一种利用螯合剂和复合酶制剂协同作用减量处理污泥的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明设计污水处理技术领域，具体涉及一种利用螯合剂和复合酶制剂协同作用减量处理污泥的装置和方法。
【背景技术】
[0002]随着我国城市化进程加快，城镇污水处理能力和污泥产生量都急剧增长。截止至2011年3月底，我国已建成城市污水处理厂2996座，日处理能力达到了 1.33亿立方米，比上年新增2500万吨。2011年，城镇生活污水处理率达到80% (相比2005年约提高30个百分点)，按含水率80%计算，产生脱水污泥2184万吨。如果每年污水处理率按5-7%的速率递增，预计到2015年污泥排放量将达到3560万吨。因此，污泥的处置和处理成为环境保护中日益紧迫和严峻的问题。
[0003]现有的污泥减量技术可以分为原位污泥减量和后减量。原位污泥减量指污水处理过程中的污泥减量，即从源头上减少微生物的增长量。代表工艺有解偶联代谢、臭氧氧化、超声波、水热氧化、添加微生物等；后减量指污水经过处理产生污泥，再采取方法对污泥进行削减。代表工艺有干化、堆肥化和填埋等。上述方法往往具有诸如成本高、能耗大、反应条件剧烈以及二次污染等缺点。因此，开发经济、有效、节能、低耗的污泥减量技术，克服现有污泥减量技术的缺点，已成为亟待解决的课题。
[0004]例如，公开号为103304036A的中国发明专利申请公开了一种能够大大降低污泥量的污水处理中污泥减量的方法，在污水处理主要工艺内填充生物载体填料富有供微生物生长的多种微量元素，生物载体独特的形式能形成DO多变环境，污泥停留时间(SRT)长，种类丰富，食物链长，新产生的污泥被多种类微生物逐级进行再降解，达到污泥减量化的目的。
[0005]公开号为CN103011512A的中国发明专利申请公开了一种具有污泥原位减量功能与强化脱氮除磷效果的回流污泥处理装置及工艺，污泥回流装置包括反应器，所述反应器中由上自下依次为:填充由脱氮除磷填料的脱氮除磷滤层，该脱氮除磷滤层的上部设有进泥口 ；上层曝气装置；隔板；填充由污泥减量填料的污泥减量填料混合层，该污泥减量填料混合层的下部设有出泥口 ；滤板；以及下层曝气装置。
[0006]公开号为CN 102372405A的中国发明专利申请公开了一种利用后生动物强化污泥原位减量系统及其工艺和应用。本发明由厌氧区、缺氧区、好氧区、后生动物生长区、二沉区五部分构成。生化系统在处理污水过程中通过设置后生动物生长区进行原位减量；在后生动物生长区内不断投加经过培养驯化的后生动物强化对生物捕食作用，实现污泥原位减量的目的，可实现对活性污泥50-80%的污泥减量效果。
【发明内容】
[0007]本发明提供了一种利用螯合剂和复合酶制剂协同作用减量处理污泥的装置和方法，利用螯合剂破坏污泥絮体结构，使得有机颗粒释放，再通过添加复合酶制剂将高分子量有机物水解成小分子有机物，提高微生物的利用效率，最终达到污泥减量化目的。
[0008]一种利用螯合剂和复合酶制剂协同作用减量处理污泥的装置，包括依次设置的螯合剂处理区、pH调节区和复合酶处理区；分别设置于所述螯合剂处理区、pH调节区和复合酶处理区内的搅拌器；以及设置于所述复合酶处理区底部的曝气装置。
[0009]为利于污泥的生长，优选地，所述螯合剂处理区、pH调节区和复合酶处理区之间设置导流隔板。
[0010]优选地，所述螯合剂处理区、pH调节区和复合酶处理区的容积比为2:1:2。
[0011]优选地，所述复合酶处理区与螯合剂处理区之间设有污泥回流管。最终减量后的污泥通过一部分回流到污水处理厂生化系统前端，一部分污泥经回流到螯合剂处理区。
[0012]本发明还提供一种利用螯合剂和复合酶制剂协同作用减量处理污泥减量的方法，优选采用本发明的装置进行，包括:
[0013](I)将污泥导入螯合剂处理区，向污泥中投加螯合剂，污泥停留时间为2-10h ;
[0014](2)经螯合剂处理后的污泥进入pH调节区，调节污泥pH值至7-8 ;优选采用碳酸钠调节；
[0015](3)调节pH值后的污泥进入复合酶处理区，向污泥中投加复合酶制剂，污泥停留时间为24_48h，复合酶处理后的部分污泥回流至螯合剂处理区内。
[0016]优选地，所述螯合剂为乙二胺四乙酸、柠檬酸或三聚磷酸钠，按终浓度为10-25mmol/L剂量投加到螯合剂处理区中。更进一步优选地，螯合剂为柠檬酸，投加终浓度为lOmmol/L ;或者螯合剂为三聚磷酸钠，投加终浓度为25mmol/L。
[0017]优选地，所述复合酶制剂是由蛋白酶、纤维素酶、淀粉酶和脂肪酶组成。
[0018]进一步优选，组成所述复合酶制剂的各质量分数为:蛋白酶40?50%、纤维素酶20?25 %，淀粉酶20?25 %，余量为脂肪酶。
[0019]更进一步优选，所述蛋白酶活力不低于50，000U/g，纤维素酶活力不低于20，000U/g，淀粉酶活力不低于2，000U/g，脂肪酶活力不低于20，000U/g。
[0020]更进一步优选地，复合酶制剂由中性蛋白酶、纤维素酶、淀粉酶、脂肪酶按质量比5:2:2:1复配而成；或者，由蛋白酶、纤维素酶、淀粉酶、脂肪酶按质量比4:2:2:2复配而成；或者，由蛋白酶、纤维素酶、淀粉酶、脂肪酶按质量比5:2.5:2:0.5复配而成。以上所采用的酶均为商品化的酶。
[0021]蛋白酶能将胞外聚合物质(Extracellular polymeric substance，EPS)中蛋白组分水解成氨基酸；纤维素酶和淀粉酶能将EPS中多糖组分水解成葡萄糖；而脂肪酶能将EPS中脂类组分水解成有机酸，各种酶之间相互协同促进，共同提高污泥的减量效果。EPS颗粒主要成分是蛋白质(约占总量的50%)和多糖，二者的比值约为5，因此复合酶配比中，蛋白酶占有比例较大，其次是糖苷水解酶类(纤维素酶和淀粉酶)。
[0022]优选地，所述复合酶制剂添加量为0.03-0.1 % (W/V)。即复合酶制剂的投加质量与对应污泥的体积比例为(0.03?0.1g): 10mLo
[0023]污泥在螯合剂处理区、pH调节区及复合酶处理区内的停留时间最优选为6、2、24h0
[0024]首先在反应器中添加适量的金属螯合剂(乙二胺四乙酸、柠檬酸、三聚磷酸钠中的一种)破坏胞外聚合物(Extracellular polymeric substance, EPS)絮体结构，使得EPS颗粒释放，再通过添加复合酶制剂将大分子量EPS(蛋白质、多糖及脂肪等)水解成易被微生物利用的小分子有机物(氨基酸、葡萄糖、乙酸等)，从而提高微生物的利用效率，减小污泥产量。
[0025]活性污泥是由大量微生物，以及微生物分泌的胞外聚合物质(Extracellularpolymeric substance，EPS)所形成的絮体。EPS由多种有机物质构成:例如蛋白质、多糖、腐殖质、糖醛酸、脂质以及核酸等(蛋白质和多糖是EPS的主要成分)，这些有机物质颗包埋在依靠金属离子桥(如Ca2+，Mg2+和Fe3+)所形成絮状结构中，添加某些金属螯合剂去除金属离子能破坏污泥的絮状结构从而使这些EPS有机颗粒释放；另一方面由微生物分泌的胞外酶(例如:蛋白酶、糖苷水解酶、脂肪酶等水解酶类)能够降解EPS，在这些胞外酶的作用下，大分子量EPS颗粒(例如:蛋白，多糖等)转化成小分子量有机物(如:氨基酸、葡萄糖等)，从而提高微生物的利用效率。这些胞外酶同样也可以将死亡的微生物通过水解作用，变成溶解性的小分子有机物。
[0026]综上，EPS的形成是影响污泥产量的一个关键因素。因此，通过在生化系统中添加适量的金属螯合剂使得污泥中EPS颗粒释放，再通过添加复合酶制剂使大分子量EPS水解是减量处理污泥的理想解决方案。
[0027]本发明方法应用于活性污泥法、生物膜法污水生物处理工艺中实现污泥减量30-40%。
[0028]关于本发明的方法，一种更优选的方案:
[0029](I)将污泥导入螯合剂处理区，向污泥中投加螯合剂，污泥停留时间为6h，螯合剂为柠檬酸，投加终浓度为10mmol/L ；
[0030](2)经螯合剂处理后的污泥进入pH调节区，通过碳酸钠调节污泥pH值至7-8，污泥停留时间为2h;
[0031](3)调节pH值后的污泥进入复合酶处理区，向污泥中投加复合酶制剂，污泥停留时间为24h，复合酶制剂由蛋白酶、纤维素酶、淀粉酶、脂肪酶按5:2:2:1质量比例复配而成，复合酶制剂的添加量为0.08% (W/V)，复合酶处理区内的溶解氧控制在2-4mg/L，搅拌器转速200rpm。
[0032]复合酶处理后的部分污泥回流至螯合剂处理区内。将上述工艺应用于某污水处理厂工艺为氧化沟活性污泥法，进水以生活污水为主，运行30天，可实现污水处理厂生化系统污泥减量约40%。
[0033]另