CN101973683B - 一种资源化处理污泥的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种资源化处理污泥的方法，包括以下步骤，将污泥及Ca(OH)2混合后放入发酵反应器中搅拌并进行厌氧发酵；每隔一定时间从反应器中排出一定体积的发酵混合物，并加入与排出混合物相同量的新鲜污泥和一定量的Ca(OH)2；向排出的混合物中加入FeSO4溶液，搅拌一定时间后加入聚丙烯酰胺溶液，再搅拌一定时间后压滤脱水。本发明方法显著提高了污泥产生的短链脂肪酸的浓度及发酵液量、降低了污泥的挥发性物质，同时可去除发酵液中大部分磷酸盐。

Description

一种资源化处理污泥的方法
技术领域
本发明属于环境污染处理技术领域，尤其涉及一种资源化处理污泥的方法。
背景技术
活性污泥脱氮除磷技术是目前解决富营养化问题的关键技术之一。但是活性污泥工艺会产生大量的剩余污泥，其总量约占处理水量的0.3～0.5％左右(以含水率97％计)，污泥处理费用约占污水处理厂投资和运行费用的20～60％。如何实现污泥的资源化、减量化对污水厂具有重大意义。
城镇污水厂进水COD偏低，且脱氮除磷微生物易利用的短链脂肪酸(SCFAs)含量更低，严重影响了脱氮和除磷效果。为了达标排放，污水厂不得不在进水处补充碳源，如葡萄糖和乙酸等，这会消耗人类有限的有机资源。
目前，常用的污泥处理方法如污泥浓缩方法，使用该方法达不到较好的污泥减量和降低含水率效果。另外，也有文献和专利报道一些新的污泥资源化处理方法，如(Yuan H.Y.，ChenY.G.，Zhang H.X.，et al.Improved bioproduction of short-chain fatty acids(SCFAs)from excesssludge under alkaline conditions.Environmental Science and Technology，2006，40(6)：2025～2029)使用该方法虽然可以达到良好的回用效果，但还需要强化污泥脱水方法。专利CN1621371(公开日期：2005.06.01；国别：中国；名称：污泥高效脱水调理剂)和专利CN101570386(公开日期：2009.11.04；国别：中国；名称：一种碱式污泥处理方法)中加入干污泥比重20％以上的熟石灰杀死微生物从而达到稳定污泥，调理脱水的作用。但到目前为止，尚未发现利用Ca(OH)2提高污泥厌氧发酵产短链脂肪酸，同时使污泥减量并使污泥和发酵液高效分离及去除发酵液中磷酸盐的报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种新型的提高污泥发酵产酸量，同时实现污泥减量、发酵液与污泥高效分离以及去除发酵液中磷的资源化处理污泥的方法。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供了一种资源化处理污泥的方法，包括以下步骤：
(1)将污泥及Ca(OH)2混合后放入反应器中，搅拌使污泥均匀混合进行厌氧发酵；
(2)每隔一定时间从反应器中排出一定体积的发酵混合物，并加入与排出混合物相同量的新鲜污泥和一定量的Ca(OH)2；
(3)向排出的混合物中加入一定量的FeSO4溶液，搅拌一定时间后，加入聚丙烯酰胺溶液，再搅拌一定时间后压滤脱水，对脱水后滤液进行检测。
所述的污泥为城市生活污水厂浓缩池剩余污泥，其中，总悬浮固体(TSS)含量为12-24g/L，(挥发性悬浮固体/总悬浮固体)VSS/TSS在0.60以上。
所述的步骤(1)中加入Ca(OH)2的量是污泥干重总量的2～3％，优选2.5％。
所述的反应器为厌氧发酵反应器。
所述的步骤(1)中厌氧发酵温度为20～35℃。
所述的步骤(2)中一定时间是指20～28h，优选24h。
所述的步骤(2)中一定体积是指排出的发酵混合物为加入反应器中总混合物体积的1/18-1/11，优选1/14。
所述的步骤(2)中一定量是指加入Ca(OH)2的量是所加新鲜污泥干重的7～27％，优选17％。
所述的步骤(3)中加入FeSO4溶液的浓度为15-45g/L，加入的FeSO4质量为排出的混合物中污泥干重总量的5.4～14.5％，优选9.6％。
所述的步骤(3)中搅拌一定时间是指以200rpm速度搅拌2～5min后，再以120rpm速度搅拌10～15min。
所述的步骤(3)中加入聚丙烯酰胺溶液的质量百分比浓度为0.05-0.5％，加入聚丙烯酰胺的质量为排出的发酵混合物污泥干重总量的0.6-1.0％。
所述的步骤(3)中再搅拌一定时间是指以200rpm速度搅拌20～40s，再用80rpm速度搅拌1～2min。
所述的步骤(3)中采用叠螺式压滤脱水机进行压滤脱水。
本发明同现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
(1)本发明方法向污泥发酵系统中加入Ca(OH)2，可以显著促进污泥产酸，而且Ca2+结合了发酵过程释放的磷，形成磷酸盐沉淀，不但实现发酵液中磷的高效去除率，特别是发酵混合物的泥水分离效果得到显著提高，可以获得更多的污泥发酵液。
(2)本发明方法在厌氧发酵反应器稳定运行后，污泥的挥发性有机物质可减量22-36％，实现污泥的减量化。
(3)本发明方法显著提高了污泥产生的短链脂肪酸的浓度。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
对滤液检测指标包括滤液总体积，滤液样本SCFAs、磷含量，以及对滤饼的VSS含量测定。具体测定方法见[水与废水检测分析方法(第四版)中国环境科学出版社，北京，2002]。
PAM是阳离子聚丙烯酰胺，白色颗粒状物质，从国药集团购买。
FeSO4，化学纯，从国药购买。
实施例1
(1)取27.5L城市生活污水厂浓缩池产生的剩余污泥(TSS为12g/L，VSS为8.4g/L，含水率为98％，pH＝6.84)与6.6gCa(OH)2(是污泥干重总量的2％)混合后，再投入厌氧发酵反应器中，搅拌使污泥均匀混合，在温度为21±1℃的厌氧发酵反应器中进行厌氧发酵；
(2)每隔20小时从厌氧发酵反应器中取出2.5L(为总混合物体积的1/11)发酵泥水混合物，再往厌氧发酵反应器中补充2.5L新鲜城市生活污水厂浓缩池产生的剩余污泥作为发酵污泥，补充固态Ca(OH)22.1g/L(补充的固态Ca(OH)2的质量是新鲜污泥干重的7％)；
(3)向取出的2.5L发酵泥水混合物中加入浓度为45g/L的FeSO4溶液0.09L，(加入FeSO4的质量为取出混合物污泥干重的14.5％)，先以200rpm的速度搅拌2min，再以120rpm的速度搅拌10min，混合液形成微小絮体，再向混合液中加入0.34L0.05％PAM溶液即0.17gPAM(按PAM与排出的发酵混合物污泥干重比0.6％计)，200rpm搅拌30s，再以80rpm搅拌2min后进行压滤脱水，采用叠螺式压滤脱水机进行压滤脱水。
经检测，脱水后滤液体积为2.5L(脱水滤液体积为脱水前混合物总体积的85.3％)，滤液含SCFAs 1040mg/L、磷0.7mg/L；滤饼的VSS量比原始污泥减少22％。
实施例2
(1)取45L城市生活污水厂浓缩池产生的剩余污泥(TSS为24g/L，VSS为16.8g/L，含水率为98％，pH＝6.84)及27gCa(OH)2(是污泥干重总量的2.5％)混合后放入厌氧发酵反应器中，搅拌使污泥均匀混合于21±1℃的条件下进行厌氧发酵；
(2)每隔22小时从厌氧发酵反应器中取出2.5L(总混合物体积的1/18)发酵泥水混合物，再往厌氧发酵反应器中补充2.5L新鲜城市生活污水厂浓缩池产生的剩余污泥和固态Ca(OH)216.2g(即Ca(OH)2的质量为所加新鲜污泥干重的27％)；
(3)向取出的2.5L发酵泥水混合物中加入浓度为15g/L的FeSO4溶液0.21L(即加入FeSO4的质量为取出混合物污泥干重的5.4％)，先以200rpm的速度搅拌2min，再以120rpm的速度搅拌10min，混合液形成微小絮体，再向混合液中加入0.45L0.1％PAM溶液即0.40gPAM(按PAM与排出的发酵混合物污泥干重比0.8％计)，200rpm搅拌30s，再以80rpm搅拌2min后进行压滤脱水，采用叠螺式压滤脱水机进行压滤脱水。
经检测，脱水后滤液体积为2.7L(脱水滤液体积为脱水前混合物总体积的85.4％)，滤液含SCFAs2140mg/L、磷0.6mg/L；VSS减量34％。
实施例3
(1)取35L城市生活污水厂浓缩池产生的剩余污泥(TSS为20g/L，VSS为14g/L，含水率为98％，pH＝6.84)及17.5g Ca(OH)2(是污泥干重总量的2.5％)混合后放入厌氧发酵反应器中，搅拌使污泥均匀混合于21±1℃的条件下进行厌氧发酵；
(2)每隔24小时从厌氧发酵反应器中取出2.5L(总混合物体积的1/14)发酵泥水混合物，再往厌氧发酵反应器中补充2.5L新鲜城市生活污水厂浓缩池产生的剩余污泥和固态Ca(OH)28.5g  (即Ca(OH)2的质量为所加新鲜污泥干重的17％)；
(3)向取出的2.5L发酵泥水混合物中加入浓度为30g/L的FeSO4溶液0.15L(即加入FeSO4的质量为取出混合物污泥干重的9.6％)，先以200rpm的速度搅拌2min，再以120rpm的速度搅拌10min，混合液形成微小絮体，再向混合液中加入0.38L 0.1％PAM溶液即0.38gPAM(按PAM与排出的发酵混合物污泥干重比0.8％计)，200rpm搅拌30s，再以80rpm搅拌2min后进行压滤脱水，采用叠螺式压滤脱水机进行压滤脱水。
经检测，脱水后滤液体积为2.6L(脱水滤液体积为脱水前混合物总体积的85.8％)，滤液SCFAs含2860mg/L、磷0.6mg/L；VSS减量32％。
实施例4
(1)取27.5L城市生活污水厂浓缩池产生的剩余污泥(TSS为20g/L，VSS为14g/L，含水率为98％，pH＝6.84)与16.5g Ca(OH)2(是污泥干重总量的3％)混合后，再投入厌氧发酵反应器中，搅拌使污泥均匀混合，在温度为27±1℃的厌氧发酵反应器中进行厌氧发酵；
(2)每隔26小时从厌氧发酵反应器中取出2.5L(为总混合物体积的1/11)发酵泥水混合物，再往厌氧发酵反应器中补充2.5L新鲜城市生活污水厂浓缩池产生的剩余污泥作为发酵污泥，补充Ca(OH)23.5g(补充的Ca(OH)2的质量是新鲜污泥干重的7％)；
(3)向取出的2.5L发酵泥水混合物中加入浓度为45g/L的FeSO4溶液0.12L(加入FeSO4的质量为取出混合物污泥干重的14.5％)，先以200rpm的速度搅拌2min，再以120rpm的速度搅拌10min，混合液形成微小絮体，再向混合液中加入0.08L 0.5％PAM溶液即0.40gPAM(按PAM与排出的发酵混合物污泥干重比1.0％计)，200rpm搅拌30s，再以80rpm搅拌2min后进行压滤脱水，采用叠螺式压滤脱水机进行压滤脱水。
经检测，脱水后滤液体积为2.4L(脱水滤液体积为脱水前混合物总体积的88.8％)，滤液含SCFAs 1780mg/L、磷0.6mg/L；滤饼的VSS量比原始污泥减少25％。
实施例5
(1)取45L城市生活污水厂浓缩池产生的剩余污泥(TSS为20g/L，VSS为14g/L，含水率为98％，pH＝6.84)及27g Ca(OH)2(是污泥干重总量的3％)混合后放入厌氧发酵反应器中，搅拌使污泥均匀混合于34±1℃的条件下进行厌氧发酵；
(2)每隔28小时从厌氧发酵反应器中取出2.5L(总混合物体积的1/18)发酵泥水混合物，再往厌氧发酵反应器中补充2.5L新鲜城市生活污水厂浓缩池产生的剩余污泥和Ca(OH)28.5g  (即Ca(OH)2的质量为所加新鲜污泥干重的17％)；
(3)向取出的2.5L发酵泥水混合物中加入浓度为15g/L的FeSO4溶液0.16L(即加入FeSO4的质量为取出混合物污泥干重的5.4％)，先以200rpm的速度搅拌2min，再以120rpm的速度搅拌10min，混合液形成微小絮体，再向混合液中加入0.09L 0.5％PAM溶液即0.45gPAM(按PAM与排出的发酵混合物污泥干重比1.0％计)，200rpm搅拌30s，再以80rpm搅拌2min后进行压滤脱水，采用叠螺式压滤脱水机进行压滤脱水。
经检测，脱水后滤液体积为2.4L(脱水滤液体积为脱水前混合物总体积的87.3％)，滤液SCFAs含2640mg/L、磷0.4mg/L；VSS减量34％。
实施例6
(1)取35L城市生活污水厂浓缩池产生的剩余污泥(TSS为20g/L，VSS为14g/L，含水率为98％，pH＝6.84)及17.5g Ca(OH)2(是污泥干重总量的2.5％)混合后放入厌氧发酵反应器中，搅拌使污泥均匀混合于34±1℃的条件下进行厌氧发酵；
(2)每隔24小时从厌氧发酵反应器中取出2.5L(总混合物体积的1/14)发酵泥水混合物，再往厌氧发酵反应器中补充2.5L新鲜城市生活污水厂浓缩池产生的剩余污泥和固态Ca(OH)28.5g  (即Ca(OH)2的质量为所加新鲜污泥干重的17％)；
(3)向取出的2.5L发酵泥水混合物中加入浓度为30g/L的FeSO4溶液0.14L(即加入FeSO4的质量为取出混合物污泥干重的9.6％)，先以200rpm的速度搅拌2min，再以120rpm的速度搅拌10min，混合液形成微小絮体，再向混合液中加入0.35L 0.1％PAM溶液即0.35gPAM(按PAM与排出的发酵混合物污泥干重比0.8％计)，200rpm搅拌30s，再以80rpm搅拌2min后进行压滤脱水，采用叠螺式压滤脱水机进行压滤脱水。
经检测，脱水后滤液体积为2.6L(脱水滤液体积为脱水前混合物总体积的87.0％)，滤液SCFAs含3180mg/L、磷0.4mg/L；VSS减量36％。
对比例1传统污泥处理方法：
(1)取27.5L城市生活污水厂浓缩池产生的剩余污泥(TSS为20g/L，VSS为14g/L，含水率为98％，pH＝6.84)在温度为21±1℃的厌氧发酵反应器中进行厌氧搅拌；
(2)每隔24小时从厌氧发酵反应器中取出2.5L(为总混合物体积的1/11)发酵泥水混合物，再往厌氧发酵反应器中补充2.5L新鲜城市生活污水厂浓缩池产生的剩余污泥作为发酵污泥；
(3)向取出的2.5L发酵泥水混合物中加入浓度为30g/L的FeSOx溶液0.22L(加入FeSO4的质量为取出混合物污泥干重的14.5％)，先以200rpm的速度搅拌2min，再以120rpm的速度搅拌10min，混合液形成微小絮体，再向混合液中加入0.37L 0.1％PAM溶液即0.37gPAM(按PAM与排出的发酵混合物污泥干重比0.8％计)，200rpm搅拌30s，再以80rpm搅拌2min后进行压滤脱水，采用叠螺式压滤脱水机进行压滤脱水。
经检测，压滤脱水后滤液体积为1.8L，其中含SCFAs 530mg/L、磷100mg/L；滤饼的VSS量比原始污泥减少10％。
从上述实施例和对比例的检测结果可知，与传统污泥处理方法相比，按照本发明方法对污泥进行厌氧发酵处理后，滤液体积和滤液所含SCFAs的量大幅增加，含磷量大大降低，同时VSS减量也大大提高。
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一股原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种资源化处理污泥的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤，
(1)将污泥及Ca(OH)2混合后放入反应器中，搅拌使污泥均匀混合进行厌氧发酵；
(2)每隔一定时间从反应器中排出一定体积的发酵混合物，并加入与排出混合物相同量的新鲜污泥和一定量的Ca(OH)2；
(3)向排出的混合物中加入一定量的FeSO4溶液，搅拌一定时间后，加入聚丙烯酰胺溶液，再搅拌一定时间后压滤脱水，对脱水后滤液进行检测；所述的污泥为城市生活污水厂浓缩池剩余污泥，其中，总悬浮固体TSS含量为12-24g/L，VSS/TSS为0.7；所述的步骤(1)中加入Ca(OH)2的量是污泥干重总量的2～2.5％和3％；所述的步骤(1)中厌氧发酵温度为20～35℃；所述的反应器为厌氧发酵反应器；所述的步骤(2)中一定时间是指20～28h；一定体积是指排出的发酵混合物为加入反应器中总混合物体积的1/18-1/11；一定量是指加入Ca(OH)2的量是所加新鲜污泥干重的7～27％。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(3)中加入FeSO4溶液的浓度为15-45g/L，加入的FeSO4质量为排出的混合物中污泥干重总量的5.4～14.5％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(3)中搅拌一定时间是指以200rpm速度搅拌2～5min后，再以120rpm速度搅拌10～15min。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(3)中加入聚丙烯酰胺溶液的质量百分比浓度为0.05-0.5％，加入聚丙烯酰胺的质量为排出的发酵混合物污泥干重总量的0.6-1.0％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(3)中再搅拌一定时间是指以200rpm速度搅拌20～40s，再用80rpm速度搅拌1～2min。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(3)中采用叠螺式压滤脱水机进行压滤脱水。
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