本发明涉及环保技术领域，尤其涉及一种回注碱液协同超声波破解污泥的方法及反应器。
背景技术：
我国的城市污水处理厂大多采用的是以传统活性污泥法和生物膜法为主的生物处理工艺，在生物处理过程中，活性污泥中的微生物不断地消耗着废水中呈胶体和溶解状态的有机物质。被消耗的有机物质中，一部分有机物质被氧化以提供微生物生命活动所需的能量，另一部分有机物质则被微生物利用以合成新的细胞质，从而使微生物繁衍生殖。在稳定运行的生物处理系统中，为维持恒定的活性生物量，每天新增加生物细胞物质，需要作为剩余污泥，处理污水的同时也产生了大量的剩余污泥。据预测到2020年我国城市污水处理厂产生的剩余污泥将达4300万吨(干泥)。
目前，城市污水处理厂处理废水的过程也同时产生了大量的剩余污泥也称活性污泥，并加入大量絮凝剂使剩余污泥含水率减小到80％左右后厌氧消化稳定处理，但由于污泥絮体颗粒大而且污泥细胞难于破解，有机物不能被充分利用，使厌氧消化效率较低，严重制约着剩余污泥的厌氧消化效率。
天然碱矿在提炼碱的过程中会产生大量的浓废碱液，这些碱液需要处理才符合环境保护政策，处理方法要么利用加酸中和方法处理，要么处理后回注于地下，不但处理成本很高，而且严重影响着天然碱矿的经济效益和当地的生态环境安全。
针对以上污泥处理过程和天然碱矿产生废碱液的缺点，本发明的目的是为了提高剩余污泥厌氧消化效率，节约污泥处理和天然碱生产成本，并且废碱液资源充分利用，提供一种回注碱液协同超声波破解污泥的方法及利用该方法加工的反应器。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种回注碱液协同超声波破解污泥的方法，包括以下步骤：
1)将废碱液和剩余污泥按体积比1∶20进行混合，使调节污泥的ph值在11，接种厌氧种子污泥量为厌氧消化污泥量的10％；
2)将蠕动泵连续进入超声破解反应器中反应；
3)将蠕动泵连续进入37℃厌氧消化反应器内；
4)最后将蠕动泵处理后的污泥泵出，处理再利用。
优选的，在步骤1)中，超声能量的密度为0.13w/ml，超声处理污泥的时间为15分钟，完成超声协同碱作用过程。
优选的，在步骤2)中，蠕动泵在厌氧消化反应器内的反应搅拌速度为100rpm，反应时间即污泥停留时间为15天。
优选的，在步骤3)中，厌氧消化过程中三磷酸腺苷含量达到5.5μg/l，污泥中甲烷菌含量为6.8×109细胞个数/ml污泥，乙酸产生量为短链脂肪酸含量的60％以上，沼气产气量是对照组的2.9倍。
本发明还提供一种利用回注碱液协同超声波破解污泥的方法的反应器，包括废碱液罐，用于污泥碱度的调节；剩余污泥储罐，用于储存城市污水处理厂的剩余污泥；超声破解反应器，对碱调节后的剩余污泥进行超声波破解；厌氧消化反应器，用于处理经过碱和超声波协同处理后的剩余污泥；污泥利用储罐，用于储存已经处理好的污泥，待利用。
优选的，所述超声破解反应器控制破解条件为，在ph为11.0和0.13w/ml的超声能量密度下，超声处理污泥15min。
优选的，所述厌氧消化反应器内的控制温度为37℃，污泥停留时间为15天。
与相关技术相比，本发明提供的回注碱液协同超声波破解污泥的方法是在废碱液与超声共同作用，同时有效破解污泥絮体和污泥细胞，使微生物能有效利用污泥中的有机物，尤其是短链脂肪酸和乙酸的产量均得到大幅度提高，提高污泥三磷酸腺苷含量，三磷酸腺苷含量达到5.5μg/l，污泥中甲烷菌含量为6.8×109细胞个数/ml污泥(测定方法：自动荧光显微镜，徕卡显微镜leicam205fa)，沼气产气量是对照组的2.9倍，提高了厌氧消化效率，实现污泥高效处理，节约处理成本，充分利用废碱液资源，可有效解决剩余污染的污染问题。本发明还提供一种利用回注碱液协同超声波破解污泥的方法的反应器。
附图说明
图1为本发明提供的回注碱液协同超声波破解污泥的方法的框图。
具体实施方式
以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
请参阅图1为本发明提供的回注碱液协同超声波破解污泥的方法的框图。所述回注碱液协同超声波破解污泥的方法，包括如下步骤：
1)将废碱液和剩余污泥按体积比1∶20进行混合，使调节污泥的ph值在11，接种厌氧种子污泥量为厌氧消化污泥量的10％。超声能量的密度为0.13w/ml，超声处理污泥的时间为15分钟，使超声协同碱作用过程完成。
2)将蠕动泵连续进入超声破解反应器中反应，反应搅拌速度为100rpm，反应时间即污泥停留时间为15天。
3)将蠕动泵连续进入37℃厌氧消化反应器内，厌氧消化过程中三磷酸腺苷(adenosinetriphosphate，atp)含量达到5.5μg/l，厌氧消化污泥中甲烷菌含量为6.8×109细胞个数/ml污泥(测定方法：自动荧光显微镜，徕卡显微镜leicam205fa)，乙酸产率为60％。三磷酸腺苷(atp)含量高意味着厌氧消化过程微生物活性高，有机物降解更彻底，部分挥发酸产生速度快，尤其是短链脂肪酸(shortchainfattyacids，scfas)和乙酸和丙酸的产量均得到大幅度提高，提高污泥三磷酸腺苷(atp)含量，乙酸产率是短链脂肪酸含量的产气率提高到60％以上，沼气产气量是对照组的2.9倍，充分利用了废碱液资源，体系运行更稳定。
对比数据：普通剩余污泥(没有经过本发明处理的剩余污泥)厌氧消化后污泥中三磷酸腺苷含量达到1.9μg/l，污泥中甲烷菌含量为5.4×107细胞个数/ml污泥(测定方法：自动荧光显微镜，徕卡显微镜leicam205fa)，乙酸产生量为短链脂肪酸含量的32％以上。
4)最后将蠕动泵处理后的污泥泵出，处理再利用。
处理后剩余污泥溶出的蛋白质和多糖是没处理条件下剩余污泥溶出的蛋白质和多糖的10-12倍。
本发明还提供一种利用回注碱液协同超声波破解污泥的方法的反应器，
包括废碱液罐，用于污泥碱度的调节，其容量为50l。
剩余污泥储罐，用于储存城市污水处理厂的剩余污泥，其容量为50l。
超声破解反应器，其容量为10l，为joyn-2000d密闭反应器，功率50-1000w可调型，工作频率22±1khz、另有搅拌功能，混合搅拌速度100rpm。其用于对碱调节后的剩余污泥进行超声波破解。所述超声破解反应器控制破解条件为：在ph为11.0和0.13w/ml的超声能量密度下，超声处理污泥15min，为下一步厌氧消化创造条件；超声能量计算由单位时间蠕动泵进入的污泥和单位时间超声波反应器释放的超声功率计算而得。
厌氧消化反应器，容量为10l，温度控制、气体收集、混合搅拌速度100rpm，连续厌氧发酵。其用于处理经过碱和超声波协同处理后的剩余污泥，其控制温度为37℃，污泥停留时间为15天。
污泥利用储罐，容量为50l，用于储存已经处理好的污泥，待利用。
实验用剩余污泥含固率ts％为2-3％。
与原剩余污泥厌氧消化技术相比，本发明提供的回注碱液协同超声波破解污泥的方法是在废碱液与超声共同作用，同时有效破解污泥絮体和污泥细胞，使微生物能有效利用污泥中的有机物，尤其是短链脂肪酸和乙酸的产量均得到大幅度提高，提高污泥三磷酸腺苷含量，三磷酸腺苷含量达到5.5μg/l，厌氧消化污泥中甲烷菌含量为6.8×109细胞个数/ml污泥，沼气产气量是对照组的2.9倍，提高了厌氧消化效率，实现污泥高效处理，节约处理成本，充分利用废碱液资源，可有效解决剩余污染的污染问题。本发明还提供一种利用回注碱液协同超声波破解污泥的方法的反应器。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。