CN101665376A - 污水处理后污泥的处理综合利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污水处理后污泥的处理综合利用方法，包括(1)混料制浆；(2)微波强化处理；(3)二次混料；(4)液固分离；(5)泥饼的生物处理；(6)滤液处理。通过对污水处理厂污水处理后的污泥进行无害化处理，并综合利用作为有机肥和制砖或作为水泥掺合料，避免了污泥对环境的二次污染。

Description

污水处理后污泥的处理综合利用方法

技术领域

本发明涉及一种污水处理后污泥的处理综合利用方法。

背景技术

随着城市化进程加快，城市污水的排放也日益增加，为了解决城市污水排放造成环境污染的问题，各类污水处理厂纷纷上马，企业为了做到达标排放，纷纷上马污水处理装置，污水处理率的确有所提高。但随着污水处理能力的加大，于是带来了新的问题---污泥处理。一个日处理30万吨的污水处理厂，每天约产生120吨污泥。污泥是在污水处理系统的各个单元中所产生的固液混合物，是污水处理过程的附属产物，是一种有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体，污泥除含有灰分外，还含有大量有机质、病原体、寄生虫及有毒有害物(如重金属等)，且常伴有恶臭，将其任意堆放可造成二次污染，目前污水处理厂对污泥的处理方式一是简单填埋，是所有污水处理厂处理污泥的主要方法，填埋主要采取两种方式：一种是付费给垃圾填埋场，由垃圾场填埋处置，且不说昂贵的运输和堆放成本，即使作了脱水处理，污泥含水量仍超过80％，给垃圾填埋场带来极大安全隐患。因此，许多垃圾场将污泥拒之门外。二是自己置地挖坑填埋，成本更大，还极大地浪费土地资源。而污泥本身含有大量可用资源，填埋将是这些资源浪费。以一座20万吨/日的污水处理厂为例，每年产生的污泥中，含有硫酸铵46-232t、过磷酸钙30-150t、硫酸钾4.8-2.4t、有机含量40.5-60％，相当于大量有机肥，具备了农用的可能性。由于其含有大量的无机质，在处理后可以作为建材的原料。毫无疑问，如果将污泥进行简单的填埋，将使这些有用资源被浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种污水处理后污泥的处理综合利用方法。

本发明的目的是通过如下方式实现的：一种污水处理后污泥的处理综合利用方法：

(1)混料制浆：将污泥经输送机给入一次混料池，一次混料池中加入工业H₂SO₄和水，H₂SO₄用量为湿污泥质量的1％-10％，加入水量为湿污泥质量的50％-100％，搅拌均匀后，制成污泥浆；

(2)微波强化处理：将污泥浆置于工业微波炉中，进行微波辐照，微波辐照时间10min-90min，微波辐照完成后污泥浆排入二次混料池；

(3)二次混料：经微波处理的污泥浆进入二次混料池后，加入湿污泥质量50％-100％的水并搅拌5min-15min，同时加入碱性煤渣或冶金废渣，使污泥浆pH值大于等于3.5；

(4)液固分离：对污泥浆进行液固分离，得泥饼，清液进入废水处理系统；

(5)泥饼的生物处理：将泥饼量的2％-10％的米糠和2％-20％的煤渣与泥饼均匀混合，将经过驯化的蚯蚓放入该混合物料中，在通风透气的条件下，放置5-30d后，进行造粒、干燥及包装，制成生物肥；

(6)滤液处理：在滤液中加入石灰乳，将pH值调整为6.0-6.5，加入重金属去除剂S.D.D，S.D.D用量为5g/m³-15g/m³，过滤后，滤渣可用于制砖或作为水泥掺合料，滤液回用。

本发明具有如下的有益效果，通过对污水处理厂污水处理后的污泥进行无害化处理，并综合利用，由于污泥中含有N、P、K，是农作物生长所必须的营养物质，用污泥生产的有机肥料属于绿色产品，它的施用有利于农业的可持续发展，在农业生产中有着极为主要的作用。施用有机肥料的优势在于：一是提供作物生长所需养分。有机肥经土壤微生物分解，可不断释放各种作物所需养分，同时释放大量二氧化碳，促进光合作用，提高作物产量。二是改良土壤，提高耕地生产能力。有机肥转化为腐殖质，促进土壤形成团粒结构，提高土壤保肥、保水、保温性能，改良土壤。三是提高化肥利用率。有机肥与无机肥配合施用，缓急相济，互相补充，可显著提高话费的肥效。四是提高农作物产量，改良农作物品质。有机肥在分解转化过程中，改善和优化了作物营养条件，不仅增加作物对养分的吸收，增强新陈代谢，刺激生长发育，还大大提高农产品的品质。五是增强微生物活性。有机肥料不仅有利于增加土壤中微生物的数量，还为土壤中生物的活动创造良好的环境，增强微生物活性，促进微生物对有机肥料的分解转化能力；对于含重金属的污泥处理渣用于制砖或作为水泥掺合料进行固化处理。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图；

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

样品取自湘潭市河西污水处理厂，样品为湿污泥，含水率为80.5％，固含量为19.5％。样品基本性质如表1。

表1污泥试样的基本性质(mg/kg)

成分	Hg	Cd	Cr	Pb	As	Zn	Cu	Ni	总氮％	磷P2O5％	钾K2O％	有机物％
													含量	5	2	50	30	55	150	50	80	5.0	1.3	0.52	61.5

表2污泥中重金属成分及含量/(mg/kg)

表3污水处理厂污泥典型肥分

污泥类别	总氮，％	磷(以P2O5计)，％	钾(以K2O计)，％	有机物，％
					初沉污泥活性污泥消化污泥	2-33.3-7.71.6-3.4	l-30.78-4.30.6-0.8	0.1-0.50.22-0.44	50-6060-7025-30

1微波强化酸化预处理

微波是一种频率在300-300000MHz的电磁辐射。20世纪90年代初，国内外学者开始将微波技术引入污泥的处理，其技术优势表现为加热速度快、热效高、热量立体传递、设备体积小等。国内学者证明了若直接采用微波法干燥污泥在经济上会受到限制，若进行污泥脱水性能的调理则有较大的应用前景。有人研究了130s内微波辐射预处理对污泥沉降、过滤脱水性能的影响，并从粒度分布、污泥胞外聚合物(EPS-Extracellular Polymeric Substances)组分含量的变化情况，探讨了微波改善污泥脱水性能的机理。实验发现，微波辐射适宜的时间，污泥沉降速度明显加快，SV较未经微波处理的最多可减少48％。微波还可明显改善污泥过滤性能，原泥经微波分别辐射适宜时间后，污泥比阻较原泥降低了75％左右，且经真空抽滤后的滤饼含水率较未经微波处理滤饼含水率也明显下降，由原泥直接抽滤的85％降到71％左右。在显微镜下观察原泥和经过900W微波辐射50s后的污泥，可以看出微波辐射处理后污泥的颗粒粒径及间隙明显增大，污泥粒径由原污泥的平均60.69μm增至平均145.48μm。分析认为适宜的微波辐射通过高频电磁场作用引起带负电污泥颗粒及其中的水分子不断加速运动、旋转、相互碰撞，使污泥的Zeta电位、表面双电层结构遭到破坏，污泥颗粒脱稳、絮凝，出现颗粒粗大化现象，促进了污泥脱水性的改善。在不同辐射时间下，污泥中EPS的组分随微波辐射时间的变化呈一定变化规律，表现为先减少后增加的趋势，EPS中胞外糖情况与脱水性直接相关，其含量介于15.8mg/(g·MLSS)～16.5mg/(g·MLSS)时污泥沉降性及过滤性较好，EPS及上清液中蛋白质含量不如胞外糖含量对污泥沉降、过滤性能影响大。分析其机理为，微波辐射下EPS中各组分含量的减少来自于微波辐射对EPS结构的破坏，此时污泥颗粒脱稳，脱水性开始改善，进一步微波辐射使污泥微生物细胞壁开始受到胞内水分的机械性撞击而破裂，胞内物质溢出导致EPS含量增加，细胞壁完全破坏后的一段时间内，大量胞内物质在污泥颗粒表面产生水化作用，污泥粘度增加，脱水性恶化，在微波辐射引起污泥EPS扩散、细胞结构破坏的初始阶段污泥脱水状况最佳。

微波强化酸化预处理的目的，是为了在较短时间内，在较低能耗条件下，实现脱出污泥中重金属和臭味，改善污泥脱水性能，从而为后续制肥工序创造条件。

取湿污泥500g，加水250mL，加H₂SO₄10g，微波辐射下浸出10min，脱离微波后，加水750mL，搅拌5min，过滤，湿滤饼称重后干燥，干燥产物称重，对滤液和干燥产物进行检测。滤液用石灰调节pH值至6.0-6.5，沉淀30min后过滤，滤渣干燥后称重并进行检测，滤液返回作为下一步试验用水。试验工艺原则流程如图1。

试验装置为：混料在实验室搅拌槽上进行，搅拌速度控制在60r/min之内；微波设备为株洲华威工业微波设备有限公司提供的工业微波炉，总功率18KW，试验时使用功率6KW；采用实验室真空过滤机进行液固过滤分离。分别采用原子吸收、红外光谱、分光光度计等仪器分析方法和化学滴定法对样品进行分析检测。

表4预处理后泥饼的湿重和干重

表5预处理后生活污水剩余污泥(干泥)中重金属含量(mg/kg)

成分	Hg	Cd	Cr	Pb	As	Zn	Cu	Ni
									含量	1	0.1	5	10	1	5	5	5

由表4可以看出，预处理后所得泥饼只有原泥的60％左右，就100g原泥而言，经微波强化酸化预处理，泥饼变为约60g，即预处理可促使机械脱水时脱除原泥中40g的水分，约占总水量的50％，这对于后续干燥工序极为有利，至少可以节约50％的能量。

试验中发现，未经预处理的剩余污泥干燥时，产生无法忍受的恶臭，采取水洗喷淋、石灰乳喷淋吸收等措施，也不能完全消除排放气体的恶臭感。这在工业生产中是不能允许的，无论是政府主管部分、周边居民，还是工厂内部的操作与管理人员，都不会接受这种生产方式，因此可以认为，不能采用剩余污泥直接干燥制肥的工艺处理和利用剩余污泥。

而用本工艺对剩余污泥处理后，不仅脱除了原泥50％的水分，而且有效清除了干燥过程中的臭味，干燥时只有轻微的醋酸气味，用石灰水吸收处理后，排放气体没有任何异味，为大规模工业生产创造了清洁的生产环境。

原污泥中重金属脱除后进入滤液中，滤液采用石灰等药剂处理，处理水返回作业工序，废渣处理可分两种情况进行。当原污泥处理量大且重金属含量较高时，废渣作为含重金属原料予以回收利用；当原污泥处理量不大且重金属含量不高时，该废渣可固化处理，用水泥、煤渣混合制成免烧砖，或直接用作水泥掺合料。

2.生物床自然干燥制肥

用蚯蚓和微生物共同组成人工生态系统，集浓缩、调理、脱水、稳定和综合利用多种功能于一身。蚯蚓以污泥中悬浮物和微生物为食料，通过生态系统的食物网关系，使剩余污泥得到稳定。该工艺流程简单、管理方便、费用节省，无论在能耗、物耗还是二次污染数量方面都体现了最小化的优势，具备清洁型环保技术的特点。

试验中所采用蚓种是目前在污泥处理中应用最广泛的一种蚯蚓，即赤子爱胜蚓。取经微波预处理并机械过滤后的湿污泥500g，与25g米糠及10g粉煤灰混合后，置于敞口培养皿中，引入已经过污泥驯化的蚯蚓100条，其质量约为30g。达到试验所要求时间后，将所有蚯蚓于污泥中挑出，污泥进行称重(设定米糠与粉煤灰质量不变)。之后将污泥进行干燥后再称其干重。

表6是经蚯蚓处理不同时段后污泥的湿重与干重

由表6可知，经微波预处理并机械脱水后，再用蚯蚓进行生物处理，污泥的含水率进一步降低。就100g湿污泥而言，经过一个月的生物床处理，其质量变为约70g，相当于又脱除原泥中的30g水，按生物床处理后的污泥干重计算，脱除的水约占总水量的40％，进一步简化了后序干燥工艺。

在生物床处理过程中，蚯蚓除了起到使污泥减量化的作用外，还会对重金属进行富集。若污泥中重金属含量较高，则进行工业生产时，一旦蚯蚓出现死亡现象，由于无法分离大量的已死亡的蚯蚓，当其被其他微生物重新分解时，重金属仍然会滞留于污泥的处理体系中，致使预期的处理效果无法达到。而本工艺中，剩余污泥先经过了微波预处理阶段，由于该过程中硫酸的作用，大量的重金属已先被溶出，污泥中重金属的含量得到了极大程度的降低，因此，就算大量蚯蚓死亡，也不会降低该工艺的处理效果。

经微波预处理并机械脱水后，再用蚯蚓进行生物处理，得到的污泥营养物质的含量如表7。

表7蚯蚓生物处理后污泥营养物质的含量

项目成分	固体	灼烧减量	总氮N	磷P	钙Ca	钾K	镁Mg	钠Na
									含量，％	34.5	81.6	3.50	2.82	16.5	2.58	1.05	0.23

污泥中有机物含量和营养成分较高，同时污泥中含有比较丰富的N、P、K等元素。

表8污泥及几种有机肥、栽培介质养分一览表(％干重)

项目	有机质	TN	TP	TK	有效Nmg/kg	有效Pmg/kg	有效Kmg/kg
								污泥人粪沤肥农用垃圾腐质土火山灰红土	38.059.6145.7029.6623.0519.453.90	2.035.601.5931.2550.8680.7800.147	3.781.2080.3030.2650.0920.1800.106	0.791.5752.21.6281.660.850.86	1104.6405.0335.9172.4	1553.615.33.42.0	1665.9210.090.014.0

由表7和表8可知，经过蚯蚓生物处理后，污泥营养物质的含量较高，是一种优质的农林基肥。若与适量无机化肥混合，可制成优质有机-无机混合肥料。

对工艺流程的说明

(1)污泥由湿污泥堆场经输送机给入一次混料池。一次混料池中按规定加入H₂SO₄和回用水(生产前期用新鲜水，待回用水足够时，全部用回用水)，搅拌均匀后，泥浆自流进入微波强化处理装置；

(2)微波强化处理为连续自动进料、自动出料作业。泥浆在该装置中加热灭菌，重金属在酸性液中溶出，污泥在微波辐射加热下改变物理化学性质，易团聚成粗颗粒，恶臭源气体H₂S在微波辐射下与氧化性物质反应生成无毒无味的单质硫。污泥装在微波装置中停留一定时间后，自动排入二次混料池；

(3)经微波处理的污泥浆进入二次混料池后，加入一定量的回用水并搅拌一定时间，使污泥形成稳定的团聚体，同时加入少量碱性骨架物质(如燃煤渣等)，一方面中和残余的H₂SO₄，另一方面为后续过滤工序创造更有利的条件；

(4)采用板框压滤方式进行污泥浆过滤。泥饼进入生物床系统，滤液进入废水处理系统；

(5)在生物床系统中，将少量骨料物，如米糠、煤渣等，与泥饼均匀混合，将经过驯化的蚯蚓放入该混合物料中，在通风透气的条件下，利用蚯蚓的无规律运动达到翻动污泥的目的，使污泥中水分易于自然蒸发，为后续肥料干燥工序降低能耗创造基础条件；

(6)废水中加入石灰乳，将pH值调整为6.0-6.5，根据废水中重金属种类和含量，可适量添加重金属去除剂S.D.D(即福美钠)，达到去除废水中重金属的目的；

(7)废水处理后，经过滤，滤渣可用于制砖，或作为水泥掺合料。滤液经处理水贮池回用至工艺中；

(8)考虑到微波强化处理和肥料干燥过程难免还会出现某些气味，应当进行处理。用澄清的石灰水对废气进行吸收，清除异味后，处理气达标排放。由此产生的废水并入废水处理系统。

(9)造粒、干燥及包装等工序均为常规化工操作单元，按生产规模和物料性质选择设备后，按规范操作。

满足工艺流程的主要设备设施

以日处理400吨湿污泥的生产规模为例，所需主要设备设施如表9。

表9400吨/日规模处理的主要设备设施

Claims (1)

1、一种污水处理后污泥的处理综合利用方法，其特征在于：

(1)混料制浆：将污泥经输送机给入一次混料池，一次混料池中加入工业H₂SO₄和水，H₂SO₄用量为湿污泥质量的1％-10％，加入水量为湿污泥质量的50％-100％，搅拌均匀后，制成污泥浆；

(2)微波强化处理：将污泥浆置于工业微波炉中，进行微波辐照，微波辐照时间10min-90min，微波辐照完成后污泥浆排入二次混料池；

(3)二次混料：经微波处理的污泥浆进入二次混料池后，加入湿污泥质量50％-100％的水并搅拌5min-15min，同时加入碱性煤渣或冶金废渣，使污泥浆pH值大于等于3.5；

(4)液固分离：对污泥浆进行液固分离，得泥饼，清液进入废水处理系统；

(5)泥饼的生物处理：将泥饼量的2％-10％的米糠和2％-20％的煤渣与泥饼均匀混合，将经过驯化的蚯蚓放入该混合物料中，在通风透气的条件下，放置5-30d后，进行造粒、干燥及包装，制成生物肥；

(6)滤液处理：在滤液中加入石灰乳，将pH值调整为6.0-6.5，加入重金属去除剂S.D.D，S.D.D用量为5g/m³-15g/m³，过滤后，滤渣可用于制砖或作为水泥掺合料，滤液回用。

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