CN102206025A - 污泥完全资源化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及环境工程领域污水处理及固体废弃物处理，针对污水处理厂的剩余污泥进行资源化的利用，污泥在经过水解之后得到的水解液，可以作为絮凝剂直接回流用于污水处理，水解液还可以加入氯化钙溶液，分离出含生物絮凝剂的上清液和主要以无机物和少量未水解的有机物为主的底部沉淀物，含生物絮凝剂的上清液经离心得到粗絮凝液，粗絮凝液经与丙酮反应，离心之后即可得到絮凝剂粗品，以无机物和少量未水解的有机物为主的底部沉淀物处理后可作为化肥使用，在本发明中污泥经处理后实现了资源化，最终达到污泥零排放的目的，彻底解决污水处理厂污泥处理难题，并且降低了水处理的成本，减少了环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理厂污泥处理技术领域，是一种污泥完全资源化方法，是针对剩余污泥进行资源化利用，制备产品，避免污水处理厂对外排放剩余污泥。
背景技术
随着我国经济的发展，市政污水处理能力不断增强，污水处理率持续提高，市政污水带来的环境污染问题逐步得到解决。但是一直以来存在重废水处理、轻污泥处理的倾向，很多城市未把污泥的处理作为污水厂的必要组成部分，往往是污水处理厂建成后，相当长的时间后才建污泥处理系统，或者污泥处理系统没有得到很好的运行，造成我国城市污水污泥处理率很低。据统计，国内污泥处理投资约占污水处理厂总投资的20%～50%，而发达国家污泥处理投资要占总投资的50%～70%。因此，国内城市污水厂的污泥处理工艺是很不完善的，大量未经过稳定处理的污泥将对环境产生严重的二次污染。
目前我国常用的污泥处理处置技术包括土地填埋、堆肥和焚烧。污泥的填埋成本较低，但是占用了大量的土地资源，并且没有最终消除污染，容易产生二次污染，不可能成为污泥最终处置的发展方向；污泥堆肥的减量化效果不高，运输费用较大，并且容易产生臭味；污泥焚烧工艺复杂，一次性投资大，设备数量多，操作管理复杂，能耗高，并且存在二噁英污染的现在危险。上述这些污泥处置方式在实际应用中发挥了一定的作用，但随着环境标准的更加严格化，其应用中的弊端就明显暴露出来了，必须寻求更加先进的污泥处理处置方法。
微生物絮凝剂是利用物理、化学及生物技术，从微生物体或其分泌物中提取、纯化而获得的一种高效、安全的新型水处理药剂，被称为第三代絮凝剂，具有絮凝性好、效果稳定、无二次污染、安全无害等特性，可以克服无机絮凝剂和人工合成有机高分子絮凝剂本身固有的缺陷，最终实现无污染排放，因而是一种极具发展前途的水处理药剂之一。制约微生物絮凝剂广泛应用的主要因素之一是培养基成本偏高，因此寻找廉价易得的制备原料意义重大。
城市污水处理厂剩余污泥中含有的成份主要是微生物体，对其细胞进行水解破碎，并进一步提取分离可得到具有絮凝沉淀性能的微生物絮凝剂产品，对剩余污泥进行多级资源化利用具有很好的发展前景。
发明内容
基于上述污泥处理处置技术的缺陷以及污泥处理处置的现实需求，为了解决现有污水处理厂剩余污泥排放的问题，提供一种经济、稳定、环保的污泥资源化技术，以实现污水处理厂剩余污泥的资源化利用，本发明开创出一种新型污泥多级资源化技术。
本发明的技术方案，污泥完全资源化方法具有两种方案。
第一种方案为：在进行污泥处理前，打开阀门a21和阀门b22，将阀门c23关紧，使污泥水解反应池5与絮凝沉淀池7相连。将需要处理的污泥经机械筛网1过滤，去除污泥中夹带的大颗粒固体物质，污泥调节池2中的搅拌装置将过滤后的污泥打碎制浆，防止存在大块泥团对下一步水解有影响，搅拌30min使污泥的含水率控制在96%-98%，密度接近1.005 t／m3，并且测量其COD值；之后经污泥提升泵3提升进入污泥水解反应池5，利用污泥水解加药系统4向污泥水解反应池5中投加浓度为5%的氢氧化钠溶液，在水解反应前根据氢氧化钠溶液与污泥的体积比为1：10的投加比例一次性加入氢氧化钠溶液，搅拌后使得污泥水解反应池5中的pH值达到12~14，将温度控制在70℃，开始进行水解反应，反应过程中持续搅拌，污泥水解加药系统4在反应过程中控制滴加氢氧化钠溶液，使污泥水解反应池5中的pH值保持在12~14，反应时间为24h；水解后的混合液即污泥水解液进入絮凝沉淀池7，在污泥水解液进入絮凝沉淀池7的同时打开氯化钙加药系统6，利用管道内的紊流进行氯化钙药剂和污泥水解液的混合反应，根据4LCaCl2溶液/m3污泥水解液的比例投加浓度为30%的氯化钙溶液，絮凝其中的磷元素生成磷酸钙，并在絮凝沉淀池7中沉淀3h，分离出含生物絮凝剂的上清液和主要以无机物和少量未水解的有机物为主的底部沉淀物；含生物絮凝剂的上清液经过水解液调节池8，测量COD值，算出COD溶出率；含生物絮凝剂的上清液经前离心机9在转速6000r/min条件下离心5min，离心得到的液体为粗絮凝液进入粗絮凝液储存池10，离心得到的残余固体物质进入无机固体产品储槽18；粗絮凝液在粗絮凝液储存池10中停留24h之后进入絮凝液-丙酮混合池12，丙酮投加系统11按照丙酮与粗絮凝液体积比为2：1的投加比例向絮凝液-丙酮混合池12中投加丙酮，在搅拌速度200r/min条件下混合反应15min，得到的混合液经后离心机13在15000 r/min转速下离心分离15min，得到固体沉淀即为絮凝剂粗品，储存于絮凝剂粗品罐14；将絮凝沉淀池7中分离出的底部沉淀物储存于絮凝沉淀物储槽15，经由螺杆泵16提升至脱水设备17在8000r/min条件下离心达到含水率70%左右即可，得到的沉淀物与前离心机9分离出的残余固体物质一起储存于无机固体产品储槽18，处理后可作为城市绿化等肥料利用。COD溶出率在50％即表示完全水解，达到要求，若没有达到50％，则表示水解不够完全，需要将水解液调节池8中的溶液重新进行水解。
第二种方案为：在进行污泥处理前，打开阀门a21和阀门c23，将阀门b22关紧，使污泥水解反应池5与水解液储槽19相连。将需要处理的污泥经机械筛网1过滤，去除污泥中夹带的大颗粒固体物质，污泥调节池2中的搅拌装置将过滤后的污泥打碎制浆，防止存在大块泥团对下一步水解有影响，搅拌30min使污泥的含水率控制在96%-98%，密度接近1.005 t／m3，之后经污泥提升泵3提升进入污泥水解反应池5，利用污泥水解加药系统4向污泥水解反应池5中投加浓度为5%的氢氧化钠溶液，根据氢氧化钠溶液与污泥的体积比为1：10的投加比例一次性加入氢氧化钠溶液，搅拌后使得污泥水解反应池5中的pH值达到12~14，将温度控制在70℃，开始进行水解反应，反应过程中持续搅拌，转速约100rpm，污泥水解加药系统4在反应过程中控制滴加氢氧化钠溶液，使污泥水解反应池5中的pH值保持在12~14，反应时间为24h，水解后的混合液即污泥水解液进入水解液储槽19，将污泥水解液作为污水处理的絮凝剂，利用水解液回流泵20将污泥水解液提升回流至污水处理系统。
实施上述污泥完全资源化方法的装置包括机械筛网1、污泥调节池2、污泥提升泵3、污泥水解加药系统4、污泥水解反应池5、氯化钙加药系统6、絮凝沉淀池7、水解液调节池8、前离心机9、粗絮凝液储存池10、丙酮投加系统11、絮凝液-丙酮混合池12、后离心机13、絮凝剂粗品罐14、絮凝沉淀物储槽15、螺杆泵16、脱水设备17、无机固体产品储槽18、水解液储槽19、水解液回流泵20、阀门a21、阀门b22和阀门c23，其中污泥调节池2、污泥水解反应池5、絮凝沉淀池7和絮凝液-丙酮混合池12分别配有搅拌装置，污泥水解加药系统4和氯化钙加药系统6分别配有搅拌配药装置和加药泵装置。
机械筛网1选用全自动螺旋式细格栅，配套无轴螺旋输送机，采用倾斜安装，安装于钢筋混凝土管槽中，处理后的污泥自流入污泥调节池2中，污泥调节池2中的泥管采用桥架方式进行敷设，出泥管线管口距池底0.5~1.0m，另一端连接污泥提升泵3，经污泥提升泵3加压提升后污泥流入污泥水解反应池5，污泥水解加药系统4利用PVC管连接在污泥水解反应池5顶部，在污泥水解反应池5底部利用三通管与絮凝沉淀池7和水解液储槽19连接，将阀门a21、阀门b22和阀门c23分别安装在污泥水解反应池5出液管、絮凝沉淀池7进液管、水解液储槽19进液管上，水解液储槽19与水解液回流泵20相连接；氯化钙加药系统6利用PVC管连接在絮凝沉淀池7顶部的进液管上，絮凝沉淀池7与水解液调节池8相连，前离心机9进液端连接在水解液调节池8，离心后液体出口连接粗絮凝液储存池10，固体出口连接无机固体产品储槽18，粗絮凝液储存池10与絮凝液-丙酮混合池12相连，丙酮投加系统11连接在絮凝液-丙酮混合池12顶部，后离心机13的进液端与絮凝液-丙酮混合池12相连，固体出口端与絮凝剂粗品罐14相连；絮凝沉淀池7底部与絮凝沉淀物储槽15顶部相连，螺杆泵16的进料口连接絮凝沉淀物储槽15，出料口连接脱水设备17，脱水设备17的固体出口与无机固体产品储槽18相连接。污泥调节池2、污泥水解反应池5、絮凝沉淀池7、水解液调节池8、粗絮凝液储存池10、水解液储槽19底部均安装放空管，以便放空检修。
本发明的有益效果是：污泥资源化的两种处理方案对城市污水处理厂剩余污泥的处理都适用，但是针对不同的现场条件，若污泥量大的污水处理厂或者是污泥处理厂，则适用于第一种方案，得到的絮凝剂可用于污水处理厂内部使用，也可以作为商品供给其它污水厂使用；若污泥量较少，则适用于第二种方案，得到的絮凝物质较少，只用于污水厂内部污水处理使用，实现污水处理厂内部循环利用。无论哪种方案，污泥经处理后实现了资源化，最终达到污泥零排放的目的，彻底解决污水处理厂污泥处理难题，并且降低了水处理的成本，减少了环境污染。
附图说明
图1为本发明的设备流程图。
图2为本发明的工艺框架图。
图中，1、机械筛网，2、污泥调节池，3、污泥提升泵，4、污泥水解加药系统，5、污泥水解反应池，6、氯化钙加药系统，7、絮凝沉淀池，8、水解液调节池，9、前离心机，10、粗絮凝液储存池，11、丙酮投加系统，12、絮凝液-丙酮混合池，13、后离心机，14、絮凝剂粗品罐，15、絮凝沉淀物储槽，16、螺杆泵，17、脱水设备，18、无机固体产品储槽，19、水解液储槽，20、水解液回流泵，21、阀门a，22、阀门b，23、阀门c。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
大部分污水处理厂剩余污泥处理模式为产生的剩余污泥在污水厂进行浓缩后，利用机械脱水方式将污泥脱水至含水率80%左右，然后外运进行填埋、堆肥或者焚烧等处理，这种模式不但增加污泥运输费用，成本较高，而且容易产生二次污染。本发明工艺可应用于污水处理厂现场污泥处理设施的新建或改造，也可以用于污泥处理厂。
如图1所示，本发明的设备为：机械筛网1、污泥调节池2、污泥提升泵3、污泥水解加药系统4、污泥水解反应池5、氯化钙加药系统6、絮凝沉淀池7、水解液调节池8、前离心机9、粗絮凝液储存池10、丙酮投加系统11、絮凝液-丙酮混合池12、后离心机13、絮凝剂粗品罐14、絮凝沉淀物储槽15、螺杆泵16、脱水设备17、无机固体产品储槽18、水解液储槽19、水解液回流泵20、阀门a21、阀门b22和阀门c23，其中污泥调节池2、污泥水解反应池5、絮凝沉淀池7和絮凝液-丙酮混合池12分别配有搅拌装置，污泥水解加药系统4和氯化钙加药系统6分别配有搅拌配药装置和加药泵装置。
机械筛网1选用全自动螺旋式细格栅，配套无轴螺旋输送机，采用倾斜安装，安装于钢筋混凝土管槽中，处理后的污泥自流入污泥调节池2中，污泥调节池2中的泥管采用桥架方式进行敷设，出泥管线管口距池底0.5~1.0m，另一端连接污泥提升泵3，经污泥提升泵3加压提升后污泥流入污泥水解反应池5，污泥水解加药系统4利用PVC管连接在污泥水解反应池5顶部，在污泥水解反应池5底部利用三通管与絮凝沉淀池7和水解液储槽19连接，将阀门a21、阀门b22和阀门c23分别安装在污泥水解反应池5出液管、絮凝沉淀池7进液管、水解液储槽19进液管上，水解液储槽19与水解液回流泵20相连接；氯化钙加药系统6利用PVC管连接在絮凝沉淀池7顶部的进液管上，絮凝沉淀池7与水解液调节池8相连，前离心机9进液端连接在水解液调节池8，离心后液体出口连接粗絮凝液储存池10，固体出口连接无机固体产品储槽18，粗絮凝液储存池10与絮凝液-丙酮混合池12相连，丙酮投加系统11连接在絮凝液-丙酮混合池12顶部，后离心机13的进液端与絮凝液-丙酮混合池12相连，固体出口端与絮凝剂粗品罐14相连；絮凝沉淀池7底部与絮凝沉淀物储槽15顶部相连，螺杆泵16的进料口连接絮凝沉淀物储槽15，出料口连接脱水设备17，脱水设备17的固体出口与无机固体产品储槽18相连接。污泥调节池2、污泥水解反应池5、絮凝沉淀池7、水解液调节池8、粗絮凝液储存池10、水解液储槽19底部均安装放空管。
第一种方案的实施例为：在进行污泥处理前，打开阀门a21和阀门b22，将阀门c23关紧，使污泥水解反应池5与絮凝沉淀池7相连；在污泥调节池2中加入一定量的稀释用水（大约500升），开动循环搅拌泵，经1.5mm的机械筛网进行过滤后加入一定量的原始污泥（大约500升），在转速600rpm下搅拌30min，直至均匀，达到含水率为96%-98%、密度约为1.005 t/m3，测得混合液总COD平均值为11089 mg／L；开动污泥提升泵3将调配好的污泥混合液提升入污泥水解反应池5；在污泥水解加药系统4中配置浓度为5%的氢氧化钠溶液，向污泥水解反应池5中一次性投加进去100L氢氧化钠溶液，搅拌几分钟后就开始测定污泥水解反应池5中的pH值，直至测得的pH值在12~14之间为止，温度控制在70℃，开始进行水解反应，反应过程中持续搅拌，约100rpm，由于水解反应不断消耗氢氧化钠，利用污泥水解加药系统4控制滴加氢氧化钠溶液，保持污泥水解反应池5中的pH值维持在12~14之间，持续反应24小时；在氯化钙加药系统6中配置氯化钙浓度30%的溶液，在污泥水解液进入絮凝沉淀池7前进行投加，投加比例为4LCaCl2溶液/m3水解液，在絮凝沉淀池7中沉淀3小时，水解液分离为底部沉淀物和上清液；上清液进入水解液调节池8，共得到630L，测得上清液COD为6808mg/L，COD溶出率=6808/11089×100%=61.4%；上清液经前离心机9在转速6000r/min条件下离心5min，得到的液体为粗絮凝液进入粗絮凝液储存池10，约600L，得到的残余固体物质约20~25kg，进入无机固体产品储槽18；粗絮凝液储存池10中的粗絮凝液进入絮凝液-丙酮混合池12，在搅拌速度200r/min条件下与丙酮投加系统11投加的1200L丙酮混合反应15min，得到的混合液经后离心机13在15000 r/min转速下离心分离15min，收集固体沉淀得到含水率约50%的絮凝剂粗品，约28kg，储存于絮凝剂粗品罐14；絮凝沉淀池7中的底部沉淀物先储存于絮凝沉淀物储槽15，约370L；经由螺杆泵16提升至脱水设备17，在8000r/min条件下离心5min，得到固态物质与前离心机9分离出的残余固体物质一起储存于无机固体产品储槽18，得到20kg含水率约50%的固体产品，经测定该固体产品的营养成分为：N 6％、P 2％、K 1％，大部分微生物已经在水解过程中被杀灭，符合污泥土地利用标准，可作为城市绿化等肥料利用。
第二种方案的实施例为：在进行污泥处理前，打开阀门a21和阀门c23，将阀门b22关紧，使污泥水解反应池5与水解液储槽19相连；在污泥调节池2中加入一定量的稀释用水（大约500升），开动循环搅拌泵，经1.5mm的机械筛网进行过滤后加入一定量的原始污泥（大约500升），在转速600rpm下搅拌30min，直至均匀，达到含水率为96%-98%、密度约为1.005 t/m3，测得混合液总COD平均值为10275 mg／L；开动污泥提升泵3将调配好的污泥混合液提升入污泥水解反应池5；在污泥水解加药系统4中配置浓度为5%的氢氧化钠溶液，首次向污泥水解反应池5中投加时一次性投加进去，搅拌几分钟后就开始测定污泥水解反应池5中的pH值，直至测得的pH值在12~14之间为止，温度控制在70℃，开始进行水解反应，反应过程中持续搅拌，约100rpm，由于水解反应不断消耗氢氧化钠，利用污泥水解加药系统4控制滴加氢氧化钠溶液，保持污泥水解反应池5中的pH值维持在12~14之间，持续反应24小时，将得到的全部产品储存于水解液储槽19中，利用水解液回流泵20提升回流至污水处理系统。
取水解液储槽19中的水解液作为絮凝剂，对浓度5g/L的高岭土悬浮液，在pH值为7，温度20℃，絮凝剂（水解液）投加量为5ml/L时，絮凝率在95%以上。
Claims (2)
1.污泥完全资源化方法，其特征在于，该方法的步骤为：
（一）在进行污泥处理前，打开阀门a（21）和阀门b（22），将阀门c（23）关紧，使污泥水解反应池（5）与絮凝沉淀池（7）相连；
（二）污泥经机械筛网（1）过滤进入污泥调节池（2）中，搅拌30min使污泥的含水率控制在96%-98%，密度1.005 t／m3，测量COD值；
（三）污泥经污泥提升泵（3）提升进入污泥水解反应池（5），污泥水解加药系统（4）向污泥水解反应池（5）中加入浓度为5%的氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液与污泥的体积比为1：10，经搅拌使污泥水解反应池（5）中的pH值达到12~14，将温度控制在70℃，开始搅拌24h，控制污泥水解加药系统（4）滴加氢氧化钠溶液，使污泥水解反应池（5）中的pH值保持在12~14，搅拌24h，得到污泥水解液；
（四）污泥水解液进入絮凝沉淀池（7），同时打开氯化钙加药系统（6），根据4LCaCl2溶液/m3污泥水解液的比例加入浓度为30%的氯化钙溶液，在絮凝沉淀池（7）中沉淀3h，分离出含生物絮凝剂的上清液和底部沉淀物；
（五）含生物絮凝剂的上清液经过水解液调节池（8），测量COD值，算出COD溶出率；
（六）含生物絮凝剂的上清液经前离心机（9）以6000r/min的转速离心5min，得到的液体为粗絮凝液进入粗絮凝液储存池（10），离心得到的残余固体物质进入无机固体产品储槽（18）；
（七）粗絮凝液在粗絮凝液储存池（10）中停留24h后进入絮凝液-丙酮混合池（12），丙酮投加系统（11）按照丙酮与粗絮凝液体积比为2：1向絮凝液-丙酮混合池（12）中投加丙酮，在搅拌速度200r/min条件下反应15min；
（八）得到的混合液经后离心机（13）在15000 r/min转速下离心分离15min，得到的固体沉淀即为絮凝剂粗品，储存于絮凝剂粗品罐（14）；
（九）将絮凝沉淀池（7）中分离出的底部沉淀物储存于絮凝沉淀物储槽（15），经由螺杆泵（16）提升至脱水设备（17）在8000r/min条件下离心脱水，达到含水率为70%即可，得到的沉淀物与前离心机（9）分离出的残余固体物质一起储存于无机固体产品储槽（18）。
2.污泥完全资源化方法，其特征在于，该方法的步骤为：
（一）在进行污泥处理前，打开阀门a（21）和阀门c（23），将阀门b（22）关紧，使污泥水解反应池（5）与絮凝沉淀池（19）相连；
（二）污泥经机械筛网（1）过滤进入污泥调节池（2）中，搅拌30min使污泥的含水率控制在96%-98%，密度1.005 t／m3，测量COD值；
（三）污泥经污泥提升泵（3）提升进入污泥水解反应池（5），污泥水解加药系统（4）向污泥水解反应池（5）中加入浓度为5%的氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液与污泥的体积比为1：10，经搅拌使污泥水解反应池（5）中的pH值达到12~14，将温度控制在70℃，开始搅拌24h，控制污泥水解加药系统（4）滴加氢氧化钠溶液，使污泥水解反应池（5）中的pH值保持在12~14，搅拌24h，得到污泥水解液；
（四）污泥水解液进入水解液储槽（19），利用水解液回流泵（20）将污泥水解液提升回流至污水处理系统。
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