一種污水廠污泥資源化處理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種污水廠污泥資源化處理方法。先在130-150℃，0.2-0.5MPa條件下，采用催化水解技術(shù)將污水廠污泥中有機(jī)物和無機(jī)物進(jìn)行分離，得到含鋁鐵固體和有機(jī)廢液，最后分別將它們資源化處理：將有機(jī)廢液泵入?yún)捬醴磻?yīng)器中，35℃高效厭氧反應(yīng)24h，制得甲烷，液體有機(jī)肥和顆粒污泥；將含鋁鐵固體烘干，研磨，過篩，得到污泥粉末，在污泥粉末中加入5mol/L的鹽酸，于90℃下反應(yīng)1～2h，靜置后取上清液，將上清液的pH調(diào)至2.5-4，在50-60℃下熟化12h，得到聚合氯化鋁鐵絮凝劑。本發(fā)明工藝簡單，成本低廉，經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益高，能夠?qū)崿F(xiàn)污水廠污泥零排放及清潔生產(chǎn)，可廣泛用于污水廠污泥資源化處理。
【專利說明】一種污水廠污泥資源化處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種污水廠污泥資源化處理方法。屬于污泥資源化處理處置【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著污水廠排放標(biāo)準(zhǔn)從一級B提高到一級A，很多污水廠采用的生化法無法使磷排放達(dá)標(biāo)。為了達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)，很多污水廠目前普遍采取化學(xué)法除磷，這進(jìn)一步增加了污水廠產(chǎn)生的污泥的產(chǎn)量。
[0003]污水廠污泥一般指用物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法和生物法等處理廢水時(shí)產(chǎn)生的沉淀物、顆粒物和漂浮物。污泥往往含有大量超標(biāo)重金屬、病原微生物、有機(jī)質(zhì)及豐富的氮、磷、鉀等營養(yǎng)物質(zhì)，其含水量高、易腐爛、有惡臭。這種固體廢棄物如果任意排放不加處理，不僅對環(huán)境造成污染，危害人類健康，同時(shí)也是對資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。若能合理利用，則不僅可變廢為寶，還能增加經(jīng)濟(jì)效益，故適合我國國情的污泥資源化利用技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0004]目前污水廠污泥處理應(yīng)用技術(shù)主要包括填埋、焚燒和堆肥。
[0005]污泥填埋已發(fā)展成為一項(xiàng)比較成熟的污泥處置技術(shù)，然而，城市污泥衛(wèi)生填埋也存在許多問題。污泥作為衛(wèi)生填埋處理時(shí)，應(yīng)注意該處的地質(zhì)、水文條件和土壤條件；還應(yīng)考慮到環(huán)境衛(wèi)生問題，填坑鋪設(shè)防滲性能好的材料，填埋場還應(yīng)配設(shè)滲濾液收集裝置及凈化設(shè)施。另外，遠(yuǎn)距離的運(yùn)輸費(fèi)用高昂也是制約污泥的衛(wèi)生填埋的一個(gè)重要因素。
[0006]污泥焚燒處置主要有兩種方法:一種是脫水污泥直接焚燒，該法處置工藝環(huán)節(jié)少，流程簡單，二次污染可能性小，但處理所需的燃料量大，費(fèi)用較高，同時(shí)運(yùn)輸費(fèi)用也高；另一種是脫水污泥經(jīng)過干化或者半干化處理后焚燃，它使焚燒相對簡單，運(yùn)輸費(fèi)用減少，但是需要污水廠有配套的干化設(shè)備，導(dǎo)致干化費(fèi)用較高。然而污泥焚燒又以一次性投資大、設(shè)備投資高、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高、有機(jī)物燃燒溫度低于850°C時(shí)產(chǎn)生二惡英等劇毒物質(zhì)，需要對煙氣進(jìn)行處理，焚燒灰需要再處理等限制了其使用。
[0007]污泥堆肥是利用污泥的微生物進(jìn)行發(fā)酵的過程。但堆肥處理后的污泥產(chǎn)品中病原體仍有可能存活，且產(chǎn)品的高含水率(30%_40%)可使病原體復(fù)活，故堆肥法不足以保證安全性。同時(shí)污泥中也含有毒有害物，直接應(yīng)用于農(nóng)業(yè)會(huì)造成土壤以及水體的二次污染:(I)污泥中重金屬會(huì)造成地下水、土壤及作物的二次污染；(2)污泥中病原體會(huì)對環(huán)境造成影響；(3)氮、磷等物質(zhì)濃度過高會(huì)對地下水造成污染。
[0008]在大力推進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)、落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀、建設(shè)“節(jié)約型社會(huì)”的今天，堅(jiān)持“泥水并重”的原則，把污水廠污泥的處理處置與資源化的相結(jié)合，將成為城市污水污泥最佳的最終出路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡單、成本低廉的污水廠污泥多途徑資源化的新技術(shù)，用該技術(shù)得到的絮凝劑、甲烷、顆粒污泥和液態(tài)有機(jī)肥具有實(shí)用效果好，能有效利用作為原料的污水廠污泥中的無機(jī)物和有機(jī)物，并為污水廠污泥最終處置提供出路。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過對污水廠污泥進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，污水廠污泥有機(jī)物含量約55%，無機(jī)物含量約45%。同時(shí)由于污水廠污水在處理過程中投加大量的鋁系和鐵系絮凝劑，它們沉淀在污泥中，其中占污泥無機(jī)物含量的80%左右，經(jīng)檢測污泥的氧化鋁含量一般在28%以上，污泥的鐵含量在3%以上，此無機(jī)物可以作為聚合氯化鋁鐵的原料。污水廠的有機(jī)物經(jīng)檢測總氮含量為19.5mg/g污泥，總磷含量為2.2mg/g污泥。
[0011]具體工藝如下:
[0012]先采用催化水解技術(shù)將污水廠污泥中有機(jī)物和無機(jī)物分離，得到含鋁鐵固體和有機(jī)廢液；然后分別將含鋁鐵固體進(jìn)一步深化處理，制得到絮凝劑；將有機(jī)廢液通過高效厭氧技術(shù)生產(chǎn)顆粒污泥、甲烷和有機(jī)肥；
[0013]上述催化水解技術(shù)是:將污水廠取來的含水率為97-99%污泥放入水解反應(yīng)釜中，加入作為催化劑的氫氧化鈉，催化劑的加入量為污泥重量的10%，在壓力為0.2-0.5MPa下，加熱至130°C _150°C，反應(yīng)2h，反應(yīng)后污泥含水率下降為30-40%，水解反應(yīng)釜內(nèi)有機(jī)物和無機(jī)物分離，褐色液體為 有機(jī)廢液，固體是含鋁鐵固體。
[0014]上述將含鋁鐵固體進(jìn)一步深化處理，制備得到絮凝劑的方法是:先將含鋁鐵固體105°C烘干，研磨，過100目篩，得到污泥粉末；再量取污泥粉末:5mol/L的鹽酸=1:3~5質(zhì)量比，然后將5mol/L的鹽酸加入污泥粉末中，于90°C下反應(yīng)I~2h，靜置30min后取上清液，用堿將上清液的PH調(diào)至2.5-4，在50-60°C下熟化12h，得到聚合氯化鋁鐵絮凝劑液體產(chǎn)品，將聚合氯化鋁鐵絮凝劑液體產(chǎn)品100°C干燥，即得聚合氯化鋁鐵絮凝劑固體產(chǎn)品；
[0015]上述將有機(jī)廢液通過高效厭氧技術(shù)生產(chǎn)顆粒污泥、甲烷和液體有機(jī)肥的方法是:首先將有機(jī)廢液PH值調(diào)節(jié)為弱堿性(8-9)，然后調(diào)節(jié)計(jì)量泵的流量，將有機(jī)廢液泵入?yún)捬醴磻?yīng)器(UASB)中，控制厭氧反應(yīng)器內(nèi)的溫度為35°C，停留時(shí)間24h，高效厭氧制得甲烷、有機(jī)肥、殘?jiān)鼮轭w粒污泥。
[0016]所述的高效厭氧制得甲烷是:有機(jī)廢液在厭氧反應(yīng)器中高效厭氧制得的厭氧反應(yīng)氣(混合氣)中甲烷含量為65%，該厭氧反應(yīng)器的厭氧反應(yīng)氣產(chǎn)氣率為1.75m3/(m3.d)。
[0017]所述的有機(jī)肥，其產(chǎn)量為0.5kg/ (m3.d)，即每天每m3厭氧反應(yīng)器容積產(chǎn)0.5kg有機(jī)肥，該有機(jī)肥中含氮0.29kg，含磷為0.029kg，其余為有機(jī)物及微量元素。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下:
[0019]1、由于本發(fā)明先采用催化水解技術(shù)，將污水廠污泥中有機(jī)物和無機(jī)物分離，催化水解技術(shù)在中溫低壓的條件下操作，反應(yīng)速度快，易分解難降解的化學(xué)物質(zhì)，能耗低甚至可回收熱能等，同時(shí)催化水解技術(shù)因?yàn)椴恍枰獙ξ鬯畯S污泥進(jìn)行脫水、干燥等預(yù)處理，適合處理含高濃度有機(jī)污染物的污水廠污泥，因此，本發(fā)明工藝簡單，安全可靠，容易推廣。
[0020]2、由于本發(fā)明將含鋁鐵固體進(jìn)一步深化處理，制得到絮凝劑；將有機(jī)廢液通過高效厭氧技術(shù)生產(chǎn)顆粒污泥、甲烷和液體有機(jī)肥，實(shí)現(xiàn)污水廠污泥多途徑資源化，變廢為寶，可以促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，對推動(dòng)適合我國國情的投資少、見效快的強(qiáng)化處理技術(shù)在我國污水廠改造中的應(yīng)用推廣起到進(jìn)一步的促進(jìn)作用。
[0021]3，本發(fā)明可以達(dá)到污泥的減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化的要求，減少環(huán)境污染，緩解全球資源、能源緊缺壓力，實(shí)現(xiàn)污水廠污泥零排放及清潔生產(chǎn)?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的工藝流程示意圖。
[0023]圖2為用本發(fā)明的聚合氯化鋁鐵絮凝劑與市售的聚合氯化鋁鐵(PAFC)在最佳投藥量下對生化出水的綜合去除效果比較圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]實(shí)施例1
[0025]先將污水廠取來的含水率為97-99%污泥放入水解反應(yīng)釜中，加入催化劑氫氧化鈉，催化劑的加入量為污泥重量的10%，在壓力為0.2-0.5MPa下，加熱至130°C _150°C，進(jìn)行催化水解反應(yīng)2h，反應(yīng)后的污泥含水率下降為30-40%。水解反應(yīng)釜內(nèi)有機(jī)物和無機(jī)物分離，褐色液體為有機(jī)廢液，剩余固體主要是含鋁鐵固體的無機(jī)物。
[0026]含鋁鐵固體進(jìn)一步深化處理，制備得到絮凝劑；
[0027]分離后的有機(jī)廢液通過高效厭氧技術(shù)生產(chǎn)顆粒污泥、甲烷和液體有機(jī)肥；
[0028]上述絮凝劑的制備:先將含鋁鐵固體在105°C烘干，研磨，過100目篩，得到小于100目的污泥粉末；量取污泥粉末:5mol/L的鹽酸=1:3~5質(zhì)量比，然后將鹽酸加入污泥粉末，于90°C反應(yīng)I~2h,反應(yīng)完畢后,靜置30min后取上清液；用堿將上清液的pH調(diào)至
2.5~4，在50~60°C熟化12h，得到聚合氯化鋁鐵(PAFC)絮凝劑液體產(chǎn)品，將聚合氯化鋁鐵絮凝劑液體產(chǎn)品100°C干燥，即得聚合氯化鋁鐵絮凝劑固體產(chǎn)品；
[0029]經(jīng)檢測固體產(chǎn)品中三氧化二鋁含量大于30%，三氧化鐵含量大于1%，鹽基度達(dá)50%以上，不溶物含量低于0.5%，其他各項(xiàng)指標(biāo)均符合聚合氯化鋁鐵絮凝劑國家標(biāo)準(zhǔn)。
[0030]上述將有機(jī)廢液通過高效厭氧技術(shù)生產(chǎn)顆粒污泥、甲烷和液體有機(jī)肥的方法是:首先將有機(jī)廢液PH值調(diào)節(jié)為弱堿性(8-9)，然后調(diào)節(jié)計(jì)量泵流量，泵入?yún)捬醴磻?yīng)器(UASB)中，控制厭氧反應(yīng)器內(nèi)的溫度為35°C，停留時(shí)間24h，高效厭氧制得甲烷、有機(jī)肥、殘?jiān)鼮轭w粒污泥。
[0031]所述的高效厭氧制得甲烷是，甲烷含量為65%的厭氧反應(yīng)氣(混合氣)，該厭氧反應(yīng)器的產(chǎn)氣率為1.75m3/(m3.d)，每天每m3厭氧反應(yīng)器容積產(chǎn)1.75m3混合氣。
[0032]所述的有機(jī)肥，其產(chǎn)量為每天每m3厭氧反應(yīng)器容積產(chǎn)有機(jī)肥0.5kg，該有機(jī)肥中含氮0.29kg，含磷為0.029kg，其余為有機(jī)物及微量元素。
[0033]實(shí)施例2
[0034]用實(shí)施例1制備的聚合氯化鋁鐵(PAFC)絮凝劑對污水進(jìn)行處理。
[0035]用某污水廠初沉池出水做混凝實(shí)驗(yàn)，污水廠初沉池出水即進(jìn)水的水質(zhì)情況為:C0D為220mg/L、TP為2.8mg/L、濁度為250NTU。將本發(fā)明的聚合氯化鋁鐵(PAFC)絮凝劑和市售PAFC作對比，證實(shí)了本發(fā)明的混凝效果的優(yōu)越性(如圖2 )。
[0036]采用不同混凝劑進(jìn)行混凝實(shí)驗(yàn)(平均水溫為20°C、水樣pH約為7.2)，分別測定處理后水樣的COD和濁度，比較最佳投藥量(60mg/L)下的處理效果。
[0037]本發(fā)明以污泥為原料 合成的聚合氯化鋁鐵(PAFC)絮凝劑反應(yīng)出水C0D、TP和濁度的去除率分別約為60%、84%、84%。
[0038]在同樣的反應(yīng)條件下，市售的聚合氯化鋁鐵(PAFC)藥劑反應(yīng)出水COD、TP和濁度` 的去除率分別約為40%、80%、75%。
【權(quán)利要求】
1.一種污水廠污泥資源化處理方法，其特征在于:先采用催化水解技術(shù)將污水廠污泥中有機(jī)物和無機(jī)物分離，得到含鋁鐵固體和有機(jī)廢液；然后分別將含鋁鐵固體進(jìn)一步深化處理，制得絮凝劑；將有機(jī)廢液通過高效厭氧技術(shù)生產(chǎn)顆粒污泥、甲烷和有機(jī)肥； 上述催化水解技術(shù)是:將污水廠取來的含水率為97-99%的污泥放入水解反應(yīng)釜中，加入催化劑氫氧化鈉，催化劑的加入量為污泥重量的10%，在壓力為0.2-0.5MPa下，加熱至1300C _150°C，反應(yīng)2h，反應(yīng)后的污泥含水率下降為30-40%，水解反應(yīng)釜內(nèi)有機(jī)物和無機(jī)物分離，褐色液體為有機(jī)廢液，固體是含鋁鐵固體； 上述將含鋁鐵固體進(jìn)一步深化處理，制得絮凝劑的方法是:先將含鋁鐵固體105°C烘干，研磨，過100目篩，得到污泥粉末；再量取污泥粉末:5mol/L的鹽酸=1:3~5質(zhì)量比，然后將鹽酸加入污泥粉末中，于90°C下反應(yīng)I~2h，靜置30min后取上清液，用堿將上清液的pH調(diào)至2.5-4，在50-60°C下熟化12h，得到聚合氯化鋁鐵絮凝劑液體產(chǎn)品，將聚合氯化鋁鐵絮凝劑液體產(chǎn)品100°C干燥，即得聚合氯化鋁鐵絮凝劑固體產(chǎn)品； 上述將有機(jī)廢液通過高效厭氧技術(shù)生產(chǎn)顆粒污泥、甲烷和液體有機(jī)肥的方法是:首先將有機(jī)廢液的PH值調(diào)節(jié)為弱堿性的8-9，然后調(diào)節(jié)計(jì)量泵流量，泵入?yún)捬醴磻?yīng)器中，控制厭氧反應(yīng)器內(nèi)的溫度為35°C，停留時(shí)間24h，高效厭氧制得甲烷、有機(jī)肥、殘?jiān)鼮轭w粒污泥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污水廠污泥資源化處理方法，其特征在于:所述的高效厭氧制得甲烷是，有機(jī)廢液在厭氧反應(yīng)器中高效厭氧制得的厭氧反應(yīng)氣中甲烷含量為65%，該厭氧反應(yīng)器的厭氧反應(yīng)氣產(chǎn)氣率為1.75m3/(m3.d)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污水廠污泥資源化處理方法，其特征在于:所述的有機(jī)肥，其產(chǎn)量為0.5kg/(m3.d)，該有機(jī)肥中含氮0.29kg，含磷為0.029kg，其余為有機(jī)物及微量元素。
【文檔編號】C02F11/00GK103936241SQ201410124057
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】潘碌亭, 吳坤 申請人:同濟(jì)大學(xué)