申请日2013.10.14
公开(公告)日2014.01.08
IPC分类号C02F11/00
摘要
一种利用超声波提高净水厂污泥回流工艺沉后水质的方法属于饮用水处理领域，特别适用于以湖泊和水库为水源的城镇净水厂强化混凝处理。装置包括依次串联的混合池、絮凝池、沉淀池、储泥池、超声波处理设备和污泥再浓缩装置;储泥池中10%～15%的污泥作为回流污泥进入超声波处理设备中，经超声频率25～160KHz，声能密度23.3～30.0W/L，作用15min～30min后再由污泥再浓缩装置浓缩，再浓缩系数为0.6～0.8;将含固率为0.095w/w%～0.20w/w%超声再浓缩污泥回流至絮凝池来强化混凝效果、提高沉后水质。本方法可以有效地将超声波破解溶出的有机物和致病微生物排出回流系统，对于提高沉后水质、降低后续工艺处理负荷，保障供水安全具有重大意义。
权利要求书
1.一种利用超声波提高污泥回流工艺沉后水质的方法，其特征在 于：包括依次串联的混合池、絮凝池、沉淀池、储泥池、超声波处理 设备和污泥再浓缩装置;所述的污泥再浓缩装置中设有搅拌桨和上清 液放空阀门;
所述的储泥池中10%～15%的污泥作为回流污泥进入超声波处理 设备中;
进入超声波处理设备中的污泥总固体质量浓度为 1300～4500mg/L，超声波处理的频率为25～160KHz，声能密度为 23.3～30.0W/L，时间为15min～30min;进入污泥再浓缩装置中的污泥 再浓缩系数为0.6～0.8;污泥再浓缩装置中的搅拌桨转速为50～60rpm; 将含固率为0.095w/w%～0.20w/w%超声再浓缩污泥回流至絮凝池，原 水浊度小于10.0NTU时，污泥回流体积比控制在6～8%，浊度为 10.0～30.0NTU时，回流体积比控制在4～6%，浊度大于30.0NTU时， 回流体积比为0%～4%。
说明书
一种利用超声波提高污泥回流工艺沉后水质的方法
技术领域：
本发明属于饮用水处理领域，特别涉及一种用于提高净水厂污泥 回流工艺沉后水质的方法，具体是指经超声波预处理后的污泥进一步 自然沉降再浓缩后回流来强化混凝效果、提高沉后水质。本发明特别 适用于以湖泊和水库为水源的城镇净水厂强化混凝处理。
背景技术：
净水厂污泥回流作为强化低浊度微污染水源水常规混凝工艺的 有效技术，成为近年来研究和应用热点，也是污泥资源化的重要形式。 污泥回流工艺的沉后水质由新投加混凝剂水解产物对污染物的去除 效果、回流污泥中剩余金属氢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释放程度共同决定。由于污染 物，尤其一部分人工合成有机物、消毒副产物前体物、重金属和致病 微生物等在污泥中浓度较原水中的明显高，而且在回流过程中水流剪 切力作用下污泥絮体会破碎，包裹在其中的污染物会释放到水相中， 同时破碎的絮体能否再絮凝直接影响着沉后水质。因此，在污泥回流 之前采取预处理措施使污泥有效破解，使污泥中的污染物尤其是溶解 性有机物溶出、分离，致病微生物最大限度的灭活，同时提高回流污 泥的沉降性能和脱水性能，对后续回流工艺至关重要。
目前，关于活性污泥破解技术包括各种物化处理方法，如热解、 机械破解、超声波、臭氧氧化、酸化、碱解、碱与超声波联合应用等。 超声波由于具有能耗低、灭菌范围广、绿色无二次污染等特点成为活 性污泥破解的重要方法。0.11～0.22W/ml的超声波处理可以破坏菌胶 结构，使其中的内部水排出，同时保持较大的污泥颗粒，提高污泥的 沉降性能，但高强度、120min以上的长时间超声作用会使得污泥絮 体过小，沉降性能变差，菌胶团里的有机物大量释放到水中。在一定 的声能密度和时间范围内，活性污泥破解反应相对于时间符合一级反 应动力学规律，但在高声能密度和低污泥浓度下，有机物的溶出增长 率随时间延长而减缓。在净水厂污泥回流工艺中，将超声作用后的污 泥通过重力自然沉降与释放到水中的有机物分离，使有机物脱离出回 流系统可以减轻回流工艺负荷。另外，研究发现声能密度为0.11W/mL 时异养菌数量在120min后可减少40%。与异养菌相比，大肠杆菌更 容易被灭活，120min后减少了64%;声能密度为0.33W/mL时效果 更为显著，作用20min后，异养菌减少了56%，大肠杆菌减少了97%。 此项研究表明，超声波可以有效杀灭致病微生物，降低回流工艺出水 中微生物风险。此外，研究还发现活性污泥絮体的平均粒径随超声时 间的延长逐渐降低，高声能密度下的效果比低声能密度更明显;而污 泥絮体的比表面积随超声时间的延长逐渐增加，同时污泥絮体表面电 荷分布受超声条件的影响不大。经超声作用后絮体比表面积增大，对 应的吸附容量变大，为净水厂污泥回流工艺对有机物的去除提供有利 条件。
由于活性污泥和净水厂污泥的物理、化学和生物特性存在着较大 差异，超声作用对这三者特性的影响各异，且在活性污泥厌氧发酵工 艺中，超声波破解可以最大程度地提高厌氧可生化性、提高产气量、 缩短硝化时间，实现污泥减量化。采用本发明的方法可以极大地降低 净水厂污泥破解后有机物溶出带来的负面效应，而且最大限度灭活污 泥中的致病微生物，强化低浊度微污染水源水的混凝处理，对于保障 供水安全具有重大意义。
发明内容：
本发明提供了一种解决净水厂污泥回流工艺中有机物、致病微生 物等有毒有害物质的积累，以及回流过程中沉淀池负荷变大、再絮凝 絮体沉降性能变差等问题的方法。在不改变原有净水厂污泥回流工艺 的前提下，通过采用超声波技术将污泥中的有机物破解溶出、致病微 生物最大限度灭活，同时有效改善污泥絮体特性，然后再将超声波处 理后的污泥进一步自然沉降浓缩，并将溶出的有机物排出后回流至絮 凝池来强化混凝效果，达到提高沉后水质的作用。该方法对于污泥减 量化和资源化，降低后续工艺处理负荷，缩小沉淀池体积，保障供水 安全具有重大意义。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种利用超声波提高污泥回流工艺沉后水质的方法，其特征在 于：包括依次串联的混合池、絮凝池、沉淀池、储泥池、超声波处理 设备和污泥再浓缩装置;所述的污泥再浓缩装置中设有搅拌桨和上清 液放空阀门;
所述的储泥池中10%～15%的污泥作为回流污泥进入超声波处理 设备中;
进入超声波处理设备中的污泥总固体质量浓度为 1300～4500mg/L，超声波处理的频率为25～160KHz，声能密度为 23.3～30.0W/L，时间为15min～30min;进入污泥再浓缩装置中的污泥 再浓缩系数为0.6～0.8;污泥再浓缩装置中的搅拌桨转速为50～60rpm; 将含固率为0.095w/w%～0.20w/w%超声再浓缩污泥回流至絮凝池，原 水浊度小于10.0NTU时，污泥回流体积比控制在6～8%，浊度为 10.0～30.0NTU时，回流体积比控制在4～6%，浊度大于30.0NTU时， 回流体积比为0%～4%。
所述的经超声波作用后污泥上清液中SCOD溶出量为初始量的 5～8倍，絮体颗粒破解程度达20%～25%，污泥中大肠杆菌、粪大肠 杆菌致病微生物灭活率达20%～40%。
本发明的优点：
(1)与常见的高密度沉淀池、增效澄清池、悬浮和脉冲澄清池、 机械搅拌和水力循环澄清池等污泥回流方式不同，该方法的污泥在沉 淀池外经过超声再浓缩处理后实现回流，抗冲击负荷能力强，可以根 据原水水质条件来确定或调整污泥回流运行工况，实现混合、絮凝和 分离三种工艺的独立稳定运行;
(2)该方法可以极大程度地减轻沉淀池处理负荷、提高沉降速 率、减少沉淀池体积和降低基建费用;
(3)与原有污泥回流工艺相比，该方法可以极大程度上改善沉 后水水质，降低后续处理单元的负荷，提高供水安全性，适用于现有 中小型水厂的技术改造和推广应用。
(4)可以实现污泥的无害化、减量化和资源化，从中国城市水 资源的良性社会循环、资源环境的保护及循环经济社会的建立等层面 上均具有重要意义。
