CN100519451C - 城镇污水污泥的减量化、资源化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于固体废物处理、处置技术领域的城镇污水污泥的减量化、资源化方法。包括如下步骤：脱水泥饼用氢氧化钠溶液稀释、破解，使污泥中有机质大量溶出，经离心分离得到浓缩污泥和上清液，前者经中和、调理后脱水，后者经砂滤、二级超滤后得到浓缩液和透过液，后者含有大量残余氢氧化钠，回流进行循环利用。处理后脱水泥饼含水率降低至70%左右，相对于处理前有机质含量减少50%，总质量减少2/3；超滤后的浓缩液以腐殖酸等大分子有机物为主，重金属含量很低，病原菌被灭活，可以制成安全高效的液体有机肥，符合农业部《肥料使用准则》。本发明适用于城镇污水处理厂产生的剩余活性污泥、消化污泥、混合污泥的减量和资源化处理。
Description
技术领域
本发明属于固体废物处理、处置技术领域，具体涉及一种城镇污水污泥的减量化、资源化方法。
背景技术
我国每年产生大量污泥，按2006年生活污水排放量300亿吨，处理率40％，污泥(含水率99％)产生量为污水处理量的1％计，则产生剩余污泥约1.2亿吨，随着我国城市生活污水排放量的增加和处理率的提高，污泥产生量还将不断增长。大量积累的污泥不仅占用土地，而且污泥含有大量有机营养物及难降解有机物、微量元素、病原微生物和寄生虫卵、重金属等成分，均有可能通过不同途径对生态环境造成污染。要妥善处理大量城镇污水污泥，首先是减少污泥量，降低后续处理的负担，其次是实现污泥的资源化处理和利用。
目前国内外实现污泥减量的主要工艺包括浓缩、脱水和消化，前两者主要是去除污泥中的水分，实现污泥的体积减量，目前城镇污水污泥脱水泥饼含水率一般在80％以上，仍然较高，不利于填埋、生产建材等后续处理；污泥消化包括好氧消化和厌氧消化，通过生化反应去除污泥中的有机质，实现污泥的质量减量，但污泥消化反应周期长(15～30天)，处理设施复杂，投资运行费用较高。为了改善污泥脱水效果，有研究采用破解预处理改变污泥絮体结构，然后脱水，以降低脱水泥饼含水率；为了提高污泥消化效率，有研究采用破解预处理促进污泥解体和有机质的溶出，然后进行消化，以加速反应过程，但这种方式的反应周期仍然较长(6～15天)，而且处理设施和运行管理更加复杂。
如果利用污泥破解促进污泥有机质大量溶出、改善污泥脱水性能的特性，直接采用物理分离方法去除污泥中的有机物，代替生物反应，就可以快速实现污泥的减量，促进污泥的脱水。污泥中含有大量有机质，以高分子有机物为主，包括蛋白质(约46-52％)、腐殖酸(约18-23％)、多糖(约7％)、核酸和脂肪等，碱处理后分离得到的有机物以这些大分子有机物为主，便于采用超滤法提取，而且提取液适于制作腐殖酸液体肥。
破解污泥常用方法包括机械处理、热处理、酸碱处理、化学氧化和生物处理等，其中热处理、化学氧化和生物处理都会使大分子有机物降解为小分子有机物，不利于有机物的分离，而碱处理具有破解效率高、工艺简单的优点，而且氢氧化钠对蛋白质、多糖、DNA的水解程度有限，和腐殖酸生成腐殖酸钠盐，因此氢氧化钠处理还可以减少大分子有机物的降解，有利于采用超滤方式进行分离。在其它研究中，碱破解污泥主要是用于污泥消化的预处理，由于其目的在于辅助污泥水解，避免对后续消化产生不良影响，采用的碱浓度较低(0.08～0.16g/gDS)，在该浓度条件下，污泥的减量效果和固液分离性能不能满足本方法的要求。经研究发现只有采用较高浓度的氢氧化钠处理，才可能保证污泥大幅减量，固液分离性能较好。
发明内容
根据上述对污泥特性和破解方法的分析，本发明的目的在于提供城镇污水污泥的减量化、资源化方法。其特征在于，利用氢氧化钠处理使污泥有机质溶出、采用超滤的物理方法实现有机质的分离去除，不仅可以大幅提高污泥减量的效率，还可以获得高质量的液态肥料。具体包括如下步骤：
(1)脱水泥饼用氢氧化钠溶液稀释，利用其破解作用使污泥絮体中的有机质大量溶出；
(2)处理后污泥采用离心浓缩机进行分离，获得浓缩污泥和含有大量高分子有机物的上清液；
(3)浓缩污泥经酸中和后采用常规污泥脱水工艺脱水；
(4)上清液经砂滤后通过二级超滤分离，浓缩上清液中的大分子腐殖酸有机物制肥，同时过滤液回流。
所述步骤(1)用浓度为10～12kg/m3的氢氧化钠溶液稀释污泥，稀释后污泥含水率为96％，在环境温度下，处理4～6小时，使污泥破解后溶出大量有机质，降低污泥悬浮固体含量。
所述氢氧化钠溶液来自于步骤(4)的过滤液，并补充少量氢氧化钠，并保持氢氧化钠浓度为10～12kg/m3。
所述步骤(2)是将步骤(1)氢氧化钠处理后的污泥采用离心机进行分离，分离因数为2000～3000转/分，在环境温度下，使氢氧化钠处理后污泥中的残余的悬浮固体物质形成浓缩污泥，而大部分的有机质溶出进入上清液，其腐殖酸浓度为2000～4000mg/L。
所述步骤(3)是将浓缩污泥用硫酸或其它废酸进行中和，然后采用常规污泥脱水方法进行调理脱水，浓缩污泥有机质含量大幅降低，颗粒密度增大，脱水后的泥饼含水率可降至70％，总量减少2/3。
所述步骤(4)是将步骤(2)得到的上清液注入耐碱陶瓷超滤膜的超滤系统中，操作压力0.3MPa，浓缩倍数为10～20倍，膜截留相对分子量为1000；经过二级超滤系统，上清液中腐殖酸等大分子有机物被分离、浓缩，腐殖酸最终含量在4～8wt％。
本发明的优点：1、采用氢氧化钠处理代替生物处理，可以大幅提高污泥有机质去除和稳定化的效率，一般消化需要15～30天，挥发性悬浮固体VSS降解率为30～45％，而采用本方法可以将处理时间缩短至4～6小时，且VSS降解率提高至50～60％。2、城镇污水污泥脱水后泥饼含水率一般为80％，有机质含量在60～80wt％(取决于污泥来源)，经本方案处理后，脱水泥饼有机质含量减少为40～50wt％，同时由于有机质含量降低，污泥更易脱水，泥饼含水率降低至70％，总量减少2/3。3、脱水泥饼经本方案处理后，污泥中的大分子有机物可以得到回收利用，实现污泥的资源化处理。超滤截留的有机物以腐殖酸等大分子有机物为主，可以将其加工为有机液体肥，实现了污泥减量过程中的资源化利用。4、通过超滤系统获得残余碱液进行回流，实现了氢氧化钠溶液的循环利用，降低了污泥处理成本。5、本方法先进实用，占地少，效率高，工艺简单，运行可靠，具有明显的环境效益、社会效益和经济效益。
附图说明
图1是本发明碱处理实现污泥减量和资源化的方法示意图，其中超滤为二级超滤系统。
具体实施方式
本发明提供城镇污水污泥的减量化、资源化方法。图1为本发明碱处理实现污泥减量和资源化的方法示意图，结合图1例举下面实施例对本发明进行说明，
某城镇污水处理厂产生的脱水泥饼，其含水率为81％，有机质含量为64％，pH为6.86。
将脱水泥饼稀释为含水率96％，投加氢氧化钠使其浓度达到12g/L，搅拌4小时，处理后的污泥进入离心机分离，分离因数3000转/分，获得含水率90％的浓缩污泥和上清液，上清液化学需氧量(COD)为10076mg/L，腐殖酸含量为2996mg/L。浓缩污泥用硫酸中和至pH＝7，并稀释至含水率96％，然后采用1.6g/L的FeCl3调理，采用真空过滤脱水，获得含水率为70％的泥饼。离心后的脱出液与洗涤液经砂滤去除细小颗粒后通过两级耐碱陶瓷超滤膜(截留相对分子量1000)处理，操作压力为0.3MPa，浓缩倍数10倍，膜分离后得到的浓缩液颜色呈深红褐色，腐殖酸含量为30.0g/L，总有机碳(TOC)大于8wt％，由于是在碱性条件下处理污泥，大部分重金属沉淀进入浓缩污泥中，上清液中重金属极少，再经过超滤处理，又有部分重金属被截留，最终得到的腐殖酸液体肥中的重金属含量是极低的，而且病原菌在强碱性条件下灭活，因此浓缩产品符合国家农业部肥料使用准则。满足腐殖酸有机液体肥料对有机碳的含量要求，重金属含量为Cd≤0.01wt％，As≤0.002wt％，Pb≤0.002wt％，符合国家农业部《肥料使用准则》。膜透过液透明、无色，残余氢氧化钠含量为10.8g/L，回流后与下一批待处理的脱水泥饼进行混合，然后按上述步骤重复进行。
Claims (8)
1.一种城镇污水污泥的减量化、资源化方法，其特征在于，利用氢氧化钠处理使污泥有机质溶出、采用超滤的物理方法实现有机质的分离去除，具体包括如下步骤：
(1)脱水泥饼用氢氧化钠溶液稀释，利用其破解作用使污泥絮体中的有机质溶出；
(2)处理后污泥采用离心浓缩机进行分离，获得浓缩污泥和含有高分子有机物的上清液；
(3)浓缩污泥经酸中和后采用常规污泥脱水工艺脱水；
(4)上清液经砂滤后通过二级超滤分离，浓缩上清液中的大分子腐殖酸有机物制肥，同时过滤液回流。
2.根据权利要求1所述城镇污水污泥的减量化、资源化方法，其特征在于，所述步骤(1)用浓度为10～12kg/m3的氢氧化钠溶液稀释污泥，稀释后污泥含水率为96％，在环境温度下，处理4～6小时，使污泥破解后溶出有机质，降低污泥悬浮固体含量。
3.根据权利要求1或2所述城镇污水污泥的减量化、资源化方法，其特征在于，所述氢氧化钠溶液来自于步骤(4)的过滤液，并补充氢氧化钠，保持氢氧化钠浓度为10～12kg/m3。
4.根据权利要求1所述城镇污水污泥的减量化、资源化方法，其特征在于，所述步骤(2)是将步骤(1)氢氧化钠处理后的污泥采用离心机进行分离，分离因数为2000～3000转/分，在环境温度下，使氢氧化钠处理后污泥中的残余的悬浮固体物质形成浓缩污泥，而大部分的有机质溶出进入上清液，其腐殖酸浓度为2000～4000mg/L。
5.根据权利要求1所述城镇污水污泥的减量化、资源化方法，其特征在于，所述步骤(3)是将浓缩污泥用硫酸或其它废酸进行中和，然后采用常规污泥脱水方法进行调理脱水，浓缩污泥有机质含量大幅降低，颗粒密度增大，脱水后的泥饼含水率降至70％，总量减少2/3。
6.根据权利要求1所述城镇污水污泥的减量化、资源化方法，其特征在于，所述步骤(4)是将步骤(2)得到的上清液注入耐碱陶瓷超滤膜的超滤系统中，操作压力0.3MPa，浓缩倍数为10～20倍，膜截留相对分子量为1000；经过二级超滤系统，上清液中大分子腐殖酸有机物被分离、浓缩，腐殖酸最终含量在4～8wt％。
7.根据权利要求1所述城镇污水污泥的减量化、资源化方法，其特征在于，所述减量化、资源化的污水污泥为有机质含量较高的城镇污水厂污水处理后所产生的剩余活性污泥、消化污泥或混合污泥。
8.根据权利要求1所述城镇污水污泥的减量化、资源化方法，其特征在于，所述采用常规污泥脱水方法进行调理脱水是采用1.6g/L的FeCl3调理，采用真空过滤脱水，获得含水率为70％的泥饼。
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