一種汙泥生物瀝浸法快速調理深度脫水的新方法
2023-06-04 18:49:46 3
一種汙泥生物瀝浸法快速調理深度脫水的新方法
【專利摘要】本發明公開了一種汙泥生物瀝浸法快速調理深度脫水的新方法。首先對汙泥進行生物瀝浸調理，即直接將汙水處理廠濃縮液態汙泥泵送到含有專用的複合微生物菌群的生物瀝浸反應器中處理1.5‐2d，通過微生物替代效應、生物氧化與生物酸化作用使汙泥中束縛水變成較易脫除的自由水，同時使汙泥中重金屬溶出進入水相併殺滅汙泥中病原物。然後將生物瀝浸後的汙泥在勻質池中收集，再通過泵直接輸送到普通壓力的隔膜廂式壓濾機中脫水，脫水汙泥餅含水率低於60%，期間不加任何絮凝劑如PAM等。本發明方法在常溫常壓進行，成本低廉，脫水泥餅含水率低，無臭味，呈土黃色，脫水汙泥餅有機質、熱值和養分均不減少，便於後續的資源化利用。
【專利說明】一種汙泥生物瀝浸法快速調理深度脫水的新方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於環境治理領域，涉及一種汙泥生物浙浸法快速調理深度脫水的新方法。
【背景技術】
[0002]我國經濟的發展、城市化進程的加快以及對環境質量要求的提高，近年來我國汙水處理事業發展迅 速。截至2013年9月底，全國設市城市、縣累計建成城鎮汙水處理廠3501座，汙水處理能力約1.47億立方米/日，每天產生超過10萬噸脫水汙泥。這些汙泥含水率仍高達80%左右，由於水分含量高所引發的環境問題日益引起人們的關注，要妥善處理如此巨大的汙泥，需要龐大的基建投資和運行費用。傳統的汙泥處理費用約佔汙水處理廠總運行費用的25% - 50%，投資約佔汙水處理廠的30 - 40%。據文獻報導，由於經濟和技術原因，現有已經建成的汙泥處理設施正常運行的較少，大部分汙泥未經任何處理外運、隨意棄置及簡單填埋或農用，給生態環境帶來了巨大的隱患。據2008年國家環境保護部關於《城鎮汙水處理廠汙泥處理處置技術政策(試行)(徵求意見稿)》提出的汙泥減量化、穩定化、無害化處理和處置原則，結合我國現有汙泥的處理狀況，尋找妥善、經濟地汙泥處理或利用技術具有深遠的意義。
[0003]降低汙泥水分是節約汙泥處置成本、提高汙泥後續處置效率的關鍵。衡量汙泥脫水技術的關鍵就是看該技術是否可以顯著的降低汙泥的含水率。理想的汙泥脫水技術應當在保證經濟、保證固體顆粒回收率的前提下，實現汙泥的快速、高幹脫水。國內外目前對汙泥深度脫水的方法常見的有在汙泥中加入三氯化鐵-石灰/粉煤灰/硅藻土等-聚丙烯醯胺(PAM)化學藥劑組合，然後採用廂式壓濾機脫水到含水率60%以下，該方法是一項成熟的汙泥調理深度脫水技術，在國外已有30多年的工程實踐[USEPA，1979]。但在我國，因近年來才對汙泥有深度脫水的要求，因此也才剛剛興起和付諸實踐。然而該方法無機藥劑用量較大，通常需要達到汙泥乾物質的25%-60%，甚至高達100% (取決於汙泥有機質含量)。其結果不但最終汙泥乾物質量不降反增，而且原來的有機汙泥濾餅中無機物所佔比例顯著增加，有機質和熱值大幅降低，影響了其後續資源化。而且現有的深度脫水方法對汙泥中的重金屬、病原菌、臭味等也不能進行有效的去除或控制。因此，現有常規的汙泥深度脫水方法有較大的局限性。
[0004]我們在2012年曾經公開了一個汙泥生物浙浸方法用於汙泥深度脫水和重金屬去除的方法(周立祥，南京農業大學學報，2012，35(5):154 -166 ;周立祥，中國環保產業，2012，
(9):17 - 20)並付諸於工程應用(胡金財，等.給水排水，2013，39 (7):48 - 52)。其主要原理是利用生物浙浸微生物在曝氣情況下對汙泥改性，反應一定時間後，直接用廂式壓濾機脫水到含水60%以下。該方法的最大優點在於:通過微生物調理後汙泥脫水不需加任何絮凝劑或助凝劑(如石灰，PAM，三氯化鐵、聚合鐵鋁等等)，因此汙泥有機質和熱值得到保全，便於後續資源化利用；該方法不會增加脫水汙泥的乾物質量；可完全去除汙泥的惡臭、並有效殺滅病原菌；必要時和去除汙泥中重金屬。由於該技術的顯著優勢，在很短時間內便在江蘇、浙江、陝西、福建、黑龍江等地得到推廣應用，目前在國際上也處於領先地位。然而，在實踐中，我們發現，該方法的生物浙浸時間通常較長(需要2天)，這樣增大了構築物體積增加了投資，降低了處理效能；春冬季低溫時效果會比夏秋季差。因此，需要對原生物浙浸技術和工藝進行改進，發明生物浙浸快速調理深度脫水的新方法，以彌補這些缺陷。
[0005]研究發現，生物浙浸時間長，主要是原來的生物浙浸微生物在反應器中變成優勢菌的時間過長，汙泥中溶解性有機物對其生長有明細抑制作用，因此，在反應體系中導入新的能快速消減這些有毒物質的異養型微生物，就具有明顯作用，可促進生物浙浸微生物快速繁殖。而在春冬季低溫時，微生物生長較慢，設法增加其菌體密度，使其滯留在反應器內，則能解決冬季微生物密度不夠的問題。通過這些新方法可使反應時間大幅度縮短並在春冬季得到較好效果。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在於針對現有的汙泥生物浙浸法深度脫水方法反應時間長、春冬季脫水效果差等缺點，提供一種快速的生物浙浸法調理深度脫水的新方法。
[0007]本發明的目的通過如下技術方案實現: [0008]一種汙泥生物浙浸法快速調理深度脫水的新方法，包含以下步驟:
[0009](1)複合微生物菌群的加富、馴化及接種物製備
[0010]用於汙泥生物浙浸的菌株為保藏號為CGMCC N0.0759的氧化硫硫桿菌(thiobacillus thioooxidans) TS6、保藏號為 CGMCC N0.0727 的氧化亞鐵硫桿菌(thiobacillus ferrooxidans) LX5、保藏號為 CGMCC N0.3035 的畢赤酵母(P.spartinae)D13、保藏號為 CGMCC N0.4298 地黴(Galactomyces sp.) Z3，和保藏號為 CGMCCN0.1147 的紅酵母(Rhodotorula mucilaginosa) R30 ;將上述的菌株接種到各自培養基中，然後置於25~28°C、180~200rpm的往復式搖床中振蕩擴繁培養，直至菌體細胞數量達到IO8個/mL，然後將氧化硫硫桿菌TS6、氧化亞鐵硫桿菌LX5、畢赤酵母D13、紅酵母R30和地黴Z3的培養液按體積比3~5:3~5:0.5~1:0.5~1:1混合，吸取混合菌液接種到新鮮待處理汙泥中於25~28°C、180~200rpm往復式搖床中培養得到菌體數量為IO8個mL — 1酸化汙泥，再吸取酸化汙泥接種到新鮮待處理汙泥中進行培養，如此重複2次，所得的馴化汙泥為接種物；其中，氧化硫硫桿菌 TS6 培養基為 g/L: (NH4)2SO40.4，KH2P043.0, MgSO4.7H200.5，CaCl2.2H200.25，硫粉 10 ;氧化亞鐵硫桿菌 LX5 培養基為 g/L: (NH4)2S043.5，KC10.119，K2HPO40.58，Ca (NO3) 2.4Η200.168，MgSO4.7Η200.583，FeSO4.7Η204.42，用 10Ν H2SO4 調 pH為2.5 ;畢赤酵母D13、紅酵母R30和地黴Z3培養基為g/L:馬鈴薯200，蔗糖或葡萄糖20，用 10N H2SO4 調 pH 為 2.5 ;
[0011](2)汙泥的生物浙浸調理
[0012]按汙泥體積8%~15%的比例向裝有汙泥的生物浙浸反應器中加入所述的接種物，並按佔汙泥乾物質量8%~15%的比例添加生物浙浸微生物營養劑(營養劑的具體組成見ZL201010221264.1)，在好氧、28°C~35°C、攪拌條件下培養 1.5_2d ；
[0013](3)浙浸後汙泥廂式壓濾脫水
[0014]將生物浙浸調理後的汙泥在隔膜廂式壓濾機下直接壓濾，改性後汙泥的進料時間為I~3h (取決於壓濾機大小)，高壓水壓榨保壓I~2h，進料壓力0.6-0.8MPa，隔膜壓榨壓力 1.2 ~1.6MPa。
[0015]所述的混合菌液按照10%~12% (v/v)的接種量接種到到新鮮供試汙泥中。
[0016]所述的酸化汙泥按照10%~12% (v/v)的接種量接種到新鮮供試汙泥。
[0017]所述的汙泥生物浙浸調理步驟所述的反應器為推流式生物浙浸反應器，優選申請號為200810242584.8專利申請中公開的推流式生物浙浸處理設備。
[0018]有益效果
[0019]本發明與現有的技術相比具有，具有如下優點:
[0020](1)工藝簡單，採用生物法可在常溫常壓下進行，運行成本低廉。
[0021](2)微生物只需要一次性投入，長期運行，無需每次投加。
[0022](3)汙泥的重金屬溶出率達80%以上，病原物的殺滅率達到99%以上，可獲得高幹度的「潔淨」汙泥。
[0023](4)本發明能穩定脫水到含水率60%以下，汙泥外觀呈土黃色，無臭味，而且泥餅中水分特別容易蒸發。
[0024](5)由於不加入大量的無機藥劑，而且是微生物法處理，汙泥餅有機質和熱值不會降低。55%含水率時，其高位熱值可高達9MJ/kg。
[0025](6)整個處理過程無臭味，壓濾水COD與汙水處理廠進水相當，可直接排入汙水處理廠處理，環境衛生。
[0026](7)泥餅可直接破碎後作為園林營養土，也可作為建材使用(如燒制空心輕質磚)，還可在不加任何輔助燃料情況下自持焚燒，增加了汙泥資源化途徑。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1汙泥生物浙浸處理工藝流程圖
[0028]生物材料保藏證明
[0029]D13,分類命名為Pichia spartinae,保藏於中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，保藏地址為北京市朝陽區大屯路，中國科學院微生物研究所，保藏日期為2009年4月23日，保藏號為CGMCC N0.3035。
[0030]Galactomyces SP.Z3,分類命名為 Galactomyces geotrichum,保藏於中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，保藏地址為北京市朝陽區北辰西路I號院3號，中國科學院微生物研究所，保藏日期為2010年11月5日，保藏號為CGMCC N0.4298。
[0031]R30,分類命名為紅酵母Rhodotorula sp.,保藏於中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，保藏地址為北京市海澱區中關村北一條13號，中國科學院微生物研究所，保藏日期為2004年5月13日，保藏號為CGMCCN0.1147。TS6，分類命名為氧化硫硫桿菌Thiobacillus thiooxidans,保藏於中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，保藏地址為中國.中關村，保藏日期為2002年7月4日，保藏號為CGMCCN0.0759。
[0032]LX5,分類命名為氧化亞鐵硫桿菌thiobacillus ferrooxidans,保藏於中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，保藏地址為中國.中關村，保藏日期為2002年3月13日，保藏號為CGMCCN0.0727。
【具體實施方式】[0033]實施例1複合微生物菌群的加富、馴化及接種物製備
[0034]用於汙泥生物浙浸的菌株為本試驗室分離出的氧化硫硫桿菌thiobaciIIusthioooxidans TS6、氧化亞鐵硫桿菌 thiobacillus ferrooxidans LX5、及畢赤酵母P.spartinae D13、地黴 Galactomyces sp.Z3,和紅酵母 Rhodotorula mucilaginosaR30。將上述的菌株在各自的培養基(氧化硫硫桿菌TS6培養基g/L: (NH4)2SO40.4，KH2P043.0,MgSO4.7H200.5，CaCl2.2H200.25，硫粉 10 ;氧化亞鐵硫桿菌 LX5 培養基 g/L: (NH4) 2S043.5，KC10.119，K2HPO40.58，Ca (NO3) 2.4Η200.168，MgSO4.7Η200.583，FeSO4.7Η204.42，用 10ΝH2SO4調pH為2.5 ;畢 赤酵母D13、紅酵母R30和地黴Z3培養基g/L:馬鈴薯200，蔗糖或葡萄糖20，用10N H2SO4調pH為2.5)中培養擴繁(置於28°C往復式搖床中180rpm振蕩培養，直至菌體細胞數量達到IO8個/mL)，然後將氧化硫硫桿菌TS6、氧化亞鐵硫桿菌LX5、畢赤酵母D13、紅酵母R30和地黴Z3的培養液按體積比3:3:1:1:1混合。吸取一定量的混合菌液到新鮮待處理汙泥中進行培養(菌液體積佔新鮮汙泥體積的10%)，直到菌體的數量達到IO8個mL —S再吸取一定量的此酸化汙泥到新鮮供試汙泥中進行培養(酸化汙泥體積佔新鮮汙泥體積的10%)，如此重複2次，所得的馴化汙泥為接種物。
[0035]實施例2、南京某城市汙水處理廠汙泥生物浙浸調理
[0036]根據本發明所提及的工藝，按照流程(見附圖1)對南京某城市汙水處理廠汙泥進行處理。該汙水處理廠的汙水處理工藝為活性汙泥法，汙泥未經厭氧或好氧消化處理.取約10噸含固率為4.46%的濃縮汙泥，經過測定該液態汙泥基本性質為pH值為7.26，有機質52.9%，汙泥比阻為1.50X1013m kg'極難脫水，而且具有惡臭。
[0037]生物浙浸階段:按照接種物和待處理汙泥的體積比為1:9將接種物和待處理汙泥加入到生物浙浸反應器，並按佔汙泥乾物質量12%的比例添加生物浙浸微生物營養劑(營養劑的具體組成及製備方法見ZL201010221264.1【具體實施方式】)。該生物浙浸反應器採用8mm PVC板焊接而成，為長2000mmX寬700mmX深850_的長矩形結構，工作體積700L.沿縱向用PVC隔板完全分開隔成2個廊道，每個廊道設置2個PVC折流板，上下交錯，區分為3個區域，2個廊道共6個區域，內部裝有小孔管式曝氣器。其具體結構見申請號為200810242584.8專利。在溫度為28°C、曝氣量為1.2m3h_1下，反應器中複合微生物與汙泥作用，經過1.5-2d生物浙浸處理使汙泥得到調理而易於沉降和脫水，浙浸後汙泥比阻降低為 1.01X 1012m kg、
[0038]壓濾脫水階段:上述生物浙浸後改性的汙泥進入勻質池收集，然後用螺杆泵輸送到隔膜廂式壓濾機直接壓濾，進料時間1.5h,高壓水壓榨保壓lh，進料壓力0.6-0.8MPa，隔膜壓榨壓力1.4MPa，此時壓濾水無色澄清，壓榨出的泥餅呈土黃色，無臭，含水率58.2%，病原菌(以糞大腸桿菌為指標)殺滅率99.7%，重金屬(Cu，Zn, Cd, Ni等)去除率為78.8%，經過測定發現脫水後的泥餅中的有機質51.8%，相對處理前汙泥有機質52.8%，並沒有明顯減少。另外，將脫水後的泥餅在25°C條件下放置15h，泥餅的含水率下降至45%左右，放置96h後，含水率進一步降低至15%以下。
[0039]實施例3、無錫某汙水處理廠汙泥生物浙浸調理
[0040]根據本發明所提及的工藝，按照流程(見附圖1)對無錫某城市汙水處理廠汙泥進行處理。該汙水處理廠的汙水處理工藝為活性汙泥法，汙泥未經厭氧或好氧消化處理.取約10噸該廠濃縮汙泥，經過測定該液態汙泥基本性質為pH值為7.52，有機質48.3%，全氮4.78%，全磷3.00%，高位熱值10.4MJ/kg，重金屬均未超標，汙泥比阻為2.05X1013m kg — 1，極難脫水，而且具有惡臭。調理前將該汙泥分別稀釋至含固率為2%、3%、4%和5%，經測定汙泥的比阻分別為 1.45X1013m kg'l.81X1013m kg_ \ 1.93 X 1013m kg-1 和 2.01 X 1013m kg'
[0041]生物浙浸階段:採用以硫桿菌為主體的並配合數株的耐酸性異養菌的複合微生物菌群對該汙泥進行調理，按照預酸化的接種物和上述不同濃度待處理汙泥的比例為1:9加入到推流式反應器中，並按佔汙泥乾物質量10%的比例添加生物浙浸微生物營養劑(營養劑的具體組成及製備方法見ZL201010221264.1【具體實施方式】)。該生物浙浸反應器採用8mm PVC板焊接而成，為長2000mmX寬700mmX深850_的長矩形結構，工作體積700L.沿縱向用PVC隔板完全分開隔成2個廊道，每個廊道設置2個PVC折流板，上下交錯，區分為3個區域，2個廊道共6個區域，內部裝有小孔管式曝氣器。其具體結構見申請號為200810242584.8專利。在溫度為28°C、曝氣量為1.2m3h_1下，反應器中複合微生物與汙泥作用，經過1.5-2d生物浙浸處理使汙泥得到調理而易於沉降和脫水。浙浸後對含固率為2%、3%、4% 和 5% 的汙泥的比阻降至 0.61X1012m kg'1.22 X 1012m kg'3.09 X 1012m kg'和 4.83 X 1012m kg、
[0042]壓濾脫水階段:上述生物浙浸後改性的汙泥進入勻質池收集，然後用螺杆泵輸送到隔膜廂式壓濾機下直接壓濾，進料時間1.5h，高壓水壓榨保壓l.0h，進料壓力
0.6-0.8MPa，隔膜壓榨壓力1.4MPa，此時壓濾水無色澄清，壓榨出的泥餅呈土黃色，無臭，含水率56.3%，經過測定發現脫水後的泥餅中有機質含量為47.9%，高位熱值為10.2MJ/kg，與處理前汙泥有機質為48.3%，高 位熱值為10.4MJ/kg相比較，二者沒有明顯差別。
[0043]實施例4、無錫某汙水處理廠汙泥生物浙浸調理大型生產性試驗
[0044]根據本發明所提及的工藝，按照流程(見附圖1)對無錫某城市汙水處理廠汙泥進行生物浙浸調理大型生產性試驗。該汙水處理廠的汙水處理工藝為活性汙泥法，汙泥未經厭氧或好氧消化處理.該廠濃縮池汙泥pH值7.5左右，含固率3.01-4.5%，有機質40.5-50.3%，高位熱值9.2-11.3MJ/kg。該生產性基地佔地約2.5畝，處理規模為日處理該廠5萬噸汙水所產生的汙泥。
[0045]生物浙浸階段:採用以硫桿菌為主體的並配合數株的耐酸性異養菌的複合微生物菌群對該汙泥進行調理。通過構建一有效容積為200m3的推流式生物浙浸反應器，反應器中複合微生物的接種量佔汙泥體積的10%，並按佔待處理汙泥乾物質量15%的比例添加生物浙浸微生物營養劑(營養劑的具體組成及製備方法見ZL201010221264.1【具體實施方式】)。運行過程中汙泥在反應器中的停留時間為2d，曝氣量為7m3/m2.h，使反應器的溶解氧濃度大於2mg L—1，浙浸後的汙泥進入勻質池收集。
[0046]壓濾脫水階段:將上述收集在勻質池中的生物浙浸後改性的汙泥用螺杆泵輸送到隔膜廂式壓濾機中直接壓濾，進料時間2.5h，高壓水壓榨保壓1.5h，進料壓力0.8MPa，隔膜壓榨壓力1.5MPa，此時壓濾水無色澄清，壓榨出的泥餅呈土黃色，無臭，含水率57.6%，經過測定發現脫水後的泥餅中有機質含量為40.1_51%，高位熱值為9.02-11.0MJ/kg，與處理前汙泥有機質40.5-50.3%，高位熱值9.2-11.3MJ/kg相比較，沒有明顯減少，且極易破碎，便於後續的資源化利用。
【權利要求】
1.一種汙泥生物浙浸法快速調理深度脫水的方法，其特徵在於包含以下步驟: (O複合微生物菌群的加富、馴化及接種物製備 用於汙泥生物浙浸的菌株為保藏號為CGMCC N0.0759的氧化硫硫桿菌(thiobacillusthioooxidans) TS6、保藏號為 CGMCC N0.0727 的氧化亞鐵硫桿菌(thiobacillusferrooxidans) LX5、保藏號為 CGMCC N0.3035 的畢赤酵母(P.spartinae) D13、保藏號為 CGMCC N0.4298 地黴(Galactomyces sp.) Z3，和保藏號為 CGMCCN0.1147 的紅酵母(Rhodotorula mucilaginosa) R30 ;將上述的菌株接種到各自培養基中，然後置於25~280C ,180~200rpm的往復式搖床中振蕩擴繁培養，直至菌體細胞數量達到IO8個/mL，然後將氧化硫硫桿菌TS6、氧化亞鐵硫桿菌LX5、畢赤酵母D13、紅酵母R30和地黴Z3的培養液按體積比3~5:3~5:0.5~1:0.5~1:1混合，吸取混合菌液接種到新鮮待處理汙泥中於25~28°C、180~200rpm往復式搖床中培養得到菌體數量為IO8個mL — 1酸化汙泥，再吸取酸化汙泥接種到新鮮待處理汙泥中進行培養，如此重複2次，所得的馴化汙泥為接種物；其中，氧化硫硫桿菌 TS6 培養基為 g/L: (NH4)2SO40.4，KH2P043.0, MgSO4.7H200.5，CaCl2.2H200.25，硫粉 10 ;氧化亞鐵硫桿菌 LX5 培養基為 g/L: (NH4)2S043.5，KC10.119，K2HPO40.58，Ca (NO3) 2.4Η200.168，MgSO4.7Η200.583，FeSO4.7Η204.42，用 ΙΟΝ H2SO4 調 pH為2.5 ;畢赤酵母D13、紅酵母R30和地黴Z3培養基為g/L:馬鈴薯200，蔗糖或葡萄糖20，用 10N H2SO4 調 pH 為 2.5 ; (2)汙泥的生物浙浸調理 按汙泥體積8%~15%的比例向裝有汙泥的生物浙浸反應器中加入所述的接種物，並按佔汙泥乾物質量8%~15%的比例添加生物浙浸微生物營養劑，在好氧、28°C~35°C、攪拌條件下培養1.5-2d ;所述的生物浙浸微生物營養劑為201010221264.1中公開的用於城市汙泥生物浙浸處理的專用藥劑； (3)浙浸後汙泥廂式壓濾脫水 將生物浙浸調理後的汙泥在隔膜廂式壓濾機下直接壓濾，改性後汙泥的進料時間為I~3h，高壓水壓榨保壓I~2h，進料壓力0.6-0.8MPa，隔膜壓榨壓力1.2~1.6MPa。
2.根據權利要求1所述的汙泥深度脫水的方法，其特徵在於步驟(1)中所述的氧化硫硫桿菌TS6、氧化亞鐵硫桿菌LX5、畢赤酵母D13、紅酵母R30和地黴Z3的培養液按體積比3:3:1:1:1 混合。
3.根據權利要求1所述的汙泥深度脫水的方法，其特徵在於所述的混合菌液按照10%~12% (v/v)的接種量接種到到新鮮供試汙泥中。
4.根據權利要求1所述的汙泥深度脫水的方法，其特徵在於所述的酸化汙泥按照10%~12% (v/v)的接種量接種到新鮮供試汙泥。
5.根據權利要求1所述的汙泥深度脫水的方法，其特徵在於汙泥的生物浙浸調理步驟所述的反應器為推流式生物浙浸反應器。
6.根據權利要求1所述的汙泥深度脫水的方法，其特徵在於所述的推流式生物浙浸反應器為200810242584.8專利申請中公開的推流式生物浙浸處理設備。
【文檔編號】C02F11/12GK103936246SQ201410119833
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月27日 優先權日:2014年3月27日
【發明者】周立祥 申請人:南京農業大學