CN103936241A - 一种污水厂污泥资源化处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种污水厂污泥资源化处理方法。先在130-150℃，0.2-0.5MPa条件下，采用催化水解技术将污水厂污泥中有机物和无机物进行分离，得到含铝铁固体和有机废液，最后分别将它们资源化处理：将有机废液泵入厌氧反应器中，35℃高效厌氧反应24h，制得甲烷，液体有机肥和颗粒污泥；将含铝铁固体烘干，研磨，过筛，得到污泥粉末，在污泥粉末中加入5mol/L的盐酸，于90℃下反应1～2h，静置后取上清液，将上清液的pH调至2.5-4，在50-60℃下熟化12h，得到聚合氯化铝铁絮凝剂。本发明工艺简单，成本低廉，经济与社会效益高，能够实现污水厂污泥零排放及清洁生产，可广泛用于污水厂污泥资源化处理。

Description

一种污水厂污泥资源化处理方法

技术领域

本发明涉及一种污水厂污泥资源化处理方法。属于污泥资源化处理处置技术领域。

背景技术

随着污水厂排放标准从一级B提高到一级A，很多污水厂采用的生化法无法使磷排放达标。为了达到这一标准，很多污水厂目前普遍采取化学法除磷，这进一步增加了污水厂产生的污泥的产量。

污水厂污泥一般指用物理法、化学法、物理化学法和生物法等处理废水时产生的沉淀物、颗粒物和漂浮物。污泥往往含有大量超标重金属、病原微生物、有机质及丰富的氮、磷、钾等营养物质，其含水量高、易腐烂、有恶臭。这种固体废弃物如果任意排放不加处理，不仅对环境造成污染，危害人类健康，同时也是对资源的严重浪费。若能合理利用，则不仅可变废为宝，还能增加经济效益，故适合我国国情的污泥资源化利用技术具有重要的现实意义。

目前污水厂污泥处理应用技术主要包括填埋、焚烧和堆肥。

污泥填埋已发展成为一项比较成熟的污泥处置技术，然而，城市污泥卫生填埋也存在许多问题。污泥作为卫生填埋处理时，应注意该处的地质、水文条件和土壤条件；还应考虑到环境卫生问题，填坑铺设防渗性能好的材料，填埋场还应配设渗滤液收集装置及净化设施。另外，远距离的运输费用高昂也是制约污泥的卫生填埋的一个重要因素。

污泥焚烧处置主要有两种方法：一种是脱水污泥直接焚烧，该法处置工艺环节少，流程简单，二次污染可能性小，但处理所需的燃料量大，费用较高，同时运输费用也高；另一种是脱水污泥经过干化或者半干化处理后焚燃，它使焚烧相对简单，运输费用减少，但是需要污水厂有配套的干化设备，导致干化费用较高。然而污泥焚烧又以一次性投资大、设备投资高、运转费用高、有机物燃烧温度低于850℃时产生二恶英等剧毒物质，需要对烟气进行处理，焚烧灰需要再处理等限制了其使用。

污泥堆肥是利用污泥的微生物进行发酵的过程。但堆肥处理后的污泥产品中病原体仍有可能存活，且产品的高含水率(30%-40%)可使病原体复活，故堆肥法不足以保证安全性。同时污泥中也含有毒有害物，直接应用于农业会造成土壤以及水体的二次污染：(1)污泥中重金属会造成地下水、土壤及作物的二次污染；(2)污泥中病原体会对环境造成影响；(3)氮、磷等物质浓度过高会对地下水造成污染。

在大力推进循环经济、落实科学发展观、建设“节约型社会”的今天，坚持“泥水并重”的原则，把污水厂污泥的处理处置与资源化的相结合，将成为城市污水污泥最佳的最终出路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本低廉的污水厂污泥多途径资源化的新技术，用该技术得到的絮凝剂、甲烷、颗粒污泥和液态有机肥具有实用效果好，能有效利用作为原料的污水厂污泥中的无机物和有机物，并为污水厂污泥最终处置提供出路。

为实现上述目的，本发明通过对污水厂污泥进行实验分析发现，污水厂污泥有机物含量约55%，无机物含量约45%。同时由于污水厂污水在处理过程中投加大量的铝系和铁系絮凝剂，它们沉淀在污泥中，其中占污泥无机物含量的80%左右，经检测污泥的氧化铝含量一般在28%以上，污泥的铁含量在3%以上，此无机物可以作为聚合氯化铝铁的原料。污水厂的有机物经检测总氮含量为19.5mg/g污泥，总磷含量为2.2mg/g污泥。

具体工艺如下：

先采用催化水解技术将污水厂污泥中有机物和无机物分离，得到含铝铁固体和有机废液；然后分别将含铝铁固体进一步深化处理，制得到絮凝剂；将有机废液通过高效厌氧技术生产颗粒污泥、甲烷和有机肥；

上述催化水解技术是：将污水厂取来的含水率为97-99%污泥放入水解反应釜中，加入作为催化剂的氢氧化钠，催化剂的加入量为污泥重量的10%，在压力为0.2-0.5MPa下，加热至130℃-150℃，反应2h，反应后污泥含水率下降为30-40%，水解反应釜内有机物和无机物分离，褐色液体为有机废液，固体是含铝铁固体。

上述将含铝铁固体进一步深化处理，制备得到絮凝剂的方法是：先将含铝铁固体105℃烘干，研磨，过100目筛，得到污泥粉末；再量取污泥粉末：5mol/L的盐酸=1:3～5质量比，然后将5mol/L的盐酸加入污泥粉末中，于90℃下反应1～2h，静置30min后取上清液，用碱将上清液的pH调至2.5-4，在50-60℃下熟化12h，得到聚合氯化铝铁絮凝剂液体产品，将聚合氯化铝铁絮凝剂液体产品100℃干燥，即得聚合氯化铝铁絮凝剂固体产品；

上述将有机废液通过高效厌氧技术生产颗粒污泥、甲烷和液体有机肥的方法是：首先将有机废液pH值调节为弱碱性（8-9），然后调节计量泵的流量，将有机废液泵入厌氧反应器（UASB）中，控制厌氧反应器内的温度为35℃，停留时间24h，高效厌氧制得甲烷、有机肥、残渣为颗粒污泥。

所述的高效厌氧制得甲烷是：有机废液在厌氧反应器中高效厌氧制得的厌氧反应气（混合气）中甲烷含量为65%，该厌氧反应器的厌氧反应气产气率为1.75m³/(m³·d)。

所述的有机肥，其产量为0.5kg/(m³·d)，即每天每m³厌氧反应器容积产0.5kg有机肥，该有机肥中含氮0.29kg，含磷为0.029kg，其余为有机物及微量元素。

本发明的优点如下：

1、由于本发明先采用催化水解技术，将污水厂污泥中有机物和无机物分离，催化水解技术在中温低压的条件下操作，反应速度快，易分解难降解的化学物质，能耗低甚至可回收热能等，同时催化水解技术因为不需要对污水厂污泥进行脱水、干燥等预处理，适合处理含高浓度有机污染物的污水厂污泥，因此，本发明工艺简单，安全可靠，容易推广。

2、由于本发明将含铝铁固体进一步深化处理，制得到絮凝剂；将有机废液通过高效厌氧技术生产颗粒污泥、甲烷和液体有机肥，实现污水厂污泥多途径资源化，变废为宝，可以促进循环经济，对推动适合我国国情的投资少、见效快的强化处理技术在我国污水厂改造中的应用推广起到进一步的促进作用。

3，本发明可以达到污泥的减量化、稳定化、无害化、资源化的要求，减少环境污染，缓解全球资源、能源紧缺压力，实现污水厂污泥零排放及清洁生产。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图。

图2为用本发明的聚合氯化铝铁絮凝剂与市售的聚合氯化铝铁（PAFC）在最佳投药量下对生化出水的综合去除效果比较图。

具体实施方式

实施例1

先将污水厂取来的含水率为97-99%污泥放入水解反应釜中，加入催化剂氢氧化钠，催化剂的加入量为污泥重量的10%，在压力为0.2-0.5MPa下，加热至130℃-150℃，进行催化水解反应2h，反应后的污泥含水率下降为30-40%。水解反应釜内有机物和无机物分离，褐色液体为有机废液，剩余固体主要是含铝铁固体的无机物。

含铝铁固体进一步深化处理，制备得到絮凝剂；

分离后的有机废液通过高效厌氧技术生产颗粒污泥、甲烷和液体有机肥；

上述絮凝剂的制备：先将含铝铁固体在105℃烘干，研磨，过100目筛，得到小于100目的污泥粉末；量取污泥粉末：5mol/L的盐酸=1:3～5质量比，然后将盐酸加入污泥粉末，于90℃反应1～2h，反应完毕后，静置30min后取上清液；用碱将上清液的pH调至2.5～4，在50～60℃熟化12h，得到聚合氯化铝铁（PAFC）絮凝剂液体产品，将聚合氯化铝铁絮凝剂液体产品100℃干燥，即得聚合氯化铝铁絮凝剂固体产品；

经检测固体产品中三氧化二铝含量大于30%，三氧化铁含量大于1%，盐基度达50%以上，不溶物含量低于0.5%，其他各项指标均符合聚合氯化铝铁絮凝剂国家标准。

上述将有机废液通过高效厌氧技术生产颗粒污泥、甲烷和液体有机肥的方法是：首先将有机废液pH值调节为弱碱性（8-9），然后调节计量泵流量，泵入厌氧反应器（UASB）中，控制厌氧反应器内的温度为35℃，停留时间24h，高效厌氧制得甲烷、有机肥、残渣为颗粒污泥。

所述的高效厌氧制得甲烷是，甲烷含量为65%的厌氧反应气（混合气），该厌氧反应器的产气率为1.75m³/(m³·d)，每天每m³厌氧反应器容积产1.75m³混合气。

所述的有机肥，其产量为每天每m³厌氧反应器容积产有机肥0.5kg，该有机肥中含氮0.29kg，含磷为0.029kg，其余为有机物及微量元素。

实施例2

用实施例1制备的聚合氯化铝铁（PAFC）絮凝剂对污水进行处理。

用某污水厂初沉池出水做混凝实验，污水厂初沉池出水即进水的水质情况为：COD为220mg/L、TP为2.8mg/L、浊度为250NTU。将本发明的聚合氯化铝铁(PAFC)絮凝剂和市售PAFC作对比，证实了本发明的混凝效果的优越性（如图2）。

采用不同混凝剂进行混凝实验（平均水温为20℃、水样pH约为7.2），分别测定处理后水样的COD和浊度，比较最佳投药量（60mg/L）下的处理效果。

本发明以污泥为原料合成的聚合氯化铝铁(PAFC)絮凝剂反应出水COD、TP和浊度的去除率分别约为60%、84%、84%。

在同样的反应条件下，市售的聚合氯化铝铁（PAFC）药剂反应出水COD、TP和浊度的去除率分别约为40%、80%、75%。

Claims (3)

1.一种污水厂污泥资源化处理方法，其特征在于：先采用催化水解技术将污水厂污泥中有机物和无机物分离，得到含铝铁固体和有机废液；然后分别将含铝铁固体进一步深化处理，制得絮凝剂；将有机废液通过高效厌氧技术生产颗粒污泥、甲烷和有机肥； 

上述催化水解技术是：将污水厂取来的含水率为97-99%的污泥放入水解反应釜中，加入催化剂氢氧化钠，催化剂的加入量为污泥重量的10%，在压力为0.2-0.5MPa下，加热至130℃-150℃，反应2h，反应后的污泥含水率下降为30-40%，水解反应釜内有机物和无机物分离，褐色液体为有机废液，固体是含铝铁固体； 

上述将含铝铁固体进一步深化处理，制得絮凝剂的方法是：先将含铝铁固体105℃烘干，研磨，过100目筛，得到污泥粉末；再量取污泥粉末：5mol/L的盐酸=1:3～5质量比，然后将盐酸加入污泥粉末中，于90℃下反应1～2h，静置30min后取上清液，用碱将上清液的pH调至2.5-4，在50-60℃下熟化12h，得到聚合氯化铝铁絮凝剂液体产品，将聚合氯化铝铁絮凝剂液体产品100℃干燥，即得聚合氯化铝铁絮凝剂固体产品； 

上述将有机废液通过高效厌氧技术生产颗粒污泥、甲烷和液体有机肥的方法是：首先将有机废液的pH值调节为弱碱性的8-9，然后调节计量泵流量，泵入厌氧反应器中，控制厌氧反应器内的温度为35℃，停留时间24h，高效厌氧制得甲烷、有机肥、残渣为颗粒污泥。 

2.根据权利要求1所述的一种污水厂污泥资源化处理方法，其特征在于：所述的高效厌氧制得甲烷是，有机废液在厌氧反应器中高效厌氧制得的厌氧反应气中甲烷含量为65%，该厌氧反应器的厌氧反应气产气率为1.75m³/(m³·d)。 

3.根据权利要求1所述的一种污水厂污泥资源化处理方法，其特征在于：所述的有机肥，其产量为0.5kg/(m³·d)，该有机肥中含氮0.29kg，含磷为0.029kg，其余为有机物及微量元素。