高速机械旋流分离活性污泥生物质的方法技术

本发明专利技术涉及一种高速机械旋流分离活性污泥生物质的方法，所述生物质包括细胞外物质和细胞内物质；所述方法为：用高速旋转的机械力直接作用于活性污泥，同时形成水力旋流；在高速机械力的破碎和水力旋流的双重作用下，分离和溶析活性污泥生物质物质。采用的高速机械旋流方法，辅以热碱条件，形成机械、水力、温度、化学的综合作用，重点分离并溶析活性污泥中细胞外物质，大幅度提高活性污泥生物质的分离、溶析、水解和萃取的效率。

High speed mechanical cyclone separation of activated sludge biomass

【技术实现步骤摘要】
高速机械旋流分离活性污泥生物质的方法
本专利技术涉及污泥处理
，具体涉及一种在高速机械破碎和水力旋流双重作用下分离活性污泥生物质的方法。
技术介绍
城市污水处理厂产生的污泥长期未得到有效处理，污染环境的问题日益突出；近年来采取的卫生填埋和干焚烧处理方式，不仅消耗大量土地和能源，而且依然存在环境风险。国家有关部门明确提出了污泥处理“绿色、循环、低碳”的目标，要求在保证“无害化”的前提下，强化“资源化”利用。在国家政策引导和推动下，已经产生以提高“资源化”效率为目的的污泥处理新兴技术，主要分两类，一是通过高效厌氧消化把污泥的有机质转换成沼气等生物质能源；二是采用热碱水解方法提取污泥中蛋白类物质，经配制，用作农业液体肥料。上述现有技术描述如下：1、高温热水解闪蒸的微生物细胞破壁技术:对含固率为8%—12%的活性污泥，通过蒸汽直接加热至160℃—180℃，闪蒸方法瞬间降压，使微生物细胞壁内外形成压差而破裂，释放并溶析微生物细胞内物质，为后续生物反应（主要是厌氧消化）提供有利条件，提高反应效率，增加沼气产量；但其存在如下缺点：（1）资源化目标以沼气为主，液体资源化缺失。该技术的目的是为后续厌氧消化等工艺服务，其资源化目标主要是利用沼气产品，而液体的资源化前景并不乐观。从机理讲，该技术的厌氧消化过程，分解和破坏了活性污泥的蛋白类物质，所产生的液体含有的高浓度氨氮易分解和挥发，目前的技术条件，尚不具备生产高价值资源产品的可能，大部分情况下只能通过污水处理达标排放。（2）高氨氮废水处理难度大、成本高，目前利用的硝化反硝化脱氮工艺，不仅耗能高，而且需投加大量碳源，成本巨大；新兴工艺厌氧氨氧化仅处于试验阶段，并不具备大规模的工程化条件。（3）难降解有机物浓度高、处理困难，热水解过程的高温（160℃—180℃）环境，导致“美拉德”反应加剧，形成高浓度的难降解的有机物和色度，使污水处理达标极为困难，超标风险极大。（4）最终污泥脱水困难，要达到含水率小于60%的泥饼，需在脱水前投加大量化学药剂（尤其是酸性物质），不仅增加成本，也给后续脱水液处理以及泥饼的利用带来不利因素。2、热碱反应辅以闪蒸的微生物细胞破壁提取含有蛋白及多肽等物质的技术：对含固率为12%—15%的活性污泥，在反应容器内投加石灰等碱性物质和污泥，以直接或间接加热方式至120℃，同时，通过垂直浆式搅拌设备低速（每分钟数十转）搅拌，使物料速混合及受热均匀；达到120℃设计温度后，持续反应时间约110分钟以上，再以闪蒸方式出料，采用板框脱水设备实现固液分离，获得液体原料，经配制，作为农用液体肥料；但其目前存在的明显缺点：（1）反应机理单一，完全依赖碱热反应，效率较低，且因为温差较低，闪蒸破壁效应不明显。（2）碱热条件难以均衡，石灰和污泥分别加热反应容器，完全依赖浆式搅拌（低速）混合，碱性和温度的均匀程度受到制约。（3）反应时间长，达到设计温度后，反应时间达110分钟，反应容器的成本和能耗等偏高。（4）工艺链长、设备繁多、投资较高、占地较大、维护管理相对复杂。且上述两种技术方案均着重于细胞的破壁，以获取细胞内物质，而细胞破壁极为困难，其采用强酸碱腐蚀、高温热水解及闪蒸、长时间的热碱反应等方式实现，成本昂贵、能耗较高以及可能存在的化学污染风险等，尤其是，单独采用热碱反应的方式，时间较长，且受温度和碱性混合速度和均匀程度的影响。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出一种高速机械旋流分离活性污泥生物质的方法。本专利技术的技术方案：一种高速机械旋流分离活性污泥生物质的方法，所述生物质包括细胞外物质和细胞内物质；所述方法为：用高速旋转的机械力直接作用于活性污泥，同时形成水力旋流；在高速机械力的破碎和水力旋流的双重作用下，分离和溶析活性污泥生物质物质。研究表明，活性污泥的生物质大量存在于微生物细胞之外，包括菌胶团构成物质、絮体物质以及胞外聚合物（EPS）等，其中EPS贡献最大，约占活性污泥总生物质的40%-60%。从性质讲，它们这类胞外物质属于微生物产物，但不等同于微生物细胞内物质。在活性污泥中，这些胞外物质占可利用的生物质近90%，且结构相对松散，而细胞内物质较少，仅占可利用生物质比例在10%左右；基于此，本申请通过高速机械旋流方法，重点分离并溶析活性污泥中细胞外物质，在高速机械力和水力旋流的双重作用下，对活性污泥絮体、菌胶团和胞外聚合物（EPS）等细胞外物质，进行强力破碎、剪切，尽最大可能把活性污泥微粒化、胶质化，加大其比表面积，并通过机械和水力形成的摩擦、淋洗作用，加速细胞外物质的分离和溶析；当然，通过高速机械旋流必然也会起到一定的细胞破壁作用，细胞内物质也会泄出。所述活性污泥加入反应容器内；所述机械力由高速机械破碎装置以转速600-690r/s的转速旋转产生；所述高速机械破碎装置固定安装在反应容器上。所述高速机械破碎装置包括转轴，转轴穿过反应容器顶部并伸入反应容器内，下端设置有破碎装置，破碎装置包括盘体，盘体中心与转轴固定连接，盘体外圆周均匀设置有多个上折边和多个下折边，上折边与下折边在盘体的外圆周上交错排列，所述转轴由驱动机构驱动转动，带动破碎装置旋转；所述盘体没入活性污泥；采用上述结构的高速机械破碎装置，其破碎装置旋转，在上折边、下折边的共同作用下，搅动活性污泥，对活性污泥进行高速的破碎、剪切，同时形成高速水力旋流，起到摩擦、淋洗作用，加速细胞外物质的分离和溶析；当然，通过高速机械旋流必然也会起到一定的细胞破壁作用，细胞内物质也会泄出。在所述反应容器内按比例加入氧化钙，并通过设置在反应容器上的加热装置进行加热，形成热碱条件；优选，在反应容器侧壁形成一夹层空间，在其中循环流通加热介质构成加热装置，加热介质为蒸汽、热油或热水；当然采用加热盘管或电加热的方式也能够满足本申请的需求。所述反应容器通过管道连接管道混合器；将活性污泥加压进入管道式混合器，同时按一定比例注入氧化钙溶液，经管道混合器混合均匀，送入反应容器内。优选，含固率约20%的活性污泥，将其加压进入管道式混合器，同时按一定比例注入氧化钙溶液，使氧化钙溶液强力浸入活性污泥，再进入后续反应容器。该方法与现有的氧化钙溶液先投加入反应容器再机械搅拌的方法相比，大幅度提高混合效率，节省氧化钙投加量约30%，减少混合时间约60%。所述驱动机构为一固定安装在反应容器上的电机，电机驱动连接转轴，驱动其转动；便于控制。本专利技术的优点是，设计合理，构思巧妙，采用的高速机械旋流方法，辅以热碱条件，形成机械、水力、温度、化学的综合作用，重点分离并溶析活性污泥中细胞外物质，大幅度提高活性污泥生物质的分离、溶析、水解和萃取的效率；与现有的热碱工艺技术相比，反应时间缩短50%-70%，能耗减少40%-60%，生物质提取率提高20%以上，设备减少约50%（台套），投资和占地面积大幅度下降，维护管理简便，从根本上改变了现有技术的状况，具有显著的技术、经济、环境和社会效益。附本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速机械旋流分离活性污泥生物质的方法，所述生物质包括细胞外物质和细胞内物质；其特征在于，所述方法为：用高速旋转的机械力直接作用于活性污泥，同时形成水力旋流；在高速机械力的破碎和水力旋流的双重作用下，分离和溶析活性污泥生物质物质。/n

【技术特征摘要】
1.一种高速机械旋流分离活性污泥生物质的方法，所述生物质包括细胞外物质和细胞内物质；其特征在于，所述方法为：用高速旋转的机械力直接作用于活性污泥，同时形成水力旋流；在高速机械力的破碎和水力旋流的双重作用下，分离和溶析活性污泥生物质物质。


2.根据权利要求1所述的一种高速机械旋流分离活性污泥生物质的方法，其特征在于所述活性污泥加入反应容器内；所述机械力由高速机械破碎装置以转速600-690r/s的转速旋转产生；所述高速机械破碎装置固定安装在反应容器上。


3.根据权利要求2所述的一种高速机械旋流分离活性污泥生物质的方法，其特征在于，所述高速机械破碎装置包括转轴，转轴穿过反应容器顶部并伸入反应容器内，下端设置有破碎装置，破碎装置包括盘体，盘体中心与转轴固定连接，盘体外圆周均匀设置有多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：张悦，
申请(专利权)人：张悦，
类型：发明
国别省市：北京;11