预处理-egsb-微生物电化学联合的剩余污泥降解装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于剩余污泥资源化与减量化技术领域，特别涉及一种预处理-EGSB-微生物电化学联合的剩余污泥降解装置及方法。
【背景技术】
[0002]随着城镇污水处理事业的不断发展，剩余污泥总量迅速增加；由于剩余污泥中含有大量微生物、悬浮物等有机物，若得不到妥善的处理与处置，会对环境产生二次污染。据不完全统计，我国污泥年产生量3000多万吨，并以每年15%的速度递增，污泥处理形势十分严峻。因此，剩余污泥的有效处理已成为了急需解决的一大难题，开发出高效的有工程推广价值的污泥处理技术具有重要意义。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为解决上述问题，并以污泥减量化、无害化、资源化为目标，提供一种预处理-EGSB-微生物电化学联合的剩余污泥降解装置及方法。本发明有机组合现有物理及生物技术实现剩余污泥的高效处理，即采用破碎-厌氧联合的预处理技术，膨胀颗粒污泥床(EGSB)技术，微生物电解池(MEC)或生物燃料电池(MFC)等技术，组成一套针对剩余污泥的高效处理装置及方法。该方法首先将剩余污泥在厌氧污泥中进行厌氧消化和破碎，使污泥悬浊液中的固体颗粒物破碎并部分的溶于水相，形成含有污泥固体颗粒的高浓度有机废水;高浓度有机废水被EGSB的厌氧颗粒污泥降解，未降解的污泥固体颗粒被回流至超声-厌氧反应区;EGSB降解后的高浓度有机废水经微生物电化学进一步降解。本发明使污泥中的水分符合排放标准，部分有机物则以0)2、014、!12等气体形式释放，较大程度的提高剩余污泥减量化、资源化效率，同时达到无害化的目的。
[0004]—种预处理-EGSB-微生物电化学联合的剩余污泥降解装置，包括破碎-厌氧联合预处理器、EGSB厌氧处理器、微生物电化学反应器和气体收集器；
[0005]破碎-厌氧联合预处理器与EGSB厌氧处理器连接，微生物电化学反应器位于EGSB厌氧处理器内部，EGSB厌氧处理器与气体收集器连接；并且，破碎-厌氧联合预处理器与EGSB厌氧处理器间有两路管道连接；
[0006]其中，破碎-厌氧联合预处理器由厌氧反应器和破碎设备组成，破碎设备可以为超声波设备、机械匀浆设备、高压喷射设备等;破碎设备可以根据需要设置在厌氧反应器内部或外部；
[0007]厌氧反应器上设有进料口、出料口和回料口；EGSB厌氧处理器上设有进浆口、出浆口、出泥口、出水口、回水口和排气口，进浆口和出楽口分别与厌氧反应器的出料口和回料口通过管道连接，可以实现处理物料的双向流通；回水口通过三通管道与出水口连接;排气口为EGSB厌氧处理器与气体收集器的连接口 ；
[0008]微生物电化学反应器为MEC反应器或MFC反应器；
[0009]厌氧反应器与EGSB厌氧处理器的体积比为1:1.5?3;微生物电化学反应器的阴阳两极分布于EGSB厌氧处理器高度的1/2-4/5处，反应器电极碳纤维充满所在位置的处理器内腔，同时兼作三相分离器，起到三相分离器的功能。
[0010]一种预处理-EGSB-微生物电化学联合的剩余污泥降解方法，利用了上述的装置，包括如下步骤:
[0011](I)破碎-厌氧联合预处理
[0012]剩余污泥由厌氧反应器上的进料口输入破碎-厌氧联合预处理器，利用厌氧反应器内的厌氧污泥对剩余污泥进行短时间厌氧消化，杀死活性污泥中的大量好氧微生物，改变污泥的性质，降低污泥的破解难度；同时利用破碎设备的超声波、机械匀浆、高压喷射的作用分散污泥菌胶团，打破细菌细胞，分解大分子物质;最终使污泥悬浊液一部分固体颗粒物溶于水相，形成含有污泥固体颗粒的高浓度有机废水；
[0013](2)EGSB 厌氧处理
[0014]将预处理后的剩余污泥由底部通入EGSB厌氧处理器中，使处理器器内部形成上升的液流;处理器中的厌氧颗粒污泥使预处理后的污泥中的固体颗粒不断降解，液相中的高浓度有机物在厌氧颗粒污泥中甲烷菌、产乙酸菌和水解发酵菌的作用下，转变为C02、CH4、H2等气体;未被降解的污泥固体颗粒被回流至步骤(I)的破碎-厌氧联合预处理器进行厌氧消化和破碎；
[0015]由于EGSB厌氧处理器中的厌氧颗粒污泥在处理过程中会逐渐生长变大，因此，需要定期对处理器进行排泥处理，排出的厌氧颗粒污泥中有机物含量为20%-35%，以无机污泥及颗粒污泥为主；
[0016](3)微生物电化学处理
[0017]EGSB厌氧处理后形成的有机废水仍然含有一定浓度的有机物，再通过微生物电化学反应器进行处理:
[0018]a.当有机废水和消化产生的气体随上升的液流上升通过MEC反应器的阳极和阴极碳刷构成的三相分离器时，未被降解的污泥固体颗粒无法通过而下沉，液体中的有机物被MEC快速降解，MEC阳极上的生物膜降解有机物并将电子从细胞内转移到了细胞外，在外电路电势差作用下到达阴极与质子结合产生氢气，从而增加了厌氧降解速率，降低了出水有机物含量，气体成分穿过碳刷逸出，由气体收集器收集；
[0019]b.当有机废水和消化产生的气体随上升的液流上升通过MFC反应器的阳极和阴极碳刷构成的三相分离器时，未被降解的污泥固体颗粒无法通过而下沉，液体中的有机物被MFC快速降解，MFC反应器是借助微生物的催化作用，将有机物中的化学能转化为电能，该装置在产生电能的同时增加了厌氧降解速率，降低了出水有机物含量，气体成分穿过碳刷逸出，由气体收集器收集；
[0020]经过微生物电化学处理后的水从出水口外排，经检测，出水⑶EK 50mg/L;部分外排的水通过回水口由EGSB厌氧处理器底部进入处理器，为处理器内部提供上升的液流；
[0021]在上述方法的步骤(2)和步骤(3)中，预处理后的剩余污泥由EGSB厌氧处理器底部进入处理器，会在处理器中形成上升的液流；同时，部分经装置处理后外排的水可以通过回水口由EGSB厌氧处理器底部进入处理器，也会在处理器中形成上升的液流;通过控制上升液流在微生物电化学处理阶段的流速，能够实现EGSB厌氧处理器下端进行厌氧颗粒污泥降解，上端进行微生物电化学降解，中间未被降解的污泥固体颗粒回流至破碎-厌氧联合预处理器的平衡；
[0022]上述方法是一个持续动态的过程，即装置运行后，剩余污泥不断的输入装置中，经过处理后，不断的输出C02、CH4、H2等气体、达标的水以及电能。
[0023]上述方法中，剩余污泥的浓度为8_20g/L;剩余污泥与厌氧污泥质量之比为2-3:1;污泥停留时间为5?7d;
[0024]超声波频率为20-28KHZ，每次超声时间为0.5?Ih，两次超声的时间间隔为I?8h ；
[0025]匀浆的搅拌速度为8000?12000rpm，每次匀浆时间为10?30min，两次匀浆的时间间隔为I?8h;
[0026]高压喷射压力为10?50MPa，每次循环2?5次，两次喷射的时间间隔为I?8h;
[0027]厌氧罐至EGSB厌氧处理器流速与EGSB厌氧处理器至厌氧罐流速之比为5:3?4.5;厌氧罐与EGSB厌氧处理器的体积比为1: 1.5?3;
[0028]EGSB厌氧处理器中，膨胀后的厌氧颗粒污泥为处理器体积的1/3?1/2，处理器中pH为6.5?7.5; EGSB厌氧处理器中微生物电化学处理阶段的上升流流速为厌氧罐至EGSB厌氧处理器流速的10%?30 %。
[0029]与现有技术相比，本发明的优点在于:
[0030](I)相对于传统污泥预处理方法，该方法通过厌氧消化，可以有效改变污泥的性质，降低污泥的破解难度，提升超声空化的效能，提高污泥的破解效率;较少的使用化学药剂，调节后续厌氧反应的PH，较大的促进了厌氧反应的进行。
[0031](2)相对于EGSB处理高浓度废水，该方法可以高效的降解剩余污泥等固体物质，出水水质较好，效率更高。
[0032](3)相对于MEC处理高浓度废水，该方法可以高效的降解剩余污泥等固体物质，处理成本更低，出水水质较好，效率更高。
[0033](4)该工艺具有各种单一方法的共同优点且协同作用较好，可以产生HdPCH4等可以作为化工原料或燃料的气体，较大程度的减少污泥中有害微生物等有机物的含量，是一种针对剩余污泥的资源化、无害化、减量化高效处理工艺。
【附图说明】
[0034]图1、实施例1中剩余污泥降解装置及物料流向示意图；
[0035]其中，1、EGSB厌氧处理器，2、微生物电化学反应器(MEC或MFC)，3、气体收集器，4、厌氧反应器，5、超声波设备，6、进料口，7、出料口，8、回料口，9、进浆口，10、出浆口，11、出泥口，12、出水口，13、回水口，14、电极碳纤维，15、排气口。
【具体实施方式】
[0036]实施例中的剩余污泥来着于沈水湾污泥处理厂;厌氧污泥与EGSB厌氧处理器中的厌氧颗粒污泥成分相同，为多种厌氧消化菌、甲烷菌、产乙酸菌和水解发酵菌，市购;MEC反应器为以碳纤维和铂为电极的单室MEC。
[0037]实施例1
[0038]一种预处理-EGSB-微生物电化学联合的剩余污泥降解装置，如图1所示，由破碎-厌氧联合预处理器、EGSB厌氧处理器1、微生物电化学反应