CN102775026B

CN102775026B - 一种利用改性粉煤灰处理沼液的方法

Info

Publication number: CN102775026B
Application number: CN201210286206.6A
Authority: CN
Inventors: 刘兴勇; 袁基刚; 李敏; 郝世雄; 颜杰; 杨虎
Original assignee: Sichuan University of Science and Engineering
Current assignee: Sichuan University of Science and Engineering
Priority date: 2012-08-13
Filing date: 2012-08-13
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2032-08-13
Also published as: CN102775026A

Abstract

本发明公开了一种利用改性粉煤灰处理沼液的方法，其处理步骤为：1）首先粗滤使得沼渣和沼液分开，并将沼液引入反应池中；2）向反应池中加入沼液质量0.5%~35%的改性粉煤灰，并使改性粉煤灰粉末与沼液混合充分，保持反应时间为5~200min；3）待反应结束以后，分离出改性粉煤灰和经预处理后的沼液，经预处理后的沼液再在SBR池中连续曝气30-240min，沼液即可实现达标排放，分离出的吸附了氨氮化合物的改性粉煤灰可作为某些特种肥料的基肥。本处理方法具有投资少、运营成本较低、操作简便、处理效果好等优点，实现了以废治废、变废为宝的目的。

Description

一种利用改性粉煤灰处理沼液的方法

技术领域

本发明涉及废物资源化利用和污水净化处理技术领域，特别涉及一种固体废物经处理后应用于沼液处理的新方法，属于沼液处理技术领域。

背景技术

沼气是一种可再生的清洁能源，发展沼气工程是我国能源战略的重要组成部分，对于缓解国家能源压力具有重大的现实意义。近年来，随着沼气工程的建设和推广应用，沼液的污染问题既成为了人们关注的焦点也是当前亟待解决的难题。沼液是一种优质的有机肥，随着养殖业大量采用配合饲料，导致沼液的主要成分及含量发生了明显的变化，除了作物营养成分以外，还存在重金属离子、农药残留物以及致病菌等。若将其直接排放，将对环境造成极大的破坏。目前对于沼液的净化处理技术研究不多，主要有人工湿地法、膜生物反应器法和藻类净化处理法等。由于沼液中残留有兽药和重金属离子等有害成分，会导致人工湿地毒化，失去生态净化功能。有科研工作者分别采用膜生物反应器和藻类对沼液进行了净化处理，也取得了一些显著成果。但是面临我国沼气工程的不断发展，沼液的产生量大，对于沼液的净化处理技术的进一步研究是十分必要的。

专利“一种沼液循环利用与净化处理系统”（CN201923919），存在设备投资较大、处理能力也不会太高的缺点；专利“一种利用矿化垃圾处理畜禽废水的方法”（CN144516A），采用矿化垃圾作为生物填料来净化处理畜禽废水中，它必须对畜禽废水进行前期的预处理——厌氧处理和粗滤，这使得整套操作过程较为繁琐并且耗时。综上，虽然目前对沼液的净化处理有一定程度的研究，但由于投资费用以及运营成本的限制，很难实现真正意义的工业化。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种投资少、运营成本较低、操作简便、处理效果好的利用改性粉煤灰处理沼液的方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种利用改性粉煤灰处理沼液的方法，其处理步骤为：

1）首先通过机械格栅粗滤使得沼渣和沼液分开，并将沼液引入反应池中；

2）向反应池中加入沼液质量0.5%~35%的改性粉煤灰，并使改性粉煤灰粉末与沼液混合充分（比如可用搅拌棒搅拌或通入气体鼓泡进行搅拌使之充分混合，搅拌棒搅拌速率为10~300rpm），保持反应时间为5~200min；

3）待反应结束以后，分离出改性粉煤灰和经预处理后的沼液，经预处理后的沼液再在SBR池中连续曝气30-240min，沼液即可实现达标排放，分离出的吸附了氨氮化合物的改性粉煤灰可作为某些特种肥料的基肥。

所述改性粉煤灰可以通过如下方法获得，首先将粉煤灰置于氢氧化钠溶液中（粉煤灰与氢氧化钠溶液的量满足钠硅比Na₂O/SiO₂为0.8-3.5）进行搅拌溶解，其中氢氧化钠的浓度为1.0~5.5 mol·L^-1，反应温度为80~130℃，反应时间为2~48h；必要时添加少量的硅源或铝源，然后在30~130℃下晶化反应2-48小时，使得粉煤灰中的硅铝成分尽可能的转化为沸石分子筛，再依次经过滤、洗涤和烘干，即得到改性粉煤灰。

所述改性粉煤灰也可以通过如下方法获得，首先将粉煤灰与碳酸钠或者氢氧化钠（粉煤灰与碳酸钠或者氢氧化钠的量满足钠硅比Na₂O/SiO₂为0.8-3.5）混合，在500~850℃条件下焙烧1~8h；然后将焙烧产物移入反应釜，加入适量的水（加入水的量由水钠比控制，本发明水钠比H₂O/Na₂O为50~160），必要时添加少量的硅源或铝源，在30~130℃下进行晶化反应2-48小时，使得粉煤灰中的硅铝成分尽可能的转化为沸石分子筛，再依次经过滤、洗涤和烘干，即可得到改性粉煤灰。

进一步地，在进行晶化反应之前先进行陈化处理，其中陈化时间为2~48小时，陈化温度为室温。

所述晶化反应分为前期的预晶化反应阶段和后期的晶化反应阶段，其中预晶化反应阶段反应温度为30~80℃，反应时间为1~24h；后期晶化反应阶段的反应温度为80~130℃，反应时间为1~24h。

目前沼液的处置模式基本上都是以无害化方式进行，没有对沼液中的氨氮进行回收利用。本发明利用改性后的固体废物（粉煤灰）预处理+SBR处理的工艺来净化处理沼液，实现了粉煤灰和沼液中氨氮的资源化利用，以资源化实现了无害化。本发明既实现了沼液中氨氮的回收利用，又解决了直接生物处理法处理沼液成本高的问题，本发明综合处理成本只有直接生化法处理的50%。

本处理方法具有投资少、运营成本较低、操作简便、处理效果好等优点，实现了以废治废、变废为宝的目的，能够有效解决目前沼液净化处理存在的弊端，具有良好的经济效益，可广泛用于沼液的净化处理。

具体实施方式

本发明是为沼液的净化处理提供一种新的方法，其具体处理步骤为：

2）向反应池中加入沼液质量0.5%~35%的改性粉煤灰，并使改性粉煤灰与沼液混合充分（比如可用搅拌装置搅拌或通入气体鼓泡进行搅拌使之充分混合，搅拌装置的搅拌速率为10~300rpm），保持反应时间为5~200min；在整个反应时间内都需要搅拌或鼓泡。

3）待反应结束以后，分离出改性粉煤灰和经预处理后的沼液，经预处理后的沼液再在SBR池中连续曝气30-240min，沼液即可实现达标排放。分离出的吸附了氨氮化合物的改性粉煤灰可作为某些特种肥料的基肥。

所述改性粉煤灰可以通过如下方法获得，首先将粉煤灰置于氢氧化钠溶液（钠硅比Na₂O/SiO₂为0.8-3.5）中进行搅拌溶解，其中氢氧化钠的浓度为1.0~5.5 mol·L^-1，反应温度为80~130℃，反应时间为2~48h；必要时添加少量的硅源或铝源（是为了人为改变粉煤灰中的硅铝元素的比例，便于更好地控制制得的改性粉煤灰适于处理沼液），然后在30~130℃下晶化反应2-48小时，使得粉煤灰中的硅铝成分尽可能地转化为沸石分子筛，再依次经过滤、洗涤和烘干，即得到改性粉煤灰。

所述晶化反应分为前期的预晶化反应阶段和后期的晶化反应阶段，其中预晶化反应阶段反应温度为30~80℃，反应时间为1~24h；晶化反应阶段反应温度为80~130℃，反应时间为1~24h。

本发明将沼液处理工艺分为预处理和生化处理两阶段，预处理阶段在常温常压下采用改性粉煤灰净化处理沼液，利用改性粉煤灰回收沼液中的大部分氨氮化合物，经过滤，滤渣（吸附了氨氮化合物的改性粉煤灰）作为特种肥料的基肥，该工艺既实现了粉煤灰和沼液中氨氮化合物的资源化利用，又降低了后续生化处理阶段的处理成本。预处理后的沼液溶解氧高、pH呈弱碱性、色度、SS、COD_Cr、BOD₅、NH₄ ⁺-N、总磷、NTU、重金属离子以及大肠杆菌都有很大程度的降低。预处理后的沼液再经生化处理，生化处理阶段主要由SBR反应器组成，经两阶段处理后，沼液即可实现达标排放或回用。

实施例1 养猪场沼液处理

某养猪场废水通过沼气池发酵处理，其沼液通过机械格栅除渣池处理后泵入反应池中，加入沼液质量3.8%的改性粉煤灰，通入压缩空气，使得改性粉煤灰与沼液能够充分反应，反应45min，经过滤得预处理后的沼液，其主要指标见表1。

表1 改性粉煤灰处理沼液的主要指标变化

主要指标	处理前	改性粉煤灰处理后	去除率
				COD	560mg/L	318 mg/L	41.3%
BOD₅为	220mg/L	130 mg/L	40.90%
				NH₄ ⁺-N	386mg/L	109 mg/L	71.76%
总磷为	40 mg/L	13 mg/L	67.5%
				SS	453 mg/L	190 mg/L	58.06%
pH	7.4	7.8

将预处理后的沼液泵入SBR反应池，曝气3h、沉淀2h、排水2h、闲置3h，出水主要指标见表2。

表2 SBR进、出水主要指标

主要指标	SBR进水	SBR 出水	达标情况（GB8978-1996）
				COD	318 mg/L	80 mg/L	一级标准
BOD₅为	130 mg/L	27 mg/L	一级标准
				NH₄ ⁺-N	109 mg/L	12.3 mg/L	一级标准
总磷为	13 mg/L	1 mg/L	一级标准
				SS	190 mg/L	58 mg/L	一级标准
pH	7.8	7.5	一级标准

由此可见，通过改性粉煤灰净化处理沼液，其中氨氮、COD等大大减低，有利于后续处理和达标排放。

实施例2 高氨氮沼液处理

某沼气工程的沼液中氨氮含量高达500-800 mg/L，直接用生物法处理，费用高且难达标排放，用吹脱等化学法处理，处理费用更高。

将沼液泵入带机械搅拌的反应池中，加入沼液质量5.5%的改性粉煤灰，沼液与改性粉煤灰反应60min后，经澄清，清液经SBR曝气4小时处理，进水及二沉池出水水质见表3。

表3改性粉煤灰—SBR处理结果表

主要指标	进水	改性粉煤灰处理后	SBR出水	达标情况（GB8978-1996）
					COD	450mg/L	370 mg/L	89 mg/L	一级标准
NH₄ ⁺-N	686mg/L	205mg/L	10.5 mg/L	一级标准
					SS	453 mg/L	190 mg/L	60 mg/L	一级标准
pH	7.4	7.8	7.5	一级标准

由表3可见，高氨氮沼液经过改性粉煤灰预处理后，氨氮含量大大降低，这大大降低了SBR的处理难度，经SBR处理后，出水主要指标达到污水综合排放标准的一级标准，该工艺简单，运行费用低。

本发明对目前沼液净化处理技术进行了优化完善，提出一种利用改性后的固体废物（粉煤灰）预处理+SBR处理的工艺来净化处理沼液。本方法实现了粉煤灰和沼液中氨氮的资源化利用，处理方法具有投资少、运营成本较低和操作简便等优点，实现了以废治废、变废为宝的目的，能够有效解决目前沼液净化处理存在的弊端。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种利用改性粉煤灰处理沼液的方法，其特征在于：其处理步骤为：

1）首先通过机械格栅粗滤,使得沼渣和沼液分开，并将沼液引入反应池中；

2）向反应池中加入沼液质量0.5%~35%的改性粉煤灰，并使改性粉煤灰与沼液混合充分，保持反应时间为5~200min；

3）待反应结束以后，分离出改性粉煤灰和经预处理后的沼液，经预处理后的沼液再在SBR池中连续曝气30-240min，沼液即可实现达标排放，分离出的吸附了氨氮化合物的改性粉煤灰粉末可作为肥料的基肥；

所述改性粉煤灰通过如下方法获得：

首先将粉煤灰置于氢氧化钠溶液中进行搅拌溶解，其中氢氧化钠的浓度为1.0~5.5 mol·L^-1，粉煤灰与氢氧化钠溶液的量满足钠硅比Na₂O/SiO₂为0.8-3.5，反应温度为80~130℃，反应时间为2~48h，然后在30~130℃下晶化反应2-48小时，再依次经过滤、洗涤和烘干，即得到改性粉煤灰；

或者首先将粉煤灰与碳酸钠或者氢氧化钠混合，粉煤灰与碳酸钠或者氢氧化钠的量满足钠硅比Na₂O/SiO₂为0.8-3.5，在500~850℃条件下焙烧1~8h；然后将焙烧产物移入反应釜，加入水钠比H₂O/Na₂O为50~160的水，在30~130℃下进行晶化反应2-48小时，再依次经过滤、洗涤和烘干，即可得到改性粉煤灰；

所述晶化反应分为前期的预晶化反应阶段和后期的晶化反应阶段，其中预晶化反应阶段反应温度为30~80℃，反应时间为1~24h；后期晶化反应阶段反应温度为80~130℃，反应时间为1~24h；

在进行所述晶化反应之前先进行陈化处理，其中陈化时间为2~48小时，陈化温度为室温。

2.根据权利要求1所述的利用改性粉煤灰处理沼液的方法，其特征在于：改性粉煤灰与沼液混合充分可通过如下方法实现：用搅拌装置搅拌或通入气体鼓泡进行搅拌，搅拌装置搅拌速率为10~300rpm。