專利名稱：減少過量污泥的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種減少在各種有機(jī)廢液的生物處理中產(chǎn)生的過量污泥的方法，及一種使用該方法減少過量污泥的裝置。
背景技術(shù)：
以各種工業(yè)廢液及民用污水等形式排出的有機(jī)廢液主要使用生物方法，如使用活性泥進(jìn)行處理。由于使用的微生物在這一過程中會大量繁殖，產(chǎn)生大量的處理成問題的過量污泥。作為處理方法，這些過量污泥被用來改良土壤或者作為混合肥料，但是根本的解決方法還沒有形成，這樣在大多數(shù)情況下，過量污泥作為工業(yè)廢料被脫水，焚燒或掩埋。
然而，近年來，這樣的焚燒由于產(chǎn)生了包括諸如二氧化芑等環(huán)境激素在內(nèi)的有毒物質(zhì)，已被認(rèn)為可能對環(huán)境造成威脅，而且掩埋也由于有毒物質(zhì)會隨著時(shí)間發(fā)生泄漏而最終引發(fā)類似的問題。所以，這就對減少過量污泥本身的技術(shù)發(fā)展提出一個(gè)要求，從而對過量污泥問題提供一種更為根本的解決方法，許多方法已被提出。
在這些方法中，專利號為No.2806495的日本專利，第一次公告專利號為No.H11-128975的申請中的日本專利和專利號為No.H11-218022的申請中的日本專利提出的方法相對成本便宜并易于控制。所有這些方法都包括對過量污泥添加堿性物質(zhì)然后暴露在超聲波下。
然而，第一次公告的專利號為No.H11-128975的申請中的日本專利所述的方法是考慮到將溶解后的過量污泥重新送回生物處理時(shí)所要求的中和成本，在pH值為10.5或更小的情況下進(jìn)行，所以使用這種方法很難獲得預(yù)期的溶解效果。
專利號為No.H11-218022的申請中的日本專利所述的方法通過改善中和過程將pH值提高到12-13，從而改善溶解效果，但是對于進(jìn)行超聲波處理仍需要很多時(shí)間，也就要求很高的超聲波輸出，所以非常昂貴。此外，希望保留一些微生物的分解能力，在這一點(diǎn)上很難在現(xiàn)實(shí)中實(shí)現(xiàn)。聯(lián)系到上述技術(shù)，目前已經(jīng)迫切需要技術(shù)上的改進(jìn)，使得成本降低并通過獲得理想的溶解效果，特別是即使在很低的超聲波輸出及其很短的作用時(shí)間下，獲得理想的微生物的分解能力，從而改善問題處理的有效性。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供一種用于溶解過量污泥的方法和裝置，比傳統(tǒng)方法具有更高的溶解性能，總成本很低，并且設(shè)備可以做得較小。
根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求1中的減少過量污泥的方法，其特征在于向在有機(jī)污水的微生物處理中產(chǎn)生的過量污泥添加溶解藥劑；使用超聲波；使用一個(gè)減壓膨脹處理；和將處理結(jié)果送回微生物處理，從而減少所述過量污泥的量。
根據(jù)這種方法，通過減壓膨脹處理能獲得一個(gè)高水平的溶解，從而獲得一個(gè)特別高的微生物的再利用性，并且獲得一個(gè)高的減少比率。
根據(jù)本發(fā)明另一減少過量污泥的方法，其特征在于所述溶解藥劑是一種堿性物質(zhì)，一種溶菌藥劑，或一種兩者的混合物。
根據(jù)這種方法，用于分解蛋白質(zhì)的堿性物質(zhì)如果被中和，對環(huán)境無害，并進(jìn)一步在生物處理系統(tǒng)中，可用來調(diào)節(jié)pH值，防止由于溶解了二氧化碳?xì)舛a(chǎn)生的pH值的減少。雖然可用的堿性物質(zhì)包括，例如，氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鎂和氫氧化鈣，只要能提高pH值，其它混合物也可以使用。
此外，溶菌藥劑具有破壞微生物細(xì)胞壁的功能。雖然有許多種類的溶菌藥劑，但是只要能夠分解細(xì)菌，種類無關(guān)緊要，例如，過氧化氫，二氯碳酸鈉和臭氧。
根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例中的一種用于減少過量污泥的裝置，其特征在于包括向在有機(jī)污水的微生物處理中產(chǎn)生的過量污泥添加一種溶解藥劑的裝置；用于使用超聲波的超聲波使用裝置；和減壓膨脹裝置，作為超聲波使用裝置的下游，用于對過量污泥進(jìn)行一個(gè)減壓膨脹處理。
根據(jù)這一實(shí)施例，通過減壓膨脹裝置可獲得一個(gè)高的溶解比率，從而形成一個(gè)特別高的微生物的再利用率，并獲得一個(gè)高的減少比率。
根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例中的一種用于減少過量污泥的裝置，其特征在于減壓膨脹裝置是一個(gè)均化器。
根據(jù)這一實(shí)施例，諸如堿性物質(zhì)的溶解藥劑和超聲波用于破壞或損壞微生物的細(xì)胞壁，并且一個(gè)減壓膨脹處理引起細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的泄漏，在被溶解藥劑進(jìn)一步作用之后將它們轉(zhuǎn)換成可由微生物處理的物質(zhì)。而由減壓膨脹產(chǎn)生的溶解效果能通過提高均化器的壓力得到提升，考慮到裝置的制造成本和運(yùn)行成本，可確定最優(yōu)的操作條件。
根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例中的一種用于減少過量污泥的裝置，其特征在于所述超聲波使用裝置和所述減壓膨脹裝置是作為分離部件構(gòu)造的，超聲波使用裝置和減壓膨脹裝置可順序地直接連接或通過其它設(shè)備作為中介連接。
根據(jù)這一實(shí)施例，超聲波使用裝置和減壓膨脹裝置為分離的部件，從而對分離部件實(shí)現(xiàn)一個(gè)性能最優(yōu)的設(shè)計(jì)。而且，超聲波的使用過程和減壓膨脹過程的運(yùn)行條件可獨(dú)立地隨意控制，分別實(shí)現(xiàn)最優(yōu)。
根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例中的一種用于減少過量污泥的裝置，是作為一種單一裝置構(gòu)造的，具有所述超聲波使用裝置和所述減壓膨脹裝置兩種功能。
根據(jù)這一實(shí)施例，超聲波使用裝置和減壓膨脹裝置是作為單一裝置構(gòu)造的，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)能夠保持裝置尺寸最小化的設(shè)計(jì)。此外，能夠縮減裝置總成本，從而實(shí)現(xiàn)裝置易于控制。
根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例中的一種用于減少過量污泥的裝置，其特征在于超聲波使用裝置包括一個(gè)超聲波振動器，所述減壓膨脹裝置包括一個(gè)其上帶有多個(gè)直通孔的平板，置于所述超聲波振動器的下游位置，使得能夠切斷流。
根據(jù)這一實(shí)施例，與流相對放置的平板(多孔板)能夠提升減壓膨脹效果，從而保證一個(gè)高水平的溶解。
根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例中的一種用于減少過量污泥的裝置，其特征在于在所述超聲波使用裝置和所述減壓膨脹裝置之間提供一個(gè)流接收板，使得能夠阻斷流。
根據(jù)這一實(shí)施例，在流通路上放置的流接收板提升了超聲波空化效果，改變了溶液的流動，并幫助混合，從而即使平板(多孔板)中孔的直徑較大，也能獲得一個(gè)高的溶解比率。
附圖描述

圖1是表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中一種用于減少過量污泥方法的示意圖。
圖2是一個(gè)表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中一種減少過量污泥裝置的示意圖。
圖3是一個(gè)表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中一種減少過量污泥裝置的示意圖。
圖4是一個(gè)表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中一種減少過量污泥裝置的示意圖。
圖5是一個(gè)表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中一種減少過量污泥裝置的示意圖。
實(shí)施例的詳盡描述以下，將參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述。
圖1表示一種污水處理方法的一個(gè)實(shí)例的流程圖，包括根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的減少過量污泥的方法。在圖1中，基本為有機(jī)污水的未經(jīng)處理的流體1經(jīng)過一個(gè)初始沉淀池2和一個(gè)流調(diào)整池3，然后流經(jīng)一個(gè)生物處理箱4，經(jīng)微生物處理，在一個(gè)最終沉淀池5中被分離成固體和液體之后，形成經(jīng)過處理的水6和污泥(送回的污泥7和過量污泥8)。該污泥中的一部分作為送回的污泥7被送回到生物處理箱，而剩余部分作為過量污泥，經(jīng)過一個(gè)污泥集中箱10，或不經(jīng)過直接進(jìn)入一個(gè)污泥溶解處理裝置11，在這里過量污泥8被溶解和分解。溶解后的污泥9被送回到污水處理過程中的流調(diào)整箱3或生物處理箱4或同時(shí)送回兩者，然后溶解后的污泥9在微生物處理箱4中由微生物進(jìn)行分解。
送入污泥溶解處理裝置11的過量污泥8通過一個(gè)超聲波振動器進(jìn)行處理，還通過一個(gè)均化器經(jīng)減壓膨脹處理而進(jìn)行溶解處理。
污泥溶解處理裝置11以均化器的形式具有超聲波使用裝置和減壓膨脹裝置兩者的功能。結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。
圖2和圖3表明超聲波使用裝置和減壓膨脹裝置(均化器)分離并順序連接的實(shí)施例。在圖中，12表示作為超聲波使用裝置一部分的一個(gè)超聲波振動器，13表示一個(gè)超聲波處理箱，14表示一個(gè)泵，15表示一個(gè)減壓膨脹處理箱，和16表示一個(gè)作為減壓膨脹裝置的均化器。
圖4和圖5表明一個(gè)具有超聲波使用裝置和減壓膨脹裝置(均化器)兩者功能的單一裝置。這里的裝置是作為分離部件單獨(dú)制造的，然后通過諸如螺栓和螺母等包括在上述獨(dú)立裝置中的緊固裝置集成在一起。
圖4表示一個(gè)實(shí)施例，在這里一個(gè)多孔板26在使用超聲波的方向上直接放置在超聲波振動器22之前，使得暴露在超聲波中的過量污泥由于超聲波的傳播和泵產(chǎn)生的壓力被送至多孔板26。
由于使用了這種結(jié)構(gòu)，多孔板26正面的壓力很高，但是多孔板26背面的壓力接近大氣壓，使得流經(jīng)多孔板26的液體壓力迅速降到接近大氣壓。這種壓力差引起過量污泥中的微生物由于突然的壓力下降而膨脹，使得細(xì)菌在超聲波振動器產(chǎn)生的微觀高頻波作用下形成空化，然后形成液體自身的膨脹，細(xì)胞壁的破壞在進(jìn)一步的膨脹作用下引起細(xì)胞內(nèi)溶液的泄漏，最終由如堿類溶劑進(jìn)行處理形成易于被微生物分解的物質(zhì)。此外，已被堿溶劑和超聲波損壞的細(xì)胞壁完全被減壓膨脹破壞，從而促使細(xì)胞內(nèi)液體的泄漏。
圖5表示直接在超聲波振動器22之前放置一個(gè)流接收板27的實(shí)施例。
通過使用這種結(jié)構(gòu)，由超聲波處理過的溶液通過流接收板27保持一個(gè)高的壓力，經(jīng)過通路到流接收板27，在容器的出口處(多孔板26)釋放壓力，進(jìn)行膨脹以致破壞細(xì)胞壁并促使細(xì)胞內(nèi)溶液的泄漏。
容器的出口可以是一個(gè)多孔板，一個(gè)噴頭型的板或一個(gè)單一的圓孔。在這幾類出口中，噴頭型的板和單一的圓孔不容易被阻塞，這樣即使混合了除微生物外其它不可溶物質(zhì)，也不需要添加外部物質(zhì)去除，而進(jìn)入前述處理過程，操作可以穩(wěn)步進(jìn)行。當(dāng)考慮到如阻塞和減壓膨脹效果等所有因素，使用一個(gè)噴頭型板較為合適。
此外，上述流接收板27可以是平的或弓形的。盡管使用一個(gè)流接收板27是合適的，但在特殊情況下，沒有一個(gè)流接收板27也可獲得一定效果。
在這種情況下，使用根據(jù)本發(fā)明所述的用于減少過量污泥的方法和裝置，通過在堿性條件下使用超聲波，然后使用一個(gè)均化器或同時(shí)進(jìn)行這些處理，可提升溶解的效果。即，超聲波和均化器的協(xié)同作用可提升微生物細(xì)胞的溶解效果。這里，均化器是一個(gè)在壓力條件下將受作用的物質(zhì)傳遞給一個(gè)多孔板使其瞬間減壓的裝置，從而破壞微生物的細(xì)胞并引起細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的泄漏。
使用堿性物質(zhì)和超聲波破壞或損壞微生物細(xì)胞壁，引起細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)向細(xì)胞外泄漏并將其轉(zhuǎn)換成能被微生物處理的物質(zhì)的過程是很重要的。為了進(jìn)行這一步，部分溶解的液體壓力被提高并瞬間減壓，引起細(xì)胞膨脹，使得細(xì)胞壁已損壞或破壞的細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)溢出細(xì)胞，被堿性物質(zhì)作用變?yōu)橐子诒晃⑸锓纸獾奈镔|(zhì)。
在一些情況下，過量污泥的粘性能通過堿性物質(zhì)和超聲波的作用被提高，從而增強(qiáng)抵抗液體中物質(zhì)的微觀移動，降低部分溶解的細(xì)胞與液體自身(堿性溶液)混合的敏感性，使得由進(jìn)一步的分解形成的溶解困難，從而不能改善溶解效果。為了解決這個(gè)問題，使用均化器來獲得增效的效果。盡管可以使用上述的堿性物質(zhì)，使用其它類型的溶菌藥劑也可獲得類似的效果。
此外，溶解后的污泥可被送回到生物處理過程的前一階段，由其它微生物進(jìn)行分解以減少過量污泥。
以下，將參照實(shí)施例對根據(jù)本發(fā)明中的用于減少過量污泥的方法和裝置做詳細(xì)描述。
表1
A僅使用均化器B堿性均化器C堿性超聲波D堿性超聲波+順序連接的均化器(圖3)E堿性超聲波+集成多孔板的均化器(圖4)F堿性超聲波+集成噴頭型板的均化器(圖5)表1顯示了使用來自食品加工廠的過量污泥進(jìn)行溶解的結(jié)果。分別使用圖3、4和5中所示結(jié)構(gòu)的均化器。圖3和4所示的多孔板中孔的直徑為1.5毫米，孔密度為38％，圖5所示的噴頭型板有6個(gè)孔，每一個(gè)孔直徑4.5毫米。為了進(jìn)行比較，也顯示出沒有使用均化器、僅使用均化器和僅使用堿性物質(zhì)情況下的結(jié)果。將液體送入均化器的泵的壓力為4.0-6.0千克力/平方厘米。
如表1所示，與沒有使用均化器的情況相比，當(dāng)使用一個(gè)均化器時(shí)溶解效果被大大改善。此外，可以看出當(dāng)僅使用一個(gè)均化器時(shí)溶解效果不是很顯著。盡管噴頭型板的結(jié)果不如多孔板，但仍可以證明比僅使用超聲波的情況有更顯著的改進(jìn)。此外，集成型裝置比分離型獲得更好的結(jié)果，這一事實(shí)值得注意?？梢哉J(rèn)為這是由于對直流的流體產(chǎn)生了阻力。在任何情況下，表1能夠證明在均化器中受到一個(gè)減壓膨脹作用的污泥的化學(xué)耗氧量(COD)會發(fā)生變化。
如表2所示，壓力范圍在4.0-6.0之間僅帶有一個(gè)均化器進(jìn)行溶解的情況的結(jié)果幾乎與沒有溶解步驟的情況的結(jié)果一樣，這明顯是由于沒有產(chǎn)生污泥減少的效果。雖然在堿性均化器的情況下出現(xiàn)了顯著的溶解效果，但是沒有達(dá)到理想的效果。盡管使用堿性超聲波獲得了相當(dāng)大的減少效果，BOD污泥轉(zhuǎn)換率仍然僅為0.14。另一方面，當(dāng)在堿性條件下使用超聲波，然后使用均化器時(shí)，在所有情況下污泥的產(chǎn)生率比在堿性超聲波的情況下大大降低，在經(jīng)過處理的水的質(zhì)量方面幾乎沒有差異。
根據(jù)比較表2和表1中顯示的各自實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，當(dāng)取化學(xué)耗氧量(COD)作為溶解指標(biāo)來評估溶解效果時(shí)，在一個(gè)帶堿性超聲波的均化器的情況下有溶解效果，但是當(dāng)取污泥轉(zhuǎn)換率作為評估污泥減少比率的指標(biāo)時(shí)，均化器的影響相當(dāng)大?？梢钥隙ㄟ@是由于均化器促使細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)從微生物的細(xì)胞壁中泄漏出來可以確定堿性超聲波和均化器的協(xié)同作用對污泥減少效果具有主要的影響。
如上述解釋，根據(jù)本發(fā)明中用于減少過量污泥的方法，在堿性條件下使用超聲波，然后在一個(gè)均化器中使用一個(gè)減壓膨脹裝置，或同時(shí)使用這兩種處理，可以提升溶解效果。也就是，通過超聲波與均化器的協(xié)同作用，微生物細(xì)胞的溶解效果可以被提升。
根據(jù)基于本發(fā)明的另一實(shí)施例中一種用于減少過量污泥的方法，促成蛋白質(zhì)分解的堿性物質(zhì)，如果中和后對環(huán)境沒有損害，并一步在生物處理系統(tǒng)中，可用來調(diào)節(jié)pH值防止由于溶解了二氧化碳?xì)舛a(chǎn)生的pH值的減少。
根據(jù)基于本發(fā)明的另一實(shí)施例中一種用于減少過量污泥的裝置，通過減壓膨脹裝置保證一個(gè)高的溶解比率，并且產(chǎn)生的高溶解效果可獲得一個(gè)高的減少比率。
根據(jù)基于本發(fā)明的另一實(shí)施例中一種用于減少過量污泥的裝置，如堿性物質(zhì)的溶解藥劑和超聲波被用做破壞或損壞微生物細(xì)胞壁，一個(gè)減壓膨脹處理引起細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的泄漏，在被溶解藥劑進(jìn)一步作用之后將它們轉(zhuǎn)換成可由微生物處理的物質(zhì)。
根據(jù)基于本發(fā)明的另一實(shí)施例中一種過量污泥減少裝置，超聲波使用裝置和減壓膨脹裝置為分離的部件，從而可以對分離的部件實(shí)現(xiàn)性能最優(yōu)的設(shè)計(jì)，而且，超聲波的使用和減壓膨脹處理的運(yùn)行條件可獨(dú)立控制以獲得最優(yōu)結(jié)果。
根據(jù)基于本發(fā)明的另一實(shí)施例中一種過量污泥減少裝置，超聲波使用裝置和減壓膨脹裝置是作為單一裝置提供的，所以裝置的尺寸可以設(shè)計(jì)成盡可能的緊湊，從而縮減裝置的總成本，使得裝置易于控制。
根據(jù)基于本發(fā)明的另一實(shí)施例中一種過量污泥減少裝置，通過放置一個(gè)阻塞流的平板可獲得一個(gè)高的溶解比率。
根據(jù)基于本發(fā)明的另一實(shí)施例中一種過量污泥減少裝置，通過在流通路上放置一個(gè)流接收板可獲得一個(gè)高的溶解比率。
權(quán)利要求
1.一種減少過量污泥的方法，其特征在于在由有機(jī)污水的微生物處理中產(chǎn)生的過量污泥中添加溶解藥劑；使用超聲波；使用一個(gè)減壓的膨脹處理；和將處理結(jié)果返回微生物處理，從而減少所述過量污泥的量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中的一種過量污泥減少方法，其特征在于所述溶解藥劑為一種堿性物質(zhì)，一種溶菌藥劑，或一種兩者的混合物。
3.一種用于減少過量污泥的裝置，其特征在于包括向在有機(jī)污水的微生物處理中產(chǎn)生的過量污泥添加一種溶解藥劑的裝置；用于使用超聲波的超聲波使用裝置；和減壓膨脹裝置，作為超聲波使用裝置的下游，用于對過量污泥進(jìn)行一個(gè)減壓膨脹處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3中的一種用于減少過量污泥的裝置，其特征在于所述的減壓膨脹裝置是一個(gè)均化器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4中的一種用于減少過量污泥的裝置，其特征在于所述超聲波使用裝置和所述減壓膨脹裝置是作為分離部件構(gòu)造的，超聲波使用裝置和減壓膨脹裝置可順序地直接連接或通過其它設(shè)備作為中介連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4中的一種用于減少過量污泥的裝置，所述裝置是一種集成裝置，具有所述超聲波使用裝置和所述減壓膨脹裝置兩種功能。
7.根據(jù)權(quán)利要求6中的一種用于減少過量污泥的裝置，其特征在于所述超聲波使用裝置包括一個(gè)超聲波振動器，和所述減壓膨脹裝置包括一個(gè)其上帶有多個(gè)通孔的平板。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7中的一種用于減少過量污泥的裝置，其特征在于在所述超聲波使用裝置和所述減壓膨脹裝置之間提供一個(gè)流接收平板，使之能夠阻斷流。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于溶解過量污泥的方法和裝置，具有一個(gè)高的溶解性能，一個(gè)低的總成本，并且能夠減小設(shè)備尺寸。一種用于減少過量污泥的方法，包括向在有機(jī)污水的微生物處理中產(chǎn)生的過量污泥添加一種溶解藥劑，使用超聲波，使用一個(gè)減壓膨脹步驟，然后將結(jié)果送回微生物處理，從而減少過量污泥的量。一種用于減少過量污泥的裝置，包括向在有機(jī)污水的微生物處理中產(chǎn)生的過量污泥添加一種溶解藥劑的裝置，用于使用超聲波的超聲波使用裝置；和處于超聲波使用裝置下游的減壓膨脹裝置，用來對過量污泥進(jìn)行一個(gè)減壓膨脹處理。
文檔編號C02F3/12GK1416408SQ01803045
公開日2003年5月7日 申請日期2001年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月6日
發(fā)明者張書廷, 吉村敏機(jī), 三關(guān)邦彥 申請人:艾伯株式會社, 張書廷