CN102603133B

CN102603133B - 污水厂污泥再生利用装置及其方法

Info

Publication number: CN102603133B
Application number: CN2012100526840A
Authority: CN
Inventors: 张世文; 李丹
Original assignee: Boying Xiamen Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Boying Xiamen Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2032-03-02
Also published as: CN102603133A; CN202594925U

Abstract

一种污水厂污泥再生利用装置，设有一级污泥泵、絮凝反应池、二级污泥泵、电解机、中间池和三级污泥泵；所述的絮凝反应池的进口通过管道和一级污泥泵与污水处理厂二沉池的污泥出口联接，絮凝反应池的出口经二级污泥泵与电解机的进口联接，电解机的出口接中间池的进口，中间池的出口经三级污泥泵和管道与厌氧池的进水口联接。对应的处理方法包括絮凝沉淀、电解和接触反应。本发明采用电解具有如下突出效果：（1）破坏污泥结构和微生物细胞壁，溶出的细胞质再回流至厌氧池进行循环作用，既可以为厌氧微生物补充碳源，又可以减少污泥产量；（2）抑制和杀灭污泥中微生物和病毒；（3）除臭；（4）分解污泥中大量有机物；（5）脱色。

Description

污水厂污泥再生利用装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种污泥处理装置及其方法，特别是涉及一种污泥再生利用装置及其方法。

背景技术

随着经济的发展，废水排放量和污水处理设施（污水处理厂）日益增多。在污水厂，伴随着污水的处理会产生0.5～2%的污泥，污泥处理处置和方法逐渐成为国内外关注的焦点。根据住建部资料显示，截止到2009年年底，全国城镇污水处理量达到280亿立方米/年，湿污泥（含水率80%）产生量突破2000万吨/年。而且，在污水处理过程中，细菌及大部分寄生生物留存在污泥中，病毒也可以吸附在污水中的颗粒上，随颗粒的沉淀也沉积到污泥中。污泥是一种污染治理工艺的副产物，这种副产物富集了污水中的污染物，含有大量的氮、磷等营养物质以及有机物、病毒微生物、寄生虫卵、重金属等有毒有害物质，具有较强的污染性质。污泥如果处置不当，其污染传播的途径是很广泛的。首先，污泥的含水率极高，除了一部分自然蒸发到空气中外，大部分将渗入地表土层，并在雨水等的冲刷下进入地表水系统或影响地下水，污泥中的污染物将沿着这两种途径进行传播。其次，没有进行卫生化的污泥进入农田以至菜地，可能直接威胁人类的食物链。第三，污泥含有大量有机质，容易腐败而散发恶臭，可能影响周边环境。而且排放的气体是污染严重的温室气体，对环境产生严重的危害。此外，污泥的数量庞大，储运这些污泥需要较大的空间和很多的工具，这些空间和工具都可能被污染，要做到与其它接触食物链的世界有效“隔绝”有一定难度。显然，污泥如果处置不当，进入人类的食物链，必然会导致疾病的传播。

然而，在污水处理发展历程中，尽管污泥是污水处理流程中的重要环节之一，但由于人们长期的认识不足以及忽视，污泥处置问题被长期搁置，污泥处置的发展相当滞后。根据调研结果显示，我国城市污水处理厂所产生的污泥，有80%没有得到妥善处理，污泥产生量大、随意堆放及所造成的污染与再污染问题已经凸显出来，并且引起了社会的关注。

现在常用的污泥处理及处置方法见图1。

利用这些方法虽然都能对污泥进行处理，但其应用仍有一定的局限。主要问题有：（1）污泥的含水率太高，这部分水份难以焚烧，运输成本高，堆放占地面积大，直接填埋则会使填埋场提前报废；（2）微生物、病原体处理不彻底，若直接施用或弃置，可能会污染食物链；（3）在处理过程中产生恶臭，同时向大气排放大量温室气体，污染周围环境；（4）没有固定住污泥中的重金属，可能造成土地的重金属积累超标、土地板结，污染土地，造成不可逆的耕地退化，限制了污泥的资源化利用；（5）经济成本高：超声波破解、臭氧氧化等方法要么所需的能耗极高，要么需要加入大量的化学药剂，虽然能够实现污泥减量的目的，但是运行成本高，从经济合算的标准衡量，仍然不尽如人意，无法实现规模化。

因此，在水污染日益严重、水环境日趋恶化的今天，缺少污泥安全处置考虑的污水处理系统是不完整的，也无法满足环境目标要求，污泥造成的二次污染问题日显突出，污泥的问题已到了不容忽视的地步，迫切需要研究、开发适合中国经济现状和发展水平的安全、合理、可靠、高效、低能耗、低投资、低成本的污泥处理技术和配套设备，最终实现城市污泥处理处置的减量化、无害化、稳定化和资源化。

发明内容

本发明的目的在于针对现有污泥处理技术存在的问题，提供一种通过电解技术破坏污泥结构和微生物细胞壁，溶解、氧化污泥中有机成分，再回流至厌氧池进行循环作用，既可以为厌氧微生物补充碳源，又可以减少剩余污泥产量，从而实现提高污水处理效率，并使污泥减量双重效果的污泥再生利用装置。

本发明的另一目的在于提供一种污水厂污泥再生利用方法。

本发明所述污水厂污泥再生利用装置，它包括一级污泥泵、絮凝反应池、二级污泥泵、电解机、中间池和三级污泥泵；所述的絮凝反应池的进口通过管道和一级污泥泵与污水处理厂二沉池的污泥出口联接，絮凝反应池的出口经二级污泥泵与电解机的进口联接，电解机的出口接中间池的进口，中间池的出口经三级污泥泵和管道与厌氧池的进水口联接。

所述絮凝反应池上有一个加药装置。

所述电解机设有电源和电解槽，电解槽内的电极材料为石墨、钛、铁、铝、锌、铜、铅、镍、钼、铬、金属的合金和纳米催化惰性电极等中的一种；所述纳米催化惰性电极的表层涂覆有晶粒为10～35nm的金属氧化物惰性催化涂层，所述纳米催化惰性电极的基板可为钛板或塑料板等，这种电极具有较高的电催化反应活性，可以大幅度降低电解的过电位，减少副反应的发生。

本发明所述一种污水厂污泥再生利用方法，采用上述污水厂污泥再生利用装置，包括以下步骤：

1）絮凝沉淀：污水处理厂中二沉池的污泥经管道和一级污泥泵进入絮凝反应池，在絮凝反应池中通过加药装置加入絮凝剂，反应完全后通过二级污泥泵泵入电解机；

在步骤1）中，所述絮凝剂为铝盐、铁盐、聚铝、聚铁、有机高分子絮凝剂或微生物絮凝剂中的一种或任意二种以上组合，所述铝盐为硫酸铝、氯化铝或二者的组合，所述铁盐为硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁或三者中任意二种以上的组合，所述聚铝为聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硅酸铝或三者中任意二者以上的组合，所述聚铁为聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚合硅酸铁或三者中任意二者以上的组合；所述最佳絮凝剂为氯化铁，氯化铁的最佳投加量为10～330kg/吨绝干污泥。

2）电解：将絮凝沉淀处理后的污泥泵入电解机电解；

在步骤2）中，所述电解的电解槽的工作电压可为2～250V，相邻两个电极间的电压可为2～18V，电流密度可为3～400mA/cm²。

3）接触反应：电解后的污泥进入中间池，使得电解产生的自由基进一步与污泥进行接触反应，破坏污泥的结构，破解微生物的细胞壁，使得污泥絮体结构发生变化，微生物胞内物质流出，进入水相，使难降解的固体性物质变为易降解的溶解性物质，使其更容易为微生物所利用，然后再通过三级污泥泵回流至厌氧池中，循环利用，不仅可以为厌氧微生物补充碳源，可被微生物代谢再利用，提高生物处理污水的效率；而且可以通过厌氧微生物的分解反应，降解由破解细菌产生的溶解性物质，从而达到减少剩余污泥产量的目的。

本发明的技术方案为：污泥→絮凝沉淀→电解→接触反应→回流至厌氧池循环利用。采用该技术方案溶解、氧化污泥中有机成分，再回流至厌氧池进行循环作用，不仅使得污泥中微生物细胞被杀死，细胞壁被破坏，细胞质溶出，提高了污泥的可生化性，便于后续厌氧微生物的降解，从而减少剩余污泥产量，而且溶出的细胞质也可以作为厌氧微生物的碳源，补充其营养物质，从而增加生物活性，提高生物处理污水的效率，达到污泥、废水双重处理的功效。

采用该技术路线解决了现有污泥处理技术难题，具有如下优势：

1、本发明采用电解具有如下突出效果：（1）破坏污泥结构，在电场的作用下可以使污泥絮体结构发生变化，加快污泥水解；（2）抑制和杀灭污泥中微生物和病毒，电解过程中会产生大量具有强氧化性的自由基，不仅能穿透渗入到微生物的细胞中，阻断微生物的DNA复制，还能氧化分解微生物的细胞壁，破坏微生物的细胞结构，使细胞质进入到污泥中，使得污泥水解，抑制和杀灭微生物；另一方面，污泥中大量的微生物带负电荷，在电场的作用下，这些带负电荷的微生物失去电子而失去生物活性从而死亡后沉降；（3）除臭，电解产生的多种游离基（氯[Cl]、羟基[OH]和氧[O]）氧化分解污泥中的发臭基团，去除恶臭，大幅度改善污泥减量处理工艺的整体工作环境；（4）分解污泥中大量有机物，在电流作用下电解使污泥中的大分子开环或断链，使难生物降解的大分子物质分解为小分子物质，将污泥B/C从0.1～0.2提高到0.3～0.6，增强污泥的可生化性，使其更容易为微生物所利用；（5）脱色，经过了生化、物化等多种方法处理后二沉池出水的色度在80～1000倍之间，一般的处理方法很难进一步脱除色度，经过电解可以将污水的色度从80～1000倍之间降低到16～32倍。

2、溶解、氧化污泥中有机成分，使难降解的固体性物质变为易降解的溶解性物质，再返回至厌氧池进行循环作用，不仅可以为厌氧微生物补充碳源，作为其营养物质被微生物代谢再利用，提高生物处理污水的效率；而且可以通过厌氧微生物的分解反应，降解由破解细菌产生的溶解性物质，从而达到提高污水处理效果，减少剩余污泥产量的双重目的，实现污泥的再生循环利用。

3、通过污泥的再生利用，降低污泥的总量，一方面可以消除污泥可能对环境造成的危害，另一方面节约运输成本，减少占地，少付填埋费。

附图说明

图1为现有技术污泥处理及处置工艺流程图；

图2为本发明所述污水厂污泥再生利用装置实施例的结构组成示意图。

具体实施方式

本发明是在对现有污水处理厂二沉池污泥的成份、性质和现有处理方案进行深入系统的对比研究之后完成的对污水处理厂二沉池污泥的再生循环利用工艺的设计，通过电解技术的运用，形成一种污泥再生利用装置及其方法。

下面实施例将结合附图2对本发明作进一步的说明。

参见图2，本发明所述污水厂污泥再生利用装置及其方法实施例设有：一级污泥泵11、絮凝反应池1、二级污泥泵21、电解机2、中间池3和三级污泥泵31；所述的一级污泥泵11与污水处理厂二沉池的污泥出口联接，一级污泥泵11的出口与絮凝反应池1的进口联接，絮凝反应池1的出口经二级污泥泵21与电解机2的进口联接，电解机2的出口接中间池3的进口，中间池3的出口经三级污泥泵31和管道与厌氧池的进水口联接。所述絮凝反应池上有一个加药装置。

以下结合图2给出污水厂污泥再生利用装置方法的具体实施例。

实施例1

某50000吨/日污水处理厂日产含水率99%的污泥500吨，其污泥处理设计如下：

（1）一级污泥泵2台（1用1备），型号： 100WL100-15-7.5立式排污泵，Q=100m3/h，H=15m；

（2）絮凝反应池1：钢混水泥池，规格：5×5×3m，有效容积50m³，设计污泥停留时间2小时，同时带有3 m³三氯化铁加药装置一个；

（3）二级污泥泵2台（1用1备），型号：80WL50-25-7.5，立式排污泵，Q=50m3/h，H=25m；

（4）纳米催化电解机7台（5用2备），型号：BYDW-Ⅰ型[波鹰（厦门）科技有限公司生产]，单机污泥处理能力5 m³/h；

（5）中间池2个：钢混水泥池，规格：10×6×3.5m，有效容积150m³，设计污泥停留时间6小时；

（6）三级污泥泵2台（1用1备），型号：80WL50-25-7.5，立式排污泵，Q=50m3/h，H=25m。

污泥处理包括如下步骤：

步骤1、絮凝沉淀

污水处理厂中二沉池的污泥经管道和一级污泥泵11进入絮凝反应池1，在絮凝反应池1中通过加药装置加入氯化铁溶液，投加量为300kg/吨绝干污泥，搅拌3~5分钟，反应完全后通过二级污泥泵21泵入电解机2。

上述氯化铁为絮凝剂。絮凝剂可以是铝盐、铁盐、聚铝、聚铁、有机高分子絮凝剂或微生物絮凝剂中的一种或任意二种以上组合，所述铝盐为硫酸铝、氯化铝或二者的组合，所述铁盐为硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁或三者中任意二种以上的组合，所述聚铝为聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硅酸铝或三者中任意二者以上的组合，所述聚铁为聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚合硅酸铁或三者中任意二者以上的组合。

步骤2、电解

将絮凝沉淀处理后的污泥经二级污泥泵21泵入电解机2电解。所述电解机2的工作电压为12V，两极间的电压为了3.5～8.0V，电流密度150mA/cm²，在电流作用下，电解产生的初生态的氯[Cl]、羟基[OH]和初生态的氧[O]等强氧化性物质，既可以破坏污泥结构，加快污泥水解，又可以抑制和杀灭微生物；同时，可以氧化分解污泥中的发臭基团，去除恶臭；此外，电解使污泥中的大分子开环或断链，使难生物降解的大分子物质分解为小分子物质，增强污泥的可生化性，并氧化分解污水中有色基团、助色基团脱色，降低色度。

步骤3、接触反应

电解后的污泥进入中间池3，使得电解产生的自由基进一步与污泥进行接触反应，破坏污泥的结构，破解微生物的细胞壁，使得污泥絮体结构发生变化，微生物胞内物质流出，进入水相，使难降解的固体性物质变为易降解的溶解性物质，使其更容易为微生物所利用，然后再通过三级污泥泵31回流至厌氧池中，循环利用，不仅可以为厌氧微生物补充碳源，可被微生物代谢再利用，提高生物处理污水的效率；而且可以通过厌氧微生物的分解反应，降解由破解细菌产生的溶解性物质，从而达到减少剩余污泥产量的目的。电解前后污泥主要指标见表1。

表1 电解前后污泥主要指标

Figure 2012100526840100002DEST_PATH_IMAGE001

实施例2

某10000吨/日污水处理厂日产含水率99%的污泥100吨，污泥处理包括如下步骤：

步骤1、絮凝沉淀

污水处理厂中二沉池的污泥经管道和一级污泥泵11进入絮凝反应池1，在絮凝反应池1中通过加药装置加入氯化铁溶液，投加量为80kg/吨绝干污泥，搅拌3~5分钟，反应完全后通过二级污泥泵21泵入电解机2。

步骤2、电解

将絮凝沉淀处理后的污泥经二级污泥泵21泵入电解机2电解。所述电解机2的工作电压为12V，两极间的电压为了3.0～8.0V，电流密度260mA/cm²，在电流作用下，电解产生的初生态的氯[Cl]、羟基[OH]和初生态的氧[O]等强氧化性物质，既可以破坏污泥结构，加快污泥水解，又可以抑制和杀灭微生物；同时，可以氧化分解污泥中的发臭基团，去除恶臭；此外，电解使污泥中的大分子开环或断链，使难生物降解的大分子物质分解为小分子物质，增强污泥的可生化性，并氧化分解污水中有色基团、助色基团脱色，降低色度。

步骤3、接触反应

电解后的污泥进入中间池3，使得电解产生的自由基进一步与污泥进行接触反应，破坏污泥的结构，破解微生物的细胞壁，使得污泥絮体结构发生变化，微生物胞内物质流出，进入水相，使难降解的固体性物质变为易降解的溶解性物质，使其更容易为微生物所利用，然后再通过三级污泥泵31回流至厌氧池中，循环利用，不仅可以为厌氧微生物补充碳源，可被微生物代谢再利用，提高生物处理污水的效率；而且可以通过厌氧微生物的分解反应，降解由破解细菌产生的溶解性物质，从而达到减少剩余污泥产量的目的。电解前后污泥主要指标见表2。

表2 电解前后污泥主要指标

实施例3

某30000吨/日污水处理厂日产含水率98%的污泥600吨，污泥处理包括如下步骤：

步骤1、絮凝沉淀

污水处理厂中二沉池的污泥经管道和一级污泥泵11进入絮凝反应池1，在絮凝反应池1中通过加药装置加入氯化铁溶液，投加量为200kg/吨绝干污泥，搅拌3~5分钟，反应完全后通过二级污泥泵21泵入电解机2。

步骤2、电解

将絮凝沉淀处理后的污泥经二级污泥泵21泵入电解机2电解。所述电解机2的工作电压为8V，两极间的电压为了3.0～8.0V，电流密度120mA/cm²，在电流作用下，电解产生的初生态的氯[Cl]、羟基[OH]和初生态的氧[O]等强氧化性物质，既可以破坏污泥结构，加快污泥水解，又可以抑制和杀灭微生物；同时，可以氧化分解污泥中的发臭基团，去除恶臭；此外，电解使污泥中的大分子开环或断链，使难生物降解的大分子物质分解为小分子物质，增强污泥的可生化性，并氧化分解污水中有色基团、助色基团脱色，降低色度。

步骤3、接触反应

电解后的污泥进入中间池3，使得电解产生的自由基进一步与污泥进行接触反应，破坏污泥的结构，破解微生物的细胞壁，使得污泥絮体结构发生变化，微生物胞内物质流出，进入水相，使难降解的固体性物质变为易降解的溶解性物质，使其更容易为微生物所利用，然后再通过三级污泥泵31回流至厌氧池中，循环利用，不仅可以为厌氧微生物补充碳源，可被微生物代谢再利用，提高生物处理污水的效率；而且可以通过厌氧微生物的分解反应，降解由破解细菌产生的溶解性物质，从而达到减少剩余污泥产量的目的。电解前后污泥主要指标见表3。

表3 电解前后污泥主要指标

Claims

1.一种污水厂污泥再生利用装置，其特征在于设有一级污泥泵、絮凝反应池、二级污泥泵、电解机、中间池和三级污泥泵；所述的絮凝反应池的进口通过管道和一级污泥泵与污水处理厂二沉池的污泥出口联接，絮凝反应池的出口经二级污泥泵与电解机的进口联接，电解机的出口接中间池的进口，中间池的出口经三级污泥泵和管道与厌氧池的进水口联接。

2. 如权利要求1所述的一种污水厂污泥再生利用装置，其特征在于所述絮凝反应池上有一个加药装置。

3.如权利要求1所述的一种污水厂污泥再生利用装置，其特征在于所述电解机设有电源和电解槽，电解槽内的电极材料为石墨、钛、铁、铝、锌、铜、铅、镍、钼、铬和纳米催化惰性电极中的一种。

4.如权利要求3所述的一种污水厂污泥再生利用装置，其特征在于所述纳米催化惰性电极的表层涂覆有晶粒为10～35nm的金属氧化物惰性催化涂层，所述纳米催化惰性电极的基板为钛板或塑料板。

5.一种污水厂污泥再生利用处理方法，其特征在于，使用如权利要求1所述一种污水厂污泥再生利用装置，所述处理方法包括以下步骤：

2）电解：将絮凝沉淀处理后的污泥泵入电解机电解；

3）接触反应：电解后的污泥进入中间池，使得电解产生的自由基进一步与污泥进行接触反应，破坏污泥的结构，破解微生物的细胞壁，使得污泥絮体结构发生变化，微生物胞内物质流出，进入水相，使难降解的固体性物质变为易降解的溶解性物质，使其更容易为微生物所利用，然后再通过三级污泥泵回流至厌氧池中，循环利用，不仅可以为厌氧微生物补充碳源，可被微生物代谢再利用，提高生物处理污水的效率；而且可以通过厌氧微生物的代谢反应，降解由破解细菌产生的溶解性物质，从而达到减少剩余污泥产量的目的。

6.如权利要求5所述的一种污水厂污泥再生利用处理方法，其特征在于在步骤1）中，所述絮凝剂为铝盐、铁盐、聚铝、聚铁、有机高分子絮凝剂或微生物絮凝剂中的一种或任意二种以上组合，所述铝盐为硫酸铝、氯化铝或二者的组合，所述铁盐为硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁或三者中任意二种以上的组合，所述聚铝为聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硅酸铝或三者中任意二者以上的组合，所述聚铁为聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚合硅酸铁或三者中任意二者以上的组合。

7.如权利要求6所述的一种污水厂污泥再生利用处理方法，其特征在于所述絮凝剂优选为氯化铁，氯化铁的投加量为10～330kg/吨绝干污泥。

8.如权利要求5所述的一种污水厂污泥再生利用处理方法，其特征在于在步骤2）中，所述电解的电解槽的工作电压为2～250V，相邻两个电极间的电压为2～18V，电流密度为3～400mA/cm²。

9.如权利要求8所述的一种污水厂污泥再生利用处理方法，其特征在于所述相邻两个电极间的最佳电压为3～8V，最佳电流密度为50～210mA/cm²。