù)合酶配比中，蛋白酶占有比例較大，其次是糖苷水解酶類(纖維素酶和淀粉酶)。
[0022]優(yōu)選地，所述復(fù)合酶制劑添加量為0.03-0.1 % (W/V)。即復(fù)合酶制劑的投加質(zhì)量與對應(yīng)污泥的體積比例為(0.03?0.1g): 10mLo
[0023]污泥在螯合劑處理區(qū)、pH調(diào)節(jié)區(qū)及復(fù)合酶處理區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間最優(yōu)選為6、2、24h0
[0024]首先在反應(yīng)器中添加適量的金屬螯合劑(乙二胺四乙酸、檸檬酸、三聚磷酸鈉中的一種)破壞胞外聚合物(Extracellular polymeric substance, EPS)絮體結(jié)構(gòu)，使得EPS顆粒釋放，再通過添加復(fù)合酶制劑將大分子量EPS(蛋白質(zhì)、多糖及脂肪等)水解成易被微生物利用的小分子有機(jī)物(氨基酸、葡萄糖、乙酸等)，從而提高微生物的利用效率，減小污泥產(chǎn)量。
[0025]活性污泥是由大量微生物，以及微生物分泌的胞外聚合物質(zhì)(Extracellularpolymeric substance，EPS)所形成的絮體。EPS由多種有機(jī)物質(zhì)構(gòu)成:例如蛋白質(zhì)、多糖、腐殖質(zhì)、糖醛酸、脂質(zhì)以及核酸等(蛋白質(zhì)和多糖是EPS的主要成分)，這些有機(jī)物質(zhì)顆包埋在依靠金屬離子橋(如Ca2+，Mg2+和Fe3+)所形成絮狀結(jié)構(gòu)中，添加某些金屬螯合劑去除金屬離子能破壞污泥的絮狀結(jié)構(gòu)從而使這些EPS有機(jī)顆粒釋放；另一方面由微生物分泌的胞外酶(例如:蛋白酶、糖苷水解酶、脂肪酶等水解酶類)能夠降解EPS，在這些胞外酶的作用下，大分子量EPS顆粒(例如:蛋白，多糖等)轉(zhuǎn)化成小分子量有機(jī)物(如:氨基酸、葡萄糖等)，從而提高微生物的利用效率。這些胞外酶同樣也可以將死亡的微生物通過水解作用，變成溶解性的小分子有機(jī)物。
[0026]綜上，EPS的形成是影響污泥產(chǎn)量的一個關(guān)鍵因素。因此，通過在生化系統(tǒng)中添加適量的金屬螯合劑使得污泥中EPS顆粒釋放，再通過添加復(fù)合酶制劑使大分子量EPS水解是減量處理污泥的理想解決方案。
[0027]本發(fā)明方法應(yīng)用于活性污泥法、生物膜法污水生物處理工藝中實(shí)現(xiàn)污泥減量30-40%。
[0028]關(guān)于本發(fā)明的方法，一種更優(yōu)選的方案:
[0029](I)將污泥導(dǎo)入螯合劑處理區(qū)，向污泥中投加螯合劑，污泥停留時(shí)間為6h，螯合劑為檸檬酸，投加終濃度為10mmol/L ；
[0030](2)經(jīng)螯合劑處理后的污泥進(jìn)入pH調(diào)節(jié)區(qū)，通過碳酸鈉調(diào)節(jié)污泥pH值至7-8，污泥停留時(shí)間為2h;
[0031](3)調(diào)節(jié)pH值后的污泥進(jìn)入復(fù)合酶處理區(qū)，向污泥中投加復(fù)合酶制劑，污泥停留時(shí)間為24h，復(fù)合酶制劑由蛋白酶、纖維素酶、淀粉酶、脂肪酶按5:2:2:1質(zhì)量比例復(fù)配而成，復(fù)合酶制劑的添加量為0.08% (W/V)，復(fù)合酶處理區(qū)內(nèi)的溶解氧控制在2-4mg/L，攪拌器轉(zhuǎn)速200rpm。
[0032]復(fù)合酶處理后的部分污泥回流至螯合劑處理區(qū)內(nèi)。將上述工藝應(yīng)用于某污水處理廠工藝為氧化溝活性污泥法，進(jìn)水以生活污水為主，運(yùn)行30天，可實(shí)現(xiàn)污水處理廠生化系統(tǒng)污泥減量約40%。
[0033]另