CN104193127B - 一种废水生物处理后剩余污泥的处理方法 - Google Patents

一种废水生物处理后剩余污泥的处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种废水生物处理后剩余污泥的处理方法,通过加入硫酸亚铁溶液、过硫酸钠溶液或过硫酸钾溶液和工业粉煤灰,处理污泥,得到滤饼和滤液。跟现有技术相比,本发明通过添加二价铁盐和加热协同激发过硫酸盐产生强氧化性硫酸根自由基,利用硫酸根自由基高效破解污泥微生物细胞,使微生物失去活性,显著减弱与胞外聚合物间的附着作用,从而剥离胞外聚合物,释放出键合态水,改变污泥絮体的结构和表面疏水性;加入工业粉煤灰剂后,增加了滤饼通透性,能起到助滤剂的作用。本方法可使污泥比阻低至(0.2~0.5)×108S2/g,脱水后滤饼的含水率低至40~60%,减少常规絮凝剂例如聚丙烯酰胺产生的二次污染,降低了污泥脱水运行成本、对原先工艺设备不需要改造就可实施,运行方便,脱水污泥可以直接填埋或用作生产陶粒或建筑材料。

Description

一种废水生物处理后剩余污泥的处理方法
技术领域
本发明涉及剩余污泥的处理方法,特别是涉及一种废水生物处理后剩余污泥的处理方法。
背景技术
近年来,我国的污水处理工作的迅速发展很大程度上缓解了我国水污染的危机,然而活性污泥法及衍生工艺作为废水处理应用最广泛的生物处理技术,其最大弊端是产生大量的剩余污泥。随着废水处理标准越来越严格,剩余污泥的产量也大幅度地增长,伴随而来的污泥的的污染问题也日益突出,已经引起了社会各界的高度关注。当前剩余污泥经过厌氧/好氧消化后,主要是向污泥中投加聚合硫酸铁、聚合氯化铝、聚丙烯酰胺等有机高分子聚合物使污泥颗粒絮凝、增强结构以便于机械脱水。但絮凝剂只能相对提高污泥的脱水速率,不能改善污泥的脱水程度,脱水后污泥含水率只能降至78%~85%,不能满足焚烧和填埋的要求,因此高含水率的剩余污泥的处理处置已经成为污水处理发展的关键问题,寻求经济有效的减量化、稳定化以及资源化污泥处理处置技术具有重要的现实意义。
污泥中的水分按其存在状态共分为四种:污泥颗粒周围游离水的孔隙水,占污泥总含水量的70~80%左右;占总水量的10~20%左右在颗粒裂隙中由于毛细作用形成毛细水和由于表面张力的作用吸附在污泥颗粒表面的吸附水,毛细水和吸附水结合力强;包含在污泥中微生物细胞体内的结合水,占总水量5%~8%。大量的研究表明污泥颗粒表面吸附有各种荷电离子及胞外聚合物,其中胞外聚合物主要是细菌,分泌于体外的一些高分子聚合物,具有亲水性和粘性的多聚糖、蛋白质、核酸、脂质和DNA等高分子物质组成,其包围在细胞周围能为微生物提供良好的生存环境,其质量(包括其结合水)约占污泥固体质量的80%,不能用单纯的机械法除掉,因此污泥脱水的关键在于改变污泥表面的电性以及破解污泥中胞外聚合物,使污泥更容易团聚,将键合态的水释放。
当前用超声,电解,碱热,尤其是Fenton等系列高级氧化技术预调理污泥深度脱水已取得了一定的成果。李娟等(环境科学,2009年第30卷第2期,475-479)发现用Fenton试剂能有效破解活性污泥的胞外聚合物,氧化处理后,污泥颗粒的平均粒径明显减小,均匀性提高,使污泥的无机化程度和疏水性提高,并增加脱水后泥饼的含固率,有利于污泥的减量化和资源化,然而实践表明Fenton及类似工艺处理污泥成本较高阻碍了该技术的工程化应用。
硫酸根自由基(Sulfateradicals,SO4 -·)是一种高活性的自由基,氧化还原电势为2.5~3.1V,可通过光辐射、热、过渡金属(Co2+,Ag+,Fe2+等)等活化过硫酸盐分解产生,SO4 -·能激发产生其他的中间体高活性氧化物种(例如·OH),启动一序列自由基的扩散和终止链式反应,能部分甚至完全氧化分解降解污染物,活化过程如方程(1~4)所示。
S2O8 2-+heat/hv→SO4 -·(1)
S2O8 2-+e-→SO4 -·+SO4 2-(2)
S2O8 2-+Mn+→M(n+1)++SO4 -·+SO4 2-(3)
SO4 -·+H2O→·OH+HSO4 -(4)。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明的目的在于提供以一种废水生物处理后剩余污泥的处理方法。
本发明提供的一种废水生物处理后剩余污泥的处理方法,包括以下步骤:
(1)、将城市污水剩余污泥配制成混合液悬浮固体浓度为8000~11000mg/L,加入反应槽内,90-150转/分钟快速搅拌下,用酸溶液调节pH至2.0~4.0;
(2)、将步骤(1)处理后的混合液加热至50~70℃,加入硫酸亚铁溶液、过硫酸钠溶液或过硫酸钾溶液和工业粉煤灰,以40-60转/分钟搅拌反应4-7小时;
(3)、用碱溶液调节pH至9.0,絮凝沉淀排出上清液,将底部浓缩的污泥进行机械或真空脱水,得到滤饼和滤液。
步骤(2)中所述硫酸亚铁溶液,质量-体积浓度为8-12%;过硫酸钠溶液或过硫酸钾溶液质量-体积浓度为8-12%;工业粉煤灰的处理方法为:在90-110℃下烘干,过200目筛,去掉块状物及渣子,干燥备用。
步骤(2)中硫酸亚铁溶液中的硫酸亚铁、过硫酸钠溶液或过硫酸钾溶液中的过硫酸钠或过硫酸钾、工业粉煤灰和污泥固含物重量比为0.07-0.15:0.4-0.6:0.2-0.4:1。
步骤(2)中所述酸溶液为硫酸或盐酸溶液,浓度为0.2mol/L~0.4mol/L。
步骤(3)中所述碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钙溶液,浓度为0.2mol/L~0.4mol/L。
跟现有技术相比,本发明通过添加二价铁盐和加热协同激发过硫酸钠产生强氧化性硫酸根自由基,利用硫酸根自由基高效破解污泥微生物细胞,使大量的蛋白质和多糖得到释放并转移到液相,失去活性的微生物与胞外聚合物间的附着作用显著减弱,导致胞外聚合物从污泥絮体表面剥离,一部分结合水转化成易被脱除的自由水,从而改变污泥絮体的结构和表面疏水性;加入工业粉煤灰剂后,通过两者合用获得了更好的效果,即硫酸根自由基可降低脱水后滤饼的水分含量,污泥经过工业粉煤灰的调理,使污泥细小颗粒聚集形成絮凝体,显著加大絮凝体的粒径,使絮凝体结实致密,不仅增加了滤饼的通透性,能起到助滤剂的作用。本技术可使污泥比阻低至(0.2~0.5)×108S2/g、脱水后滤饼的含水率低至40~60%。同时方法成本低、减少常规絮凝剂例如聚丙烯酰胺(PAM)产生的二次污染,降低了污泥脱水运行成本、对原先工艺设备不需要改造就可实施,运行方便,脱水污泥可以直接填埋或用作生产陶粒或建筑材料。
具体实施方式
下面通过具体实施例来进一步说明本发明技术方案。
实施例所用剩余污泥取自芜湖某污水处理厂生化池剩余污泥。
实施例1
(1)、将城市污水剩余污泥配制成混合液悬浮固体浓度为9486mg/L,取500ml加入反应槽内,100转/分钟快速搅拌下,用盐酸调节pH至2.0;
(2)、将步骤(1)处理后的混合液加热至50℃,加入硫酸亚铁溶液、过硫酸钠溶液或过硫酸钾溶液和工业粉煤灰,以40转/分钟搅拌反应4小时;所述硫酸亚铁溶液,质量-体积浓度为10%;过硫酸钠溶液或过硫酸钾溶液质量-体积浓度为10%;工业粉煤灰的处理方法为:在105℃下烘干,过200目筛,去掉块状物及渣子,干燥备用;其中,硫酸亚铁溶液中的硫酸亚铁0.43g、过硫酸钠溶液中的过硫酸钠2.31g、工业粉煤灰1.58g。
(3)、用氢氧化钠溶液调节pH至9.0,絮凝沉淀排出上清液,将底部浓缩的污泥进行机械或真空脱水,得到滤饼和滤液,滤饼含水率54.2%。
污泥比阻测定:污泥2min重力排水后,直至不再出水,真空度为35kPa,100ml污泥倒入口径8cm的布氏漏斗,预湿润定量滤纸,工作10~20min,记录过滤时间t和相应时刻的滤液量V以及滤液总体积,进行计算的出污泥比阻(SRF)。公式如下:
SRF=2bPA2/μc
其中:A是过滤面积m2;b是过滤时间/滤液体积(t/V)和滤液体积(V)的斜率(S·m-6);C:单位体积滤出液所得滤饼干重kg/m3;P:过滤压力;μ:滤出液粘度N·S/m2。泥饼含水率测定:用城市污水处理厂污泥检验方法(CJ/T221-2005)中含水率的测定(重量法)
相对疏水性测定:向圆底玻璃试管(酸处理,d=10mm)内加入30ml活性污泥(pH调节到7.0),超声分散(50w)2min,再加入15mL正己烷作为有机相,用玻璃小塞封口,室温(25±2℃)剧烈振荡5min,把混合相倒入分液漏斗中静置10min分层,液相流入到另外一个玻璃器皿中,然后分别测定萃取后液相中的MLSS浓度(MLSSe)和原MLSS浓度(MLSSi)分别表示,相对疏水性RH按下公式表示:
RH(%)=[1-MLSSe/MLSSi]×100
污泥比阻测定、泥饼含水率测定和污泥比阻测定,结果如下表1。
实施例2
(1)、将城市污水剩余污泥配制成混合液悬浮固体浓度为10108mg/L,取500ml加入反应槽内,110转/分钟快速搅拌下,用盐酸调节pH至2.0;
(2)、将步骤(1)处理后的混合液加热至60℃,加入硫酸亚铁溶液、过硫酸钠溶液或过硫酸钾溶液和工业粉煤灰,以50转/分钟搅拌反应5小时;所述硫酸亚铁溶液,质量-体积浓度为8%;过硫酸钠溶液或过硫酸钾溶液质量-体积浓度为11%;工业粉煤灰的处理方法为:在90℃下烘干,过200目筛,去掉块状物及渣子,干燥备用;其中,硫酸亚铁溶液中的硫酸亚铁0.465g、过硫酸钠溶液中的过硫酸钠2.4g、工业粉煤灰1.6g。
(3)、用氢氧化钙溶液调节pH至9.0,絮凝沉淀排出上清液,将底部浓缩的污泥进行机械或真空脱水,得到滤饼和滤液,滤饼含水率58.2%。
按照实施例1所述的方法进行污泥比阻测定、泥饼含水率测定和污泥比阻测定,结果如下表1。
实施例3
(1)、将城市污水剩余污泥配制成混合液悬浮固体浓度为10525mg/L,取500ml加入反应槽内,100r/min快速搅拌下,用盐酸调节pH至3.0;
(2)、将步骤(1)处理后的混合液加热至58℃,加入硫酸亚铁溶液、过硫酸钠溶液或过硫酸钾溶液和工业粉煤灰,以50转/分钟搅拌反应6小时;所述硫酸亚铁溶液,质量-体积浓度为10%;过硫酸钠溶液或过硫酸钾溶液质量-体积浓度为12%;工业粉煤灰的处理方法为:在90℃下烘干,过200目筛,去掉块状物及渣子,干燥备用;其中,硫酸亚铁溶液中的硫酸亚铁0.41、过硫酸钾溶液中的过硫酸钾2.3g、工业粉煤灰1.7g。
(3)、用氢氧化钠溶液调节pH至9.0,絮凝沉淀排出上清液,将底部浓缩的污泥进行机械或真空脱水,得到滤饼和滤液,滤饼含水率59.6%。
按照实施例1所述的方法进行污泥比阻测定、泥饼含水率测定和污泥比阻测定,结果如下表1。
实施例4
(1)、将城市污水剩余污泥配制成混合液悬浮固体浓度为10930mg/L,取500ml加入反应槽内,120转/分钟快速搅拌下,用盐酸调节pH至4.0;
(2)、将步骤(1)处理后的混合液加热至70℃,加入硫酸亚铁溶液、过硫酸钠溶液或过硫酸钾溶液和工业粉煤灰,以50转/分钟搅拌反应4小时;所述硫酸亚铁溶液,质量-体积浓度为10%;过硫酸钠溶液或过硫酸钾溶液质量-体积浓度为10%;工业粉煤灰的处理方法为:在105℃下烘干,过200目筛,去掉块状物及渣子,干燥备用;其中,硫酸亚铁溶液中的硫酸亚铁0.475g、过硫酸钠溶液中的过硫酸钠2.45g、工业粉煤灰1.8g。
(3)、用氢氧化钠溶液调节pH至9.0,絮凝沉淀排出上清液,将底部浓缩的污泥进行机械或真空脱水,得到滤饼和滤液,滤饼含水率55.3%。
按照实施例1所述的方法进行污泥比阻测定、泥饼含水率测定和污泥比阻测定,结果如下表1。
实施例5
(1)、将城市污水剩余污泥配制成混合液悬浮固体浓度为8862mg/L,取500ml加入反应槽内,110转/分钟快速搅拌下,用盐酸调节pH至3.0;
(2)、将步骤(1)处理后的混合液加热至65℃,加入硫酸亚铁溶液、过硫酸钠溶液或过硫酸钾溶液和工业粉煤灰,以60转/分钟搅拌反应4小时;所述硫酸亚铁溶液,质量-体积浓度为10%;过硫酸钠溶液或过硫酸钾溶液质量-体积浓度为10%;工业粉煤灰的处理方法为:在105℃下烘干,过200目筛,去掉块状物及渣子,干燥备用;其中,硫酸亚铁溶液中的硫酸亚铁0.464g、过硫酸钾溶液中的过硫酸钾2.26g、工业粉煤灰1.78g。
(3)、用氢氧化钠溶液调节pH至9.0,絮凝沉淀排出上清液,将底部浓缩的污泥进行机械或真空脱水,得到滤饼和滤液,滤饼含水率54.6%。
按照实施例1所述的方法进行污泥比阻测定、泥饼含水率测定和污泥比阻测定,结果如下表1。
表1实施例1-5污泥测定结果

Claims (7)

1.一种废水生物处理后剩余污泥的处理方法,其特征在于,所述处理方法包括以下步骤:
(1)、将城市污水剩余污泥配制成混合液悬浮固体浓度为8000~11000mg/L,加入反应槽内,90-150转/分钟快速搅拌下,用酸溶液调节pH至2.0~4.0;
(2)、将步骤(1)处理后的混合液加热至50~70℃,加入硫酸亚铁溶液、过硫酸钠溶液或过硫酸钾溶液和工业粉煤灰,以40-60转/分钟搅拌反应4-7小时;
(3)、用碱溶液调节pH至9.0,絮凝沉淀排出上清液,将底部浓缩的污泥进行机械或真空脱水,得到滤饼和滤液。
2.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,步骤(2)中硫酸亚铁溶液中的硫酸亚铁、过硫酸钠溶液或过硫酸钾溶液中的过硫酸钠或过硫酸钾、工业粉煤灰和污泥固含物重量比为0.07-0.15:0.4-0.6:0.2-0.4:1。
3.根据权利要求1或2所述的处理方法,其特征在于,所述硫酸亚铁溶液,质量-体积浓度为8-12%。
4.根据权利要求1或2所述的处理方法,其特征在于,所述过硫酸钠溶液或过硫酸钾溶液质量-体积浓度为8-12%。
5.根据权利要求1或2所述的处理方法,其特征在于,所述工业粉煤灰的处理方法为:在90-110℃下烘干,过200目筛,去掉块状物及渣子,干燥备用。
6.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,步骤(1)中所述酸溶液为硫酸或盐酸溶液,浓度为0.2mol/L~0.4mol/L。
7.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,步骤(3)中所述碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钙溶液,浓度为0.2mol/L~0.4mol/L。
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