一種資源化處理汙泥的方法
2023-06-02 11:42:21 1
專利名稱：一種資源化處理汙泥的方法
技術領域：
本發明屬於環境汙染處理技術領域，尤其涉及一種資源化處理汙泥的方法。
背景技術：
活性汙泥脫氮除磷技術是目前解決富營養化問題的關鍵技術之一。但是活性汙 泥工藝會產生大量的剩餘汙泥，其總量約佔處理水量的0.3 0.5%左右(以含水率97% 計)，汙泥處理費用約佔汙水處理廠投資和運行費用的20 60%。如何實現汙泥的資源化、 減量化對汙水廠具有重大意義。城鎮汙水廠進水COD偏低，且脫氮除磷微生物易利用的短鏈脂肪酸(SCFAs)含量 更低，嚴重影響了脫氮和除磷效果。為了達標排放，汙水廠不得不在進水處補充碳源，如葡 萄糖和乙酸等，這會消耗人類有限的有機資源。目前，常用的汙泥處理方法如汙泥濃縮方法，使用該方法達不到較好的汙泥減量 和降低含水率效果。另外，也有文獻和專利報導一些新的汙泥資源化處理方法，如(Yuan H. Y. , ChenY. G. , Zhang H. Χ. , et al. Improved bioproduction of short-chain fatty acids (SCFAs) from excesssludge under alkaline conditions. Environmental Science and Technology, 2006,40 (6) :2025 2029)使用該方法雖然可以達到良好的回用效果，但 還需要強化汙泥脫水方法。專利CN1621371 (
公開日期2005.06.01 ；國別中國；名稱汙 泥高效脫水調理劑)和專利CN101570386(
公開日期=2009. 11. 04 ；國別中國；名稱一種 鹼式汙泥處理方法)中加入幹汙泥比重20%以上的熟石灰殺死微生物從而達到穩定汙泥， 調理脫水的作用。但到目前為止，尚未發現利用Ca(OH)2提高汙泥厭氧發酵產短鏈脂肪酸， 同時使汙泥減量並使汙泥和發酵液高效分離及去除發酵液中磷酸鹽的報導。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明提供了一種新型的提高汙泥發酵產酸量，同時實現 汙泥減量、發酵液與汙泥高效分離以及去除發酵液中磷的資源化處理汙泥的方法。本發明採用的技術方案如下本發明提供了一種資源化處理汙泥的方法，包括以下步驟(1)將汙泥及Ca (OH) 2混合後放入反應器中，攪拌使汙泥均勻混合進行厭氧發酵；(2)每隔一定時間從反應器中排出一定體積的發酵混合物，並加入與排出混合物 相同量的新鮮汙泥和一定量的Ca(OH)2 ；(3)向排出的混合物中加入一定量的FeSO4溶液，攪拌一定時間後，加入聚丙烯醯 胺溶液，再攪拌一定時間後壓濾脫水，對脫水後濾液進行檢測。所述的汙泥為城市生活汙水廠濃縮池剩餘汙泥，其中，總懸浮固體(TSS)含量為 12-24g/L，(揮發性懸浮固體/總懸浮固體)VSS/TSS在0. 60以上。所述的步驟(1)中加入Ca(OH)2的量是汙泥乾重總量的2 3%，優選2. 5%。所述的反應器為厭氧發酵反應器。
所述的步驟(1)中厭氧發酵溫度為20 35°C。所述的步驟(2)中一定時間是指20 28h，優選24h。所述的步驟(2)中一定體積是指排出的發酵混合物為加入反應器中總混合物體 積的 1/18-1/11，優選 1/14。所述的步驟(2)中一定量是指加入Ca(OH)2的量是所加新鮮汙泥乾重的7 27%， 優選17%。所述的步驟(3)中加入FeSO4溶液的濃度為15_45g/L，加入的FeSO4質量為排出 的混合物中汙泥乾重總量的5. 4 14. 5%，優選9. 6%。所述的步驟(3)中攪拌一定時間是指以200rpm速度攪拌2 5min後，再以120rpm 速度攪拌10 15min。所述的步驟(3)中加入聚丙烯醯胺溶液的質量百分比濃度為0. 05-0. 5%，加入聚 丙烯醯胺的質量為排出的發酵混合物汙泥乾重總量的0. 6-1. 0%。所述的步驟(3)中再攪拌一定時間是指以200rpm速度攪拌20 40s，再用SOrpm 速度攪拌1 2min。所述的步驟(3)中採用疊螺式壓濾脫水機進行壓濾脫水。本發明同現有技術相比，具有如下優點和有益效果(1)本發明方法向汙泥發酵系統中加入Ca(OH)2，可以顯著促進汙泥產酸，而且 Ca2+結合了發酵過程釋放的磷，形成磷酸鹽沉澱，不但實現發酵液中磷的高效去除率，特別 是發酵混合物的泥水分離效果得到顯著提高，可以獲得更多的汙泥發酵液。(2)本發明方法在厭氧發酵反應器穩定運行後，汙泥的揮發性有機物質可減量 22-36%，實現汙泥的減量化。(3)本發明方法顯著提高了汙泥產生的短鏈脂肪酸的濃度。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明作進一步的說明。對濾液檢測指標包括濾液總體積，濾液樣本SCFAs、磷含量，以及對濾餅的VSS含 量測定。具體測定方法見[水與廢水檢測分析方法(第四版)中國環境科學出版社，北京， 2002]。PAM是陽離子聚丙烯醯胺，白色顆粒狀物質，從國藥集團購買。FeS04，化學純，從國藥購買。實施例1(1)取27. 5L城市生活汙水廠濃縮池產生的剩餘汙泥(TSS為12g/L，VSS為8. 4g/ L，含水率為98%，pH = 6. 84)與6. 6gCa (OH)2 (是汙泥乾重總量的2% )混合後，再投入厭 氧發酵反應器中，攪拌使汙泥均勻混合，在溫度為21 士 1°C的厭氧發酵反應器中進行厭氧發 酵；(2)每隔20小時從厭氧發酵反應器中取出2. 5L(為總混合物體積的1/11)發酵 泥水混合物，再往厭氧發酵反應器中補充2. 5L新鮮城市生活汙水廠濃縮池產生的剩餘汙 泥作為發酵汙泥，補充固態Ca (OH) 22. lg/L(補充的固態Ca(OH)2的質量是新鮮汙泥乾重的 7% )；
(3)向取出的2. 5L發酵泥水混合物中加入濃度為45g/L的FeSO4溶液0. 09L, (加入FeSO4的質量為取出混合物汙泥乾重的14. 5% )，先以200rpm的速度攪拌2min，再 以120rpm的速度攪拌lOmin，混合液形成微小絮體，再向混合液中加入0. 34L0. 05% PAM溶 液即0. 17gPAM(按PAM與排出的發酵混合物汙泥乾重比0. 6%計)，200rpm攪拌30s，再以 SOrpm攪拌2min後進行壓濾脫水，採用疊螺式壓濾脫水機進行壓濾脫水。經檢測，脫水後濾液體積為2. 5L(脫水濾液體積為脫水前混合物總體積的 85. 3% ),濾液含SCFAs 1040mg/L、磷0. 7mg/L ；濾餅的VSS量比原始汙泥減少22%。實施例2(1)取45L城市生活汙水廠濃縮池產生的剩餘汙泥(TSS為24g/L，VSS為16. Sg/ L，含水率為98%，pH = 6. 84)及27gCa(OH)2 (是汙泥乾重總量的2. 5% )混合後放入厭氧 發酵反應器中，攪拌使汙泥均勻混合於21 士 1°C的條件下進行厭氧發酵；(2)每隔22小時從厭氧發酵反應器中取出2. 5L (總混合物體積的1/18)發酵泥水 混合物，再往厭氧發酵反應器中補充2. 5L新鮮城市生活汙水廠濃縮池產生的剩餘汙泥和 固態Ca(0H)216. 2g(即Ca(OH)2的質量為所加新鮮汙泥乾重的27% )；(3)向取出的2. 5L發酵泥水混合物中加入濃度為15g/L的FeSO4溶液0. 21L(即 加入FeSO4的質量為取出混合物汙泥乾重的5. 4% )，先以200rpm的速度攪拌2min，再以 120rpm的速度攪拌lOmin，混合液形成微小絮體，再向混合液中加入0. 45L0. PAM溶液即 0. 40gPAM(按PAM與排出的發酵混合物汙泥乾重比0. 8%計)，200rpm攪拌30s，再以80rpm 攪拌2min後進行壓濾脫水，採用疊螺式壓濾脫水機進行壓濾脫水。經檢測，脫水後濾液體積為2. 7L(脫水濾液體積為脫水前混合物總體積的 85. 4% ),濾液含 SCFAs2140mg/L、磷 0. 6mg/L ；VSS 減量 34%。實施例3(1)取35L城市生活汙水廠濃縮池產生的剩餘汙泥(TSS為20g/L，VSS為14g/L， 含水率為98%，pH = 6. 84)及17. 5g Ca(OH)2 (是汙泥乾重總量的2. 5% )混合後放入厭氧 發酵反應器中，攪拌使汙泥均勻混合於21 士 1°C的條件下進行厭氧發酵；(2)每隔24小時從厭氧發酵反應器中取出2. 5L (總混合物體積的1/14)發酵泥水 混合物，再往厭氧發酵反應器中補充2. 5L新鮮城市生活汙水廠濃縮池產生的剩餘汙泥和 固態Ca(OH)2S. 5g (即Ca(OH)2的質量為所加新鮮汙泥乾重的17% )；(3)向取出的2. 5L發酵泥水混合物中加入濃度為30g/L的FeSO4溶液0. 15L(即 加入FeSO4的質量為取出混合物汙泥乾重的9. 6% )，先以200rpm的速度攪拌2min，再以 120rpm的速度攪拌lOmin，混合液形成微小絮體，再向混合液中加入0. 38L 0. 1 % PAM溶 液即0. 38gPAM(按PAM與排出的發酵混合物汙泥乾重比0. 8%計)，200rpm攪拌30s，再以 SOrpm攪拌2min後進行壓濾脫水，採用疊螺式壓濾脫水機進行壓濾脫水。經檢測，脫水後濾液體積為2. 6L(脫水濾液體積為脫水前混合物總體積的 85. 8% ),濾液 SCFAs 含 2860mg/L、磷 0. 6mg/L ；VSS 減量 32%。實施例4(1)取27. 5L城市生活汙水廠濃縮池產生的剩餘汙泥(TSS為20g/L，VSS為14g/ L，含水率為98%，pH = 6. 84)與16. 5g Ca (OH) 2 (是汙泥乾重總量的3% )混合後，再投入 厭氧發酵反應器中，攪拌使汙泥均勻混合，在溫度為27士 1°C的厭氧發酵反應器中進行厭氧發酵；(2)每隔26小時從厭氧發酵反應器中取出2. 5L (為總混合物體積的1/11)發酵泥 水混合物，再往厭氧發酵反應器中補充2. 5L新鮮城市生活汙水廠濃縮池產生的剩餘汙泥 作為發酵汙泥，補充Ca (OH) 23. 5g(補充的Ca(OH)2的質量是新鮮汙泥乾重的 %)；(3)向取出的2. 5L發酵泥水混合物中加入濃度為45g/L的FeSO4溶液0. 12L(加 入FeSO4的質量為取出混合物汙泥乾重的14. 5% )，先以200rpm的速度攪拌2min，再以 120rpm的速度攪拌lOmin，混合液形成微小絮體，再向混合液中加入0. 08L 0. 5% PAM溶 液即0. 40gPAM(按PAM與排出的發酵混合物汙泥乾重比1. 0%計)，200rpm攪拌30s，再以 SOrpm攪拌2min後進行壓濾脫水，採用疊螺式壓濾脫水機進行壓濾脫水。經檢測，脫水後濾液體積為2. 4L(脫水濾液體積為脫水前混合物總體積的 88.8% ),濾液含SCFAs 1780mg/L、磷0. 6mg/L ；濾餅的VSS量比原始汙泥減少25%。實施例5(1)取45L城市生活汙水廠濃縮池產生的剩餘汙泥(TSS為20g/L，VSS為14g/L， 含水率為98%，pH = 6.84)及27g Ca(OH)2 (是汙泥乾重總量的3% )混合後放入厭氧發酵 反應器中，攪拌使汙泥均勻混合於34 士 1°C的條件下進行厭氧發酵；(2)每隔28小時從厭氧發酵反應器中取出2. 5L (總混合物體積的1/18)發酵泥水 混合物，再往厭氧發酵反應器中補充2. 5L新鮮城市生活汙水廠濃縮池產生的剩餘汙泥和 Ca(OH)2S. 5g (即Ca(OH)2的質量為所加新鮮汙泥乾重的17% )；(3)向取出的2. 5L發酵泥水混合物中加入濃度為15g/L的FeSO4溶液0. 16L(即 加入FeSO4的質量為取出混合物汙泥乾重的5. 4% )，先以200rpm的速度攪拌2min，再以 120rpm的速度攪拌lOmin，混合液形成微小絮體，再向混合液中加入0. 09L 0.5% PAM溶 液即0. 45gPAM(按PAM與排出的發酵混合物汙泥乾重比1. 0%計)，200rpm攪拌30s，再以 SOrpm攪拌2min後進行壓濾脫水，採用疊螺式壓濾脫水機進行壓濾脫水。經檢測，脫水後濾液體積為2. 4L(脫水濾液體積為脫水前混合物總體積的 87. 3% ),濾液 SCFAs 含 2640mg/L、磷 0. 4mg/L ；VSS 減量 34%。實施例6(1)取35L城市生活汙水廠濃縮池產生的剩餘汙泥(TSS為20g/L，VSS為14g/L， 含水率為98%，pH = 6. 84)及17. 5g Ca(OH)2 (是汙泥乾重總量的2. 5% )混合後放入厭氧 發酵反應器中，攪拌使汙泥均勻混合於34 士 1°C的條件下進行厭氧發酵；(2)每隔24小時從厭氧發酵反應器中取出2. 5L (總混合物體積的1/14)發酵泥水 混合物，再往厭氧發酵反應器中補充2. 5L新鮮城市生活汙水廠濃縮池產生的剩餘汙泥和 固態Ca(OH)2S. 5g (即Ca(OH)2的質量為所加新鮮汙泥乾重的17% )；(3)向取出的2. 5L發酵泥水混合物中加入濃度為30g/L的FeSO4溶液0. 14L(即 加入FeSO4的質量為取出混合物汙泥乾重的9. 6% )，先以200rpm的速度攪拌2min，再以 120rpm的速度攪拌lOmin，混合液形成微小絮體，再向混合液中加入0. 35L 0. 1 % PAM溶 液即0. 35gPAM(按PAM與排出的發酵混合物汙泥乾重比0. 8%計)，200rpm攪拌30s，再以 SOrpm攪拌2min後進行壓濾脫水，採用疊螺式壓濾脫水機進行壓濾脫水。經檢測，脫水後濾液體積為2. 6L(脫水濾液體積為脫水前混合物總體積的 87. 0% )，濾液 SCFAs 含 3180mg/L、磷 0. 4mg/L ；VSS 減量 36%。
6
對比例1傳統汙泥處理方法(1)取27. 5L城市生活汙水廠濃縮池產生的剩餘汙泥(TSS為20g/L，VSS為14g/ L，含水率為98%，pH = 6. 84)在溫度為21 士 1°C的厭氧發酵反應器中進行厭氧攪拌；(2)每隔24小時從厭氧發酵反應器中取出2.5L(為總混合物體積的1/11)發酵泥 水混合物，再往厭氧發酵反應器中補充2. 5L新鮮城市生活汙水廠濃縮池產生的剩餘汙泥 作為發酵汙泥；(3)向取出的2. 5L發酵泥水混合物中加入濃度為30g/L的FeSOx溶液0. 22L (加 入FeSO4的質量為取出混合物汙泥乾重的14. 5% )，先以200rpm的速度攪拌2min，再以 120rpm的速度攪拌lOmin，混合液形成微小絮體，再向混合液中加入0. 37L 0. 1 % PAM溶 液即0. 37gPAM(按PAM與排出的發酵混合物汙泥乾重比0. 8%計)，200rpm攪拌30s，再以 SOrpm攪拌2min後進行壓濾脫水，採用疊螺式壓濾脫水機進行壓濾脫水。經檢測，壓濾脫水後濾液體積為1. 8L，其中含SCFAs 530mg/L、磷100mg/L ；濾餅的 VSS量比原始汙泥減少10%。從上述實施例和對比例的檢測結果可知，與傳統汙泥處理方法相比，按照本發明 方法對汙泥進行厭氧發酵處理後，濾液體積和濾液所含SCFAs的量大幅增加，含磷量大大 降低，同時VSS減量也大大提高。上述對實施例的描述是為了便於該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發 明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，並把在此說明的 一股原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限於這裡的實施 例，本領域技術人員根據本發明的揭示，對於本發明做出的改進和修改都應該在本發明的 保護範圍之內。
權利要求
一種資源化處理汙泥的方法，其特徵在於該方法包括以下步驟，(1)將汙泥及Ca(OH)2混合後放入反應器中，攪拌使汙泥均勻混合進行厭氧發酵；(2)每隔一定時間從反應器中排出一定體積的發酵混合物，並加入與排出混合物相同量的新鮮汙泥和一定量的Ca(OH)2；(3)向排出的混合物中加入一定量的FeSO4溶液，攪拌一定時間後，加入聚丙烯醯胺溶液，再攪拌一定時間後壓濾脫水，對脫水後濾液進行檢測。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的汙泥為城市生活汙水廠濃縮池剩 餘汙泥，其中，總懸浮固體TSS含量為12-24g/L，VSS/TSS在0. 60以上。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的步驟(1)中加入Ca(OH)2W量是汙 泥乾重總量的2 3% ；所述的步驟(1)中厭氧發酵溫度為20 35°C。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的反應器為厭氧發酵反應器。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的步驟(2)中一定時間是指20 28h ；一定體積是指排出的發酵混合物為加入反應器中總混合物體積的1/18-1/11 ；—定量 是指加入Ca(OH)2的量是所加新鮮汙泥乾重的7 27%。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的步驟(3)中加入FeSO4溶液的濃度 為15-45g/L，加入的FeSO4質量為排出的混合物中汙泥乾重總量的5. 4 14. 5%。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的步驟(3)中攪拌一定時間是指以 200rpm速度攪拌2 5min後，再以120rpm速度攪拌10 15min。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的步驟(3)中加入聚丙烯醯胺溶液 的質量百分比濃度為0. 05-0. 5%，加入聚丙烯醯胺的質量為排出的發酵混合物汙泥乾重總 量的 0. 6-1. 0%。
9.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的步驟(3)中再攪拌一定時間是指 以200rpm速度攪拌20 40s，再用80rpm速度攪拌1 2min。
10.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的步驟(3)中採用疊螺式壓濾脫水 機進行壓濾脫水。
全文摘要
本發明公開了一種資源化處理汙泥的方法，包括以下步驟，將汙泥及Ca(OH)2混合後放入發酵反應器中攪拌並進行厭氧發酵；每隔一定時間從反應器中排出一定體積的發酵混合物，並加入與排出混合物相同量的新鮮汙泥和一定量的Ca(OH)2；向排出的混合物中加入FeSO4溶液，攪拌一定時間後加入聚丙烯醯胺溶液，再攪拌一定時間後壓濾脫水。本發明方法顯著提高了汙泥產生的短鏈脂肪酸的濃度及發酵液量、降低了汙泥的揮發性物質，同時可去除發酵液中大部分磷酸鹽。
文檔編號C02F11/04GK101973683SQ201010524770
公開日2011年2月16日 申請日期2010年10月29日 優先權日2010年10月29日
發明者李響, 胡蘭芳, 陳紅, 陳銀廣, 顧國維 申請人:同濟大學