CN103880259B - 利用过氧化钙促进污泥水解并提高污泥厌氧消化效果的方法 - Google Patents

利用过氧化钙促进污泥水解并提高污泥厌氧消化效果的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用过氧化钙促进污泥水解并提高污泥厌氧消化效果的方法,该方法包括以下步骤:(1)过氧化钙处理单元:将过氧化该投入污泥中,使过氧化钙与污泥的质量比为0.01∶1~0.6∶1,反应1-24h,水解污泥;(2)厌氧消化单元:将步骤(1)过氧化钙处理后的污泥在厌氧消化罐中厌氧菌和兼性菌的作用下进行厌氧消化,污泥中的有机化合物被迅速利用,转变为甲烷、二氧化碳和水,使污泥沼气产量提高,并实现减量化。与现有技术相比,本发明具有成本低、缩短了消化时间、实施容易等优点。

Description

利用过氧化钙促进污泥水解并提高污泥厌氧消化效果的方法
技术领域
[0001] 本发明属固体废物处理领域,具体地说是一种利用过氧化钙促进污泥水解并提高污泥厌氧消化效果的方法。
背景技术
[0002] 基于活性污泥的生物污水处理方法是目前世界上应用最广泛的污水生物处理技术,但该方法一直存在产生大量剩余污泥的弊端。随着污水量的日益增加和污水处理率的不断提高,今后几年我国的污泥产量将会有大幅度的递增。预计2020年污水排放量将达到
5.46X 101Qm3/d,产生干污泥量为4542万吨。虽然污泥量只占污水量的1_2%,但污泥处理设施投资在整个污水处理厂总投资中占约40% -50%,污泥的处理与处置费用一般要占总运行费用的30% -60%。污泥处置已从过去仅仅作为污水处理的一个单元,发展成了污水处理厂不得不优先考虑的重要环节,剩余污泥的处理与处置已成为污水处理厂运行中一个令人头疼的问题。高昂的处理费用和越来越严格的限制性法律法规使得剩余污泥的处理处置问题变得愈来愈紧迫。
[0003] 剩余污泥成分复杂,是多种微生物形成的菌胶团与其吸附的有机物和无机物组成的集合体,除含有大量的水分外(可高达99%以上),还含有难降解的有机物、重金属、少量的致病微生物(致病细菌、病原体、寄生虫、有害虫卵等),以及一般的有机物和植物养分(N、P、K)等,如果任意堆放不加以处理处置,必将占用大量土地资源,而且易腐变臭、产生渗透液易污染土壤和地下水及河流、湖泊、海洋等地表水体,给环境造成严重的二次污染。
[0004] 当今国内外污泥处理处置所依循的原则均是“减量化、稳定化、无害化和资源化”。处理要求是最终处置时对环境无害。污泥按照最终处置的要求,可经过浓缩、稳定、调理、脱水、火菌、干化、堆肥、焚烧等一个或多个处理手段组合的处理,可根据污泥的性质、类型和处置方式的不同,污泥的处理工艺可能有多种不同的选择。在我国污泥的最终处置方式主要为农业利用、园林绿化、填埋、制造建筑材料等。总之无论采用哪种途径对污泥进行处置,污泥必须事先做到稳定化。国家环保总局颁布的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中也提出了城镇污水处理厂污泥应进行稳定化处理的要求。
[0005] 我国目前常用的稳定方法是厌氧消化、好氧消化和污泥堆肥。而热解和化学稳定方法由于技术原因和经济、能耗原因而很少被采用。污泥厌氧消化技术可以有效实现污泥的减量化、无害化与资源化,在许多国家得到了广泛应用,我国厌氧消化的污泥比例有38.4%。有研究表明,当污水厂规模大于1.89X 104m3/d时,厌氧消化应该是优先考虑的污泥稳定工艺。美国68%的污水处理厂采用厌氧方法消化污泥,在德国,服务人口大于30000人约(9000m3/d)的污水处理厂大多数采用厌氧消化方法,法国和东欧国家采用厌氧消化工艺处理污水处理厂相应服务人口多大于100000人(约30000m3/d)。
[0006] 传统的厌氧消化工艺存在以下不足:污泥停留时间长,需要20-30天,因此设施占地面积大、基建费用高,有机物的去除率较低,仅为40%左右。这主要是由于污泥中大部分有机物包含在微生物细胞内,导致厌氧消化的第一阶段一水解速率很慢,成为制约厌氧消化的主要因素,最终使得污泥虽经厌氧消化,但污泥减容和减量效果不显著。为了加速污泥水解过程,降低污泥稳定性,促进污泥细胞及大分子物质的分解,减少消化池的容积,近年来发展了许多污泥预处理技术。污泥预处理的主要目的是使微生物细胞破解,增加溶解性COD (SCOD),降低污泥粘性,改善污泥的可生物降解性。日前已经被研究的预处理方法包括机械法、超声波法、碱解法、热解法、化学氧化、微波法等。
[0007] 过氧化钙是一种白色或浅黄色粉末固体,无毒无臭,常温下干燥品很稳定,在水中会缓慢溶解产生双氧水及氧气,生成羟基自由基。过氧化氢和羟基自由基都具有强氧化性,其氧化还原电位分别可达1.77V和2.80V,足以氧化分解污泥,强化有机部分的生物转化,加快细胞溶解,达到很好的污泥预处理效果。另外过氧化钙具有吸湿性,能减少污泥中结合水含量,有利于后期污泥的脱水减量。虽然有很多氧化物可产生双氧水,如碳酸钠、过氧化镁等,但过氧化钙更经济实惠且产量多,根据化学计量学公式,每克过氧化钙可产生0.47g双氧水,且过氧化钙释放双氧水过程缓慢,可通过调节PH值得到控制,避免了液态双氧水分解产生大量氧气和作用时间短的缺点,对难降解微量有机污染物,固态过氧化钙的去除效果会超越双氧水。在污水处理方面,利用过氧化钙代替部分活性污泥,处理生产及生活排放的污水,对消除水的臭味,澄清水质具有良好效果;对含锰、钴、锌、镍、铜、砷等的废水,用少量过氧化钙处理,方法简单可靠,这些物质的去除率一般可达99 %以上;用过氧化钙辅助处理阳离子染料染色的废水,其色度去除率可达98%以上。
[0008] 有关过氧化钙的研究多见于土壤修复方面,尚未见其用于污水处理厂污泥处理的报道。过氧化钙应用于污水污泥处理系统在现有污水处理厂容易实现,只需在污泥处理管路上增加溶胞系统即可,较易实施。该方法能强化污泥处理效果,去除难生物降解有机污染物和重金属,促进污泥厌氧降解,缩短发酵时间,增加沼气产量,增强后期脱水效果,减少处理处置费用,而且无二次污染风险,是一项具有较广阔发展前景的污水污泥处理技术路线。
发明内容
[0009] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种成本低、缩短了消化时间、实施容易的利用过氧化钙促进污泥水解并提高污泥厌氧消化效果的方法。
[0010] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:一种利用过氧化钙促进污泥水解并提高污泥厌氧消化效果的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
[0011] (I)过氧化钙处理单元:将过氧化该投入污泥中,使过氧化钙与污泥的质量比为
0.01: I〜0.6: 1,反应l_24h,水解污泥;
[0012] (2)厌氧消化单元:将步骤⑴过氧化钙处理后的污泥在厌氧消化罐中厌氧菌和兼性菌的作用下进行厌氧消化,污泥中的有机化合物被迅速利用,转变为甲烷、二氧化碳和水,使污泥沼气产量提高,并实现减量化。
[0013] 步骤(I)所述的污泥经过氧化钙处理之前,先经过24h浓缩,然后在进行过氧化钙处理,在过氧化钙的作用下,微生物细胞得到水解,释放出胞内物质,污泥中难生物降解的有机物被氧化为小分子易降解物质,方便后期厌氧菌和兼性菌利用,缩短厌氧消化时间。
[0014] 所述的过氧化钙处理单元是在预处理罐中进行的,所述的预处理罐包括一个搅拌器和一个加药器,搅拌器使污泥与投加进的过氧化钙反应完全,加药器是向预处理罐中投加过氧化钙。
[0015] 所述的厌氧消化罐为传统的厌氧消化罐。
[0016] 所述的厌氧消化单元处理后的物质经脱水装置金属泥水分离,上清液返回好养生化池,为好氧生化池微生物的隐形生长提供基质,脱水后的泥饼已达到稳定化,作为有机肥施用到农田中。
[0017] 本发明的目的在于针对现有污泥处理技术的不足,提供一种利用过氧化钙预处理污泥,改进、强化现有的污泥厌氧消化工艺。为实现上述目的,本发明将污泥处理系统与过氧化钙氧化系统相结合,将剩余污泥用过氧化钙氧化分解,破坏剩余污泥的细胞壁,达到促进厌氧消化的目的。
[0018] 本发明的目的是这样实现的:过氧化钙水解污泥的机理在于过氧化钙的缓慢溶解导致PH值显著升高并伴有羟基自由基等强氧化剂的产生,破坏污泥絮体结构和污泥中微生物细胞壁,释放出胞内物质,将难降解的固体性物质氧化为易降解的溶解性物质。
[0019] 与现有技术相比,本发明具有如下优点:
[0020] (I)污泥水解过程中能耗较低,运行成本较低;
[0021] (2)水解污泥可被微生物直接利用,产生隐性生长,消除后期环境污染隐患;
[0022] (3)提高了污泥厌氧消化效率,缩短了消化时间;
[0023] (4)污泥中难生物降解的有机物通过化学氧化作用得到去除;
[0024] (4)设备简单,投资少,运行管理方便,较易实施;
[0025] 利用过氧化钙促进污泥水解并提高污泥厌氧消化效果的方法是一种经济有效且无二次污染风险的污泥预处理技术,可以在水处理工艺中推广使用。
附图说明
[0026] 图1为本发明的污泥处理流程图。
具体实施方式
[0027] 以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。以下实施例不对本发明的技术方案构成限定。
[0028] 如图1所示,剩余污泥经浓缩后浓缩污泥I进入过氧化钙处理装置2。所述过氧化钙处理装置2水解后的污泥,易降解的溶解性物质增多,流入厌氧消化罐3,能有效缩短消化停留时间,提高污泥厌氧消化性能,减少污泥消化池容积,减少污泥厌氧消化处理装置的基建费用,实现污泥的减量化、资源化。厌氧消化罐3处理后的物质在污泥脱水装置4实现泥水分离,上清液5返回好氧生化池(即污水处理系统6),为好氧生化池微生物的隐形生长提供基质,脱水后的泥饼7已达到稳定化,可作为有机肥施用到农田中。
[0029] 实施例1:
[0030] 采用本发明的方法对上海某污水处理厂的浓缩污泥进行处理,常温下操作,过氧化钙与剩余污泥的质量比为0.3: I,反应24h。污泥的STOC (溶解性有机物)、上清液中总氮的释放量比未经过过氧化钙处理的污泥分别增多了 99.35%,264.63%。
[0031] 实施例2:
[0032] 采用本发明的方法对上海某污水处理厂的剩余污泥进行处理,常温下操作,过氧化钙与剩余污泥的质量比为0.5: I,反应24h。污泥的STOC (溶解性有机物)、上清液中总氮的释放量比未经过过氧化钙处理的污泥分别增多了 439.33%,298.00%。
[0033] 实施例3:
[0034] 采用本发明的方法对上海某污水处理厂的剩余污泥进行处理,常温下操作,过氧化钙与剩余污泥的质量比为0.5: 1,反应5h。污泥的STOC (溶解性有机物)的释放量比未经过过氧化钙处理的污泥增多了 208.83%。
[0035] 实施例4:
[0036] 采用本发明的方法对上海某污水处理厂的剩余污泥进行处理,常温下操作,过氧化钙与剩余污泥的质量比为0.05: 1,反应24h后厌氧消化。厌氧消化7d后,污泥中的VFA(挥发性脂肪酸)、上清液中氨氮、上清液中总氮的释放量分别可达到1451.96mg/L、146.74mg/L、336.25mg/L,而未经过过氧化钙预处理的污泥厌氧消化7d后VFA、上清液中氨氮、上清液中总氮的释放量分别只有243.07mg/L、99.7mg/L、104.90mg/L。厌氧消化21d后,污泥中的甲烷产量可达到210mL/gVS (挥发性固体),而未经过过氧化钙预处理的污泥厌氧消化21d后甲烷产量只有150mL/gVS。
[0037] 实施例5:
[0038] 采用本发明的方法对上海某污水处理厂的剩余污泥进行处理,常温下操作,过氧化钙与剩余污泥的质量比为0.1: 1,反应24h后厌氧消化。厌氧消化7d后,污泥中的VFA(挥发性脂肪酸)、上清液中氨氮、上清液中总氮的释放量分别可达到781.73mg/L、187.38mg/L、362.45mg/L,而未经过过氧化I丐预处理的污泥厌氧消化7d后VFA、上清液中氨氮、上清液中总氮的释放量分别只有243.07mg/L、99.7mg/L、104.90mg/L。厌氧消化21d后,污泥中的甲烷产量可达到167.5ml/g VS (挥发性固体),而未经过过氧化钙预处理的污泥厌氧消化21d后甲烷产量只有150mL/g VS。
[0039] 实施例6:
[0040] 将上海某污水处理厂污泥经24h浓缩处理,常温下操作,过氧化钙与浓缩污泥按质量比为0.6: I混合,投入预处理罐中,预处理罐包括一个搅拌器和一个加药器,搅拌器使污泥与投加进的过氧化钙反应完全,加药器是向预处理罐中投加过氧化钙,反应lh。将过氧化钙处理后的污泥在传统的厌氧消化罐中厌氧菌和兼性菌的作用下进行厌氧消化,污泥中的有机化合物被迅速利用,转变为甲烷、二氧化碳和水,使污泥沼气产量提高,并实现减量化。
[0041] 实施例7:
[0042] 将上海某污水处理厂污泥经24h浓缩处理,常温下操作,过氧化钙与浓缩污泥按质量比为0.01: I混合,投入预处理罐中,预处理罐包括一个搅拌器和一个加药器,搅拌器使污泥与投加进的过氧化钙反应完全,加药器是向预处理罐中投加过氧化钙,反应24h。将过氧化钙处理后的污泥在传统的厌氧消化罐中厌氧菌和兼性菌的作用下进行厌氧消化,污泥中的有机化合物被迅速利用,转变为甲烷、二氧化碳和水,使污泥沼气产量提高,并实现减量化。
[0043] 本发明将污泥处理系统与过氧化钙氧化系统相结合,将剩余污泥用过氧化钙氧化分解,破坏剩余污泥的细胞壁,达到促进厌氧消化的目的。

Claims (3)

1.一种利用过氧化钙促进污泥水解并提高污泥厌氧消化效果的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤: (1)过氧化钙处理单元:将过氧化钙投入污泥中,使过氧化钙与污泥的质量比为0.0l:I〜0.6:1,反应l_24h,水解污泥; (2)厌氧消化单元:将步骤(I)过氧化钙处理后的污泥在厌氧消化罐中厌氧菌和兼性菌的作用下进行厌氧消化,污泥中的有机化合物被迅速利用,转变为甲烷、二氧化碳和水,使污泥沼气产量提高,并实现减量化; 步骤(I)所述的污泥经过氧化钙处理之前,先经过24h浓缩,然后再进行过氧化钙处理,在过氧化钙的作用下,微生物细胞得到水解,释放出胞内物质,污泥中难生物降解的有机物被氧化为小分子易降解物质,方便后期厌氧菌和兼性菌利用,缩短厌氧消化时间; 所述的厌氧消化单元处理后的物质经脱水装置金属泥水分离,上清液返回好氧生化池,为好氧生化池微生物的隐形生长提供基质,脱水后的泥饼已达到稳定化,作为有机肥施用到农田中。
2.根据权利要求1所述的利用过氧化钙促进污泥水解并提高污泥厌氧消化效果的方法,其特征在于,所述的过氧化钙处理单元是在预处理罐中进行的,所述的预处理罐包括一个搅拌器和一个加药器,搅拌器使污泥与投加进的过氧化钙反应完全,加药器是向预处理罐中投加过氧化钙。
3.根据权利要求1所述的利用过氧化钙促进污泥水解并提高污泥厌氧消化效果的方法,其特征在于,所述的厌氧消化罐为传统的厌氧消化罐。
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