本发明属于固体废物处理技术领域，具体涉及一种超声波和游离氨联合预处理提高剩余污泥有机质溶出的方法。
背景技术
活性污泥法是国内外应用最广泛的污水生物处理技术，但是污水处理过程中会产生大量的剩余污泥，污泥的处理成本高，用于污泥处理处置的费用占污水处理厂运行费用的20％～60％，给污水处理厂带来了非常沉重的运行负担。剩余污泥是由多种微生物形成的菌胶团与其吸附的有机物和无机物组成的集合体，含大量的水分(95％～99％)，难降解的有机物、挥发性物质、重金属和盐类，以及病原体和寄生虫卵等。剩余污泥如果不能得到适当的处理处置，不仅会污染环境，而且会对人类健康构成严重的威胁。污水处理厂运行中存在着碳源不足的问题，严重影响了污水生物脱氮除磷。而如果长期投加外加碳源会使污水处理厂运行费用增加。若增加剩余污泥的有机质溶出，释放出可利用的基质，增加污水处理厂的内碳源，不但可以减少污泥的产量，还可以用较低成本有效的提高生物脱氮除磷效果，可谓一举两得。
剩余污泥厌氧发酵技术，能够有效的实现污泥的减量化、资源化和无害化，在许多国家都得到了广泛的应用。在整个发酵过程中，生物水解是限速过程。所以，对污泥进行预处理，促进胞外聚合物中的大分子物质水解，打破污泥菌体细胞壁和细胞膜，使得污泥菌体内的易降解物质释放出来，同时能将胞外难降解利用的大分子物质降解成易于被利用的小分子物质，从而提高污泥厌氧发酵过程中的污泥水解速率及可溶性有机物含量，改善剩余污泥厌氧发酵性能。
超声波预处理技术是一种常用的预处理手段，超声产生空化作用，可以促进污泥细胞分解，释放出有机质，但是仍有超过70％的挥发性悬浮固体颗粒无法降解，说明污泥溶出仍有进一步提升的可能。游离氨在污水或污泥中对微生物具有极强的生物杀灭作用，游离氨预处理剩余污泥能够促进微生物细胞内有机质的溶出，并且游离氨又可以在原位获得，不需要额外添加。目前单纯一种污泥预处理的方法已广泛被人研究，单纯游离氨对污泥进行处理对污泥的溶出有一定的效果，而单纯的超声波预处理也可以使污泥达到一定的破解效果。然而单纯处理的污泥溶出效果不甚理想，而超声和游离氨联合预处理对污泥溶出具有协同作用，能极大地提高溶出效果，鉴于此本发明提出一种超声波和游离氨联合的方式来预处理污泥，进一步增加剩余污泥的有机质溶出，更有利于后续的污泥厌氧发酵，实现了剩余污泥的资源化、减量化。
技术实现要素：
本发明的目的在于利用超声波和游离氨联合预处理提高剩余污泥有机质溶出。
本发明提出的一种联合预处理提高剩余污泥有机质溶出的方法，具体步骤如下：
将城市生活污水处理厂产生的剩余污泥进行重力沉降浓缩，将浓缩后的污泥送入超声波反应器进行超声处理；将超声后的污泥与回流的消化液接触，控制初始氨氮浓度、ph和温度，使其中产生游离氨，污泥即与其中的游离氨作用，进行游离氨预处理24～72h；将超声和游离氨作用后的污泥送入厌氧反应器进行中温厌氧发酵。
本发明中，所述超声波反应器的探头应浸没在污泥液面以下1～2cm处。
本发明中，所述的超声波声能密度范围为0.5w/ml～2w/ml，超声波频率为20～28khz，超声时间为5～20min。
本发明中，所述的初始的氨氮浓度控制为100～550mgn/l，ph为9±0.2，温度为25±0.1℃。在此条件下，游离氨的浓度为40～240mgnh3-n/l。
本发明中，所述的游离氨预处理24～72h，是在控制ph恒为9±0.2，温度恒为25±0.1℃的条件下，将超声后的发酵底物和游离氨进行连续机械搅拌24～72h，机械搅拌的转速为100～150rpm/min。
本发明中，所述的预处理方法简单高效，节能环保。超声波破解技术具有无污染，能量密度高，分解速度快等优点；另外，该预处理方法循环利用发酵液，不需要增设专门的管道和反应器，经济环保。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图。
图2为本发明四种不同处理方式污泥上清液溶解性化学需氧量(scod)的图。
图3为本发明四种不同处理方式污泥上清液可溶性蛋白质的图。
图4为本发明四种不同处理方式污泥上清液可溶性多糖的图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明进行说明，应当被认为所举实例只是为了更好的阐述本发明，不包括本发明的所有内容，也不限制本发明的保护范围。
实施例1：
先将污水处理厂二沉池剩余污泥经行浓缩，浓缩后污泥tss为22820mg/l，vss为13920mg/l，scod为180mg/l，ph为6.82。处理步骤如下：
步骤1：超声预处理，超声声能密度为2w/ml，超声时间为15min；
步骤2：游离氨预处理，向污泥中加入一定量的4mol/l的氯化铵溶液，使剩余污泥中的初始氨氮浓度为341mg/l，用4mol/l的naoh溶液和4mol/l的hcl溶液将剩余污泥的ph调为9，并维持48h，期间温度控制在25士0.1℃(该条件下初始游离氨浓度为150mg/l)，污泥机械搅拌的转速为120rpm/min。
经过上述处理后溶解性化学需氧量在48h达到6160mg/l，是空白对照组的4.53倍(看图2)，是单独超声组的1.88倍(看图2)，同时也是单独fa的1.48倍(看图2)。实验结果表明，本发明能够促进剩余污泥有机质溶出。
实施例2：
先将污水处理厂二沉池剩余污泥经行浓缩，浓缩后污泥vss为13783mg/l，以此污泥作为预处理底物。处理步骤如下：
步骤1：超声预处理，超声声能密度为1w/ml，超声时间为10min；
步骤2：游离氨预处理，向污泥中加入一定量的4mol/l的氯化铵溶液，使剩余污泥中的初始氨氮浓度为341mg/l，用4mol/l的naoh溶液和4mol/l的hcl溶液将剩余污泥的ph调为9，并维持48h，期间温度控制在25士0.1℃(该条件下初始游离氨浓度为150mg/l)，污泥机械搅拌的转速为120rpm/min。
经过上述处理后可溶性蛋白质在48h达到892mg/l，是空白对照组的4.53倍(看图3)，是单独超声组的4.72倍(看图3)，同时高于单独游离氨组的629mg/l(看图3)。实验结果表明，本发明能够促进剩余污泥有机质溶出。
实施例3：
先将污水处理厂二沉池剩余污泥经行浓缩，浓缩后污泥vss为13916mg/l，以此污泥作为预处理底物。处理步骤如下：
步骤1：超声预处理，超声声能密度为2w/ml，超声时间为15min；
步骤2：游离氨预处理，向污泥中加入一定量的4mol/l的氯化铵溶液，使剩余污泥中的初始氨氮浓度为341mg/l，用4mol/l的naoh溶液和4mol/l的hcl溶液将剩余污泥的ph调为9，并维持48h，期间温度控制在25士0.1℃(该条件下初始游离氨浓度为150mg/l)，污泥机械搅拌的转速为120rpm/min。
经过上述处理后可溶性多糖在48h达到439mg/l，是空白对照组的7.19倍(看图4)，是单独超声组的2.41倍(看图4)，同时高于单独游离氨组的290mg/l(看图4)。实验结果表明，本发明能够促进剩余污泥有机质溶出。