一种常态下处理污泥的方法

技术领域

本发明涉及对城市污水中污泥的处理方法，具 体地是如何将含水污泥中水与污泥分 离的方法。

背景技术

污泥是污水处理厂在污水处理过程中产生的有 机质、微生物菌胶团等沉淀物质以及 污水表面漂浮的浮沫等残渣， 其中含有大量的病原菌、 寄生虫、 致病微生物、 二噁英和 砷、 铜、 汞、 铬等有毒重金属， 甚至有放射性核素等难以降解的有毒、 有害物质。 如何 进一步处理处置污水处理厂所产生的污泥是当 今世界环保领域的一大难题。 由于污泥的 胶体吸包水特性， 导致污泥含水率高， 体积大， 给堆放和运输等带来困难。 城市污泥如 处理不当或不规范处理， 如随意弃置山野农地或不规范填埋， 将对生态环境造成巨大的 潜在威胁。

二十世纪九十年代以来发达国家已将污泥处理 处置列入环保工作的重点，处理污泥 的传统方法主要为卫生填埋、 焚烧和热能利用、 土地利用、 好氧厌氧消化等。 其中卫生 填埋对设备要求相对简单， 但是需要大量的填埋场地和污泥的运输费用， 易产生地下水 污染和臭气散逸等二次污染问题； 焚烧和热能利用技术充分利用产生的沼气建立 发电 站， 其能源自给率可达到 50 %以上， 但焚烧法设备和运行费用昂贵， 易造成大气污染， 仍然残留小量属危险品处理类固体无机物； 土地利用技术是剩余污泥处置的主要途径之 一， 而且随着可填埋的范围逐渐縮小， 土地利用将是一个主要的发展趋势， 同时也是污 泥处置的综合难题； 自 20世纪 80年代末期以来在欧、 美等发达国家又开发了一些新技 术和工艺， 如超声波进行污泥消化， 可縮短污泥在消化池中的停留时间， 增强污泥的稳 定性； 利用蚯蚓处理污泥； 利用高压热解破坏污泥的胶凝结构， 对污泥进行干化、 消毒 杀菌， 这种方法可减少污泥的体积， 而且干燥后的剩余污泥能够成为一种有价值的 农用 肥料， 该法的最大缺点是初期投资费用和每日所需能 量的费用过高。 纵观国外污泥处理 处置方法及综合利用， 总体趋势已从焚烧干化逐步转化到以高效脱水 后再资源利用为主 导方法。

我国由于长期以来污泥处理投资力度小， 早期的污水处理厂， 由于没有严格的污泥 排放监管， 普遍将污水和污泥处理单元剥离开来， 片面地追求污水处理率， 尽可能地简 化、甚至忽略了污泥处理处置单元； 有的还为了节省运行费用将已建成的污泥处理 设施 长期闲置， 将未做任何处理的湿污泥随意外运、 简单填埋或堆放， 致使许多大城市出现 了污泥围城的现象， 并已开始向中小城市蔓延， 给生态环境带来了极为不利的影响。

目前我国虽然对污泥问题开始关注， 但仍然停留在技术层次低， 污泥处理处置处于 严重滞后的状态， 主要方法有浓縮填埋、 沤制堆肥、 干化焚烧等， 其中浓縮填埋是污泥 处理处置的主要方法。但长期以来由于污泥处 理处置过程中没有有效地破解污泥的包外 聚合物、污泥胶团结构吸包水和污泥菌团细胞 水， 导致污水厂处理后污泥含水率仍高达 78-83% , 造成污泥填埋时运输成本高， 填埋土地占用率巨大， 且极易造成污泥返溶、 渗 出等造成填埋地的二次污染， 影响周边生态环境。

综合上述处理方法发现： 由于没有很好地破解 ECP (包外聚合物)、 油包水结构和形 成大小合适的污泥颗粒， 污泥脱水指标难以降到 78%以下， 影响了该工艺技术的应用和 推广。 因此， 制备新型复合污泥处理试剂， 开发新型污泥处理工艺技术， 成为对污水厂 污泥深度处理要解决的关键问题。

氧化技术和聚沉技术是近几年污泥处理的研究 热点。 其研究内容主要涉及两方面： 即污泥的预先处理和聚沉技术与工艺。其关键 是在应用可控湿法氧化技术破坏吸包水结 构的基础上采用聚沉絮凝剂形成尺寸合适的污 泥颗粒，使之达到容易脱除和容易分离吸 包水的目的。 但目前这方面的技术工艺尚不成熟， 在减量化、 稳定化和无害化各环节没 有技术突破。 对于这一问题的研究已有报道， 从目前的研究来看， 选择以粗酚树脂为基 层、 以多烯多胺为骨架、 多层状树脂为起始剂， 在高效催化剂作用下与环氧丙烷和环氧 己烷进行嵌段聚合得到多芳环多酚胺层状树脂 型立体网状结构破乳剂 OX-9等为主。 如 陈银广等研究酸和表面活性剂对活性污泥脱水 性能、沉降性能和 ESP的影响。通过测定 脱水清液中多糖、 蛋白质、 DNA 的含量来考察药剂对絮凝沉降的影响。 实验结果显示 酸和表面活性剂通过改变污泥絮体的表面性质 、 降低了污泥絮体含量、 释放出油包水、 从而提高了污泥的脱水性能和沉降性能。 Novak等研究了铁离子在决定絮体结构及脱水 特性中的作用，尤其是铁离子和生物酶中蛋白 质的相互作用。他们指出当铁离子增加时， 溶液中蛋白质被去除。 这也导致污泥 CST 降低， 有利于污泥脱水。 在污泥处理的聚沉 技术中， 使用复合絮凝剂 /或称聚沉剂的研究较多， 其种类主要有： 1 )无机絮凝剂,主要 有铁盐 （FeCl ₃ 、 FeS0 ₄ 等及其聚合物） 和铝盐 (A1 ₂ (S0 ₄ ) ₃ 、 A1C1 ₃ 等及其聚合物如聚合氯 化铝、 聚合硫酸铝等)； 2) 合成有机高分子絮凝剂， 如聚胺类、 聚丙烯酸钠、 聚丙烯酞 胺类等； 3 ) 天然高分子絮凝剂； 4) 微生物絮凝剂， 它可以降解含苯酚废水、 有机磷农 药废水、 含油污和蛋白质、 淀粉等腐殖有机物的生活用水。 但由于价格贵、 单独使用效 果不明显等方面的缺点， 影响了这些技术的工业应用和推广。

通常污水处理厂在污水处理过程需要进行深度 处理的污泥是剩余污泥。所谓剩余污 泥是 (excess activated sludge)活性污泥系统中从二次沉淀池（或沉淀� �）排出系统外的活 性污泥。

发明内容

本发明的目的是提供一种在常温、普通压力条 件能将剩余污泥中的水分含量一步降 低至 50%以下的方法， 同时完成杀菌、 除臭、 有毒重金属离子固化。

本发明的技术方案是， 在污泥中加入氧化导向剂， 搅拌,并通入臭氧， 搅拌反应后， 然后加入聚沉剂， 最后将污泥经普通压滤， 得到含水率 55%以下的污泥;所述氧化导向 剂为碳粉和过渡金属氯化物或过渡金属硫酸盐 的混合物，其中碳粉所占氧化导向剂的重 量百分比为 50— 85%;所述过渡金属是 Fe、 Mn、 A1或 V； 所述氧化导向剂的加入量为： 每立方米含水 99%污泥中加入氧化导向剂 200g〜400g; 所述聚沉剂的加入量为； 每立 方米含水 99%污泥中加入聚沉剂 400g〜750g。

所述臭氧用量按 1.00kg干污泥计为 0.5 g〜3.0g。

所述聚沉剂组成和重量百分含量： FeCl ₃ 50-55% 、 PAC(Polyaluminium Chloride)38-43 、 CPAM(Polyacrylamide)5-10 。

所述氧化导向剂组成和含量优选为:碳粉为 50%〜85%， ？6。1 ₃ 为 15%〜50%。

由本发明的方法所获得的污泥， 其含水率降至 50%以下， 热值在 2300-2800大卡 / 千克。

下面对本发明做进一步的解释和说明：

本发明的方法要使用一种污泥处理设备， 该设备包括带搅拌器多功能反应池、 臭氧 发生器、 压滤系统等， 具体结构如实用新型专利 ZL201029092003.7所述。

本发明的常态下处理污泥的方法的操作流程如 图 1所示， 将剩余污泥导入反应池， 在污泥中加入氧化导向剂， 搅拌,并通入臭氧， 然后搅拌反应后加入聚沉剂， 最后将污泥 通过压滤机压滤， 得到含水率 50%以下的污泥， 其中含水率的测定是按照 GB4284-84 《城镇垃圾农用监测分析方法》 进行测定。

本发明中， 首次采用 0 ₃ 与氧化导向剂结合， 形成羟基自由基， 协同高能态电子 e* 与引发传质体 MOFe构建能态和轨道对称的界面 s-g、 s-1微电子转移体系， 使有机质污 泥生物膜和细胞结构发生氧化还原过程， 破解污泥菌胶团结构， 打碎苯胺类、 苯酚类和 包外聚合物等有机质大分子网状生物膜结构， 生成有机自由基 （R. ) ， 有机自由基进一 步氧化使有机物水化层膜结构， 破坏蛋白质、 多糖等大分子有机质膜特征结构， 释放菌 胶团的吸包水和结合水，通过氧化和降解污泥 中有机质胶束结构，释放吸包水和结构水， 在聚沉剂作用下， 经破膜的有机质污泥聚结成粒， 有毒重金属离子螯合聚沉， 有效地分 离污泥中的结构水， 晶胞水， 吸胞水。

本发明中使用的氧化导向剂组成及用量:碳粉 (m/m %):50%〜85%， 过渡金属氯化物 或过渡金属硫酸盐的混合物为 15%〜50%。 使用时， 每立方米含水 99.0%污泥加入氧化 导向剂 200〜400g。

本发明的高能态电子 e*载体 0 ₃ 的用量： 在污泥处理过程中， 通入臭氧， 臭氧的流 量与污泥浓度相关， 可自动控制， 0 ₃ 用量按 1.00kg干污泥计为 0.5〜3.0g。

经过本发明处理方法处理后的污泥， 由于含水率降至 50%以下， 含菌指数低， 结构 稳定， 热值在 2300-2800大卡 /千克， 可用于制砖生产中的燃煤替代物。

经本发明提供的方法处理后的污泥可以达到 B 类污泥的标准， 可直接用于林业用 土。

本发明突破了常温处理污泥工艺中无法脱除含 有机质污泥吸包水的技术瓶颈，达到 了成本低、 效果好、 处理污泥达到国家标准的目的。

附图说明

图 1 是本发明常态下处理污泥方法的流程图。

具体实施方式

实施例 1 :

将浓度为 10364mg/L的剩余污泥导入反应池， 导入量为 10.73m ³ ， 然后在污泥中加 入氧化导向剂（碳粉 2.5kg和 FeCl ₃ 0.8kg) ， 搅拌 5min后， 再通过臭氧发生系统通入臭 氧 150g进行氧化反应， 30min后加入聚沉剂 （FeCl ₃ 3.0kg、 PAC2.5kg、 CPAM0.3kg) ， 5min后将污泥通过压滤机压滤， 得到含水率为 49.8%的污泥。

实施例 2:

将浓度为 11094mg/L的剩余污泥导入反应池， 导入量为 10.38 m ³ ， 然后在污泥中加 入氧化导向剂（碳粉 2.5kg和 FeCl ₃ 1.0kg) ， 搅拌 5min后， 再通过臭氧发生系统通入臭 氧 200g进行氧化反应， 30min后加入聚沉剂 （FeCl ₃ 4.0kg、 PAC2.6kg、 CPAM0.3kg) ， 最后将污泥通过压滤机压滤， 得到含水率为 49.5%的污泥。

实施例 3: 将浓度为 9639mg/L的剩余污泥导入反应池，导入量为 10.98 m ³ ，然后在污泥中加入 氧化导向剂（碳粉 2.5kg和 FeCl ₃ 1.0kg) ， 搅拌 8min后， 再通过臭氧发生系统通入臭氧 120g进行氧化反应， 30min后加入聚沉剂（FeCl ₃ 2.0kg、 PAC2.4kg、 CPAM 0.3kg) ， 最 后将污泥通过压滤机压滤， 得到含水率为 48.6%的污泥。

实施例 4:

将浓度为 11392mg/L的剩余污泥导入反应池， 导入量为 10.96 m ³ ， 然后在污泥中加 入氧化导向剂（碳粉 2.5kg和 FeCl ₃ 1.0kg) ， 搅拌 6min后， 再通过臭氧发生系统通入臭 氧 250g进行氧化反应， 30min后加入聚沉剂 （FeCl ₃ 3.0kg、 PAC2.8kg、 CPAM 0.4kg) ， 最后将污泥通过压滤机压滤， 得到含水率为 48.6%的污泥。

对实施例 1-4处理后的污泥及滤液进行测定， 得各项指标的平均值如如表 1、 表 2 所示： 表 1处理后的污泥及滤液的技术指标

序号 检测项目 计量单位 检测数据

1 原污泥粪大肠菌群数 个/ L 10 ⁴ ^/L

2 原污泥含水量 99.1%

3 处理后污泥粪大肠菌群数 MPN/g 21

4 处理后污泥含水量 % 49.51%

5 处理后过滤水色度 （稀释倍数） 度 3

6 处理后过滤水粪大肠菌群数 MPN/ml 未检出

7 处理后污泥氰化物含量 mg/kg 未检出

8 处理后污泥挥发酚含量 mg/kg 未检出

9 处理后污泥矿物油含量 mg/kg 0.23

10 处理后污泥总氮 (以 N计)量 % 1.57

11 处理后污泥钾 (K ₂ 0计)含量 mg/kg 0.48

12 处理后污泥蠕虫卵死亡率 % 98

13 处理后污泥有机物降解率 % 75

14 处理后污泥 Pb含量 mg/kg 114.2

15 处理后污泥 Cd含量 mg/kg 1.79

16 处理后污泥含 As量 mg/kg 46.6

17 处理后污泥 Cr含量 mg/kg 67.5

18 处理后污泥 Hg含量 mg/kg 1.82

19 处理后污泥 Cu含量 mg/kg 78.7

20 处理后污泥 Zn含量 mg/kg 35.9

21 处理后污泥 Ni含量 mg/kg 22.5