一種利用微波處理汙泥提取有機物的方法
2023-04-24 20:39:06
專利名稱：一種利用微波處理汙泥提取有機物的方法
技術領域：
本發明涉及一種汙泥處理技術，特別是一種利用微波處理汙泥提取有機物的方法。
背景技術：
汙水處理廠的活性汙泥是汙水處理的副產物，其含水量高，成分複雜，不僅含有大量的有機質、N、P、K等營養元素，還含有大量的病原微生物，並伴有惡臭，受工業廢水影響，往往還有較多的重金屬等有毒、有害物質，處理不當極易造成嚴重的二次汙染。汙泥產生量的與日俱增與汙泥處理能力的嚴重不足、處理手段的嚴重落後形成尖銳的矛盾，大量的溼汙泥隨意外運、簡單填埋或堆放，致使許多城市「汙泥圍城」。汙泥處理問題已經成為我們無法迴避的城市環境問題。據國家環境保護部公布的數據2008年全國新增城市汙水處理能力1149萬噸/日，而2009年全國新增城市汙水處理能力達到4460萬噸/日。汙泥處理廠的剩餘汙泥量也同樣逐年增加，據估算，2010年全國排放的汙泥量(含水率為75% -80% )會達到1400萬噸/年，且年增長率超過10%。將汙泥中有機質資源化加以利用，同時最終達到使汙泥穩定化、減量化和無害化的目的，受到越來越廣泛的重視。如何妥善地處置汙水廠汙泥，並將其作為一種新的資源加以有效利用，變廢為寶，已成為城市汙水廠和相關部門提高技術水平和管理水平的重要因素，也是全球共同關注的課題。專利CN200610011413. 5和專利CN2272015. 4以一定強度的超聲波降解工業廢水的有機汙染物，使汙泥的減量化；專利200410083828. 4以較低頻率的超聲波促進汙泥脫水；增強活性汙泥的生物活性，提高處理效率，改善出水水質。專利201010134033. 7、專利200710051491. 2、專利200910273153. 2、專利02116227. I等以化學法高溫提取汙泥中微生物蛋白混合液和生物資源的利用；專利200710064167. 4利用超聲波處理汙泥製取汙泥有機肥。但是，一般化學法需熱源、耗能、工藝複雜；超聲波處理汙泥存在兩個振子之間的距離以及汙泥濃度的必須嚴格控制，大規模工業化生產難以操作。關於用微波處理汙泥提取蛋白質等有機物混合液、並促使汙泥全面減量化、資源化利用的集成技術專利文獻尚未見發表。
發明內容
針對現有技術中結構上的不足，本發明的目的是提供一種利用微波處理汙泥提取有機物的方法，用於處理汙水處理廠剩餘活性汙泥，以利於達到快速、簡便、低碳、可大規模工業化生產的深度處理活性汙泥，使汙水處理廠汙泥減量化、資源化和綜合利用，實現零排放。為實現上述目的，本發明採用的技術方案為
一種利用微波處理汙泥提取有機物的方法，該方法包括以下步驟I)將濃縮後的汙水處理廠二沉池的汙泥在調節罐內加入鹼性溶液，控制含水率在85-93%之間，pH值在8-11，攪拌混合10-30分鐘，得汙泥溶液；2)將步驟I)攪拌混合後的汙泥溶液置於壓力容器中，利用頻率為915MHz-2. 45GHz的微波發生器將其加熱至溫度為110_150°C，加熱時間為40-60分鐘，製得汙泥混合液；3)將步驟2)製得的汙泥混合液通過一個閃蒸步驟，將其溫度降至70_90°C後，通過板框壓濾將固液進行分離，分離得到含水率降低的剩餘汙泥殘渣和含微生物蛋白(所述微生物蛋白為汙泥中微生物及有機物水解釋放出的蛋白質)的有機物混合溶液。(其中剩餘汙泥殘渣含水率降至45-55%，有機物混合溶液中微生物蛋白的質量百分比為1-3% )。優選地，所述的步驟I)為將濃縮後的汙水處理廠二沉池的汙泥在調節罐內加入鹼性溶液，控制含水率在85-93%之間，pH值在8-11，再加入調節pH後混合液總重量0. 2-1%石灰，攪拌混合10-30分鐘，得汙泥溶液。優選地，所述的步驟I)中的鹼性溶液為NaOH溶液或Ca (OH) 2溶液中的一種或兩種。本發明還提供了一種汙泥綜合利用的集成方法，包括如下步驟I)將濃縮後的汙水處理廠二沉池的汙泥在調節罐內加入鹼性溶液，控制含水率在85-93%之間，控制pH值在8-11，攪拌混合10-30分鐘，得汙泥溶液；2)將步驟I)攪拌混合後的汙泥溶液置於壓力容器中，利用頻率為915MHz-2. 45GHz的微波發生器將其加熱至溫度為110_150°C，加熱時間為40-60分鐘，製得汙泥混合液；3)將步驟2)製得的汙泥混合液通過一個閃蒸步驟，將其溫度降至70_90°C後，通過板框壓濾將固液進行分離，分離後，剩餘汙泥殘渣含水率降至45-55%，液體部分為微生物蛋白含量為1-3%的有機物混合溶液。4)用水洗滌步驟3)得到的剩餘汙泥殘渣，將水洗後的剩餘汙泥殘渣利用板框壓濾壓幹，如果壓幹後的剩餘汙泥殘渣不存在重金屬等有毒有害物質的汙染，則進一步風乾或烘乾後製作綠化種植土、花卉養植土及土壤改良劑製品；如果壓幹後的剩餘汙泥殘渣存在重金屬等有毒有害物質的汙染，則進一步風乾或烘乾後製作植草磚、護坡磚等建材用品固定汙染物質。5)將步驟3)提取微生物蛋白的有機物混合溶液濃縮(可通過薄膜蒸發濃縮設備)至微生物蛋白濃度為15-30%，作為製作泡沫混凝土發泡劑或泡沫滅火劑製品的原料。優選地，上述集成方法還包括如下步驟將所述步驟4)的洗滌水洗滌後進入汙水處理廠的水處理系統，以促進水的有效利用。更優選地，上述集成方法中，所述的步驟4)中的洗滌水為汙水處理廠處理後達標排放水。汙水處理廠處理後的達標排放水COD含量小於120mg/L，通過對剩餘汙泥殘渣的洗滌，洗滌水COD含量增至3000mg/L以上，由於經微波處理後汙泥內有機物進一步分解，生物可降解性提高，且碳氮比高，針對一般汙水處理廠碳氮比低，無法充分進行生物處理的特點，洗滌水的回用可以增加可生物降解性碳源從而提高汙水處理效率。優選地，上述集成方法中，所述的步驟I)為將濃縮後的汙水處理廠二沉池的汙泥、在調節罐內加入鹼性溶液，控制含水率在85-93%之間，pH值在8-11，再加入調節pH後混合液總重量0. 2-1%石灰，攪拌混合10-30分鐘，得汙泥溶液。優選地，上述集成方法中，所述的步驟I)中的鹼性溶液為NaOH溶液或Ca (OH) 2溶液中的一種或兩種。所述的濃縮後的汙水處理廠二沉池的汙泥指的是經過斜板沉降等自然沉降方式濃縮後，經過板框壓濾/帶式壓濾等物理壓濾分離處理後，含水率達80-90%的活性汙泥。本發明汙泥綜合利用的集成方法針對含水率80-90%，有機物含量大於等於40%(幹基)，蛋白含量大於30% (幹基)的活性汙泥效果更佳，更有利於綜合利用。本發明利用微波處理汙泥提取有機物的方法的設計思想是基於對汙泥進行減量化、資源化、高幹化處理的集成技術，是微波處理與化學法、物理法的集成技術；是化學法中 多種物質的協同的集成技術；是汙泥提取蛋白工藝和汙泥綜合利用的集成技術；是汙泥減量化處理工藝與水汙染物減量化處理工藝的集成技術。本發明中的高幹化技術是指汙泥在合適的化學介質中，進行微波處理，微波處理與氫氧化鈉和石灰的化學作用的集成技術提取微生物蛋白後，其汙泥殘渣壓幹後含水率(55%。本發明中的減量化技術是指微波處理提取微生物蛋白後，即使汙泥減量化40-50%;提取微生物蛋白混合液後的殘渣，用汙水處理廠處理後達標水洗滌，洗滌水COD含量增至3000mg/L以上，由於經微波處理後汙泥內有機物進一步分解，生物可降解性提高，且碳氮比高，針對一般汙水處理廠碳氮比低，無法充分進行生物處理的特點，洗滌水的回用可以增加可生物降解性碳源從而提高汙水處理效率，從而提高汙水處理效率。利用微波處理汙泥提取有機物的方法所得的產物是蛋白質等有機物的混合物，其中蛋白質約含40-60% ;腐植酸約含15-30% ;多糖、核酸和脂肪等約含8-15%左右。本發明所具有的有益效果(I)採用本發明方法提取蛋白反應快速，一般化學法反應和分離時間需4小時以上；而本發明方法僅I小時左右；(2)提取蛋白節能，一般化學法需要熱源加溫；而本發明方法無需熱源；(3)提取蛋白低成本，一般化學法設備投資和運行大；而本法僅為其二分之一左右；(4)縮短了殘渣制肥的發酵時間，一般汙泥發酵時間需30-60天左右，而本發明方法的殘渣發酵時間僅為15-30天左右。(5)微波或超聲波處理汙泥後，其含水量< 55% ;高度幹化的汙泥可以直接作各種用途；微波處理汙泥後，洗滌水回用提高汙水處理廠水處理效率，尤其是氨氮的達標率彡 99%。
圖I為本發明利用微波處理活性汙泥的流程圖；圖2是是本發明活性汙泥減量化、高幹化資源化、零排放技術流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖及具體實施例對本發明方案作進一步說明，但不限定本發明的保護範圍。實施例I如圖I、圖2所示一種汙泥綜合利用的集成方法(所述汙泥為天津塘沽某生活汙水處理廠汙泥，汙泥的檢測指標見表I)，包括如下步驟(I)將汙水處理廠的活性汙泥進行沉降、進入汙泥濃縮池，經板框壓濾後得80%含水率汙泥，將80%含水率汙泥加入到調節罐中，加入同等重量的水，將汙泥含水率調節到90% ；(2)在汙泥調節罐中，用40% (重量百分比)的氫氧化鈉溶液調至pH = 10後，力口A 90%含水率汙泥總重量0. 6%的石灰；攪拌混合30分鐘，進入2. 45GHz微波反應器，功率15KW，反應時間60min，然後，閃蒸釋放將其降溫至70_90°C，採用板框壓濾將固液進行分離，液體部分即微生物蛋白混合液；固體部分為提取蛋白後的殘渣1#。此時汙泥已減量化50%左右；(3)提取蛋白後的殘渣用汙水處理廠處理後的達標水以I : I配比(V/V)、洗滌、沉降，固體部分為洗滌後的殘渣2#，上層水溶液COD高達3000mg/L以上，進入汙水處理系統，適當「增碳」、使水處理後COD ( 60mg/L、氨氮5mg/L、P ( lmg/L。使汙水中的汙染物得到進一步的減量化；(4)洗滌後殘渣2#，由於細胞壁已破，用板框壓濾機壓幹、得最後的汙泥殘渣水分 ≤55% ；(5)步驟(4)得到的汙泥殘渣根據其重金屬和PoPs含量的不同，製作農用生物有機肥、林業、園林用生物有機肥料、土壤改良劑或建材等產品。提取的蛋白混合液用於製作混凝土發泡劑、泡沫滅火劑、葉面肥、生物農藥等微生物製品。表I有關汙泥重金屬含量一覽表
權利要求
1.一種利用微波處理汙泥提取有機物的方法，其特徵在於該方法包括以下步驟 .1)、將濃縮後的汙水處理廠二沉池的汙泥在調節罐內加入鹼性溶液，控制含水率在.85-93%之間，pH值在8-11，攪拌混合10-30分鐘，得汙泥溶液； .2)、將步驟I)攪拌混合後的汙泥溶液置於壓力容器中，利用頻率為915MHZ-2.45GHz的微波發生器將其加熱至溫度為110-150°C，加熱時間為40-60分鐘，製得汙泥混合液； .3)、將步驟2)製得的汙泥混合液通過一個閃蒸步驟，將其溫度降至70-90°C後，通過板框壓濾將固液進行分離，分離得到含水率降低的剩餘汙泥殘渣和含微生物蛋白的有機物混合溶液。
2.根據權利要求I所述的一種利用微波處理汙泥提取有機物的方法，其特徵在於所述的步驟I)為將濃縮後的汙水處理廠二沉池的汙泥在調節罐內加入鹼性溶液，控制含水率在85-93 %之間，pH值在8-11，再加入調節pH後混合液總重量O. 2_1 %石灰，攪拌混合.10-30分鐘，得汙泥溶液。
3.根據權利要求I或2所述的一種利用微波處理汙泥提取有機物的方法，其特徵在於所述的步驟I)中的鹼性溶液為NaOH溶液或Ca (OH) 2溶液中的一種或兩種。
4.一種汙泥綜合利用的集成方法，其特徵在於包括如下步驟 .1)將濃縮後的汙水處理廠二沉池的汙泥在調節罐內加入鹼性溶液，控制含水率在.85-93%之間，控制pH值在8-11，攪拌混合10-30分鐘，得汙泥溶液； .2)將步驟I)攪拌混合後的汙泥溶液置於壓力容器中，利用頻率為915MHZ-2.45GHz的微波發生器將其加熱至溫度為110-150°C，加熱時間為40-60分鐘，製得汙泥混合液； .3)將步驟2)製得的汙泥混合液通過一個閃蒸步驟，將其溫度降至70-90°C後，通過板框壓濾將固液進行分離，分離後剩餘汙泥殘渣含水率降至45-55%，液體部分為微生物蛋白含量(質量)為1-3%的有機物混合溶液。
.4)用水洗滌步驟3)得到的剩餘汙泥殘渣，將水洗後的剩餘汙泥殘渣利用板框壓濾壓幹，如果壓幹後的剩餘汙泥殘渣不存在重金屬等有毒有害物質的汙染，則進一步風乾或烘乾後製作綠化種植土、花卉養植土及土壤改良劑製品；如果壓幹後的剩餘汙泥殘渣存在重金屬等有毒有害物質的汙染，則進一步風乾或烘乾後製作植草磚、護坡磚等建材用品固定汙染物質。
.5)將步驟3)提取微生物蛋白的有機物混合溶液濃縮至微生物蛋白濃度為15-30%，作為製作泡沫混凝土發泡劑或泡沫滅火劑製品的原料。
5.根據權利要求4所述的一種汙泥綜合利用的集成方法，其特徵在於所述集成方法還包括如下步驟將所述步驟4)的洗滌水洗滌後進入汙水處理廠的水處理系統，以促進水的有效利用。
6.根據權利要求4或5所述的一種汙泥綜合利用的集成方法，其特徵在於所述的步驟4)中的洗滌水為汙水處理廠處理後達標排放水。
7.根據權利要求4-6任一項所述的一種汙泥綜合利用的集成方法，其特徵在於所述的步驟I)為將濃縮後的汙水處理廠二沉池的汙泥在調節罐內加入鹼性溶液，控制含水率在85-93 %之間，pH值在8-11，再加入調節pH後混合液總重量O. 2_1 %石灰，攪拌混合.10-30分鐘，得汙泥溶液。
8.根據權利要求4-7任一項所述的一種汙泥綜合利用的集成方法，其特徵在於上述集成方法中，所述的步驟I)中的鹼性溶液為NaOH溶液或Ca (OH) 2溶液中的一種或兩種
全文摘要
本發明提供一種利用微波處理汙泥提取有機物的方法。該方法包括以下步驟1)、將濃縮後的汙水處理廠二沉池的汙泥在調節罐內加入鹼性溶液，控制含水率在85-93％之間，pH值在8-11，攪拌混合10-30分鐘，得汙泥溶液；2)、將步驟1)攪拌混合後的汙泥溶液置於壓力容器中，利用頻率為915MHz-2.45GHz的微波發生器將其加熱至溫度為110-150℃，加熱時間為40-60分鐘，製得汙泥混合液；3)、將步驟2)製得的汙泥混合液通過一個閃蒸步驟，將其溫度降至70-90℃後，將固液進行分離。採用本發明方法提取蛋白反應快速，提取蛋白節能，提取蛋白低成本。
文檔編號C02F11/18GK102633414SQ201110444648
公開日2012年8月15日 申請日期2011年12月27日 優先權日2011年12月27日
發明者劉成林, 吳瑞華, 左健, 薛永海 申請人:天津市裕川環境科技有限公司