一种剥离Slime层的处理污泥促进污泥颗粒化的方法、剥离改性装置及其系统

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种剥离Slime层的处理污泥促进污泥颗粒化的方法、剥离改性装置及其系统。

背景技术

颗粒污泥因其高负荷、沉降性能好、工艺所需空间小等优点，成为现如今最具应用前景的污水处理工艺，在颗粒污泥的形成过程中，微生物生长或自身溶解产生的胞外聚合物(EPS)包裹在微生物细胞的表面起到吸附营养物质、促进微生物形成聚合体等作用，多种颗粒污泥造粒机制表明，EPS在颗粒污泥的造粒过程中起到十分重要的作用。

基于强度分层理论，EPS分可为三层，即第一层粘液层(Slime层)、第二层松散结合胞外聚合物(LB-EPS)以及第三层紧密结合胞外聚合物(TB-EPS)，颗粒污泥中大部分胞外酶存在于颗粒内部和TB-EPS层中，少量存在于LB-EPS和粘液层中。

申请号为CN202210240898.4的中国专利申请公布了一种生物脱氮、污泥减量及增加产热水处理运行方法，该方法将污泥进行粘液层剥离处理，使污泥的氨氮半饱和系数骤降，提高污泥对氨氮的亲和力，从而提高了活性污泥的硝化能力，但该方法并未说明在生物反应器内可以实现污泥颗粒化，且对于该方法在污水处理过程中如何加以运用并未描述，另外，具体的侧流工艺实施方式及各装置单元如何工作以实现这类方法的运用问题也尚未解决。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种剥离Slime层的处理污泥促进污泥颗粒化的方法、剥离改性装置及其系统，通过对生物反应器排出的污泥进行Slime层剥离改性处理，并将剥离Slime层的改性活性污泥回用至生物反应器，促进了生物反应器中污泥的颗粒化，同时还提高了微生物的硝化性能，而且提取出的EPS有较高的再利用价值，在实现资源利用的同时，达到提升生物反应器污水处理效果的目的。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种剥离Slime层的处理污泥促进污泥颗粒化的方法，包括以下步骤：

步骤1，经生物反应器15处理后的泥水混合物一部分进入沉淀池16内进行沉淀，泥水分离后上清液一部分直接作为出水外排，另一部分作为改性污泥重悬液利用，沉淀池16底部回流污泥经外循环回流至生物反应器15内，剩余污泥外排处理，经生物反应器15处理后的另一部分泥水混合物进行Slime层剥离改性处理；

步骤2，生物反应器15中提取的泥水混合物在进行Slime层剥离改性处理时，先进行离心操作，单次离心时间为5～25min，离心分离参数为Fr＝1500～4500，经过离心后，将含有胞外聚合物的Slime层上清液收集起来加以利用；

步骤3，离心后的沉淀污泥置于沉淀池16出水中充分重悬搅拌，控制重悬搅拌的污泥浓度SS＝2000～4000mg/L；

步骤4，将重悬搅拌后的泥水混合物与生物反应器15的第一进口端151进水充分混合，随后通过第一蠕动泵18泵入生物反应器15，完成一次改性污泥的回用。

所述步骤1中进行Slime层剥离改性处理的泥水混合物为生物反应器15内的活性污泥。

本发明还提供了一种剥离改性装置，包括上部的水力冲刷卸料离心区以及下部的重悬搅拌区。

所述水力冲刷卸料离心区包括离心机21，离心机21的顶部分别设有进泥口1以及出水冲刷管2，出水冲刷管2的底部设有水力冲刷器4，离心机21的内部设有筛网3，筛网3的外部设有分离储液区6，筛网3的底部两侧设有卸料口7，离心机21的底部侧壁上设有Slime层液体出口8，水力冲刷卸料离心区的外部设置有电机5，电机5的动力输出轴通过皮带14与离心机21的驱动轴相连；

水力冲刷卸料离心区的底部通过改性污泥出料口9与重悬搅拌区相连通，重悬搅拌区的侧壁上设有进水口10，重悬搅拌区的底部设有潜水双曲面搅拌机12，重悬搅拌区的底部一侧设有出泥口11。

所述离心机21的顶部设有观察口13。

本发明还提供了一种剥离改性系统，包括生物反应器15，所述生物反应器15的第一进口端151连通流入的污泥混合物，所述生物反应器15的出口端152分为两支管路，其中一支管路与沉淀池16的入口端160相连通，沉淀池16的第一出口161与剥离改性装置17的冲刷口2-1相连通，沉淀池16的第二出口162通过第二蠕动泵19与生物反应器15的第二进口端150相连通；另一支管路与剥离改性装置17的进泥口1相连通，剥离改性装置17的出泥口11与生物反应器15的第一进口端151相连通。

所述沉淀池16上还设有第三出口163。

所述剥离改性装置能够用水力旋流装置代替。

相较于现有技术，本发明的有益效果为：

1、促进污泥颗粒化。在现有的污水处理工艺中，氧化沟和A

2、提升活性污泥微生物性能。本发明中将活性污泥的Slime层剥离后，活性污泥失去外层的部分异养菌，使包裹在内的自养菌暴露在外，并且能增强絮凝物中的胞外蛋白、多糖和酶之间的接触和相互作用，使得污泥对于氨氮的亲和力得到增强，因此提升了污泥的硝化性能。

3、EPS提取节约资源。本发明剥离改性装置离心区排出的Slime层液体中含有大量的胞外聚合物，可以将排出的EPS收集利用以实现其资源利用价值，如可作为重金属离子吸附剂、生物絮凝剂、土壤改良剂、增稠剂等，甚至可以制作高值阻燃材料等。

4、污水厂处理流程改造易行。本发明剥离改性装置在不改变原有污水厂的工艺流程和处理设备的基础上，仅外接一套的侧流工艺，就能达到促进污泥颗粒化、提升活性污泥微生物性能的目的，具有较高的可行性。

附图说明

图1为本发明生物反应器处理工艺流程图。

图2为本发明剥离改性装置结构示意图。

图3为生物反应器系统内活性污泥微生物呼吸速率变化情况；其中，图3(a)为生物反应器系统内三次回用期间污泥微生物SOUR

图4为生物反应器系统内活性污泥胞外聚合物组分变化情况。

图5为生物反应器系统内活性污泥粒径变化情况；其中，图5(a)为生物反应器系统内三次回用期间颗粒污泥粒径分布占比图，图5(b)为生物反应器系统内三次回用期间颗粒污泥随时间变化图。

图中：1、进泥口；2、出水冲刷管；2-1、冲刷口；3、筛网；4、水力冲刷器；5、电机；6、分离储液区；7、卸料口；8、Slime层液体出口；9、改性污泥出料口；10、进水口；11、出泥口；12、潜水双曲面搅拌机；13、观察口；14、皮带；15、生物反应器；151、第一进口端；150、第二进口端；152、出口端；16、沉淀池；160、入口端、161、第一出口；162、第二出口；163、第三出口；17、剥离改性装置；18、第一蠕动泵；19、第二蠕动泵；20、电动蝶阀；21、离心机。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体的实施例来详细说明本发明。

本发明提出一种剥离Slime层的处理污泥促进污泥颗粒化的方法、剥离改性装置及其系统，将活性污泥剥离Slime层后重悬制成改性污泥，之后回用至生物反应器中，以此来提升生物反应器的性能，提升好氧颗粒污泥的颗粒化，该剥离改性装置，为增强污泥颗粒化、提升活性污泥微生物性能，并且在不改变污水厂原有工艺和设备的基础上外接一个侧流装置实现以上目的，更具有现实意义和应用前景。

基于强度分层理论，EPS分可为三层，即第一层粘液层(Slime层)、第二层松散结合胞外聚合物(LB-EPS)以及第三层紧密结合胞外聚合物(TB-EPS)，颗粒污泥中大部分胞外酶存在于颗粒内部和TB-EPS层中，少量存在于LB-EPS和粘液层中，将活性污泥外侧的Slime层剥离后可以增强污泥絮凝物中的胞外蛋白质、多糖和酶之间的接触和相互作用，从而提高污泥的硝化性能，另外剥离Slime层会同时去除附着在污泥外侧的微小气泡，从而改善污泥的沉降性能。

如图1所示，一种剥离改性系统，包括生物反应器15，所述生物反应器15的第一进口端151连通流入的污泥混合物，所述生物反应器15的出口端152分为两支管路，其中一支管路与沉淀池16的入口端160相连通，沉淀池16的第一出口161与剥离改性装置17的冲刷口2-1相连通，沉淀池16的第二出口162通过第二蠕动泵19与生物反应器15的第二进口端150相连通；另一支管路与剥离改性装置17的进泥口1相连通，剥离改性装置17的出泥口11与生物反应器15的第一进口端151相连通。

所述沉淀池16上还设有第三出口163。

其工艺过程为：生物反应器15的第一进口端151接收流入的污泥混合物，污泥混合物经生物反应器15处理后，从生物反应器15的出口端152分为两支管路，其中一支管路连通沉淀池16的入口端160，沉淀池16对污泥进行固液分离，分离后的液体通过沉淀池16的第一出口161进入剥离改性装置17的冲刷口2-1，分离后的污泥从沉淀池16的第二出口162通过第二蠕动泵19进入生物反应器15的第二入口端150；另一支管路连通剥离改性装置17的进泥口1，对污泥进行Slime层剥离改性处理，处理后的改性污泥从剥离改性装置17的出泥口11回流，通过生物反应器15的第一进口端151进入生物反应器15。

所述沉淀池16上的第三出口163用于排出泥水污泥固液分离后的一部分上清液。

如图2所示，本发明还提供了一种剥离改性装置，包括上部的水力冲刷卸料离心区以及下部的重悬搅拌区。

所述水力冲刷卸料离心区包括离心机21，离心机21的顶部分别设有进泥口1以及出水冲刷管2，出水冲刷管2的底部设有水力冲刷器4，离心机21的内部设有筛网3，筛网3的外部设有分离储液区6，筛网3的底部两侧设有卸料口7，离心机21的底部侧壁上设有Slime层液体出口8，水力冲刷卸料离心区的外部设置有电机5，电机5的动力输出轴通过皮带14与离心机21的驱动轴相连；

水力冲刷卸料离心区的底部通过改性污泥出料口9与重悬搅拌区相连通，重悬搅拌区的侧壁上设有进水口10，重悬搅拌区的底部设有潜水双曲面搅拌机12，重悬搅拌区的底部一侧设有出泥口11。

所述离心机21的顶部设有观察口13。

所述剥离改性装置分为两个部分：上部离心区，在此区离心将活性污泥进行Slime层剥离改性；下部重悬搅拌区，将沉淀池16出水与改性污泥充分混合重悬；将制得的改性污泥回用至生物反应器系统。

所述剥离改性装置能够用水力旋流装置代替。

实现本发明所述的一种剥离Slime层的处理污泥促进污泥颗粒化的方法，不局限于该剥离改性装置，近似的，可以利用如水力旋流装置等具有离心作用、剪切力、能达到剥离改性目的的装置，都应包含在本发明保护内容中。

如图1所示，本发明还提供了一种剥离Slime层的处理污泥促进污泥颗粒化的方法，包括以下步骤：

步骤1，经生物反应器15处理后的泥水混合物一部分进入沉淀池16内进行沉淀，沉淀时间为1～3h，泥水分离后上清液一部分直接作为出水外排，另一部分引入剥离改性装置17进行改性处理污泥，沉淀池16底部污泥回流比为80％～120％，经外循环回流至生物反应器15内，剩余污泥外排后处理，经生物反应器15处理后的另一部分泥水混合物进入剥离改性装置17进行Slime层剥离改性处理；

沉淀池16沉淀污泥部分回流至生物反应器以保证反应器内稳定的生物量，另一部分作为剩余污泥集中处理，沉淀池16出水部分引入剥离改性装置进行冲刷及重悬搅拌步骤，其余进入下一级处理。

步骤2，进入剥离改性装置17中的泥水混合物先经过上部离心区进行离心操作，单次离心时间为5～25min，离心分离参数为Fr＝1500～4500，经过离心后，Slime层液体穿过筛网3进入分离储液区6，由Slime层液体出口8排出，将含有胞外聚合物的Slime层液体做回收处理，剥离Slime层的改性污泥由筛网3截留堆积；

作为优选，离心区连续进料至有效体积后，暂停进料开始离心，可并联布置多台剥离改性装置。

步骤3，截留堆积在筛网3上的污泥，由水力冲刷掉落至离心机21下部，水力冲刷装置在离心结束后启动，冲刷功率控制在1kW～2kW之间，冲刷的同时离心区下部电动蝶阀20张开，离心后的改性污泥进入埋地重悬搅拌区，与重悬搅拌区中引入的沉淀池16出水充分混合并通过潜水双曲面搅拌器12重悬搅拌，转速为250～350r/min，重悬搅拌区的污泥浓度SS＝2000～4000mg/L；

作为优选，重悬搅拌区采用间歇式进出水，先排空池水后引入沉淀池16出水，以减小环境的变化对改性污泥生物活性的影响。

步骤4，将重悬搅拌区排出的泥水混合物与生物反应器15的第一进口端151进水充分混合，随后通过第一蠕动泵18泵入生物反应器15，完成一次改性污泥的回用。

所述步骤1中进行Slime层剥离改性处理的泥水混合物为生物反应器15内的活性污泥。

所述步骤1中每日引入离心机的污泥量占生物反应器15内污泥量的2.5％～10％。

所述步骤3中重悬搅拌区容积为离心区有效容积的2.0～3.0倍，高径比为1:1。

重悬搅拌区内设置潜水双曲面搅拌器12，转速为250～350r/min，将改性污泥与搅拌池进水充分混合均匀，完成污泥的重悬。

重悬搅拌区设置进水口10和出泥口11，进水口10引入沉淀池16的第一出口161的出水，减小外界环境的变化对污泥微生物活性的影响，搅拌区重悬搅拌结束后，先出泥后进水，出泥完成后进水阀开启，进水结束后完成一次循环，等待离心区内的下一次Slime层剥离结束后再次进入。

进水经一系列预处理后经水泵提升进入生物反应器15，利用生物作用处理污染物，进行生物作用的生物反应器并不仅限于单独某一种反应器，其他水处理工艺均适用。

实现本发明所述的一种剥离Slime层的处理污泥促进污泥颗粒化的方法，不局限于对生物反应器流出的污泥进行剥离改性，近似的，通过对系统内具有生物活性的污泥，如回流污泥，剥离改性后依此方法回用于生物反应器，都应包含在本发明保护内容中。

下面通过具体实施例进一步说明本发明的效果。

首先，实施例选用DE型氧化沟系统，氧化沟系统是现有污水处理厂中广泛应用的生物处理工艺，因此选用DE型氧化沟系统来证明剥离改性的效果。

DE型氧化沟系统的接种污泥取自西安市某城市污水处理厂A

DE型氧化沟系统为有机玻璃材质，由DE型氧化沟、中心幅流式沉淀池、回流系统组成。

表1氧化沟系统及其运行条件

表2反应器周期性运行模式设置

将氧化沟排出的泥水混合物部分引入实验室剥离改性装置进行剥离改性。

实验室剥离改性装置分为上部的离心区和下部的搅拌区。

表4剥离改性装置各参数

剥离Slime层后重悬于沉淀池上清液，随后回用至DE型氧化沟反应器内。

实验期间，改性污泥分别在三个时期单独回用至氧化沟系统。

表3改性污泥回用的三个时期：

在改性污泥回用期间，每日早、中、晚各一次共从DE型氧化沟反应器内取部分活性污泥，进行剥离改性后回用至氧化沟系统中。

1)第一次回用过程(38～56d)

第一次回用过程，从氧化沟中引入2.5％污泥进入剥离改性装置中，在分离参数为1500下离心25min，离心后的污泥进入搅拌池，搅拌池污泥浓度为2000mg/L，转速为250r/min。

2)第二次回用过程(76～94d)

第二次回用过程，从氧化沟中引入5％污泥进入剥离改性装置中，在分离参数为3000下离心15min，离心后的污泥进入搅拌池，搅拌池污泥浓度为3000mg/L，转速为300r/min。

1)3)第三次回用过程(137～159d)

第三次回用过程，从氧化沟中引入10％污泥进入剥离改性装置中，在分离参数为4500下离心5min，离心后的污泥进入搅拌池，搅拌池污泥浓度为4000mg/L，转速为350r/min。

测量正常运行及三次回用期间DE型氧化沟系统内活性污泥的各项指标，检测反应器的性能。

使用如下方法测量活性污泥的各项指标：

呼吸速率采用呼吸计量法，通过人工长期取样监测测定活性污泥的呼吸速率，以评价反应器内的微生物活性变化。

EPS中多糖(PS)含量测定采用硫酸-蒽酮法检测。蛋白质(PN)含量测定采用改良的Lowry法检测。

使用Zeta电位仪(Zetasizer Nano ZS 90,马尔文仪器有限公司)测定试验污泥的Zeta电位，样品pH控制在7.0～7.2。

激光粒度分布分析仪(LS230/SVM，美国贝克曼)测量污泥样品的尺寸，检测范围为0.04-2000μm。

污泥的混合液悬浮固体浓度MLSS及常规水质指标按照国家标准方法进行测定。

进一步，对得到的实验结果进行分析

1)自养菌比呼吸速率(SOUR

如图3(a)所示，自养菌即硝化细菌，可以通过自养菌比呼吸速率(SOUR

研究表明，活性污泥剥离Slime后会失去外层的部分异养菌，从而使被包裹在内的自养菌暴露在外，使反应器的硝化性能得到提升。因此可以认为反应器的硝化性能得到提升。

2)RI值结果分析

如图3(b)所示，污泥RI值可以指示活性污泥的健康状态。在反应器稳定运行期间，RI在17.7％-31％范围波动变化，表明沟内微生物处于活跃状态，在三次污泥回用期间(38～56d，76～94d，137～159d)，反应器的RI值也回归至8％至16％的健康代谢区间。结果表明三次的改性污泥回用过程都能够控制沟内活性污泥稳定处于健康的生理状态。

3)胞外聚合物(EPS)组分变化分析

如图4所示，胞外聚合物(EPS)中的PN/PS与好氧颗粒污泥的形成密切相关，可通过影响污泥的表面电负性来调控微生物的聚集状态。在反应器稳定运行期间(1～37d)，PN/PS值从1.43降至0.49。经过第一次改性污泥回用过程后(38～56d)，PN/PS值由0.49迅速提升至1.55。而一次暂停回用期间(56～76d)，PN/PS值未发生变化，直到第二次改性污泥回用过程后(76～94d)，PN/PS值又继续升高至1.6。同样，在二次暂停回用期间(94～142d)，PN/PS值基本保持在1.62±0.02，未发生明显变化，直至第三次改性污泥回用过程后(142～158d)，PN/PS才有效提升至1.94。

这主要是由于系统内活性污泥胞外聚合物中的PN含量由43.62mg·g

4)污泥粒径结果分析

如图5(a)所示，污泥粒径分布可以反映出反应器内污泥形态结构的变化。在第一次改性污泥回用过程期间(38～56d)，反应器内开始出现了粒径＞200μm的污泥，占比为11％。同时，反应器内出现密实、黄褐色的颗粒污泥，因此认为此时反应器内污泥开始颗粒化。在第二次改性污泥回用过程期间(76～94d)，反应器内颗粒污泥比例由19％跃至32％，此时，沟内粒径＞200μm的颗粒污泥占比实现有效提升。在第三次改性污泥回用过程期间(76～94d)，沟内粒径＞200μm的颗粒污泥由12％提升至35％。同时观察到反应器内颗粒污泥粒径的形成主要是大尺寸的微生物聚集体的形成导致(如图5(b)所示)。结果表明改性污泥的回用过程促进了系统污泥颗粒化。

根据以上实验数据结果得出结论：通过回用剥离Slime层的改性污泥可作为一种生物强化方法在生物反应器内实现污泥颗粒化。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。使用将污泥进行Slime层剥离改性再回用至生物处理系统中的方法，促进活性污泥进行颗粒化，增强污泥的微生物性能，增强反应器的硝化性能，并且在不改变原有流程和设备的基础上仅添加了一个侧流工艺具有较高的可行性。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。