CN101591130B

CN101591130B - 活性污泥全部资源化零排放的处理方法

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Publication number: CN101591130B
Application number: CN2008100382462A
Authority: CN
Inventors: 刘文治; 宋荟
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-05-29
Filing date: 2008-05-29
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2028-05-29
Also published as: CN101591130A

Abstract

本发明公开的城市污水、工业有机废水经生化处理后的剩余活性污泥全部资源化零排放的处理方法，涉及固体废弃物处理和资源再生领域。其先用超声波和机械搅拌方式破壁浸取微生物蛋白，经膜分离浓缩，真空薄膜蒸发浓缩和撞击流干燥，制成微生物饲料蛋白添加剂。余下的脱蛋白活性污泥经化学水解去除重金属，制成铁氧体，最后将脱蛋白、脱重金属的污泥制成有机肥料，达到了完全无害化，全部资源化，无二次污染，无剩余物的零排放。

Description

活性污泥全部资源化零排放的处理方法

技术领域

本发明涉及固体废弃物处理和资源再生领域，特别涉及城市污水和有机工业废水用生化法处理所产生的剩余活性污泥全部资源化零排放的处理方法。

背景技术

城市污水和有机工业废水用生化法处理所产生的剩余活性污泥传统处理方法为高温厌氧消化法和堆肥发酵法，都是靠活性污泥中的自然微生物，将活性污泥中的有机物进行降解，转为成温室气体，CH₄、CO₂、CO、H₂、NO_X、SO₂和恶臭气体；无机硫、H₂S和有机硫、HCN、有机胺、含醛、酮类的有机物，虽然减量化了，但造成二次污染，造成蚊蝇寄生，极易产生流行性传染病，施用有机堆肥对土壤造成重金属污染和菌、毒污染。如做为卫生填埋处理，还要继续放出温室气体和恶臭气体，继续污染环境，而且浪费土地资源。

二十一世纪，从国外引进了干化-焚烧技术，做到了最大的减量化，无害化较厌氧消化、堆肥发酵、填埋法彻底。但干化-焚烧浪费能源，成本高，焚烧过程中产生大量温室气体，造成二次污染。焚烧结构产生的飞灰含超标重金属和二恶英，属危险品废弃物，继续填埋的成本费用很高。同时产生的炉渣有超标重金属也需要按危险品废弃物进行填埋处理。干化-焚烧法属减量化处理范畴，没有资源化，浪费了宝贵的资源。

有报道提出微生物蛋白的，但都是传统的酸、碱化，还没有用先进的超生波破壁，浸取和膜分离技术；还没有制饲料蛋白添加剂的，只是用做泡沫灭火剂。凡是提取微生物蛋白剩余活性污泥都没有处理，没有做到资源的全部利用，没有做到避免二次污染，更没有做到零排放。

发明内容

由于城市污水和工业有机废水经生化处理后产生的剩余污泥中，含水量在75％-80％，直接脱水很困难，其原因是微生物蛋白是有亲水胶体，有大量氢键吸附大量水分子。因此本发明所要解决的技术问题在于提供一种活性污泥全部资源化零排放的处理方法，该处理方法的核心就是先把微生物蛋白质分离出来，这样剩余的活性污泥脱水就容易。该方法分离出的蛋白质资源化制成饲料蛋白添加剂，代替鱼粉蛋白添加剂，可以取得明显的经济效益。

本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现：

一种活性污泥全部资源化零排放的处理方法，其特征在于包括以下步骤：

1.浸取：将活性污泥置入浸取罐中，加入活性污泥重量的4-8倍重量的水，用频率为17KHz-50KHz的超声波浸取，超声波浸取时，加碱控制pH8-10，超声波浸取温度为40℃-80℃，时间为2-10分钟；超声波浸取后，继续采用机械搅拌方式浸取，机械搅拌浸取的温度为40℃-80℃，搅拌转速为20转-80转/分钟，时间为20分钟-2小时；得浸取物A；

2.分离：对步骤1得到的浸取物A进行沉淀和过滤分离，得到脱蛋白活性污泥和蛋白质溶胶；

3.微生物饲料蛋白添加剂的制备：将步骤2分离所得到的蛋白质溶胶经浓缩、干燥脱水至含水量至5％以内，制成微生物蛋白添加剂；

4.水解：将步骤2得到的脱蛋白活性污泥在酸性条件下，加温加压进行化学水解、分离后得到脱蛋白水解液和脱蛋白污泥，水解温度为120℃-250℃，水解压力为0.3MPa-2.0MPa，水解时间为0.5-4小时，加酸量为脱蛋白活性污泥中有机碳的1％-10％，以氢离子计；化学水解过程中产生的尾气用饱和石灰水喷淋吸收，中和至pH为7，然后离心分离出有机酸钙；

5.重金属分离：将步骤4得到的脱蛋白水解液加入腐植酸对重金属进行吸附，吸附后沉淀和分离得到含重金属腐植酸沉淀物和脱重金属的含多糖水解液；腐植酸加量为脱蛋白水解液中重金属总量的10-25倍重量，吸附反应时间为0.5-2小时；含重金属腐植酸沉淀物加碱至pH值为8-10进行脱附反应，脱附反应用超声波震荡，使重金属从腐植酸脱附下来形成重金属的氢氧化物沉淀，与溶解的腐植酸分离，腐植酸回用，超声波的工作频率为17KHz-50KHz，脱附反应的温度为40℃-80℃，脱附反应时间为3-10分钟；

6.铁氧体制备：将步骤5得到的重金属的氢氧化物加入硫酸亚铁制备铁氧体，硫酸亚铁的加入量为重金属总重量的10-20倍重量；

7、有机肥的制备：将步骤5得到的脱重金属的含多糖水解液浓缩至30％-60％后，与步骤4得到的脱蛋白污泥、有机酸钙和步骤5得到的脱重金属的含多糖水解液一起混合均匀，加入有机质碳化物进行营养物调整，经脱水干燥后，再经N、P₂O₅、K₂O营养量调制成符合农业标准N+P₂O₅+K₂O≥4wt％的有机肥。

本发明还可以做如下进一步的改进：

在所述步骤2中，浸取物A先用微孔膜串联超滤膜过滤分离，浓缩倍数为3-10倍，泵压力为0.01MPa-0.08MPa，微孔膜和超滤膜的滤过量也是透过量1L-3L/min·m³，膜分离时液温为40℃-80℃；超滤膜浓缩液用酸进行沉淀，加酸量控制pH值在1-5；采用斜板沉淀池和滤池进行沉淀过滤，斜板沉淀池上升流速为0.2-0.8m/s，过滤速度为1m-10m/m³·h。

步骤3得到的蛋白质溶胶用二一五效真空薄膜蒸发机组进行浓缩，浓缩时温度控制在50℃-90℃，真空负压控制在0.05MPa-0.2MPa；浓缩后的固形物控制在40％-60％时，用撞击流干燥机进行干燥，干燥热风的温度为120℃-250℃，撞击流压力控制在300mm-1000mm。

步骤4中，化学水解过程中产生的尾气用饱和石灰水喷淋吸收时，饱和石灰水的体积为尾气体积的5％-8％，喷淋覆盖率达120％-150％，喷淋设备为喷淋吸收塔。

步骤4中离心分离有机酸钙时，离心机的转速为每分钟3000-6000转。

步骤5中，含重金属腐植酸沉淀物和脱重金属的含多糖水解液的分离采用斜板沉淀池进行沉淀分离，上升流速为0.3m/s-1m/s。

采用撞击流干燥机进行干燥时，用引风机产生的负压将水雾气引至吸收塔，，引风机的正压为0.05MPa-0.09MPa，水雾气从吸收塔底部进入，向上升，通过喷淋常温水而将水雾气转化成冷凝水回收利用，喷淋常温水的体积为水雾气体积的5％-10％，覆盖率为120％-150％，喷淋水用循环水泵，物程为2kg-6kg；产生的撞击流干燥的物流以加压热风方式进行传送，热风温度为150℃-300℃，压力为0.3MPa-0.8MPa，撞击管直径为30mm-100mm，撞击区长度为400mm-900mm，脱水物料含水量按8％-20％控制。

在步骤4中，还可以加入有机碳化物与脱蛋白活性污泥一起水解，以补充足够的有机质。

所述的有机碳化物为农作物秸杆、林业废弃物、人畜禽粪便、工业有机发酵废渣、植物水解行业的废渣中的一种或两种以上的混合。

所述林业废弃物为锯屑、枝桠、腐植土中的一种或两种以上的混合。

所述植物水解行业为糠醛渣、木糖醇渣、纤维乙醇渣中的一种或两种以上的混合。

在步骤7中，脱水干燥前补加糠醛渣、木糖醇渣、工业有机发酵费渣中的一种或两种以上进行混合。

在步骤7中还可以增加一造粒步骤，即将有机肥加入步骤3得到的微生物蛋白添加剂混合后进行造粒，微生物蛋白添加剂的用量为有机肥重量的2wt％。

本发明方法分离微生物蛋白质时首先对微生物细胞采用超声波进行破壁，超声波进行破壁时产生空泡，空泡破裂后产生瞬时高温高压，快速将微生物细胞壁破坏，使蛋白质溶解释放出来，同时将病菌、病毒全部杀灭。采用超声波和机械搅拌两种方式进行浸取，能将活性污泥中微生物蛋白质浸取出80％左右。

本发明实现了脱水、脱臭、脱重金属、中和挥发性有机酸的完全的无害化处理，产生的工艺水全部回收利用，活性污泥中的蛋白质、碳化物、重金属全部资源化回收，无二次污染物，实现了零排放。

本发明沉淀分离的重金属氢氧化物加硫酸亚铁，空气氧化后形成含重金属的具有尖晶石结构，很稳定，不能再溶出的铁氧体，可做为防锈材料、远红外材料、电波吸收体材料、磁性材料、冶炼铁合金的添料等。

本发明的蛋白质溶胶浓缩后用撞击流干燥机进行干燥，以动能为主，热效应为辅，有显著的节能效果，撞击流采用空压机做动力，比用常用风机做动力节能50％左右，干燥体积减少2/3，脱水快速，容易实现自动控制。采用撞击流干燥不仅脱水速度快，而且使蛋白质大分子链经对撞产生的能量而断裂降解，便于动物吸收。脱蛋白后的剩余活性污泥加酸水解后，使脱蛋白后的活性污泥中剩余蛋白质进行降解成小分子，其中的有机碳化物水解成不同分子量的糖类，产生的水解液溶出了重金属；同时还有糖类，主要是多糖。

本发明采用腐植酸吸附重金属效果非常好，采用超声波脱附，效果更加好。根据重金属溶解于酸，沉淀于碱，同腐植酸正相反，使腐植酸对重金属既能吸附，又能脱附。采用超声波，既能节能，作用时间又短，使腐植酸能重复使用，节能了处理成本，重金属又能综合利用。

本发明的有机肥采用添加微生物蛋白添加剂进行造粒，效果优于现有的聚乙烯醇类或无机的膨润土类。

附图说明

图1为本发明总的工艺流程图。

图2为本发明微生物饲料蛋白添加剂的制备工艺流程图。

图3为本发明铁氧体制备工艺流程图。

图4为本发明有机肥制备工艺流程图。

具体实施方式

一种活性污泥全部资源化零排放的处理方法，包括以下步骤：

1.浸取：将活性污泥置入浸取罐中，加入活性污泥重量的6倍重量的水，用频率为45KHz的超声波浸取，超声波浸取时，加碱控制pH8-10，超声波浸取温度为60℃，时间为5分钟；超声波浸取后，继续采用机械搅拌方式浸取，机械搅拌浸取的温度为60℃，搅拌转速为20转-80转/分钟，时间为20分钟-2小时；得浸取物A；

2.分离：对步骤1得到的浸取物A进行沉淀和过滤分离，得到脱蛋白活性污泥和蛋白质溶胶；浸取物A先用微孔膜串联超滤膜过滤分离，浓缩倍数为8倍，泵压力为0.02MPa，微孔膜和超滤膜的滤过量也是透过量1L/min·m³，膜分离时液温为40℃；超滤膜浓缩液用酸进行沉淀，加酸量控制pH值在1-5；采用斜板沉淀池和滤池进行沉淀过滤，斜板沉淀池上升流速为0.5m/s，过滤速度为5m/m³·h。

3.微生物饲料蛋白添加剂的制备：将步骤2分离所得到的蛋白质溶胶经浓缩、干燥脱水至含水量至5％以内，制成微生物蛋白添加剂；蛋白质溶胶用二一五效真空薄膜蒸发机组进行浓缩，浓缩时真空四效薄膜蒸发机组的温度从一效-四效依次为80℃，70℃，60℃，50℃，真空负压控制在0.2MPa；浓缩后的固形物控制在60％时，用撞击流干燥机进行干燥，干燥热风的温度为150℃，撞击流压力控制在300mm-1000mm。

采用撞击流干燥机进行干燥时，用引风机产生的负压将水雾气引至吸收塔，，引风机的正压为0.05MPa-0.09MPa，水雾气从吸收塔底部进入，向上升，通过喷淋常温水而将水雾气转化成冷凝水回收利用，喷淋常温水的体积为水雾气体积的5％-10％，覆盖率为120％-150％，喷淋水用循环水泵，物程为2kg-6kg；产生的撞击流干燥的物流以加压热风方式进行传送，热风温度为150℃，压力为0.7MPa，撞击管直径为60mm，撞击区长度为600mm，脱水物料含水量不大于8％。蛋白质含量≥55％。

4.水解：将步骤2得到的脱蛋白活性污泥在酸性条件下，加温加压进行化学水解、分离后得到脱蛋白水解液和脱蛋白污泥，水解温度为200℃，水解压力为1.5MPa，水解时间为2小时，加酸量为脱蛋白活性污泥中有机碳的5％，以氢离子计；化学水解过程中产生的尾气用饱和石灰水喷淋吸收，中和至pH为7，然后离心分离出有机酸钙；饱和石灰水的体积为尾气体积的5％，喷淋覆盖率达120％，喷淋设备为喷淋吸收塔。离心分离有机酸钙时，离心机的转速为每分钟3000转。

5.重金属分离：将步骤4得到的脱蛋白水解液加入腐植酸对重金属进行吸附，吸附后沉淀和分离得到含重金属腐植酸沉淀物和脱重金属的含多糖水解液；腐植酸加量为脱蛋白水解液中重金属总量的15倍重量，吸附反应时间为30分钟；含重金属腐植酸沉淀物加碱至pH值为9进行脱附反应，脱附反应用超声波震荡，使重金属从腐植酸脱附下来形成重金属的氢氧化物沉淀，与溶解的腐植酸分离，腐植酸回用，超声波的工作频率为45KHz，脱附反应的温度为70℃，脱附反应时间为5分钟；含重金属腐植酸沉淀物和脱重金属的含多糖水解液的分离采用斜板沉淀池进行沉淀分离，上升流速为0.3m/s-1m/s。

6.铁氧体制备：将步骤5得到的重金属的氢氧化物加入硫酸亚铁制备铁氧体，硫酸亚铁的加入量为重金属总重量的10-20倍重量；还可以加轧钢厂酸洗钢板除锈的含酸硫酸亚铁，计算加硫酸亚铁的量为重金属离子总量的15倍，反应5分钟后，加碱调pH值到8.5，用空压机鼓空气氧化部分亚铁，形成三价铁。空气体积为液体体积的4倍，反应温度控制在80℃，反应时间30分钟，形成了黑褐色含重金属的铁氧体，具有尖晶部结构，很稳定。用3000转/分钟的离心脱水机进行脱水，经干燥机干燥，干燥采用的热风温度为不低于200℃的热风。干燥后的铁氧体含水量不大于3％，铁氧体有效含量大于等于90％，经计量包装入库。离心机脱掉的水含硫酸钠，用微孔膜和纳米膜过滤，滤速1L/min，泵正压皆为0.03MPa，浓缩8倍，浓缩液为酸水，滤过液为碱水，都能重复回用，降低生产成本不外排。

Claims

1.一种活性污泥全部资源化零排放的处理方法，其特征在于包括以下步骤：

1).浸取：将活性污泥置入浸取罐中，加入活性污泥重量的4-8倍重量的水，用频率为17KHz-50KHz的超声波浸取，超声波浸取时，加碱控制pH8-10，超声波浸取温度为40℃-80℃，时间为2-10分钟；超声波浸取后，继续采用机械搅拌方式浸取，机械搅拌浸取的温度为40℃-80℃，搅拌转速为20转-80转/分钟，时间为20分钟-2小时；得浸取物A；

2).分离：对步骤1)得到的浸取物A进行沉淀和过滤分离，得到脱蛋白活性污泥和蛋白质溶胶；

3).微生物饲料蛋白添加剂的制备：将步骤2分离所得到的蛋白质溶胶经浓缩、干燥脱水至含水量至5％以内，制成微生物蛋白添加剂；

4).水解：将步骤2)得到的脱蛋白活性污泥在酸性条件下，加温加压进行化学水解、分离后得到脱蛋白水解液和脱蛋白污泥，水解温度为120℃-250℃，水解压力为0.3MPa-2.0MPa，水解时间为0.5-4小时，加酸量为脱蛋白活性污泥中有机碳的1％-10％，以氢离子计；化学水解过程中产生的尾气用饱和石灰水喷淋吸收，中和至pH为7，然后离心分离出有机酸钙；

5).重金属分离：将步骤4)得到的脱蛋白水解液加入腐植酸对重金属进行吸附，吸附后沉淀和分离得到含重金属腐植酸沉淀物和脱重金属的含多糖水解液；腐植酸加量为脱蛋白水解液中重金属总量的10-25倍重量，吸附反应时间为0.5-2小时；含重金属腐植酸沉淀物加碱至pH值为8-10进行脱附反应，脱附反应用超声波震荡，使重金属从腐植酸脱附下来形成重金属的氢氧化物沉淀，与溶解的腐植酸分离，腐植酸回用，超声波的工作频率为17KHz-50KHz，脱附反应的温度为40℃-80℃，脱附反应时间为3-10分钟；

6).铁氧体制备：将步骤5)得到的重金属的氢氧化物加入硫酸亚铁制备铁氧体，硫酸亚铁的加入量为重金属总重量的10-20倍重量；

7)、有机肥的制备：将步骤5)得到的脱重金属的含多糖水解液浓缩至30％-60％后，与步骤4得到的脱蛋白污泥、有机酸钙一起混合均匀，加入有机质碳化物进行营养物调整，经脱水干燥后，再经N、P₂O₅、K₂O营养量调制成符合农业标准N+P₂O₅+K₂O≥4wt％的有机肥。

2.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，在所述步骤2)中，浸取物A先用微孔膜串联超滤膜过滤分离，浓缩倍数为3-10倍，泵压力为0.01MPa-0.08MPa，微孔膜和超滤膜的滤过量也是透过量1L-3L/min·m³，膜分离时液温为40℃-80℃；超滤膜浓缩液用酸进行沉淀，加酸量控制pH值在1-5；采用斜板沉淀池和滤池进行沉淀过滤，斜板沉淀池上升流速为0.2-0.8m/s，过滤速度为1m-10m/m³·h。

3.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤4)中，化学水解过程中产生的尾气用饱和石灰水喷淋吸收时，饱和石灰水的体积为尾气体积的5％-8％，喷淋覆盖率达120％-150％，喷淋设备为喷淋吸收塔。

4.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤4)中离心分离有机酸钙时，离心机的转速为每分钟3000-6000转。

5.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤5)中，含重金属腐植酸沉淀物和脱重金属的含多糖水解液的分离采用斜板沉淀池进行沉淀分离，上升流速为0.3m/s-1m/s。

6.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，采用撞击流干燥机进行干燥时，用引风机产生的负压将水雾气引至吸收塔，引风机的正压为0.05MPa-0.09MPa，水雾气从吸收塔底部进入，向上升，通过喷淋常温水而将水雾气转化成冷凝水回收利用，喷淋常温水的体积为水雾气体积的5％-10％，覆盖率为120％-150％，喷淋水用循环水泵，物程为2kg-6kg；产生的撞击流干燥的物流以加压热风方式进行传送，热风温度为150℃-300℃，压力为0.3MPa-0.8MPa，撞击管直径为30mm-100mm，撞击区长度为400mm-900mm，脱水物料含水量按8％-20％控制。

7.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，在步骤4)中，还加入有机碳化物与脱蛋白活性污泥一起水解，以补充足够的有机质。

8.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，在步骤7)中还增加一造粒步骤，即将有机肥加入步骤3得到的微生物蛋白添加剂混合后进行造粒，微生物蛋白添加剂的用量为有机肥重量的2wt％。