CN101759337A

CN101759337A - 一种生物酸化-类Fenton氧化联用改善剩余污泥脱水性能的方法

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Publication number: CN101759337A
Application number: CN201010000269A
Authority: CN
Inventors: 张盼月; 张光明; 刘昌庚; 肖凌鹏; 曾光明
Original assignee: Beijing Forestry University
Current assignee: Beijing Forestry University
Priority date: 2010-01-07
Filing date: 2010-01-07
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2030-01-07
Also published as: CN101759337B

Abstract

本发明涉及一种生物酸化-类Fenton氧化联用改善剩余污泥脱水性能的方法，属于污泥处理技术领域。在投加足量底物的条件下，从污泥中培养驯化土著酸化细菌作为接种液；将接种液加入到剩余污泥中，在有氧、搅拌和适量底物条件下对污泥进行生物酸化，至污泥的pH为2-3；在Fe²⁺和Fe³⁺催化作用下，H₂O₂产生强氧化性自由基等类Fenton氧化污泥；向处理后的污泥中加入Ca(OH)₂溶液，调节污泥的pH至6-7；采用板框压滤或离心脱水方法对处理后的污泥脱水，得到含水率在65-75％的脱水污泥。联用生物酸化-类Fenton氧化改善污泥脱水性能，可以提高反应效率、缩短反应时间、增加处理能力、减少污泥处理成本。

Description

一种生物酸化-类Fenton氧化联用改善剩余污泥脱水性能的方法

技术领域

本发明属于剩余污泥处理技术领域，采用生物酸化-类Fenton氧化联用技术改善剩余污泥脱水性能，为污泥的后续处理处置和资源化利用奠定基础。

背景技术

随着经济发展和人们生活水平提高，我国大部分城市建设了集中式污水处理厂。污水处理厂运行对改善我国水环境、保护人类健康发挥了巨大作用。在污水处理过程中产生了大量剩余污泥，而且我国的污泥产量呈逐年持续高速增长的趋势。剩余污泥含有大量水分，其含水率一般在98％以上，因此具有庞大的体积；剩余污泥还含有细菌、病毒及吸附的寄生虫、有毒有害物质等。剩余污泥的处理，国外一般采用浓缩、厌氧消化、调理、机械脱水、干化、焚烧等一系列过程，最大限度地达到污泥的减量化和无害化。我国污泥处理起步较晚，由于技术、经济、环境、社会和法律等多方面的原因，剩余污泥一般经过浓缩和机械脱水后，含水率80％-85％的脱水污泥被直接送入垃圾填埋场进行卫生填埋，此方法不仅占用填埋场场地，还会导致严重的二次污染。由于经一般脱水方法污泥脱水后含水率仍然很高，体积庞大，严重影响了污泥的后续处理与资源化。针对我国污泥特性，开发安全、高效、经济的污泥调理技术改善污泥脱水性能非常重要。

改善污泥脱水性能，一般采用化学法、淘洗法、加热法和冷冻法等。随着科学技术的发展，高能量微电子辐射、微波加热、超声、化学氧化、生物酶等技术也用于改善污泥的脱水性能。污泥Fenton氧化是H₂O₂在Fe²⁺的催化下产生强氧化性的OH·自由基等引起污泥絮体表面成分的部分氧化和重组，促使污泥中的结合水和吸附水被释放，与压缩双电层作用一起改善污泥的脱水性能。而污泥生物酸化是在有氧及含单质硫或Fe²⁺的条件下，由嗜酸性硫杆菌等通过直接作用或其代谢产物的间接作用，氧化还原态的硫或铁获得生长所需的能量；伴随着这一过程，污泥体系pH值降低。生物酸化主要用于溶出污泥中的重金属以及杀灭病原菌，使污泥脱毒。伴随着污泥生物酸化和污泥Fenton氧化，污泥多方面性能均得到一定程度改善，如污泥的稳定性、病原菌、有毒有害物质、污泥恶臭等。

污泥Fenton氧化，需要在低pH下才能取得好的效果，因此首先需要投加无机酸酸化污泥，使得污泥处理运行费用高昂。而污泥生物酸化过程中污泥停留时间较长，达数天甚至十数天，严重影响了其实际应用。联用生物酸化和Fenton氧化过程，污泥生物酸化可以为Fenton氧化提供合适的pH，节约耗酸量，降低处理费用；而通过与Fenton氧化联用，可以缩短污泥生物酸化及总的反应时间，从而提高反应效率。生物酸化过程中生成的Fe³⁺和Fenton氧化过程中加入的Fe²⁺共同催化分解H₂O₂，产生强氧化性的OH·自由基等，因此在生物酸化和Fenton氧化过程联用时，Fenton氧化过程属于类Fenton氧化。生物酸化和类Fenton氧化联用能够改善污泥脱水性能，为污泥的后续处理和利用提供基础，具有良好的应用前景。

发明内容

1.发明目的

本发明目的在于通过生物酸化和类Fenton氧化联用处理剩余污泥，改善污泥脱水性能，为污泥的后续处理和利用提供基础。生物酸化和类Fenton氧化联用可以提高反应效率、缩短反应时间、增加处理能力、减少污泥处理成本。

2.技术方案

本发明提供一种生物酸化-类Fenton氧化联用改善污泥脱水性能的方法。主要技术方案如下：

(1)污泥生物酸化接种液培养：在含固率为1-3％的污泥中，分别按10和20g/L投加硫粉和FeSO₄·7H₂O作为底物，以0.5L/(min·L污泥)从底部鼓入空气，在28℃和180r/min的搅拌条件下培养驯化污泥，至污泥pH降至2.0以下。取驯化培养的酸化污泥，按5-10％的体积比接种到含固率为1-3％的污泥中，投加与上步等量的硫粉和FeSO₄·7H₂O作为底物，，并在相同的条件下培养驯化，直至pH值降至2.0以下。然后再重复上步操作一次，所得酸化污泥作为生物酸化的接种液。当进行第三次培养驯化时，培养驯化时间缩短到2天左右。

(2)污泥生物酸化：将培养驯化的接种液加入到含固率为1.5-3％的剩余污泥中，对污泥进行生物酸化。生物酸化条件为：接种污泥量，10-20％(体积比)；温度，室温(20-30℃)；搅拌速度，180r/min；鼓入空气量，0.5L/(min·L污泥)；硫粉投加量，0.10-0.15g/(g干污泥)；Fe²⁺投加量，0-0.15g/(g干污泥)。经过1.0-2.0天的生物酸化，污泥的pH降至2-3，氧化还原电位升至400-500mV。

(3)污泥的类Fenton氧化：生物酸化后的污泥pH降至2-3，在Fe²⁺和Fe³⁺催化作用下，加入的H₂O₂产生强氧化性的OH·自由基等，氧化酸化污泥。类Fenton氧化的条件为：温度，室温(20-30℃)；搅拌速度，180r/min；H₂O₂投加量，0.20-0.25g/(g干污泥)；Fe²⁺投加量，0.10-0.15g/(g干污泥)；Fe³⁺浓度，0-0.10g/(g干污泥)；反应时间，40-60min。

(4)污泥pH调整：向处理后的污泥中加入10％的Ca(OH)₂溶液，调节污泥的pH至6-7，减少酸化污泥的腐蚀性。一般Ca(OH)₂投加量为0.05-0.08g/(g干污泥)。

(5)污泥机械脱水：采用板框压滤或离心脱水方法对处理后的污泥脱水，得到含水率在65-75％的脱水污泥，污泥体积大大减小。

3.本发明的有益效果

(1)本发明的生物酸化-类Fenton氧化联用过程，充分结合污泥生物酸化和污泥类Fenton氧化的特点，两个反应过程相互促进，减少处理费用、提高处理效率。经过生物酸化-类Fenton氧化-pH调节之后，污泥的脱水性能提高95-99％，污泥达到易脱水程度，污泥比阻低于4×10⁸s²/g，脱水后污泥的含水率降至65-75％，污泥体积大大减小，有利于污泥的运输、处理处置和资源化利用。脱出的水可以返回污水处理过程和污水处理厂进水一起处理。

(2)本发明联用生物酸化-类Fenton氧化改善污泥脱水性能，工艺过程简单、工艺流程简短、易于控制、投资费用低、易于实现，为我国污泥处理处置提供一条新思路。

(3)本发明处理后的污泥含水率低、有毒有害物质和病原体含量低，可以用于堆肥或直接用于改良土壤，为污泥的后续处理和利用提供基础，在实际应用中具有良好的意义。

附图说明

图1生物酸化-类Fenton氧化联用改善污泥脱水性能工艺流程图

具体实施方式

实施例1.

采用本工艺在实验室对污泥进行批式处理。所处理的污泥为氧化沟工艺处理城市生活污水产生的剩余污泥，污泥主要特性为：pH，6.83；总固体含量，15461mg/L；挥发性固体含量，10248mg/L，污泥比阻，6.45×10¹⁰s²/g，滤饼含水率(0.03Mpa真空抽滤条件下)，91.4％。

具体步骤请参照图1：

(1)污泥生物酸化接种液培养：将100ml含固率1.5％的污泥装入250ml的锥形瓶中，按10和20g/L投加硫粉和FeSO₄·7H₂O，作为酸化细菌的能源物质，锥形瓶置于水浴恒温振荡器中振荡培养，控制温度为28℃，振荡速度为180r/min。待污泥体系pH低于2时，吸取此酸化污泥10ml加入到90ml含固率1.5％的污泥中，并投加与上步等量的硫粉和FeSO₄·7H₂O，在相同条件下继续富集培养。待污泥体系pH低于2时，再次重复上步操作一次。经过三次培养后，酸化细菌的活性到达要求，所得酸化污泥即为接种物。

(2)污泥生物酸化：在500ml锥形瓶中加入270ml含固率1.5％的污泥，按10％体积比加入接种物，并分别按0.15和0.10g/(g干污泥)投加硫粉和Fe²⁺。将锥形瓶置于28℃水浴恒温振荡器中振荡，并控制振荡速度为180r/min，经过1天的生物酸化，污泥体系pH降至2.8，氧化还原电位升高至430mV，污泥的脱水性能提高75％，污泥比阻为1.60×10¹⁰s²/g。

(3)污泥的类Fenton氧化：在生物酸化后的污泥中，按0.20和0.10g/(g干污泥)分别加入H₂O₂和Fe²⁺，在28℃水浴恒温振荡器中振荡，控制振荡速度为180r/min，经过60min的类Fenton氧化反应，污泥的脱水性能提高99％，污泥比阻为3.55×10⁸s²/g，属于易脱水污泥。

(4)污泥pH调整和污泥机械脱水：用10％的Ca(OH)₂溶液调节污泥的pH至6.5，石灰用量约为0.05g/(g干污泥)。然后在0.03Mpa条件下对污泥进行真空抽滤，脱水后污泥滤饼的含水率为72％。

实施例2.

采用本工艺对污泥进行扩大中试处理。所处理的污泥为A²/O工艺处理城市生活污水后的剩余浓缩污泥，污泥特性为：pH，7.05；总固体含量，23485mg/L；挥发性固体含量，15689mg/L，污泥比阻，5.16×10¹⁰s²/g，滤饼含水率(0.03Mpa真空抽滤)，90.5％。具体步骤请参照图1：

(1)污泥生物酸化接种液培养：在5L含固率为2.3％污泥中，按10和20g/L分别投加硫粉和FeSO₄·7H₂O作为酸化细菌的能源物质，以0.5L/(min·L污泥)从反应器底部鼓入空气，在28℃和180r/min的搅拌条件下培养驯化污泥，至污泥pH降至2.0以下。取培养驯化的酸化污泥，按5％的体积比接种到5L含固率为2.3％的污泥中，投加与上步等量的硫粉和FeSO₄·7H₂O，在相同的条件下培养驯化，直至pH值降至2.0以下。然后重复上步操作一次，所得酸化污泥作为接种液。

(2)污泥生物酸化：在30L的反应器中序批式酸化处理污泥，按20％体积比加入接种物和浓缩污泥，污泥总体积为25L，分别按0.15和0.10g/(g干污泥)投加硫粉和Fe²⁺。在室温(25℃)下，以0.5L/(min·L污泥)向污泥中鼓入空气，并以180r/min的转速搅拌，经过1天的生物酸化，污泥体系pH降至2.5，氧化还原电位升高至450mV。按此步相同的条件，对下一批次污泥进行生物酸化处理，循环该过程。酸化后污泥的脱水性能平均提高64％，污泥比阻为1.86×10¹⁰s²/g

(3)污泥的类Fenton氧化：在生物酸化后的污泥中，按0.23和0.15g/(g干污泥)分别加入H₂O₂和Fe²⁺，在室温(25℃)下，以180r/min的转速搅拌，经过60min的类Fenton氧化反应，污泥的脱水性能提高99％，污泥比阻为3.90×10⁸s²/g，属于易脱水污泥。

(4)污泥pH调整和污泥机械脱水：用10％的Ca(OH)₂溶液调节污泥的pH至7.0，石灰用量约为0.07g/(g干污泥)。采用离心脱水机进行污泥脱水，脱水后污泥的含水率为68％。

Claims

1.一种生物酸化一类Fenton氧化联用改善剩余污泥脱水性能的方法，其特征在于联用生物酸化和类Fenton氧化，使其发挥各自的优势，并辅以适当的pH调节和机械脱水，有效地改善剩余污泥的脱水性能。

2.根据权利要求1所述改善剩余污泥脱水性能的方法，其特征在于该方法由以下步骤组成：

(1)污泥生物酸化：将培养驯化的接种液加入到含固率为1.5-3％的剩余污泥中，对污泥进行生物酸化。生物酸化条件为：接种污泥量，10-20％(体积比)；温度，室温(20-30℃)；搅拌速度，180r/min；鼓入空气量，0.5L/(min·L污泥)；硫粉投加量，0.10-0.15g/(g干污泥)；Fe²⁺投加量，0-0.15g/(g干污泥)。

(2)污泥类Fenton氧化：生物酸化后的污泥pH降至2-3，在Fe²⁺和Fe³⁺催化作用下，通过类Fenton氧化污泥。类Fenton氧化的条件为：温度，室温(20-30℃)；搅拌速度，180r/min；H₂O₂投加量，0.20-0.25g/(g干污泥)；Fe²⁺投加量，0.10-0.15g/(g干污泥)；Fe³⁺浓度，0-0.10g/(g干污泥)；反应时间，40-60min。

(3)污泥pH调节：向处理后的污泥中加入10％的Ca(OH)₂溶液，调节污泥的pH至6-7。Ca(OH)₂投加量为0.05-0.08g/(g干污泥)。

(4)污泥机械脱水：采用板框压滤或离心脱水方法对处理后的污泥脱水，得到含水率在65-75％的脱水污泥。

3.利用权利要求2所述污泥酸化接种液的培养驯化方法，其特征在于在含固率为1-3％的剩余污泥中，分别按10和20g/L投加硫粉和FeSO₄·7H₂O作为底物，以0.5L/(min·L污泥)从底部鼓入空气，在28℃和180r/min的搅拌条件下培养驯化污泥，至污泥pH降至2.0以下。取培养驯化的酸化污泥，按5-10％的体积比接种到含固率为1-3％的污泥中，投加与上步等量的硫粉和FeSO₄·7H₂O作为底物，并在相同条件下继续培养驯化，直至污泥pH值降至2.0以下。然后再重复上述步骤一次，所得酸化污泥作为生物酸化的接种液。