申请日2012.06.27
公开(公告)日2014.01.15
IPC分类号C02F9/14; C02F1/36; C02F11/12; C02F11/04
摘要
本发明涉及一种石化生物污泥减量化的方法及其处理装置，属于生物污泥处理技术领域。本发明将污水处理系统中产生的剩余污泥，先采用超声波与氧化性气体联合装置的联合作用进行破解预处理，一部分污泥返回污水系统继续处理，另一部分污泥进行厌氧消化处理;可大大减少剩余污泥排放量;同时在超声波处理的同时通入氧化性气体，一定程度上弥补了超声波在污泥中传输的不足，可以更好地发挥超声波的破解作用，两者的协同作用可以提高处理效率，降低能耗。
权利要求书
1.一种石化生物污泥减量化的方法，包括污水处理系统，其特征在于：将污水处理系统 中产生的剩余污泥，先采用超声波与氧化性气体联合装置的联合作用进行破解预处理，一部 分污泥返回污水处理系统继续处理，这部分污泥量为剩余污泥总质量的22%-42%，另一部分 污泥进行厌氧消化处理，这部分污泥量为剩余污泥总质量的58%-78%。
2.根据权利要求1所述的石化生物污泥减量化的方法，其特征在于所述的氧化性气体为 压缩空气、纯氧或臭氧，每升污泥氧化性气体通入量为0.5-15L/min。
3.根据权利要求1所述的石化生物污泥减量化的方法，其特征在于所述的超声波与氧化 性气体联合装置，包括依次连接的装有搅拌器的污泥池、往超声波作用区输送污泥的污泥泵、 具有氧化性气体入口与第一超声波反应器的一级污泥破解区、二级污泥破解区进料控制阀和 具有两组超声波反应器的污泥二级破解区。
4.根据权利要求1或3所述的石化生物污泥减量化的方法，其特征在于超声波反应器为 喇叭型、罐型、槽型或管型;超声波采用对射、顺流、错流或四角对射的方式;超声波频率 为20-30kHz，声强为5-50W/cm2，超声波处理时间为1.5-15min，超声波反应器采用间歇式运 行，每次运行时间间隔为5-10min。
5.根据权利要求1所述的石化生物污泥减量化的方法，其特征在于所述的剩余污泥固含 量为2-7%。
6.一种权利要求1所述的实现石化生物污泥减量化的装置，包括污水处理系统和污泥处 理系统，其特征在于：污泥处理系统包括污泥浓缩池，污泥浓缩池两侧分别各设置一组超声 波与氧化性气体联合装置，其中一组超声波与氧化性气体联合装置与污泥厌氧消化池相连， 另一组超声波与氧化性气体联合装置通过管路与水解酸化池前端相连;二沉池和三沉池分别 与污泥浓缩池相连。
7.根据权利要求6所述的实现石化生物污泥减量化的装置，其特征在于污水处理系统包 括依次相连的水解酸化池、一级生化池、二沉池、二级生化池、三沉池和三级生化池。
8.根据权利要求7所述的实现石化生物污泥减量化的装置，其特征在于所述的一级生化 池的末端与水解酸化池的前端相连。
9.根据权利要求6所述的实现石化生物污泥减量化的装置，其特征在于所述的超声波与 氧化性气体联合装置，包括依次连接的装有搅拌器的污泥池、往超声波作用区输送污泥的污 泥泵、具有氧化性气体入口与第一超声波反应器的一级污泥破解区、二级污泥破解区进料控 制阀和具有两组超声波反应器的污泥二级破解区。
10.根据权利要求9所述的实现石化生物污泥减量化的装置，其特征在于所述的污泥二 级破解区与污泥出料口相连。
说明书
石化生物污泥减量化的方法及其处理装置
技术领域
本发明涉及一种石化生物污泥减量化的方法及其处理装置，属于生物污泥处理技术领 域。
背景技术
目前石油化工污水全都采用生化处理工艺，污水在生化处理过程中，产生大量剩余污泥。 石化污水处理厂产生的剩余污泥不仅含硫化物、卤族元素、还含有酚、醛、芳香烃和杂环类 有机物以及少量不溶于水的油类物质，比城市污泥更容易对土壤、地下水和动植物造成污染 和损伤，同时更难处理。目前这些剩余污泥大部分采用污泥浓缩、压滤脱水，形成含水率75% 左右的滤饼后外运堆置的方法进行处理。该法不仅处置费用高，每吨滤饼的处置费用为180 元，也没有对污泥进行稳定化、无害化处理，对环境有潜在的威胁。
对于污泥的处理处置，首选的方法应该是减少污泥的排放量，尽量避免产生污泥或使污 泥产量最小化。目前普遍采用的、比较成熟的污泥减量化技术为污泥厌氧消化，但是污泥厌 氧消化存在反应时间长，消化池容积大，消化效率不高的问题。采用超声波、臭氧、酸碱调 节等污泥预处理技术，将污泥微生物细胞破解后，再采用生化处理或进行厌氧消化，将释放 出的有机质降解，实现污泥减量化，目前对城市污泥研究的较多，还未见有石化污泥研究的 报道。对于城市污泥而言，原有的生化处理系统基本处于满负荷运行，且处理工艺单一，污 泥破解后大量有机质释放出来，势必增加系统的有机负荷，影响出水水质，甚至使出水水质 恶化，严重影响达标排放，或者需要改扩建增加投资。此外现有的污泥预处理方法能耗较大， 处理效率低，也限制了其工业应用。
专利CN1321078C涉及用超声波处理污泥使污泥减量化的方法，利用超声波处理设备， 对部分回流污泥进行处理，再返回生化池去除有机污染物，剩余污泥量可减少25%以上;同 时利用超声波对污泥厌氧消化进行预处理，提高沼气生成量，与常规厌氧消化比，可缩短停 留时间50%以上。但是该法生化处理系统只有生化池一个单元，污泥破解后释放大量有机物 质，返回生化池处理，有可能使出水COD、NH3-N超标。此外，依靠超声波单一技术破解污 泥，还是存在效率低、能耗高的问题。
专利CN101182092提供了一种生物污泥的减量化方法，将浓缩的沉淀污泥先进行曝气， 然后采用碱与超声波偶合法、超声波法、臭氧、生物酶法，以及球磨法对污泥细胞进行破壁， 然后经过生物水解过程再进行好氧分解。该法可提高污泥破壁效果和降低成本，节省用碱量 35%。但是破壁和水解后只采用曝气工艺处理，不能确保出水水质。
专利JP2005246347提供一种污水的处理方法及处理装置，生物污泥经固液分离和浓缩 后，采用三级可溶化处理，第一级为碱处理，第二级采用氧处理、臭氧处理、热处理、颗粒 碾磨机处理、溶菌剂处理、超声波处理中的某一种;第三级采用厌氧或微氧消化处理，可使 污泥充分溶化。再将溶化污泥回流到污水生物处理工段。该发明使污泥中大分子物质充分低 分子化，但是由于生化系统只有曝气池一个单元，抑制液化污泥对出水水质的影响比较难。
专利JP2008155075提供一种污水处理方法以及处理装置，生物浓缩污泥采用三级可溶化 处理，第一级可溶化处理为碱处理，控制pH值9-11;第二级可溶化处理为生物处理，采用 厌氧、微氧处理;第三级可溶化处理为深度溶化处理，采用氧处理、臭氧处理、热处理、颗 粒碾磨机处理、溶菌剂处理、超声波处理以及需氧性消化处理中的任一种处理。这样可充分 进行污泥的溶化和低分子化，再回流到曝气槽处理。但是由于生化系统只有曝气槽一个单元， 液化污泥对出水水质有可能造成一定影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种石化生物污泥减量化的方法及其处理装置，该方法采用超声波 与氧化性气体联合装置的联合作用破解污泥，一部分处理过的污泥再返回污水处理系统，另 一部分处理过的污泥进行厌氧消化，可大大减少剩余污泥排放量;在充分利用现有设施的同 时，一方面可实现污泥减量化，另一方面可提高污水处理效率，提高出水水质的质量。
本发明所述的石化生物污泥减量化的方法，包括污水处理系统，是将污水处理系统中产 生的剩余污泥，先采用超声波与氧化性气体联合装置的联合作用进行破解预处理，一部分污 泥返回污水处理系统继续处理，这部分污泥量为剩余污泥总质量的22%-42%，另一部分污泥 进行厌氧消化处理，这部分污泥量为剩余污泥总质量的58%-78%。
所述的氧化性气体为压缩空气、纯氧或臭氧，每升污泥氧化性气体通入量为0.5-15L/min。
所用的超声波反应器为喇叭型、罐型、槽型或管型;超声波采用对射、顺流、错流或四 角对射的方式;频率为20-30kHz，声强为5-50W/cm2，优选20-30W/cm2，超声波处理时间为 1.5-15min，优选5-10min。
所述的剩余污泥固含量为2-7%，优选3-5%。
所述的石化生物污泥减量化方法的处理装置，包括污水处理系统和污泥处理系统，污水 处理系统包括依次相连的水解酸化池、一级生化池、二沉池、二级生化池、三沉池和三级生 化池;污泥处理系统包括污泥浓缩池，污泥浓缩池两侧分别各设置一组超声波与氧化性气体 联合装置，其中一组超声波与氧化性气体联合装置与污泥厌氧消化池相连，另一组超声波与 氧化性气体联合装置通过管路与水解酸化池前端相连;二沉池和三沉池分别与污泥浓缩池相 连。
所述的一级生化池的末端与水解酸化池的前端相连。
所述的超声波与氧化性气体联合装置，包括依次连接的装有搅拌器的污泥池、往超声波 作用区输送污泥的污泥泵、具有氧化性气体入口与第一超声波反应器的一级污泥破解区、二 级污泥破解区进料控制阀和两组超声波反应器对射的污泥二级破解区。
所述的污泥二级破解区与污泥出料口相连。
本发明设计原理如下：
现有的石化污水处理场的污水处理装置大都设有水解酸化单元、采用三级生化处理工艺， 但是其有机负荷常常达不到设计值，因此采用常规的污泥处理方法不能使污泥减量化，也不 能提高污水处理效率，提高出水水质的质量。
本发明采用超声波与氧化性气体联合装置的联合作用破解剩余污泥，再将处理过的污泥 返回污水生化处理系统处理，水解酸化单元可以将污泥中难降解物质分解为低分子有机酸， 属于易降解物质，再依靠后续三级生化处理工艺，在充分利用现有设施的基础上，一方面可 实现污泥减量化，另一方面可提高污水处理效率，提高出水水质，确保出水稳定达标，解决 现有技术中出水水质恶化的问题。
本发明采用超声波与氧化性气体联合装置的联合作用破解污泥，再返回污水处理系统和 进行厌氧消化两项工艺相结合，将一部分处理过的污泥再返回污水处理系统，另一部分处理 过的污泥进行厌氧消化，可大大减少剩余污泥排放量;同时超声波与氧化性气体联合装置的 共同作用可提高污泥破解效率、降低能耗。
本发明工作原理如下：
本发明的装置包括污水处理系统和污泥处理系统，污泥处理系统包括超声波与氧化性气 体联合装置：
1、污水处理系统：包括提高污水可生化性的水解酸化池、降解大部分有机物的一级生化 池、固液分离的二沉池、依靠生物膜和悬浮污泥净化污水的二级生化池、对二级生化出水进 行固液分离的三沉池、深度净化污水的三级生化池。
在污水处理系统中，石化污水进入水解酸化池，在兼性细菌的作用下，复杂物质被转化 为简单的易于被微生物降解的物质，采用液下搅拌实现泥水混合;混合液进入一级生化池， 在好氧菌的作用下，大部分有机物得到降解，混合液一部分回流到水解酸化池，剩余部分进 入二沉池进行固液分离，上清液进入二级生化池，内设填料，依靠悬浮污泥和填料上附着丰 富生物膜进一步降解水中难降解物质;混合液进入三沉池固液分离，上清液进入三级生化池， 内设生物填料，通过填料的过滤作用以及生物膜的生物氧化作用，使水中污染物得到进一步 净化，出水达标排放。
本发明所述水解酸化池，水力停留时间8-11h，溶解氧小于0.5mg/L，较长时间的水解作 用将释放的大分子有机物转化为小分子易被微生物利用的有机酸，并平抑有机负荷的增大对 后续生化处理的影响。
所述后续三级生化处理总水力停留时间为20-26h。其中一级生化池采用纯氧或压缩风曝 气;二级生化池内设半软性填料或悬浮填料，填料投配率为40%左右;三级生化池内设生物 陶粒，陶粒粒径为Φ3-5mm。污泥破解后的物质在此逐级得到氧化分解，不会影响出水水质， 还可达到污泥好氧消化降低剩余污泥产量的目的。
2、污泥处理系统：包括剩余污泥的浓缩装置污泥浓缩池;破解污泥的超声波与氧化性气 体联合装置;污泥减量化和稳定化的污泥厌氧消化池。
在污泥处理系统中，二沉池和三沉池沉降的剩余污泥进入污泥浓缩池，污泥在此增稠后， 一部分经超声波与氧化性气体联合装置共同作用，部分有机物和污泥细菌细胞被破解，释放 出大量有机物质，破解后的污泥回流到水解酸化池，所释放的物质随进水一起在水解酸化池 处理，回流的裂解污泥中含有大量生物酶，可以大大提高生化处理系统内菌群活性和降解效 率，能够把更多的污染物转化为二氧化碳和水，实现污泥减量化，提高处理效果和出水水质。
污泥是固液混合物，污泥中固体物质影响了超声波在污泥中的传输。所处理污泥来自污 泥浓缩池，污泥固含量为2-7%，最好是3-5%。污泥浓度与污泥破解量有直接关系，提高污 泥浓度有助于增加污泥破解量，但是浓度太高又不利于超声波在污泥中的传输。氧化性气体 主要起到搅拌污泥的作用，兼有氧化污泥的作用，两者的协同作用可以提高处理效率，降低 能耗。另一部分浓缩污泥也经超声波与氧化性气体联合装置共同作用，然后进入污泥厌氧消 化池，使得污泥水解速度快、程度深，大大缩短污泥厌氧消化时间，污泥得到稳定化处理， 经脱水后可外运填埋或农用。
3、超声波与氧化性气体联合装置：包括装有搅拌器的原料池、往超声波作用区输送污泥 的污泥泵，通入氧化性气体的一级污泥破解区、两组超声波和对射的污泥二级破解区、二级 污泥破解区进料的控制阀及污泥出料口。污泥泵和超声波作用区之间管线拐弯处设有超声波 装置，向该管线通入氧化性气体，对污泥进行第一级破解作用。
将浓缩池流出的浓缩污泥通入超声波/氧化性气体联合处理装置的原料池，超声波反应器 为喇叭型，也可使用罐型、槽型、管型等反应器;超声波采用对射的方式，也可采用顺流、 错流、四角对射等方式;频率为20-30kHz，声强为5-50W/cm2，优选20-30W/cm2，超声波处 理时间为1.5-15min，优选5-10min;氧化性气体包括压缩空气、纯氧、臭氧，每升污泥氧化 性气体通入量为0.5-15L/min。超声波采用间歇式运行，每次运行时间间隔为5-10min。
如果经超声波与氧化性气体联合处理装置处理污泥，污泥细胞的破解不够充分(出料口 污泥击破率小于2%)，出料口污泥击破率增加不明显，在污泥原料池加碱处理，破坏污泥组 织，使其溶解，再采用超声波处理，可提高污泥的击破率。碱处理的碱性剂有氢氧化钠、氢 氧化钾、废碱液、碳酸钠等。最好采用废碱液，可降低处理成本。碱处理的pH为8-11，最 好为9-10。
本发明污水处理系统并不局限于图1所示装置的组合，例如在污水生物处理工段，除三 级生化处理以外，也可采用两级移动床生物膜反应器、厌氧/好氧(A/O)内循环+过滤、两级 生化+高级氧化进行污水处理的装置。
本发明具有以下优点：
(1)将部分剩余污泥破碎后，使细胞内物质进入水中，再返回到污水处理系统，可充分 发挥石化污水处理场工艺流程长、有机负荷达不到设计值的特点，利用现有设施，达到污泥 减量的目的。再将另一部分剩余污泥破碎后进行污泥厌氧消化，两个工艺的结合可以减少剩 余污泥排放量80%以上。
(2)污泥被破解的同时，污泥所吸附的有机物以及细胞内碳源和生物酶被释放到水中， 依靠石化污水处理场现有的水解酸化池，可以将大分子有机物转化为小分子物质，并平抑有 机负荷的增大对后续生化处理的影响，再依靠后续三级生化处理，在污泥减量的同时可以确 保生化出水稳定达标。
(3)污泥主要是固体和水的混合物，污泥中的固体物质限制了超声波的传输，降低了超 声波的使用效率。污泥预处理采用超声波/氧化性气体联合处理的共同作用，其中的氧化性气 体主要起到搅拌污泥的作用，兼有氧化污泥的作用。在超声波处理的同时通入氧化性气体， 一定程度上弥补了超声波在污泥中传输的不足，可以更好地发挥超声波的破解作用，两者的 协同作用可以提高处理效率，降低能耗。
(4)超声波反应器的独特设计，使超声波在反应器内达到叠加、共振的效果，可提高污 泥的裂解效果，提高污泥的击破率。
