CN103936246A - 一种污泥生物沥浸法快速调理深度脱水的新方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种污泥生物沥浸法快速调理深度脱水的新方法。首先对污泥进行生物沥浸调理，即直接将污水处理厂浓缩液态污泥泵送到含有专用的复合微生物菌群的生物沥浸反应器中处理1.5‐2d，通过微生物替代效应、生物氧化与生物酸化作用使污泥中束缚水变成较易脱除的自由水，同时使污泥中重金属溶出进入水相并杀灭污泥中病原物。然后将生物沥浸后的污泥在匀质池中收集，再通过泵直接输送到普通压力的隔膜厢式压滤机中脱水，脱水污泥饼含水率低于60%，期间不加任何絮凝剂如PAM等。本发明方法在常温常压进行，成本低廉，脱水泥饼含水率低，无臭味，呈土黄色，脱水污泥饼有机质、热值和养分均不减少，便于后续的资源化利用。
Description
技术领域
本发明属于环境治理领域，涉及一种污泥生物沥浸法快速调理深度脱水的新方法。
背景技术
我国经济的发展、城市化进程的加快以及对环境质量要求的提高，近年来我国污水处理事业发展迅速。截至2013年9月底，全国设市城市、县累计建成城镇污水处理厂3501座，污水处理能力约1.47亿立方米/日，每天产生超过10万吨脱水污泥。这些污泥含水率仍高达80%左右，由于水分含量高所引发的环境问题日益引起人们的关注，要妥善处理如此巨大的污泥，需要庞大的基建投资和运行费用。传统的污泥处理费用约占污水处理厂总运行费用的25%‐50%，投资约占污水处理厂的30‐40%。据文献报道，由于经济和技术原因，现有已经建成的污泥处理设施正常运行的较少，大部分污泥未经任何处理外运、随意弃置及简单填埋或农用，给生态环境带来了巨大的隐患。据2008年国家环境保护部关于《城镇污水处理厂污泥处理处置技术政策（试行）（征求意见稿）》提出的污泥减量化、稳定化、无害化处理和处置原则，结合我国现有污泥的处理状况，寻找妥善、经济地污泥处理或利用技术具有深远的意义。
降低污泥水分是节约污泥处置成本、提高污泥后续处置效率的关键。衡量污泥脱水技术的关键就是看该技术是否可以显著的降低污泥的含水率。理想的污泥脱水技术应当在保证经济、保证固体颗粒回收率的前提下，实现污泥的快速、高干脱水。国内外目前对污泥深度脱水的方法常见的有在污泥中加入三氯化铁‐石灰/粉煤灰/硅藻土等‐聚丙烯酰胺（PAM）化学药剂组合，然后采用厢式压滤机脱水到含水率60%以下，该方法是一项成熟的污泥调理深度脱水技术，在国外已有30多年的工程实践[USEPA,1979]。但在我国，因近年来才对污泥有深度脱水的要求，因此也才刚刚兴起和付诸实践。然而该方法无机药剂用量较大，通常需要达到污泥干物质的25%‐60%,甚至高达100%（取决于污泥有机质含量）。其结果不但最终污泥干物质量不降反增，而且原来的有机污泥滤饼中无机物所占比例显著增加，有机质和热值大幅降低，影响了其后续资源化。而且现有的深度脱水方法对污泥中的重金属、病原菌、臭味等也不能进行有效的去除或控制。因此，现有常规的污泥深度脱水方法有较大的局限性。
我们在2012年曾经公开了一个污泥生物沥浸方法用于污泥深度脱水和重金属去除的方法（周立祥，南京农业大学学报，2012,35（5）：154‐166；周立祥，中国环保产业，2012，（9）：17‐20）并付诸于工程应用（胡金财,等.给水排水，2013,39（7）：48‐52）。其主要原理是利用生物沥浸微生物在曝气情况下对污泥改性，反应一定时间后，直接用厢式压滤机脱水到含水60%以下。该方法的最大优点在于：通过微生物调理后污泥脱水不需加任何絮凝剂或助凝剂（如石灰，PAM，三氯化铁、聚合铁铝等等），因此污泥有机质和热值得到保全，便于后续资源化利用；该方法不会增加脱水污泥的干物质量；可完全去除污泥的恶臭、并有效杀灭病原菌；必要时和去除污泥中重金属。由于该技术的显著优势，在很短时间内便在江苏、浙江、陕西、福建、黑龙江等地得到推广应用，目前在国际上也处于领先地位。然而，在实践中，我们发现，该方法的生物沥浸时间通常较长（需要2天），这样增大了构筑物体积增加了投资，降低了处理效能；春冬季低温时效果会比夏秋季差。因此，需要对原生物沥浸技术和工艺进行改进，发明生物沥浸快速调理深度脱水的新方法，以弥补这些缺陷。
研究发现，生物沥浸时间长，主要是原来的生物沥浸微生物在反应器中变成优势菌的时间过长，污泥中溶解性有机物对其生长有明细抑制作用，因此，在反应体系中导入新的能快速消减这些有毒物质的异养型微生物，就具有明显作用，可促进生物沥浸微生物快速繁殖。而在春冬季低温时，微生物生长较慢，设法增加其菌体密度，使其滞留在反应器内，则能解决冬季微生物密度不够的问题。通过这些新方法可使反应时间大幅度缩短并在春冬季得到较好效果。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的污泥生物沥浸法深度脱水方法反应时间长、春冬季脱水效果差等缺点，提供一种快速的生物沥浸法调理深度脱水的新方法。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种污泥生物沥浸法快速调理深度脱水的新方法，包含以下步骤：
（1）复合微生物菌群的加富、驯化及接种物制备
用于污泥生物沥浸的菌株为保藏号为CGMCC NO.0759的氧化硫硫杆菌（thiobacillus thioooxidans）TS6、保藏号为CGMCC NO.0727的氧化亚铁硫杆菌（thiobacillus ferrooxidans）LX5、保藏号为CGMCC No.3035的毕赤酵母（P.spartinae）D13、保藏号为CGMCC No.4298地霉（Galactomyces sp.）Z3，和保藏号为CGMCCNo.1147的红酵母（Rhodotorula mucilaginosa）R30；将上述的菌株接种到各自培养基中，然后置于25～28℃、180～200rpm的往复式摇床中振荡扩繁培养，直至菌体细胞数量达到108个/mL，然后将氧化硫硫杆菌TS6、氧化亚铁硫杆菌LX5、毕赤酵母D13、红酵母R30和地霉Z3的培养液按体积比3～5:3～5:0.5～1:0.5～1:1混合，吸取混合菌液接种到新鲜待处理污泥中于25～28℃、180～200rpm往复式摇床中培养得到菌体数量为108个mL–1酸化污泥，再吸取酸化污泥接种到新鲜待处理污泥中进行培养，如此重复2次，所得的驯化污泥为接种物；其中，氧化硫硫杆菌TS6培养基为g/L：(NH4)2SO40.4，KH2PO43.0，MgSO4·7H2O0.5，CaCl2·2H2O0.25，硫粉10；氧化亚铁硫杆菌LX5培养基为g/L：(NH4)2SO43.5，KCl0.119，K2HPO40.58，Ca(NO3)2·4H2O0.168，MgSO4·7H2O0.583，FeSO4·7H2O4.42，用10N H2SO4调pH为2.5；毕赤酵母D13、红酵母R30和地霉Z3培养基为g/L：马铃薯200，蔗糖或葡萄糖20，用10N H2SO4调pH为2.5；
（2）污泥的生物沥浸调理
按污泥体积8%～15%的比例向装有污泥的生物沥浸反应器中加入所述的接种物，并按占污泥干物质量8%～15%的比例添加生物沥浸微生物营养剂（营养剂的具体组成见ZL201010221264.1），在好氧、28℃～35℃、搅拌条件下培养1.5-2d；
（3）沥浸后污泥厢式压滤脱水
将生物沥浸调理后的污泥在隔膜厢式压滤机下直接压滤，改性后污泥的进料时间为1～3h（取决于压滤机大小），高压水压榨保压1～2h，进料压力0.6-0.8MPa，隔膜压榨压力1.2～1.6MPa。
所述的混合菌液按照10%～12%（v/v）的接种量接种到到新鲜供试污泥中。
所述的酸化污泥按照10%～12%（v/v）的接种量接种到新鲜供试污泥。
所述的污泥生物沥浸调理步骤所述的反应器为推流式生物沥浸反应器，优选申请号为200810242584.8专利申请中公开的推流式生物沥浸处理设备。
有益效果
本发明与现有的技术相比具有，具有如下优点：
（1）工艺简单，采用生物法可在常温常压下进行，运行成本低廉。
（2）微生物只需要一次性投入，长期运行，无需每次投加。
（3）污泥的重金属溶出率达80%以上，病原物的杀灭率达到99%以上，可获得高干度的“洁净”污泥。
（4）本发明能稳定脱水到含水率60%以下，污泥外观呈土黄色，无臭味，而且泥饼中水分特别容易蒸发。
（5）由于不加入大量的无机药剂，而且是微生物法处理，污泥饼有机质和热值不会降低。55%含水率时，其高位热值可高达9MJ/kg。
（6）整个处理过程无臭味，压滤水COD与污水处理厂进水相当，可直接排入污水处理厂处理，环境卫生。
（7）泥饼可直接破碎后作为园林营养土，也可作为建材使用（如烧制空心轻质砖），还可在不加任何辅助燃料情况下自持焚烧，增加了污泥资源化途径。
附图说明
图1污泥生物沥浸处理工艺流程图
生物材料保藏证明
D13，分类命名为Pichia spartinae,保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏地址为北京市朝阳区大屯路，中国科学院微生物研究所，保藏日期为2009年4月23日，保藏号为CGMCC No.3035。
Galactomyces SP.Z3，分类命名为Galactomyces geotrichum，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，保藏日期为2010年11月5日，保藏号为CGMCC No.4298。
R30，分类命名为红酵母Rhodotorula sp.，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏地址为北京市海淀区中关村北一条13号，中国科学院微生物研究所，保藏日期为2004年5月13日，保藏号为CGMCCNo.1147。TS6，分类命名为氧化硫硫杆菌Thiobacillus thiooxidans，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏地址为中国.中关村，保藏日期为2002年7月4日，保藏号为CGMCCNo.0759。
LX5，分类命名为氧化亚铁硫杆菌thiobacillus ferrooxidans，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏地址为中国.中关村，保藏日期为2002年3月13日，保藏号为CGMCCNo.0727。
具体实施方式
实施例1复合微生物菌群的加富、驯化及接种物制备
用于污泥生物沥浸的菌株为本试验室分离出的氧化硫硫杆菌thiobacillusthioooxidans TS6、氧化亚铁硫杆菌thiobacillus ferrooxidans LX5、及毕赤酵母P.spartinae D13、地霉Galactomyces sp.Z3，和红酵母Rhodotorula mucilaginosaR30。将上述的菌株在各自的培养基(氧化硫硫杆菌TS6培养基g/L：(NH4)2SO40.4，KH2PO43.0，MgSO4·7H2O0.5，CaCl2·2H2O0.25，硫粉10；氧化亚铁硫杆菌LX5培养基g/L：(NH4)2SO43.5，KCl0.119，K2HPO40.58，Ca(NO3)2·4H2O0.168，MgSO4·7H2O0.583，FeSO4·7H2O4.42，用10N H2SO4调pH为2.5；毕赤酵母D13、红酵母R30和地霉Z3培养基g/L：马铃薯200，蔗糖或葡萄糖20，用10N H2SO4调pH为2.5)中培养扩繁（置于28℃往复式摇床中180rpm振荡培养，直至菌体细胞数量达到108个/mL），然后将氧化硫硫杆菌TS6、氧化亚铁硫杆菌LX5、毕赤酵母D13、红酵母R30和地霉Z3的培养液按体积比3:3:1:1:1混合。吸取一定量的混合菌液到新鲜待处理污泥中进行培养（菌液体积占新鲜污泥体积的10%），直到菌体的数量达到108个mL–1，再吸取一定量的此酸化污泥到新鲜供试污泥中进行培养（酸化污泥体积占新鲜污泥体积的10%），如此重复2次，所得的驯化污泥为接种物。
实施例2、南京某城市污水处理厂污泥生物沥浸调理
根据本发明所提及的工艺，按照流程（见附图1）对南京某城市污水处理厂污泥进行处理。该污水处理厂的污水处理工艺为活性污泥法，污泥未经厌氧或好氧消化处理.取约10吨含固率为4.46%的浓缩污泥，经过测定该液态污泥基本性质为pH值为7.26，有机质52.9%，污泥比阻为1.50×1013m kg-1，极难脱水，而且具有恶臭。
生物沥浸阶段：按照接种物和待处理污泥的体积比为1：9将接种物和待处理污泥加入到生物沥浸反应器，并按占污泥干物质量12%的比例添加生物沥浸微生物营养剂（营养剂的具体组成及制备方法见ZL201010221264.1具体实施方式）。该生物沥浸反应器采用8mm PVC板焊接而成，为长2000mm×宽700mm×深850mm的长矩形结构，工作体积700L.沿纵向用PVC隔板完全分开隔成2个廊道，每个廊道设置2个PVC折流板，上下交错，区分为3个区域，2个廊道共6个区域，内部装有小孔管式曝气器。其具体结构见申请号为200810242584.8专利。在温度为28℃、曝气量为1.2m3h–1下，反应器中复合微生物与污泥作用，经过1.5-2d生物沥浸处理使污泥得到调理而易于沉降和脱水，沥浸后污泥比阻降低为1.01×1012m kg–1。
压滤脱水阶段：上述生物沥浸后改性的污泥进入匀质池收集，然后用螺杆泵输送到隔膜厢式压滤机直接压滤，进料时间1.5h，高压水压榨保压1h，进料压力0.6-0.8MPa，隔膜压榨压力1.4MPa，此时压滤水无色澄清，压榨出的泥饼呈土黄色，无臭，含水率58.2%，病原菌（以粪大肠杆菌为指标）杀灭率99.7%，重金属（Cu,Zn,Cd,Ni等）去除率为78.8%，经过测定发现脱水后的泥饼中的有机质51.8%，相对处理前污泥有机质52.8%，并没有明显减少。另外，将脱水后的泥饼在25℃条件下放置15h，泥饼的含水率下降至45%左右，放置96h后，含水率进一步降低至15%以下。
实施例3、无锡某污水处理厂污泥生物沥浸调理
根据本发明所提及的工艺，按照流程（见附图1）对无锡某城市污水处理厂污泥进行处理。该污水处理厂的污水处理工艺为活性污泥法，污泥未经厌氧或好氧消化处理.取约10吨该厂浓缩污泥，经过测定该液态污泥基本性质为pH值为7.52，有机质48.3%，全氮4.78%，全磷3.00%，高位热值10.4MJ/kg，重金属均未超标，污泥比阻为2.05×1013m kg–1，极难脱水，而且具有恶臭。调理前将该污泥分别稀释至含固率为2%、3%、4%和5%，经测定污泥的比阻分别为1.45×1013m kg–1、1.81×1013m kg–1、1.93×1013m kg–1和2.01×1013m kg–1。
生物沥浸阶段：采用以硫杆菌为主体的并配合数株的耐酸性异养菌的复合微生物菌群对该污泥进行调理，按照预酸化的接种物和上述不同浓度待处理污泥的比例为1：9加入到推流式反应器中，并按占污泥干物质量10%的比例添加生物沥浸微生物营养剂（营养剂的具体组成及制备方法见ZL201010221264.1具体实施方式）。该生物沥浸反应器采用8mm PVC板焊接而成，为长2000mm×宽700mm×深850mm的长矩形结构，工作体积700L.沿纵向用PVC隔板完全分开隔成2个廊道，每个廊道设置2个PVC折流板，上下交错，区分为3个区域，2个廊道共6个区域，内部装有小孔管式曝气器。其具体结构见申请号为200810242584.8专利。在温度为28℃、曝气量为1.2m3h–1下，反应器中复合微生物与污泥作用，经过1.5-2d生物沥浸处理使污泥得到调理而易于沉降和脱水。沥浸后对含固率为2%、3%、4%和5%的污泥的比阻降至0.61×1012m kg–1、1.22×1012m kg–1、3.09×1012m kg–1、和4.83×1012m kg–1。
压滤脱水阶段：上述生物沥浸后改性的污泥进入匀质池收集，然后用螺杆泵输送到隔膜厢式压滤机下直接压滤，进料时间1.5h，高压水压榨保压1.0h，进料压力0.6-0.8MPa，隔膜压榨压力1.4MPa，此时压滤水无色澄清，压榨出的泥饼呈土黄色，无臭，含水率56.3%，经过测定发现脱水后的泥饼中有机质含量为47.9%，高位热值为10.2MJ/kg，与处理前污泥有机质为48.3%，高位热值为10.4MJ/kg相比较，二者没有明显差别。
实施例4、无锡某污水处理厂污泥生物沥浸调理大型生产性试验
根据本发明所提及的工艺，按照流程（见附图1）对无锡某城市污水处理厂污泥进行生物沥浸调理大型生产性试验。该污水处理厂的污水处理工艺为活性污泥法，污泥未经厌氧或好氧消化处理.该厂浓缩池污泥pH值7.5左右，含固率3.01-4.5%，有机质40.5-50.3%，高位热值9.2-11.3MJ/kg。该生产性基地占地约2.5亩，处理规模为日处理该厂5万吨污水所产生的污泥。
生物沥浸阶段：采用以硫杆菌为主体的并配合数株的耐酸性异养菌的复合微生物菌群对该污泥进行调理。通过构建一有效容积为200m3的推流式生物沥浸反应器，反应器中复合微生物的接种量占污泥体积的10%，并按占待处理污泥干物质量15%的比例添加生物沥浸微生物营养剂（营养剂的具体组成及制备方法见ZL201010221264.1具体实施方式）。运行过程中污泥在反应器中的停留时间为2d，曝气量为7m3/m2.h，使反应器的溶解氧浓度大于2mg L-1，沥浸后的污泥进入匀质池收集。
压滤脱水阶段：将上述收集在匀质池中的生物沥浸后改性的污泥用螺杆泵输送到隔膜厢式压滤机中直接压滤，进料时间2.5h，高压水压榨保压1.5h，进料压力0.8MPa，隔膜压榨压力1.5MPa，此时压滤水无色澄清，压榨出的泥饼呈土黄色，无臭，含水率57.6%，经过测定发现脱水后的泥饼中有机质含量为40.1-51%，高位热值为9.02-11.0MJ/kg，与处理前污泥有机质40.5-50.3%，高位热值9.2-11.3MJ/kg相比较，没有明显减少，且极易破碎，便于后续的资源化利用。
Claims (6)
1.一种污泥生物沥浸法快速调理深度脱水的方法，其特征在于包含以下步骤：
（1）复合微生物菌群的加富、驯化及接种物制备
用于污泥生物沥浸的菌株为保藏号为CGMCC NO.0759的氧化硫硫杆菌（thiobacillusthioooxidans）TS6、保藏号为CGMCC NO.0727的氧化亚铁硫杆菌（thiobacillusferrooxidans）LX5、保藏号为CGMCC No.3035的毕赤酵母（P.spartinae）D13、保藏号为CGMCC No.4298地霉（Galactomyces sp.）Z3，和保藏号为CGMCCNo.1147的红酵母（Rhodotorulamucilaginosa）R30；将上述的菌株接种到各自培养基中，然后置于25～28℃、180～200rpm的往复式摇床中振荡扩繁培养，直至菌体细胞数量达到108个/mL，然后将氧化硫硫杆菌TS6、氧化亚铁硫杆菌LX5、毕赤酵母D13、红酵母R30和地霉Z3的培养液按体积比3～5:3～5:0.5～1:0.5～1:1混合，吸取混合菌液接种到新鲜待处理污泥中于25～28℃、180～200rpm往复式摇床中培养得到菌体数量为108个mL–1酸化污泥，再吸取酸化污泥接种到新鲜待处理污泥中进行培养，如此重复2次，所得的驯化污泥为接种物；其中，氧化硫硫杆菌TS6培养基为g/L：(NH4)2SO40.4，KH2PO43.0，MgSO4·7H2O0.5，CaCl2·2H2O0.25，硫粉10；氧化亚铁硫杆菌LX5培养基为g/L：(NH4)2SO43.5，KCl0.119，K2HPO40.58，Ca(NO3)2·4H2O0.168，MgSO4·7H2O0.583，FeSO4·7H2O4.42，用10N H2SO4调pH为2.5；毕赤酵母D13、红酵母R30和地霉Z3培养基为g/L：马铃薯200，蔗糖或葡萄糖20，用10N H2SO4调pH为2.5；
（2）污泥的生物沥浸调理
按污泥体积8%～15%的比例向装有污泥的生物沥浸反应器中加入所述的接种物，并按占污泥干物质量8%～15%的比例添加生物沥浸微生物营养剂，在好氧、28℃～35℃、搅拌条件下培养1.5-2d；所述的生物沥浸微生物营养剂为201010221264.1中公开的用于城市污泥生物沥浸处理的专用药剂；
（3）沥浸后污泥厢式压滤脱水
将生物沥浸调理后的污泥在隔膜厢式压滤机下直接压滤，改性后污泥的进料时间为1～3h，高压水压榨保压1～2h，进料压力0.6-0.8MPa，隔膜压榨压力1.2～1.6MPa。
2.根据权利要求1所述的污泥深度脱水的方法，其特征在于步骤（1）中所述的氧化硫硫杆菌TS6、氧化亚铁硫杆菌LX5、毕赤酵母D13、红酵母R30和地霉Z3的培养液按体积比3:3:1:1:1混合。
3.根据权利要求1所述的污泥深度脱水的方法，其特征在于所述的混合菌液按照10%～12%（v/v）的接种量接种到到新鲜供试污泥中。
4.根据权利要求1所述的污泥深度脱水的方法，其特征在于所述的酸化污泥按照10%～12%（v/v）的接种量接种到新鲜供试污泥。
5.根据权利要求1所述的污泥深度脱水的方法，其特征在于污泥的生物沥浸调理步骤所述的反应器为推流式生物沥浸反应器。
6.根据权利要求1所述的污泥深度脱水的方法，其特征在于所述的推流式生物沥浸反应器为200810242584.8专利申请中公开的推流式生物沥浸处理设备。
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