一种基于泥渣三级分离与细胞破解联用的污泥减量资源化方法

本发明属于污泥处理，特别涉及一种基于泥渣三级分离与细胞破解联用的污泥减量资源化方法。

背景技术：

1、剩余污泥是采用生物方法进行污水处理过程中，由于微生物不断增殖产生大量以有机质成分为主的污泥导致该污泥难以在污水处理过程被消纳而形成的。

2、传统的剩余污泥处理，多以浓缩-脱水-干化为基本处理程序，最终填埋或焚烧或作为建筑材料，处理处置过程药剂和能源消耗巨大，处理成本高昂。一座日处理污水十万吨规模的污水厂，每天产生的湿剩余污泥(典型含水率值在80％左右)常常达到数十吨，污泥处理过程不仅需要消耗能耗物耗，最终的污泥一般需要外运处置，处理处置成本也常常达到数百元/吨干泥，高昂的处理与处置费用给企业带来巨大的经济负担。此外，现有的污水处理工艺需要大量的碳源来维持脱氮与除磷的效果。然而，很多污水厂碳源不足(尤其是南方的污水厂)，需要通过购买碳源来弥补工艺的碳源不足问题。因此，如果能够将污泥中的有机质转化为碳源，既能够大幅度降低剩余污泥的量，实现污泥减量化，同时污水处理碳源不足问题也得到解决。因此，污泥破解以实现碳源回收与减量化的污泥处理方法具有极为重要的意义。为了解决该问题，很多研究者将目光盯上热碱联合处理污泥，该方法确实能够较好的实现污泥的碳源回收，然而热碱法成本较高，装置运行复杂，经济性不理想。因此，提出一种基于泥渣三级分离与细胞破解联用的污泥减量资源化方法。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明根据剩余污泥成分分为有机质和无机质、且无机质有相当一部分是细颗粒砂粒的特征，提出一种基于泥渣三级分离并同时进行破解污泥细胞的污泥减量化方法。技术的关键是采用合适的方法将污泥中的无机质分离，作为最终剩余污泥排放的主要成分。系统中增殖的活性污泥不再考虑排放，而是对于污泥中有机质，以碱破解作为处理方法，污泥中的有机颗粒和细胞等有机成分能够被破解为溶解性cod，不能被碱彻底破解的颗粒有机质可以回流到污水处理的主体工艺，经过反复循环处理，最终污泥的有机质基本上都能够破解并进一步被反硝化利用。系统最终排放的污泥(未计化学污泥)来自泥与渣分离后的渣，无机质含量高。

2、通过以下方法来实现上述目的：

3、本发明提供了一种基于泥渣三级分离与细胞破解联用的污泥减量资源化方法，污泥处理流程为：一级泥渣分离→(浓缩)→二级泥渣分离→三级分离→浓缩→脱水→外运。工艺包括以下步骤：

4、(1)利用一级分离池对待处理的剩余污泥进行一级泥渣分离，剩余污泥中的无机颗粒状态的一级渣与有机污泥分离，若一级渣排渣导致的碳源损失不影响主体工艺对碳源的需求(即一级渣的挥发分比值较小，进一步需要根据具体污水厂工艺参数具体进行计算确定)，则90～95％所述有机污泥回流至主体工艺，回流到主体工艺污水处理任何一个构筑物均可，5～10％有机污泥经过浓缩后进入下一步处理，一级渣进行浓缩脱水处理后外运；一级渣排渣导致的碳源损失影响主体工艺对碳源的需求(即一级渣的挥发分比值较大，同上)，则全部所述有机污泥全部回流至主体工艺，一级渣进入下一步处理；其中，主体工艺为污水处理生物脱氮除磷工艺；比如a2/o工艺，主体工艺依次包括厌氧池处理、缺氧池处理和好氧池处理。

5、(2)利用破壁机械对所述少量有机污泥或一级渣进行破壁处理，破壁后的物质进入下一步处理。

6、(3)利用二级分离池对所述破壁后的物质进行二级泥渣分离，二次泥渣分离得到的污泥回流到主体工艺的缺氧池，获得的二级渣进入下一步处理；二级分离池的主要功能是分离细颗粒无机质，二级分离池的次要功能是破解污泥，加入氢氧化钠、氧化钙等强碱药剂破解污泥细胞。

7、(4)利用三级分离池对所述二级渣进行三级泥渣分离，获得的三级渣经过浓缩脱水后外运，获得的污水回流至主体工艺的缺氧池。

8、作为上述技术方案的进一步改进，一级分离池采用高水力负荷，水力负荷>20m3/(m2·h)；二级分离池采用低水力负荷，水力负荷<0.3m3/(m2·h)，且水力停留时间hrt>24h；三级分离采用中等的水力负荷，水力负荷为0.6～1.0m3/(m2·h)。

9、作为上述技术方案的进一步改进，所述一级分离池分为紊流区、过渡区和静止区，紊流区的雷诺数>3000，过渡区的雷诺数为10-2000，且从上部向下雷诺数逐渐减小，静止区底部堆积有泥渣处于静止状态，泥渣间隙的水的雷诺数为零。

10、作为上述技术方案的进一步改进，所述紊流区、过渡区和静止区的体积比为2:3:5，一级分离池的总高度为6～8m，当采用水力旋流方式实现池内环流时，径深比不大于0.3。

11、作为上述技术方案的进一步改进，所述一级分离池采用机械搅拌，二级分离池采用机械搅拌或空气搅拌。

12、作为上述技术方案的进一步改进，一级分离池和二级分离池的主要功能均是渣泥分离，三级分离池主要功能是渣水分离(特别轻质的污泥碎片随水流走)，所述三级分离池构造为沉淀池，所述二级渣经过污水稀释后进入三级分离池。

13、作为上述技术方案的进一步改进，所述破壁池内添加的药剂为氢氧化钠和氧化钙，药剂加药量为入池污泥干固体量的6～12％。

14、作为上述技术方案的进一步改进，若一级渣排渣导致的碳源损失不影响工艺对碳源的需求(一级渣的挥发分比值较小)，则工艺流程按照图1的方式，少量有机污泥经过浓缩后进入下一步处理，所述浓缩后的有机污泥含水率为93～95％；若一级渣排渣导致的碳源损失影响工艺对碳源的需求(一级渣的挥发分比值较大)，则工艺流程按照图2的方式，对一级分离的排渣进行进一步处理，一级分离的排泥全部回流。

15、作为上述技术方案的进一步改进，当所述三级渣有机质含量＞20％，在三级分离池进水管道中加入阳离子pam，加药量为0.01～0.03％。

16、作为上述技术方案的进一步改进，所述剩余污泥中的无机质密度大于水的密度，无机细砂的比重为2.5g/cm3，剩余污泥中有机质的密度接近于水，比重为1.002～1.003g/cm3。

17、本发明的技术原理是：

18、污泥中的无机质密度显著大于水的密度，一般来说无机细砂的比重达到2.5g/cm3，而污泥中有机质的密度很接近于水，一般情况下比重只有1.002～1.003g/cm3。基于该特征，当分离池中的雷诺数较大时，扰动轻质污泥的沉淀，且破坏污泥成层沉淀，则细砂可以与有机质分离。故一级分离池需要满足如下功能构造特点：

19、(1)一级分离池需要有显著的分层和高度，分为紊流区、过渡区和静止区，紊流区的雷诺数较大，足以能够破坏污泥成层沉淀，一般需要大于3000，典型取值在20000以上；过渡区的水力条件利用紊流区的旋转摩擦力提供即可，即过渡区不设置搅拌措施，宜控制雷诺数在2000～10之间，从上部向下雷诺数逐渐减小；静止区有一定的渣堆积，故静止区的底部堆积的渣处于几乎完全静止状态，渣间隙的水的雷诺数几乎为零。

20、(2)紊流区、过渡区和静止区的体积比一般可以控制在2:3:5，通常来说，总高度需要大于6～8m，且当采用水力旋流方式实现池内环流时，径深比不能过大，不宜大于0.3。

21、(3)为了减少有机质穿越过渡区进入底部的静止区，可以在过渡区进入一定量的污水，一方面促进过渡区有向上的水流，一方面以稀释上部紊流区滑落的有机质污泥，避免因为出现成层沉淀导致的有机质穿越过渡区。

22、(4)紊流区维持高的雷诺数方法可以是沿着池壁侧面的切线方向进水。

23、二级分离池采用很低的水力负荷，水力负荷一般<0.3m3/(m2·h)，且二级分离池环向还有一定的流速，在此水力条件下，极细渣容易沉淀。与此同时，二级分离池的水力停留时间长，一般hrt>24h，从而实现污泥碎片与细渣的分离。

24、三级分离本质上的功能是沉淀池，主要目的是将细渣与水分离，同时洗脱去除细渣中的少量污泥碎片，故水力负荷值不宜过高(否则细渣难以沉淀)，也不宜过低(否则污泥碎片也沉淀)，一般取值0.6～1.0m3/(m2·h)即可。

25、本发明的有益效果在于：一种基于泥渣三级分离并同时进行破解污泥细胞的污泥减量化方法，将污泥中的无机质分离，作为最终剩余污泥排放的主要成分。系统中增殖的活性污泥不再考虑排放，而是对于污泥中有机质，以碱破解作为处理方法，污泥中的有机颗粒和细胞等有机成分能够被破解为溶解性cod，不能被碱彻底破解的颗粒有机质可以回流到污水处理的主体工艺，经过反复循环处理，最终污泥的有机质基本上都能够破解并进一步被反硝化利用。系统最终排放的污泥(未计化学污泥)来自泥与渣分离后的渣，无机质含量高。本方法碳源回收率达到90％以上，污泥减量化率约65～70％，技术简单、安全、可靠，运行费用低廉，且污泥减量化程度高，碳源回收经济效益高，能够高效实现污泥的减量化、资源化和无害化。根据小试试验结果，控制合适的运行参数，排渣中有机质含量能够低至10～15％，以传统工艺绝干泥排量10t/d的污水厂计算，绝干泥有机质含量50％，有机质排量为5t/d。若采用本发明技术，最终排渣量仅为3.0～3.5t/d，其中有机质排量<0.5t/d，故实际碳源回收率>90％，污泥减量化率约65～70％，技术优势十分显著。根据一级分离渣的性质，若有机质含量较低，碳源回收率高，则排渣直接进行脱水处理；若一级排渣有机质含量较高，需要对一级渣进行进一步处理，以确保碳源回收率可以达到工艺的需求。由于回收的碳源已经满足需要，污水厂不再需要购买碳源，污泥处置成本大幅度降低，故经济效益也非常显著。本发明仅适用于有生物脱氮功能的污水厂。