專利名稱：使用污泥預(yù)處理和膜式生物反應(yīng)器的污泥處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用污泥預(yù)處理設(shè)備和膜式生物反應(yīng)器的污泥處理方法和設(shè)備。通過采用化學(xué)和/或物理污泥預(yù)處理和膜分離技術(shù)，本發(fā)明極大地改進(jìn)了在污水/廢水處理過程中產(chǎn)生的污泥的處理效率。
無氧化污工藝和曝氣化污工藝是用于降低污泥體積的已知方法。在這兩類方法中，生物反應(yīng)器在未提供有機(jī)底物和微生物的情況下操作，污泥的內(nèi)在生物降解或內(nèi)源化污被誘發(fā)。
更具體地說，在無氧化污工藝中，通過控制溫度和pH值等參數(shù)，在不提供O2的情況下誘導(dǎo)了污泥的生物降解。通常，在無氧化污過程中污泥的生物降解發(fā)生很慢。大約用30天可減少20-30％的污泥(Sludgeinto Biosolids’L.Spinosa and P.A.Vesilind，IWA Publishing，2001)。
另一方面，在曝氣化污工藝中，用連續(xù)的曝氣來引發(fā)污泥的生物降解(見

圖1)。由此，與無氧化污工藝相比，曝氣化污工藝具有的一個優(yōu)點(diǎn)是，它可將用于分解在污泥中的有機(jī)化合物的停留時間降低到15-20天。但它需要另增用于曝氣的費(fèi)用。
因此，常規(guī)的降低污泥量的方法有以下缺陷i)相對長的停留時間和低的降低效率(約20-40％)，和ii)高的處理費(fèi)用。而且，較低的微生物如細(xì)菌和真菌等的可生物降解性被認(rèn)為是導(dǎo)致這些缺陷的實(shí)際原因[Mu11er J.Disintegration as a key-stepin sewage sludge treatment.Wat.Sci.Technol.41(8)，123-130(2000)]。
污泥的生物降解通常是由兩步完成的i)通過水解將污泥中的微生物溶解，和ii)溶解的有機(jī)化合物或廢物的分解。微生物的水解的第一步被認(rèn)為是在生物污泥分解中的速率控制步驟，因?yàn)榧?xì)胞膜和細(xì)胞壁阻止了細(xì)胞成分的水解。
因此，一直存在著強(qiáng)烈的需求，即增加污泥中微生物的可生物降解性，以改進(jìn)處理效率。
在理解本發(fā)明時重要的是，應(yīng)當(dāng)注意，在此所使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語，除非另有定義，都與本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常理解的意義相同。其中使用的各種技術(shù)也都是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知的那些，除非另有說明。
對具體設(shè)備、細(xì)胞處理?xiàng)l件等或其子類的提及并不意味著限于它們，而應(yīng)當(dāng)理解為包括所有相關(guān)的材料，它們是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)為對該討論所涉及的部分是有關(guān)的和有價值的。
本發(fā)明的一個目的是提供更為有效和低成本的方法和系統(tǒng)，來進(jìn)行有機(jī)污泥處理。為了達(dá)到該目的，本發(fā)明采用了污泥預(yù)處理工藝，以增加污泥中微生物和其它生物物質(zhì)顆粒的可生物降解性。
特別地，為了增加微生物的可生物降解性，污泥首先經(jīng)歷化學(xué)和/或物理預(yù)處理如臭氧處理和熱或堿性處理，其中微生物的細(xì)胞壁被破裂，細(xì)胞成分的水解因而強(qiáng)化和加速。此后，經(jīng)預(yù)處理的污泥被轉(zhuǎn)入裝備有浸入式膜——包括中空纖維或平面型膜——的生物反應(yīng)器中。在該生物反應(yīng)器中，經(jīng)預(yù)處理的污泥迅速發(fā)生生物降解，同時伴隨著由膜過濾實(shí)現(xiàn)的固-液分離。
此外，本發(fā)明的生物反應(yīng)器可以包括常規(guī)的曝氣設(shè)備和絕氧罐，以用于產(chǎn)生于曝氣設(shè)備中的含氮成分(NO2和NO3等)的硝酸化和/或脫硝酸化。
下面對本發(fā)明設(shè)備的具體操作方法及其特征進(jìn)行描述。
圖3給出了本發(fā)明污泥處理過程示意圖，其中包括預(yù)處理設(shè)備(10)以及用于污泥分解的膜反應(yīng)器(20)。下面對此進(jìn)行詳細(xì)的描述。污泥預(yù)處理設(shè)備(10)及其使用過程在生物廢水處理過程中所產(chǎn)生的污泥的大部分包含有微生物群。為了增加污泥的溶解度及可生物降解性，在將其進(jìn)行脫除之前，先進(jìn)行生物和/或物理處理。當(dāng)微生物的細(xì)胞壁裂開后，細(xì)胞中的有機(jī)成分被釋放出來并且高分子材料通過水解轉(zhuǎn)化為低分子材料。因而，增加并加速了污泥的可生物降解性。可將臭氧(O3)處理、熱處理、化學(xué)處理單獨(dú)或結(jié)合用于分解細(xì)胞壁的預(yù)處理過程。
參照圖3，預(yù)處理設(shè)備包括堿處理罐(11)，用于盛裝如NaOH及Ca(OH)2等堿劑；臭氧處理罐(12)，用于臭氧處理；以及經(jīng)預(yù)處理的均化罐(13)。如表1所示，最初的懸浮固體的濃度以及COD(Cr)(化學(xué)爆氣量)分別是11,440mg/l以及13,890mg/l。預(yù)處理后污泥的可生物降解性的水平通過透氣性測定(respirometric)方法進(jìn)行測試。測試結(jié)果證明，污泥中可溶解的有機(jī)物成分分額及污泥的可生物降解性通過預(yù)處理后均得到明顯的提高。在預(yù)處理過程中，堿處理與臭氧處理的結(jié)合顯示出最好的效果。
表1.各種污泥預(yù)處理過程顯示的增溶和可生物降解性效果。

●COD(Cr)13890mg/l.
●SS懸浮固體用于污泥分解的膜反應(yīng)器(20)及其使用過程用于污泥分解的膜反應(yīng)器(20)包括一個用于分解有機(jī)物的生物反應(yīng)器(21)，以及一個用于固-液分離的浸入式膜組件(22)。在膜過濾的過程中，施加吸濾壓來分離固體材料。預(yù)處理的結(jié)果使生物反應(yīng)器中固體污泥的分解效率大大地提高了，其理由如下i)由于生物降解速率或者是內(nèi)呼吸作用或多或少地與污泥濃度成正比，在生物反應(yīng)器(21)內(nèi)的污泥的高濃度將會導(dǎo)致內(nèi)呼吸速率的增加，以及ii)通過預(yù)處理將污泥中很大一部分轉(zhuǎn)化為可生物降解的物質(zhì)。
盡管膜分離系統(tǒng)使得在生物反應(yīng)器中保持污泥的相對高的濃度成為一種可能，但污泥的濃度還是應(yīng)當(dāng)控制在一定的水平。生物反應(yīng)器中特別高的污泥濃度經(jīng)常會引起一些重大問題，如膜堵塞以及氧氣傳輸速率的明顯下降。在反應(yīng)器中不可降解的無機(jī)成分的積累同樣是一個問題，會導(dǎo)致反應(yīng)器混合液中有機(jī)成分分額的降低。因而，為了避免無機(jī)成分的積累，持續(xù)地從生物反應(yīng)器(21)中抽取一部分污泥(大約原始流入的污泥的20％)并排出。也就是說，一部分污泥循環(huán)至堿處理罐(11)，而另一部分污泥則被抽取并從處理系統(tǒng)中排出。
參照圖4，列出了曝氣化污加膜分離的預(yù)處理過程的作用，其中預(yù)處理為在pH值12下的堿處理及后續(xù)的劑量為0.02g O3/gSS的臭氧處理。
在這一對比實(shí)驗(yàn)中，除了其中一個實(shí)驗(yàn)中沒有采用預(yù)處理過程外，其它操作條件均相同。水力停留時間為5天。對于未經(jīng)過污泥預(yù)處理的過程，污泥分解的速率很低，以致于污泥在生物反應(yīng)器中的沉積速率很高。因而就需要增加停留時間或者抽出更多的污泥，以使得生物反應(yīng)器(21)中的污泥濃度保持在一個適當(dāng)?shù)乃健?br> 對于包括預(yù)處理在內(nèi)的處理過程，本發(fā)明中污泥的分解速率相對較高，而生物反應(yīng)器中污泥的濃度增加很慢。因此，抽取相對少量的污泥就可以將生物反應(yīng)器(21)中污泥的濃度保持在所需的水平。
另一方面，當(dāng)生物反應(yīng)器中污泥的濃度增加后，就會使浸在膜組件(22)中的膜的孔堵塞。曝氣管放置在膜組件的底部區(qū)域以保證由空氣泡所產(chǎn)生的液流可以防止膜堵塞。實(shí)用性如上所述，本發(fā)明涉及一種用于處理多余污泥和/或生物廢水處理工廠所產(chǎn)生的初始污泥的方法和設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明，不僅可以縮短污泥化污的周期，而且可以增加固體脫除速率。因而，本發(fā)明提供了一種用于解決環(huán)境污染問題的較經(jīng)濟(jì)的手段。
由于本發(fā)明參照具體的實(shí)施例進(jìn)行了具體的描述，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)能夠理解，任何形式上或細(xì)節(jié)上的變化均未脫離由后附權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.一種污泥處理方法，包括以下步驟i)預(yù)處理污泥，以便增加污泥中的細(xì)菌細(xì)胞的可溶分率和可生物降解性；ii)將該預(yù)處理了的污泥轉(zhuǎn)移到一個曝氣生物反應(yīng)器中，以進(jìn)行生物分解；和iii)通過浸入在生物反應(yīng)器(21)中的膜組件(22)來進(jìn)行固—液分離。
2.按權(quán)利要求1的污泥處理方法，其特征在于，還包括了以下步驟a)從生物反應(yīng)器(21)中抽出和移出一部分污泥；和b)將該部分污泥經(jīng)返回管線(30)送回到預(yù)處理反應(yīng)器中去。
3.按權(quán)利要求1或2的污泥處理方法，其中預(yù)處理是化學(xué)和/或物理處理。
4.按權(quán)利要求3的污泥處理方法，其中預(yù)處理是臭氧處理、熱處理、堿處理和/或其結(jié)合。
5.按權(quán)利要求1或2的污泥處理方法，其特征在于，還包括將產(chǎn)生于臭氧處理反應(yīng)器(12)的廢氣傳送到生物反應(yīng)器中，以用于曝氣目的(20)。
6.一種污泥處理設(shè)備，包括i)一種具有臭氧處理反應(yīng)器和熱處理反應(yīng)器和/或堿性劑處理反應(yīng)器的預(yù)處理設(shè)備；ii)一種生物反應(yīng)器(21)，它裝備有浸入式膜組件(22)，其中具有中空纖維或平面膜。
全文摘要
提供了一種用于有機(jī)污泥處理的改進(jìn)方法。在本發(fā)明中，污泥經(jīng)過一個膜式生物反應(yīng)器，在生物反應(yīng)器中的一部分污泥經(jīng)預(yù)處理設(shè)備循環(huán)。按本發(fā)明，因?yàn)榻?jīng)過化學(xué)和/或物理預(yù)處理后，污泥中的細(xì)胞的可生物降解性極大地增加，還因?yàn)樵谀な缴锓磻?yīng)器中固—液分離和生物降解同時發(fā)生，故可以顯著地提高污泥化污效率。
文檔編號C02F11/12GK1445182SQ0311934
公開日2003年10月1日 申請日期2003年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月15日
發(fā)明者于蘭泰, 金炯修, 全載賢, 金憲 申請人:泰榮株式會社, 吉尼克斯工程有限公司