申请日2016.08.02
公开(公告)日2019.03.01
IPC分类号C02F11/02; C02F11/122
摘要
本发明公开了一种污泥深度脱水生物改性方法，采用生物改性后板框压滤的方法，对污泥进行深度脱水处理;所述的方法采用两种复合微生物菌群分段对污泥进行生物改性处理，将污水处理厂浓缩液态污泥送到含有复合菌群的生物改性反应器中10‑35℃下连续曝气反应，污泥在两段式反应器中总的停留时间为10‑25h，使污泥中的水份释放，降解污泥中的持久性有机污染物，同时使污泥中的重金属释放至液相;然后将生物改性后的污泥压滤脱水，不加任何絮凝剂的条件下脱水至泥饼含水率60%以下。本发明可在常温常压下运行，成本低，生物改性时间短，工艺流程简单，成本低廉，具有较大的应用价值。
权利要求书
1.一种污泥深度脱水的生物改性方法，其特征在于，采用生物改性后板框压滤的方法，对污泥进行深度脱水处理;所述的方法采用两种复合微生物菌群，分段对污泥进行生物改性处理，包括以下步骤：
(1)复合微生物菌群的加富、驯化及接种物的制备
复合菌群1由枯草芽孢杆菌、铜绿假单胞菌、白腐真菌及交替单胞菌组成;将上述微生物的菌株接种到各自的培养基中，10-35℃培养2-3d，直至菌体细胞数量达到108个/mL，然后将枯草芽孢杆菌、铜绿假单胞菌、白腐真菌及交替单胞菌的培养液按照体积比2～3：2～4：1～3：3～5混合，吸取该混合液接种到质量浓度为3%-8%的新鲜待处理污泥中，于10-35℃培养得到菌体细胞数量达到108个/mL的污泥，接着吸取该污泥至新鲜污泥中进行培养，循环3-5次，所得到的污泥为复合菌群1污泥接种物;
所述的复合菌群2由氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌组成;将上述菌株接种到各自的培养基中，10-35℃培养3-4d，直至菌体细胞数量达到108个/mL，然后将氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌的培养液按照体积比3～5：1～3混合，吸取该混合液接种到质量浓度为3%-8%的新鲜待处理污泥中，于10-35℃培养得到菌体细胞数量达到108个/mL的污泥，接着吸取该污泥至新鲜污泥中进行培养，循环3-5次，所得到的污泥为复合菌群2污泥接种物;
(2)污泥的生物改性
按照新鲜污泥体积比例的10%-30%向装有新鲜污泥 的生物改性反应器中加入所述的复合菌群1污泥接种物，并按照污泥干物质质量的3%-8%的比例添加微生物改性营养剂，10-35℃、好氧的条件下反应3-5h;接着在生物改性反应器中按照污泥体积比例的20%-50%接入复合菌群2污泥接种物，并按照污泥干物质质量的1%-5%的比例添加微生物生长促进剂，10-35℃、好氧的条件下反应7-20h;
(3)板框压滤脱水
经步骤(2)生物改性后的污泥经板框压滤脱水至含水率60%以下。
2.根据权利要求1所述的污泥深度脱水的生物改性方法，其特征在于，步骤(1)中，复合菌群1中各自的培养基的配方分别为，1000mL蒸馏水中：
枯草芽孢杆菌：20g葡萄糖、15g蛋白胨、5g氯化钠、5g牛肉膏;
铜绿假单胞菌：1g牛肉浸膏、5g蛋白胨、5g酵母膏、5g氯化钠、10g蔗糖;
白腐真菌：氯化铵4.4g、硫酸镁0.5g、磷酸二氢钾0.2g、氯化钙0.01g、吐温80 1.0g、微量元素混合液1mL、微生物溶液0.5mL;
交替单胞菌：蛋白胨6.698g、酵母膏3.296g、NaCl 2 4.38g、Fe2(PO4)3 0.01g、MgSO4.7H2O6.92g、MgCl2.6H2O 5.51g、CaCl2.H2O 1.45g、KCl 0.67g。
3.根据权利要求1所述的污泥深度脱水的生物改性方法，其特征在于，步骤(1)中，复合菌群2中各自的培养基的配方分别为：
氧化亚铁硫杆菌的培养基：(NH4)2SO4 3.0g、KCl 0.1g、K2HPO4 0.5g、Ca(NO3)2·4H2O0.01g、MgSO4·7H2O 0.5g、FeSO4·7H2O 22.1g、蒸馏水1000mL;
氧化硫硫杆菌的培养基：(NH4)2SO4 2.0g、KCl 0.1g、K2HPO4 0.25g、Ca(NO3)2·4H2O0.01g、MgSO4·7H2O 0.25g、Na2S2O3·5H2O 22.1g、蒸馏水1000mL。
4.根据权利要求1所述的污泥深度脱水的生物改性方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的生物改性反应器由2个以上反应池串联组成，分为生物改性反应器1段和生物改性反应器2段;
向生物改性反应器中连续泵入含固量3%-8%的新鲜污泥进行生物改性处理，在生物改性反应器1段的第一个反应池中泵入微生物改性营养剂和复合菌群1污泥接种物，并连续曝气，每立方米的曝气量为2-8Nm3/h，反应温度10-35℃，生物改性反应器1段的停留时间为3-5h;
污泥在生物改性反应器1段反应后连续进入生物改性反应器2段，在生物改性反应器2段的第一个反应池中，泵入微生物生长促进剂和复合菌群2污泥接种物，并连续曝气，每立方米的曝气量为2-8Nm3/h，反应温度10-35℃，生物改性反应器2段的停留时间为7-20h。
5.根据权利要求4所述的污泥深度脱水的生物改性方法，其特征在于，所述的生物改性反应器由3-10个反应池串联组成，反应池的进泥口和出泥口位于同一水平面的对角线上，从底部开始占反应池深度的60-75%。
6.根据权利要求1所述的污泥深度脱水的生物改性方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的微生物改性营养剂的组成为，单质硫为60-150g/kg、七水硫酸亚铁100-300g/kg、磷酸二氢钾30-100g/kg、氯化钙10-20g/kg、硅藻土50-100g/kg、酵母膏20-50g/kg、氯化钠10-30g/kg、蔗糖20-50g/kg、尿素30-50g/kg。
7.根据权利要求1所述的污泥深度脱水的生物改性方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的微生物生长促进剂的组成为，酵母膏10-20g/kg、维生素10-30g/kg、氨基酸30-50g/kg、硫代硫酸钠20-30g/kg、硫酸铁20-50g/kg、微量元素5-10g/kg。
8.根据权利要求1所述的污泥深度脱水的生物改性方法，其特征在于，步骤(3)中，采用隔膜厢式压滤机直接压滤，污泥的进料时间为2-3h，高压水压榨保压1-2h，进料压力0.6-0.8MPa，隔膜压榨压力1.0-2.0MPa，脱水后的污泥含水率60%以下。
说明书
一种污泥深度脱水的生物改性方法
技术领域
本发明属于污泥处理技术领域，特别涉及一种污泥深度脱水的生物改性方法。
背景技术
近年来我国污水处理事业发展迅速，截至2015年底，全国设市城市、县累计建成城镇污水处理厂3800多座，污水日处理量达到15 000m3，每天产生超过10万吨的剩余污泥(含水率80%)。这些剩余污泥是由有机物的残片、细菌菌体、无机颗粒、有机无机胶粒等组分组成的非均质体，能吸附污水中85%以上的有毒有害物质。传统污水处理厂剩余污泥处理成本约占污水处理厂总运行成本的20-50%，剩余污泥处置投资成本约占20-30%。剩余污泥水份含量高，且含有有机污染物和重金属等有毒有害物质，其不合理的处置必将给环境带来严重的污染。我国环保部提出污泥减量化、无害化、稳定化的处理原则，结合我国现有污泥处置的现状，如何有效的降低污泥中的水份含量是节约污泥处置成本、提高污泥后续处置效率的关键。
目前市场上污泥深度脱水的方法主要是添加石灰、三氯化铁、聚合硫酸铁等药剂调质后，采用板框压滤脱水至含水60%以下。该种方法因板框压滤机的机械化程度低的原因，在我国一直没有大规模推广。随着板框压滤机的自动化程度的提高，近年来化学药剂调质联合板框压滤高干脱水技术在我国开始兴起。然而化学调质联合板框压滤高干脱水后，污泥中的干物质含量不降反增，根据相关文献报道干物质含量通常增加20-50%，严重影响了污泥后续资源化利用。
污泥生物调理是近年来刚刚发展起来的一种污泥深度脱水调理方法。目前报道的主要是在浓缩污泥中接种嗜酸性硫杆菌(CN 103936246 A)以及一些耐酸性的异养菌(ZL200410044843.8)组成复合菌剂，并投加特定的营养剂(专利申请号201010221264.1)在特定的反应器中(ZL200520072316.8)中生物反应1.5-2d后，在不加任何絮凝剂的情况下板框压滤脱水至60%以下。目前该技术已经工程化应用，在常温下运行状况较好。但是在低温(15℃以下)条件下，因微生物活性受温度的影响导致处理效果明显变差，表现出的特点是处理周期长、营养剂需求量大等，同时生物反应时间仍然较长。专利申请(CN 104817252 A)公布了一种低温条件下提高城市污泥脱水性能的方法，该发明采用多次低温驯化的方法得到了复合微生物，在低温10-15℃下生物反应2-5天后，污泥可直接板框压滤脱水至60%以下。专利申请(CN 104817252 A)虽然解决了低温条件下的瓶颈，但是周期较长，通常需要2-5d，运行成本较高。而且，这些方法中对污泥中的持久性有机污染物没有降解作用，影响污泥后续资源化利用。目前生物调理方法多应用于城市污水处理厂的浓缩污泥的处理，对含有机酸较多的厌氧消化污泥应用受限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种污泥深度脱水的快速生物改性方法，以解决现有污泥生物调理方法存在的处理时间长、低温运行受限制及对污泥中持久性有机污染物无降解作用等问题，根据本发明的方法，能够大大缩短生物调理时间，降低污泥中的持久性有机污染物和重金属含量，降低运行成本，同时该方法可适用于厌氧消化污泥的处理。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种污泥深度脱水的生物改性方法，其特征在于，采用生物改性后板框压滤的方法，对污泥进行深度脱水处理;所述的方法采用两种复合微生物菌群，分段对污泥进行生物改性处理，包括以下步骤：
(1)复合微生物菌群的扩大培养、驯化及接种物的制备
本发明采用的微生物为两种复合微生物菌群，分别为复合菌群1和复合菌群2。两种菌群都为经过低温驯化后的微生物，所述的驯化温度为10-35℃，可在10-35℃条件下快速繁殖生长。
所述的复合菌群1由枯草芽孢杆菌、铜绿假单胞菌、白腐真菌及交替单胞菌组成。将上述微生物的菌株接种到各自的培养基中，然后置于10-35℃、180-200转/分的往复式摇床中振荡扩大培养，培养时间为2-3d，直至菌体细胞数量达到108个/mL，然后将芽孢杆菌、铜绿假单胞菌、白腐真菌及交替单胞菌的培养液按照体积比2～3：2～4：1～3：3～5混合，吸取该混合液接种到质量浓度为3%-8%的新鲜待处理污泥中于10-35℃、180-200转/分的往复式摇床中振荡扩大培养得到菌体细胞数量达到108个/mL的污泥，接着吸取该污泥至新鲜污泥中进行培养，如此循环3-5次，所得到的污泥为复合菌群1污泥接种物。
所述的枯草芽孢杆菌、铜绿假单胞菌、白腐真菌及交替单胞菌的培养基的配方分别为(g/L)：
枯草芽孢杆菌：20g葡萄糖、15g蛋白胨、5g氯化钠、5g牛肉膏;
铜绿假单胞菌：1g牛肉浸膏、5g蛋白胨，5g酵母膏，5g氯化钠，10g蔗糖;
白腐真菌：氯化铵4.4g、硫酸镁0.5g、磷酸二氢钾0.2g、氯化钙0.01g、吐温801.0g、微量元素混合液1mL、微生物溶液0.5mL;
交替单胞菌：蛋白胨6.698g、酵母膏3.296g、NaCl2 4.38g、Fe2(PO4)3 0.01g、MgSO4.7H2O6.92g、MgCl2.6H2O 5.51g、CaCl2.H2O 1.45g、KCl 0.67g。
所述的复合菌群2由氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌组成。将上述菌株接种到各自的培养基中，然后置于10-35℃、180-200转/分的往复式摇床中振荡扩大培养，培养时间为3-4d，直至菌体细胞数量达到108个/mL，然后将氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌的培养液按照体积比3～5：1～3混合，吸取该混合液接种到质量浓度为3%-8%的新鲜待处理污泥中于10-35℃、180-200转/分的往复式摇床中振荡扩大培养得到菌体细胞数量达到108个/mL的污泥，接着吸取该污泥至新鲜污泥中进行培养，如此循环3-5次，所得到的污泥为复合菌群2污泥接种物。
所述的氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌培养基的配方分别为(g/L)：
氧化亚铁硫杆菌的培养基：(NH4)2SO4 3.0g、KCl 0.1g、K2HPO4 0.5g、Ca(NO3)2·4H2O0.01g、MgSO4·7H2O 0.5g、FeSO4·7H2O 22.1g、蒸馏水1000mL;
氧化硫硫杆菌的培养基：(NH4)2SO4 2.0g、KCl 0.1g、K2HPO4 0.25g、Ca(NO3)2·4H2O0.01g、MgSO4·7H2O 0.25g、、Na2S2O3·5H2O 22.1g、蒸馏水1000mL。
(2)污泥的生物改性
按照新鲜污泥体积比例的10%-30%向装有新鲜污泥的生物改性反应器中加入所述的复合菌群1污泥接种物，并按照污泥干物质质量的3%-8%的比例添加生物改性微生物改性营养剂，在好氧的条件下反应3-5h，反应温度10-35℃;接着在生物改性反应器中按照污泥体积比例的20%-50%接入复合菌群2污泥接种物，并按照污泥干物质质量的1%-5%的比例添加生物改性微生物生长促进剂，在好氧的条件下反应7-20h，反应温度10-35℃。
所述的微生物改性营养剂主要由单质硫、硫酸亚铁、硫酸镁、磷酸二氢钾、氯化钙、硅藻土、酵母膏、氯化钠、蔗糖、尿素组成。优选的，复合微生物营养剂中，单质硫为60-150g/kg、七水硫酸亚铁100-300g/kg、磷酸二氢钾30-100g/kg、氯化钙10-20g/kg、硅藻土50-100g/kg、酵母膏20-50g/kg、氯化钠10-30g/kg、蔗糖20-50g/kg、尿素30-50g/kg。
所述的微生物生长促进剂主要由酵母膏、维生素、氨基酸、硫代硫酸钠、硫酸铁、微量元素组成。优选的，微生物生长促进剂中，酵母膏10-20g/kg、维生素10-30g/kg、氨基酸30-50g/kg、硫代硫酸钠20-30g/kg、硫酸铁20-50g/kg、微量元素5-10g/kg。
具体和优化地，
所述的生物改性反应器包括生物改性反应器1段和生物改性反应器2段，是由2个以上反应池串联组成的两段式动态反应系统。进行生物改性处理时，向生物改性反应器中连续泵入含固量3%-8%的新鲜污泥，在生物改性反应器1段的第一个反应池中泵入微生物改性营养剂和复合菌群1污泥接种物，并连续曝气，每立方米的曝气量为2-8Nm3/h，反应温度10-35℃，生物改性反应器1段的停留时间为3-5h。
污泥在生物改性反应器1段反应后连续进入生物改性反应器2段，在生物改性反应器2段的第一个反应池中，泵入微生物生长促进剂和复合菌群2污泥接种物，并连续曝气，每立方米的曝气量为2-8Nm3/h，反应温度10-35℃，生物改性反应器2段的停留时间为7-20h。
如上文所述，所述的生物改性反应器由若干个反应池串联组成，分别构成生物改性反应器1段和2段。反应池的数量可根据停留时间和混合效果选择。考虑污泥在反应池中的流动和混合，串联的各个反应池的进泥口和出泥口位于同一水平面的对角线上，从底部开始占反应池深度的60-75%。根据需要，可以在反应池中设置折泥板。
(3)板框压滤脱水
上述生物改性后的污泥经板框压滤脱水至含水率60%以下。
可采用隔膜厢式压滤机直接压滤，不添加任何絮凝剂，改性后污泥的进料时间为2-3h，高压水压榨保压1-2h，进料压力0.6-0.8MPa，隔膜压榨压力1.0-2.0MPa，压滤水无色澄清，脱水后的污泥泥饼呈土黄色，无臭，含水率60%以下。
本发明在生物改性处理中采用两种复合微生物菌群，并以两段式对污泥进行处理，充分发挥两种复合微生物之间的协同作用。在第1段反应器中，微生物复合菌群1将污泥中的溶解性小分子有机物及持久性有机污染物充分降解，减轻其对微生物复合菌群2的毒害作用，同时在第1段反应器中产生可促进污泥脱水及微生物复合菌群2生长的表面活性物质。复合菌群2在第2段反应器中通过生物氧化和生物酸化作用进一步破坏污泥结构，促进污泥的水份释放，同时使污泥中的重金属溶解至液相中。
有益效果：本发明的污泥深度脱水的生物改性方法，采用两种复合微生物菌群和两段式生物改性技术，直接将污水处理厂浓缩液态污泥送到含有复合菌群的生物改性反应器中，分段对污泥进行生物改性处理，污泥在两段式反应器中总的停留时间为10-25h，通过微生物的生物降解、生物破壁、生物表面活性物质改性、生物氧化和生物酸化作用使污泥中的水份释放出来，降解污泥中的持久性有机污染物，同时使污泥中的重金属释放至液相。然后将生物改性后的污泥压滤脱水，不加任何絮凝剂的条件下脱水至泥饼含水率60%以下。本发明方法可在常温常压下运行，成本低，生物改性时间短，工艺流程简单，成本低廉，具有较大的应用价值。
具体地，本发明与现有技术相比，具有如下优点：
(1)生物改性时间短，只需要10-25小时。
(2)微生物耐受温度范围广，可在10-35℃下良好运行，不受地区限制。
(3)微生物营养剂和促进剂分开添加，针对性强，所用的微生物营养剂和促进剂总量低，运行成本进一步降低。
(4)微生物菌剂一次性投入，长期运行，无需再次添加。
(5)生物改性反应器由两段串联组成，单池结构简单，通过进泥口和出泥口的同一水平面的对角布置，可充分保证新鲜污泥和系统中的污泥混合均匀，达成生物改性的效果。
经生物改性后，污泥中的持久性有机污染物降低20-50%，重金属含量降低60-90%，可获得含水60%以下的清洁污泥，后续资源化利用途径广。
