专利名称：基于微波-过氧化氢协同作用的剩余污泥处理方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明属于固体废弃物处理以及资源回收再利用领域，涉及一种剩余污泥预处理技术，特别涉及一种基于微波-过氧化氢协同作用的剩余污泥处理方法，以及基于微波-过氧化氢协同作用的剩余污泥处理装置。
背景技术：
随着社会经济发展，污水处理总量的增长以及处理标准的提高，随之产生了大量城市污水厂剩余活性污泥(简称为剩余污泥或者污泥)。其处理处置带来的高费用等问题， 已成为污水处理厂正常运行的严重负担，因此经济高效的剩余活性污泥的处理与处置已成为一个紧迫因此严峻的挑战。在污泥减量化、资源化和无害化的过程中，研究人员发现作为污水厂负担的剩余污泥同时又可作为一种有机物资源，可应用于厌氧发酵产甲烷、产氢、驱动生物燃料电池； 可以进行经济价值物质的回收，诸如回收蛋白质、生产可生物降解塑料；也可以作为污水生物脱氮过程中反硝化所需要的碳源，以及回流到曝气池通过隐性生长实现污泥减量等多个领域。但是未经处理的剩余污泥中，溶解性的有机物被固定在细胞内部，受到细胞壁以及胞外分泌物的保护，即阻碍剩余污泥中有机物释放与利用的最大障碍来自活性污泥中微生物结构。所以剩余污泥再利用前的关键技术即是剩余污泥的预处理，通过物理、化学、生物等多种手段实现剩余污泥的溶胞，提高剩余污泥的水解效率，强化后续的剩余污泥处理的效^ ο自20世纪70年代以来，剩余污泥热处理技术已经成为改善剩余污泥厌氧消化性能和脱水性能的重要手段，并得到了广泛的应用[Neyens，E. and J. Baeyens, A review of thermal sludge pre—treatment processes to improvedewaterability. Journal of Hazardous Materials, 2003. 98(1-3) :p. 51-67.]。近年来，微波辐射技术因具有清洁、快速和易于操控等优点而得到了迅速的发展，并且微波辐射以用来在部分场合代替传统加热方式处理剩余污泥[Kennedy, K. J. , G. Thibault, and R. L. Droste, Microwave enhanced digestion of aerobic SBRsludge. Water Sa, 2007. 33(2) :p. 261-270.]。但该微波处理方式处理条件为高温密闭加压环境，一般在120°C -170°C甚至更高的温度才能达到较好的处理效果，增加了反应器的设计生产难度，不利于该处理技术的经济化。因此，开发符合经济高效的剩余污泥预处理手段具有重要的应用价值与现实意义。
发明内容
本发明的目的是针对城市污水处理厂产生的剩余污泥的结构特点，在常压开放条件下通过微波_过氧化氢技术实现剩余污泥高效破解，提高剩余污泥的后续生物可利用性，从而提供一种基于微波_过氧化氢协同作用的剩余污泥处理方法。本发明的再一目的是提供一种可实现上述目的的基于微波_过氧化氢协同作用的剩余污泥处理装置。
本发明的基于微波_过氧化氢协同作用的剩余污泥处理方法是通过过氧化氢的投加策略，以及可进一步通过反应PH的控制条件，以强化剩余污泥的处理效果。 本发明的基于微波_过氧化氢协同作用的剩余污泥处理方法包括以下步骤(1)将一定量的剩余污泥调节至浓度为5_25g/L的泥水混合液；(2)依据剩余污泥处理的要求直接将步骤(1)得到的泥水混合液进行预加热处理后输送至微波反应器中；或者为了获取更好的处理效果，可用无机碱液将步骤(1)得到的泥水混合液的PH值调节为8-12后，再进行预加热处理后输送至微波反应器中；然后在对泥水混合液进行搅拌的同时开启微波反应器的微波源，用微波对泥水混合液进行微波辐射加热，使泥水混合液按照升温速率为5°c "20°C /分钟的升温速率将剩余污泥加热至温度为60-80°C时，关闭微波源，停止微波辐射加热，同时按照纯过氧化氢与污泥干重的质量比值为0. 2-2投加过氧化氢溶液；然后再次开启微波反应器的微波源对泥水混合液进行微波辐射加热，在泥水混合液的温度为100°C时，关闭微波源，停止微波辐射加热，停止搅拌并保温(一般为2-10分钟)至反应结束后(温度降温室温)出料进入后续的处理；在微波辐射加热以及过氧化氢的氧化作用下，剩余污泥受到了有效的破解氧化处理。所述的预加热处理是将泥水混合液通过热源对泥水混合液进行加热；所述的热源是热交换器等；所述的热交换器的热量可利用废热或微波处理后的污泥作为热源。所述的无机碱液是NaOH溶液、Ca(OH)2溶液或CaO溶液等。所述的微波反应器配置2450MHz或者915MHz的微波源。所述的搅拌的搅拌转速可根据需要设置为40-120rpm。所述的过氧化氢溶液的质量浓度为27% -50% ；使用剂量按照纯过氧化氢剂量折
笪弁。所述的后续的处理，包括用于厌氧产氢、用于厌氧发酵产甲烷、好氧处理污泥减量和磷回收等。所述的剩余污泥处理可为连续处理或者批量处理。所述的剩余污泥为污水生物处理工艺，包括常规活性污泥法、氧化沟、A2O和/或 SBR等工艺产生的剩余污泥。本发明的基于微波_过氧化氢协同作用的剩余污泥处理方法，可利用下面提供的本发明的基于微波_过氧化氢协同作用的剩余污泥处理装置来实现。本发明的基于微波_过氧化氢协同作用的剩余污泥处理装置主要包括热交换器和微波反应器；在带有微波源的所述的微波反应器的微波反应器炉腔中安置有反应容器，在反应容器中安装有搅拌器和测温探头，且搅拌器的搅拌杆和测温探头的另一端通向所述的微波反应器外；所述的微波反应器的壁上开有碱液进口和过氧化氢加药口，在碱液进口和过氧化氢加药口处分别安装有与所述的反应容器相连通的管路；在所述的微波反应器外设置有所述的热交换器，且热交换器分别开有第一污泥进料口和第一污泥出料口，及开有第二污泥进料口和第二污泥出料口 ；其中第一污泥出料口通过管路与所述的反应容器壁上开有的污泥进料口相连通，第二污泥进料口通过管路与所述的反应容器壁上开有的污泥出料口相连通。
所述的微波反应器配置2450MHz或者915MHz的微波源。所述的搅拌器的搅拌转速可根据需要设置为40-120rpm。本发明与现有技术相比，本发明的优势在于(1)本发明利用微波-过氧化氢处理剩余污泥的反应温度条件要求低(100°C )，在常压下开放环境即可实现，不再需要高温高压系统。(2)加入过氧化氢后，剩余污泥的溶胞效率提高，IOO0C以下即可实现COD溶出率超过30%。(3)过氧化氢分解后只产生水和氧气，不产生二次污染，降低对环境的潜在危害。(4)本发明采用了热交换器单元，可大幅降低处理过程中的能耗。本发明的方法工艺简单，流程短，效率高，并且处理后的剩余污泥可进行资源回收利用；本发明的装置投资少，适合各种中小规模剩余污泥处理系统。
图1.本发明的基于微波_过氧化氢协同作用的剩余污泥处理操作流程示意图。图2.本发明的基于微波_过氧化氢协同作用的剩余污泥处理装置示意图。附图标记1.碱液进口 2.过氧化氢加药口 3.污泥进料口 4.污泥出料口5.微波源 6.微波反应器炉腔 7.反应容器 8.搅拌器9.测温探头 10.热交换器
具体实施例方式实施例1基于微波_过氧化氢协同作用的剩余污泥处理装置如图2所示，其主要包括热交换器和微波反应器；在带有微波源5的所述的微波反应器(配置2450MHz或者915MHz的微波源)的微波反应器炉腔6中安置有反应容器7，在反应容器7中安装有搅拌转速为40-120rpm的搅拌器8和测温探头9，且搅拌器8的搅拌杆和测温探头9的另一端通向所述的微波反应器外；所述的微波反应器的壁上开有碱液进口 1和过氧化氢加药口 2，在碱液进口 1和过氧化氢加药口 2处分别安装有与所述的反应容器7相连通的管路；在所述的微波反应器外设置有所述的热交换器10，且热交换器10分别开有第一污泥进料口 3和第一污泥出料口 4，及开有第二污泥进料口 3和第二污泥出料口 4 ；其中第一污泥出料口 4通过管路与所述的反应容器7壁上开有的污泥进料口 3相连通，第二污泥进料口 3通过管路与所述的反应容器7壁上开有的污泥出料口 4相连通。利用上述装置，针对城市污水处理厂二沉池排放的含水率为99. 5%的剩余污泥进行基于微波_过氧化氢协同作用的活性污泥处理，操作流程如1所示。(1)将城市污水处理厂浓缩池排放的含水率为99. 5%的剩余污泥(污泥浓度5g/ L)，使用NaOH溶液将剩余污泥的pH调节至pH = 11 ；(2)将步骤(1)得到的泥水混合液在热交换器(可利用废热作为热源)中进行预加热处理后批次输送至微波反应器中(微波反应器配置2450MHz或者915MHz的微波源)； 然后在对泥水混合液进行搅拌(搅拌转速为120rpm)的同时开启微波反应器的微波源，用 2450MHz或者915MHz的微波对泥水混合液进行微波辐射加热，使泥水混合液按照升温速率为20°C /分钟的升温速率将泥水混合液加热至温度为60°C时，关闭微波源，停止微波辐射加热，同时加入过氧化氢溶液(过氧化氢溶液的质量浓度为27% )，过氧化氢的使用剂量是按照纯过氧化氢剂量折算，加入相当于剩余污泥干重的质量2倍的过氧化氢；然后再次开启微波反应器的微波源对泥水混合液进行微波辐射加热，在泥水混合液的温度为100°C时， 关闭微波源，停止微波辐射加热，停止搅拌并保温5分钟；在微波辐射加热以及过氧化氢的氧化作用下，剩余污泥受到了有效的破解氧化处理，反应结束后出料；从污泥中溶出的有机物(COD)从52mg/L增加至2852mg/L，最终剩余污泥的pH由11变为8. 53，COD溶胞效率为 46. 7%，剩余污泥得到稳定化处理。实施例2 基于微波_过氧化氢协同作用的剩余污泥处理装置同实施例1。(1)将城市污水处理厂浓缩池排放的含水率为98%的剩余污泥通过离心作用浓缩后，调节至浓度为25g/L的泥水混合液；(2)将步骤(1)得到的泥水混合液在热交换器(可利用废热作为热源)中进行预加热处理后批次输送至微波反应器中(微波反应器配置2450MHz或者915MHz的微波源)； 然后在对泥水混合液进行搅拌(搅拌转速为40rpm)的同时开启微波反应器的微波源，用 2450MHz或者915MHz的微波对泥水混合液进行微波辐射加热，使泥水混合液按照升温速率为5°C /分钟的升温速率将泥水混合液加热至温度为60°C时，关闭微波源，停止微波辐射加热，同时加入过氧化氢溶液(过氧化氢溶液的质量浓度为50% )，过氧化氢的使用剂量是按照纯过氧化氢剂量折算，加入相当于剩余污泥干重的质量0. 2倍的过氧化氢；然后再次开启微波反应器的微波源对泥水混合液进行微波辐射加热，在泥水混合液的温度为100°C时， 关闭微波源，停止微波辐射加热，停止搅拌并保温10分钟；在微波辐射加热以及过氧化氢的氧化作用下，剩余污泥受到了有效的破解氧化处理，反应结束后出料；从污泥中溶出的有机物(COD)从167mg/L增加至9561mg/L,最终剩余污泥的pH由7. 60变为6. 53，COD溶出效率为32. 6%，剩余污泥得到稳定化处理。
权利要求
1.一种基于微波-过氧化氢协同作用的剩余污泥处理方法，其特征是，该方法包括以下步骤(1)将剩余污泥调节至浓度为5-25g/L的泥水混合液；(2)直接将步骤(1)得到的泥水混合液进行预加热处理后输送至微波反应器中；或用无机碱液将步骤(1)得到的泥水混合液的PH值调节为8-12后，再进行预加热处理后输送至微波反应器中；然后在对泥水混合液进行搅拌的同时开启微波反应器的微波源，用微波对泥水混合液进行微波辐射加热，使泥水混合液按照升温速率为5°C -20°C /分钟的升温速率将剩余污泥加热至温度为60-80°C时，关闭微波源，停止微波辐射加热，同时按照纯过氧化氢与污泥干重的质量比值为0. 2-2投加过氧化氢溶液；然后再次开启微波反应器的微波源对泥水混合液进行微波辐射加热，在泥水混合液的温度为100°C时，关闭微波源，停止微波辐射加热，停止搅拌并保持该温度至反应结束后出料。
2.根据权利要求1所述的基于微波_过氧化氢协同作用的剩余污泥处理方法，其特征是所述的预加热处理是将泥水混合液通过热源对泥水混合液进行加热；所述的热源是热交换器。
3.根据权利要求2所述的基于微波_过氧化氢协同作用的剩余污泥处理方法，其特征是所述的热交换器的热量是利用废热或微波处理后的污泥作为热源。
4.根据权利要求1所述的基于微波_过氧化氢协同作用的剩余污泥处理方法，其特征是所述的无机碱液是NaOH溶液、Ca(OH)2溶液或CaO溶液。
5.根据权利要求1所述的基于微波_过氧化氢协同作用的剩余污泥处理方法，其特征是所述的微波反应器配置2450MHz或者915MHz的微波源。
6.根据权利要求1所述的基于微波_过氧化氢协同作用的剩余污泥处理方法，其特征是所述的搅拌转速为40-120rpm。
7.根据权利要求1所述的基于微波_过氧化氢协同作用的剩余污泥处理方法，其特征是所述的过氧化氢溶液的质量浓度为27% -50%。
8.根据权利要求1所述的基于微波_过氧化氢协同作用的剩余污泥处理方法，其特征是所述的剩余污泥处理为连续处理或者批量处理。
9.一种基于微波-过氧化氢协同作用的剩余污泥处理装置，主要包括热交换器和微波反应器；其特征是在带有微波源的所述的微波反应器的微波反应器炉腔中安置有反应容器，在反应容器中安装有搅拌器和测温探头，且搅拌器的搅拌杆和测温探头的另一端通向所述的微波反应器外；所述的微波反应器的壁上开有碱液进口和过氧化氢加药口，在碱液进口和过氧化氢加药口处分别安装有与所述的反应容器相连通的管路；在所述的微波反应器外设置有所述的热交换器，且热交换器分别开有第一污泥进料口和第一污泥出料口，及开有第二污泥进料口和第二污泥出料口 ；其中第一污泥出料口通过管路与所述的反应容器壁上开有的污泥进料口相连通，第二污泥进料口通过管路与所述的反应容器壁上开有的污泥出料口相连通。
10.根据权利要求9所述的基于微波_过氧化氢协同作用的剩余污泥处理装置，其特征是所述的微波反应器配置2450MHz或者915MHz的微波源。
全文摘要
本发明涉及一种剩余污泥预处理技术，特别涉及一种基于微波-过氧化氢协同作用的剩余污泥处理方法，以及基于微波-过氧化氢协同作用的剩余污泥处理装置。本发明的方法是通过按照纯过氧化氢与污泥干重的质量比值为0.2-2投加过氧化氢溶液，在常压开放条件下通过微波-过氧化氢技术实现剩余污泥高效破解，提高剩余污泥的后续生物可利用性。反应前可通过控制pH的条件，强化剩余污泥的处理效果。本发明的装置主要包括热交换器和微波反应器。本发明的方法工艺简单，流程短，效率高，并且处理后的剩余活性污泥可进行资源回收利用；本发明的装置投资少，适合各种中小规模剩余污泥处理系统。
文档编号C02F11/06GK102190417SQ20101012201
公开日2011年9月21日 申请日期2010年3月10日 优先权日2010年3月10日
发明者刘俊新, 王亚炜, 肖本益, 阎鸿, 魏源送 申请人:中国科学院生态环境研究中心