生物汙泥除臭及淨化方法
2023-04-28 11:46:11
專利名稱：生物汙泥除臭及淨化方法
技術領域：
本發明涉及一種通過需氧穩定作用(aerobic stablization)使固含量小於或等於10％的生物汙泥除臭及恢復無毒的方法。
在對(人類及動物產生的)廢水進行的環境友好的淨化過程中存在的最主要問題是處理及處置在水淨化過程中形成的汙泥。該汙泥之所以難於處理是由於其幾乎總是發出臭味，而且被不同的病原體所汙染。最終的處置也很困難，因為即使在農業上使用也要考慮無毒且不含重金屬的汙泥。
根據最普遍接受的觀點，土壤是主要來源於人類的城市汙泥和畜牧場的廄液的最終處置的最適宜地點。通過適當設計的處置方法，土壤通過其淨化機制可確保將這些物質重新整合到自然界中[Gézalls，Operation of sewage treatment plants(Szennyvíztisztít ótelepek üzemeltetése)II，431-435，Akadémiai Kiadó，布達佩斯(1995)]。
匈牙利的相關法規(有關處理和利用廢水和汙泥的規定的政府第50/2001號法令)只允許汙水汙泥在經過初步生物、化學及熱處理的6個月之後，如果某些參數在可允許的範圍內的話，將其用於農田中(具體可參見所述法令的第3、第4條及附件)。源自城市廢水處理的大部分汙水汙泥不符合這些規定。使用的汙泥處理方法中只有被視為堆肥的消化汙泥滿足那些質量標準，可不同程度地為農業利用所接受。建立這種基於厭氧技術的汙水處理廠的費用大大超過常規的使用需氧技術的廢水處理廠，而且，建設該類工廠只能達到一定的處理量。其連續操作還受到天氣情況的強烈影響。
文獻中發表了多種處理廢水、尤其是處理城市汙水的已知方法。
匈牙利專利No.189069記載了一種由汙水的生物處理產生的汙泥的處理方法。根據該方法，在厭氧條件下處理來自預沉澱池的汙泥或該汙泥與稠化的活性汙泥的混合物，而後將該厭氧分解的汙泥稠化並脫水。該方法的缺點在於其需要一個預沉澱步驟，並且需氧過程經常需進行幾天，因而該方法被認為效率較低。
另一種利用城市汙水汙泥的方法記載於匈牙利專利No.209112中。根據該方法，將含20-45重量％水的100重量份部分脫水城市汙水汙泥與含70-95％流紋巖凝灰巖、30-50重量％粉碎鋁土礦及任選5-20重量％沸石的10到30重量份混合物以及0.1到0.3重量份的均勻分布於粉碎的材料表面的含細菌大藏卵器(bacterium megantherium)的培養基混合；將均質混合物堆成稜柱狀，並在連續注水(watering)條件下老化60到90天。儘管生成的汙泥可用於農業，但形成稜柱狀需要大的場所，而且長的(90天)老化期也是不利的。
匈牙利專利No.192230中提供了一種用於汙水汙泥和/或其它含有機廢物的物質(如廄液)的環境友好的利用和處置方法。根據該公開的方法，汙水汙泥中的固含量被調整到不高於15％，將汙水汙泥均質化並最終與助劑例如石灰漿和/或肥料混合，經過臨時貯藏後注入土壤中20到40cm深度處。儘管此方法所需的投資很小而且可在低成本下操作，但考慮到為獲得合適的土壤覆蓋而使用的土壤注入方法涉及到的問題，以及需要臨時貯藏大量的液態稀釋汙泥，其使用是不利的。
本發明的目的即是克服現有技術方法的不利之處，並設計出一種處理汙泥和泥漿的環境友好且簡單的方法，該方法能夠快速而有效地穩定大量的所述物質，使生成的產品既符合法規的要求，又符合合理的環境預期，從而適合於再循環進入土壤或用於產生能量。
本發明背後的主要發明思想在於認識到如果將汙泥與碳質礦物質和/或粘土礦一起進行激烈的機械溼法研磨，通過溼法研磨步驟引起非常強烈的機械-化學衝擊，可將生物汙泥轉化成為穩定的懸浮液。認為在對含有要處理的汙泥或泥漿和適量碳質礦物質和/或粘土礦的混合物進行激烈溼法研磨的過程中，可能由於產生的劇烈機械應力和壓力的變化(某些情況有氣穴現象)，碳被流變消化，腐殖質和構成無生命物質的一部分的水合矽酸鋁膠溶後與汙泥或泥漿一起形成一種高度tixotropic懸浮液。該方法的結果是形成了一種複合的有機-無機物，其具有與土壤物質中類似的有機-礦物水合矽酸鹽鍵。吸附在粉碎的碳質材料上的汙泥由此除去臭味。由於衝擊剪切的劇烈作用，礦物質的比表面增加到幾千倍，微生物及可能的其它活性有機體被溶解，其細胞壁被破壞。通過存在於碳質礦物質例如褐煤中的磨料石英微粒，可進一步增加微生物的溶解，由此，病原體微生物的數量減少一個數量級以上。這意味著由於需氧降解，存在於穩定的懸浮液中的病原體在乾燥過程中逐漸死亡。
已觀察到本發明的方法不僅生成一種稠的、穩定的懸浮液，而且該懸浮液具有可接受的泥土氣味，從而避免了汙泥或廄液通常具有的惡臭。還觀察到該穩定的懸浮液很快變得乾燥。細菌試驗表明通常總是存在於該類生物汙泥中的病原體和細菌的數量隨時間明顯減少。
所需的效果——即使得生物汙泥除臭和無毒——可通過單個方法獲得，根據該方法，在固含量小於或等於10％的生物汙泥或泥漿中加入粒度小於或等於5mm的吸附性碳質礦物粉碎材料，通過溼法研磨將由此得到的混合物轉化為一種穩定的懸浮液，使其中所含的固體磨碎到粒徑小於200μm，優選磨碎到粒徑小於50μm，由此溶解活性有機體。
吸附性碳質礦物質優選褐煤或年輕褐煤。
吸附劑碳質礦物質優選以汙泥或泥漿的5-35重量％的比例添加。
除吸附性碳質礦物質外，可添加一種或多種粘土礦物質，其優選的量佔汙泥或泥漿量的5-15重量％。
粘土礦物質例如為沸石或膨潤土。
該方法可連續進行或以分批方式進行，採用適當的溼法研磨裝置，例如所謂的「Kavitron」裝置，該裝置是一種在採礦業中使用的改進的常規泥漿泵。對機械工程領域普通技術人員而言，有幾種獲得高剪切力的已知方法(例如引起氣穴)，理論上所有這些已知方法都是可以使用的，例如可通過增大RPM增加剪切應力。處理時間取決於多種因素，例如粉碎的效果、RPM、裝置中的剪切應力等。在知道所用的礦物質及其粒徑的情況下，可對這些參數進行優化。
通過添加礦物質得到的產品可通過自然乾燥或除溼作用實現脫水，因為該穩定的懸浮液易於整體(即不分層)快速乾燥且獲得的塊狀物在經過幾個月之後幾乎可視為是無菌的。該風乾物質可粉碎後裝入袋中，即其易於處理。
由於其高有機質含量(40-45％)及易於處理，所獲得的最終產品可用作土壤改良物質或土壤調節物質，尤其是為了各種栽培物種而用於沙土中。但其可用於多種不同的土壤和多種不同的目的，例如，用於在斜坡上鋪草皮和貯藏(stocking)。多種分析結果、栽培試驗及中試證明了其作物生長增強效果及土壤肥沃性的持續增加。
除所有這些之外，最終產品的熱值可達到塊狀無煙煤的熱值(5000kcal)，因而其可用於產能或用於供熱的目的。
如上所述，本發明的方法有很多優點。最主要的優點是本方法可用於幾乎各種城市廢水汙泥或動物產生的廄液，而且也可用於穩定和處理來自其它液態有機廢物的泥漿(例如屠宰場的廢水汙泥)。
本發明的另一優點在於所提供的機械-化學方法無需添加任何化學試劑，本方法不產生任何有毒物質，另外，所用的礦物質之一——褐煤，是匈牙利農業與農村發展部(Hungarian Ministry ofAgricultural and Rural Development)第8/2001號法令中指定的一種土壤調節有機質。由於本方法可用於廢水處理的最開始步驟以處理預沉澱過程形成的汙泥，從而無需使用大量的化學試劑，這點無論是從環境方面還是從經濟方面考慮都是非常有利的。
本發明方法的其它優點如下●在與褐煤一起進行溼法研磨過程中，存在於汙泥中的有機物種(主要是細菌)由於極強的機械-化學衝擊和剪切而大部分被破壞；●汙泥或泥漿的難聞氣味轉變為新鮮的泥土氣味；●乾燥以自然方式進行。由於不期望的環境影響，這種乾燥方式對於惡臭的汙泥而言是不可能的或不考慮的。
總而言之，本發明的方法在一個步驟中以一種環保的方式實現了現有技術通過幾個連續步驟才可實現的效果。以下通過兩個具體的實施例對本發明的方法進行示例說明，實施例僅用於示例說明，並不限制本發明保護的範圍。
實施例1將未經處理的廢水汙泥與來自需氧廢水處理的剩餘汙泥(固含量3.6％)的混合物與20％的褐煤粉混合，在一個溼法研磨裝置中(類型Kavitron 3/2)在1750rpm轉速下回流研磨30分鐘，由此獲得衝擊剪切效果。獲得產品為一種深色的、稠的、泥土味的穩定懸浮液。
實施例2將來自一個養豬場容器的廄液與28％的褐煤粉及5％的沸石混合，在一個溼法研磨裝置中(類型Kavitron 3/2)在1450rpm條件下處理20min，由此獲得衝擊剪切。根據國家動物健康協會(NationalInstitute of Animal Health)(布達佩斯)對該稠的、深色的、經過除臭並穩定的懸浮液的分析，48小時後沙門氏菌和大腸菌的感染降低了一個數量級，6個月之後，在乾燥物質中幾乎沒有檢測到細菌或其它病原體。
權利要求
1.一種通過需氧穩定作用使固含量小於或等於10％的生物汙泥或泥漿除臭及恢復無毒的方法，其中在該汙泥或泥漿中加入粒度小於或等於5mm的吸附性碳質礦物粉碎材料，通過溼法研磨將由此得到的混合物轉化為一種穩定的懸浮液，使該混合物中所含的固體磨碎到粒徑小於200μm並由此溶解活性有機體。
2.權利要求1的方法，其中吸附性碳質礦物質是褐煤或年輕褐煤。
3.權利要求1或2的方法，其中吸附性碳質礦物質以汙泥或泥漿的量的5-35重量％的比例添加。
4.權利要求1-3中任意一項的方法，其中除吸附性碳質礦物質外，還使用粘土礦物質。
5.權利要求4的方法，其中粘土礦物質以汙泥或泥漿的量的5-15重量％使用。
6.權利要求4或5的方法，其中粘土礦物質是沸石或膨潤土。
7.權利要求1-6中任意一項的方法，其中將混合物中所含的固體研磨到粒徑小於50μm。
全文摘要
本發明涉及一種通過需氧穩定作用使固含量最高達10％的生物汙泥或泥漿——主要為城市廢水汙泥或廄液——除臭及恢復無毒的環境友好的方法。本方法包括在汙泥或泥漿中添加粒度小於或等於5mm的吸附性碳質礦物質，並通過溼法研磨處理所得的混合物以形成一種穩定的懸浮液，使該混合物中所含的固體研磨到粒徑小於200μm並使活性有機體溶解。
文檔編號C05F3/00GK101068752SQ200580041637
公開日2007年11月7日 申請日期2005年10月11日 優先權日2004年10月11日
發明者J·斯塔德勒, P·薩博, F·普謝克斯 申請人:康派特－萊森西婭有限責任公司