CN104556597B

CN104556597B - 一种污泥的处理方法

Info

Publication number: CN104556597B
Application number: CN201310511285.0A
Authority: CN
Inventors: 张超; 崔龙鹏
Original assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2013-10-25
Filing date: 2013-10-25
Publication date: 2017-12-22
Anticipated expiration: 2033-10-25
Also published as: CN104556597A

Abstract

本发明公开了一种污泥的处理方法，其中，该方法包括下述步骤：（1）将污泥进行超声预处理；（2）将经过超声预处理的污泥进行泥水分离，得到上清液和固体污泥；（3）将固体污泥进行湿式氧化；（4）将经过湿式氧化的固体污泥进行脱水。采用本发明的方法，可以大幅度降低湿式氧化步骤的反应条件，使其能够在相对温和的条件下达到有效去除污泥中有机物的目的，而且，污泥的VSS的去除率可以达到90%以上、COD的去除率可以达到90%以上，获得的脱水后污泥的固含量达到60重量%以上，从而有效实现了污泥的减量化和无害化。

Description

一种污泥的处理方法

技术领域

本发明涉及一种污泥的处理方法。

背景技术

近年来我国环保产业得到了快速发展，污水处理能力及处理率迅速提高，截至2011年3月底，全国各市、县累计建成污水处理厂达到2996座，日处理能力高达1.33亿m³，另有1500座正在建设中，预计到“十二五”末全国污水日总处理能力将达到1.7亿m³，这无疑对保护水环境作用重大。但与此同时，将产生大量的剩余活性污泥，以目前污水处理产生的剩余活性污泥量计，每天将产生含水98重量%的剩余活性污泥102万m³，年产剩余活性污泥将达到3.72亿m³，数量庞大。

由于剩余活性污泥对环境污染严重，成分复杂，处理十分困难，因此，这已成为污水处理带来的难题，因而成为人们关注的热点。为解决剩余活性污泥对环境的污染，人们在剩余活性污泥减量方面开展了大量的研发工作，开发出一系列减量化技术，如剩余活性污泥干化填埋技术、堆肥技术、焚烧技术等等。这些技术对剩余活性污泥减量具有一定的效果，但都存在明显不足，如干化填埋技术不仅占用大量的土地，而且对地下水具有污染风险；堆肥技术在使用过程中会对土壤造成重金属污染和生物污染；焚烧技术不仅对设备要求很高、处理成本高，而且会产生污染大气的有害气体。

湿式氧化技术是将溶解和悬浮在水中的有机物及还原性无机物，在液态条件下加压、加温，利用氧化剂，如空气中的氧气将其氧化分解的一种有效的处理方法。该方法自从五十年代被提出以来，在难生物降解污水处理方面得到广泛的应用。湿式氧化可以将污泥中的有机物进行较彻底的氧化分解，使不溶性的高分子有机物转变成CO₂、N₂或氮氧化物，使污泥的脱水性能大大改善，同时还可以去除有机物的毒性。湿式氧化用于处理污泥，目的是使污泥中的蛋白质、脂肪等大分子有机物分解成小分子，从而改变污泥的组成和结构，提高污泥的可生物降解性，同时也可大大改善污泥的脱水性能。另外，污泥脱水后的上清液易于被厌氧处理，可以回收能量，达到资源化的目的。但是剩余活性污泥直接采用湿式氧化处理需要在较高的反应温度和压力下进行。

例如：湿式氧化法在法国污泥处理处置中的初步应用，四川环境，2010，29(1)中介绍了采用湿式氧化法进行污泥处理的工艺流程、处理结果以及湿式氧化技术的优缺点。

又如：CN1405103A公开了一种污泥的处理方法，该处理方法包括重力浓缩、化学氧化、厌氧消化、机械脱水和填埋，其中，所述化学氧化采用湿式氧化法。其中，所述湿式氧化法的温度为100-300℃，压力为0.4-10MPa，反应时间10-80min。

再如：CN102092914B公开了一种污泥处理装置及处理方法，该方法包括在重力浓缩污泥池进行重力浓缩，浓缩后污泥进入泥水分离器，上清液进入污水处理系统，污泥则通过提升泵送入湿式氧化塔中，湿式氧化塔中的搅拌机对污泥进行搅拌，同时空压机送入预热后的空气，停留时间1-2小时；通过电加热法加热，湿式氧化塔温度为150-350℃，压力为1-8MPa，并保持60-80分钟；完成后送入臭氧反应塔，臭氧投加量0.1kgO₃/kgMLSS（质量比），反应时间10-15分钟，而后将污泥排放至活化污泥池或再次返回湿式氧化塔循环氧化，干燥后制肥。

然而，上述湿式氧化方法操作温度和压力都较高，有机物去除率较低，处理后的污泥含水率较高，因而推广应用仍较困难。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的污泥处理方法无法在相对温和的处理条件下有效实现污泥淤浆的减容化和减量化的目的，而提供一种在相对温和的处理条件下对污泥进行处理，而能够有效实现污泥的减量化、无害化处理的方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种污泥的处理方法，其中，该方法包括下述步骤：

（1）将污泥进行超声预处理；

（2）将经过超声预处理的污泥进行泥水分离，得到上清液和固体污泥；

（3）将固体污泥进行湿式氧化；

（4）将经过湿式氧化的固体污泥进行脱水。

采用本发明的方法，可以大幅度降低湿式氧化步骤的反应条件，使其能够在相对温和的条件下达到有效去除污泥中有机物的目的，而且，污泥的VSS的去除率可以达到90%以上、COD的去除率可以达到90%以上，获得的脱水后污泥的固含量达到60重量%以上，从而有效实现了污泥的减量化和无害化。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

按照本发明，所述污泥的处理方法包括下述步骤：

（1）将污泥进行超声预处理；

（3）将固体污泥进行湿式氧化；

（4）将经过湿式氧化的固体污泥进行脱水。

按照本发明，由于直接从污水处理厂或其它地方排出的活性污泥中含有大量的水和约占污水量的0.3-0.5体积%的污泥，为了更有利于对污泥的有效处理，优选在将污泥进行步骤（1）的超声处理之前，先将污泥进行浓缩，得到固含量不低于1重量%，优选固含量为1-20重量%，更优选固含量为2-10重量%的污泥淤浆（可以参照GB11901-89测定所述污泥淤浆的固含量）。因此可知，所述污泥淤浆其实是指含有污泥和水的混合悬浊液。对污泥进行浓缩以满足污泥固含量要求的方法可以采用本领域技术人员公知的方法进行，例如，离心分离。

按照本发明，将优选满足一定固含量要求的污泥在进行湿式氧化之前进行超声预处理，能够使经过超声预处理后的污泥中的微生物絮体解体，细胞破裂，细胞的有机质，例如蛋白质、脂肪和碳水化合物等被释放处理并进一步被水解。因此，在经过上述超声预处理后的污泥能够在相对温和的条件下更有效地通过湿式氧化而去除其中的有机物，即，达到有效去除污泥中有机物的目的，从而达到本发明的使污泥进行有效的减量化和无害化的目的。

按照本发明，尽管只要在湿式氧化之前对污泥进行所述超声预处理的步骤即可实现本发明的发明目的，但是，优选情况下，综合考虑效果与成本，步骤（1）中，所述超声预处理的条件包括：超声频率为20-200kHz，能量密度为30-200W/L，进一步优选情况下，超声频率为25-100kHz，能量密度为40-160W/L。此外，所述超声预处理的条件还包括超声预处理的时间，该超声预处理的时间只要能够保证经过超声预处理后的污泥中微生物絮体的有效解体即可，并可以根据超声频率和能量密度进行适当选择，但是，优选情况下，在采用本发明的上述超声预处理的超声频率和能量密度的条件下，所述超声预处理的时间为0.5-30分钟，更优选，所述超声预处理的时间为2-20分钟。

按照本发明，在经过超声预处理之后，需要将污泥进行泥水分离，以得到上清液和固体污泥，从而更易于将被释放的有机物从污泥中分离，其中，在步骤（2）中，泥水分离的条件使得到的固体污泥的含水量不高于99重量%，更优选在98重量%以下。其中，所述泥水分离的方法可以为本领域技术人员所公知的各种常规的方法，例如，离心分离或重力沉降，分离后得到固体污泥和上清液。得到的固体污泥进入后续的湿式氧化处理步骤，而分离得到的上清液可以采用本领域常规的污水处理方法进行后续处理，以去除COD而达到排放或回用标准。

按照本发明，将固体污泥进行湿式氧化，即是在一定温度和压力的条件下，在液相中利用氧化剂，将固体污泥中的溶解态或悬浮态有机物氧化成二氧化碳和水，从而达到去除污染物的目的，同时将还原态无机物氧化成稳定态物质。

按照本发明，尽管所述湿式氧化的条件的可选择范围仍然较宽，但是，在本发明中，由于在将污泥进行湿式氧化之前，将污泥进行了超声预处理，因此，所述湿式氧化的条件可以大幅度降低，即，可以在较温和的条件下实施就可以达到有效去除固体污泥中剩余有机物的效果。

按照本发明，所述湿式氧化的条件一般包括温度、压力和时间。

根据本发明所述的方法，尽管提高湿式氧化温度和压力可能有助于效果的改善，但是如上所述，由于超声预处理步骤的实施，能够进一步降低湿式氧化的温度并能够很好地保证湿式氧化效果，即，可以在相对温和的条件下实现良好的湿式氧化效果，因此，优选情况下，综合考虑效果和成本，所述湿式氧化的温度为不高于150℃，优选为80-140℃。所述湿式氧化的压力为不高于0.5MPa，优选为0.1-0.4MPa。此外，本发明对湿式氧化的时间没有特别限定，可以视待处理污泥的COD值以及实际需要而定。在采用上述湿式氧化处理条件的情况下，所述湿式氧化的时间为10-180分钟，优选为30-90分钟。

此外，为了提供氧化所需要的氧化剂，所述湿式氧化条件还包括向污泥中加入氧化剂。优选情况下，氧化剂的有效用量与固体污泥的质量比为1-20:1，更优选为5-10:1。其中，所述氧化剂可以为臭氧、H₂O₂、氧体积含量不低于1体积%的含氧气体、Na₂O₂和K₂O₂中的一种或多种。其中，H₂O₂通常以双氧水的形式使用，双氧水的浓度通常为30重量%，所述含氧气体可以为空气或纯氧，所述Na₂O₂和K₂O₂可以固体的形式使用，也可以以水溶液的形式使用，优选情况下，所述氧化剂为H₂O₂。所述氧化剂的有效量指以纯物质的量计的氧化剂的量。对于双氧水或者Na₂O₂和K₂O₂的水溶液来说，氧化剂的有效量指的是水溶液中溶质的质量。对于固体氧化剂Na₂O₂和K₂O₂，氧化剂的有效量就是指氧化剂的固体质量。对于气体形式的氧化剂如含氧气体来说，氧化剂的有效量是指其中氧气的量。

所述污泥中有机物的质量可以用污泥的化学需氧量（COD）来表示，COD指在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量，它是表示水中还原性物质（主要为有机物）多少的一个指标。

将按照本发明的方法处理后的污泥进行脱水后固体污泥的固含量可以提高至60重量%以上。其中，所述脱水的方法可以参考本领域中的常规方法，在此不再赘述。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

下述实施例中，所述生化污泥来源于污水处理厂二沉池。

污泥CST指：污泥吸水性能的指标，CST愈大，说明污泥的脱水性能愈差。所述CST的测定方法为CST测定仪。

污泥VSS是指：可挥发性悬浮物，活性污泥中在600℃的燃烧炉中燃烧，并以气体逸出的那部分固体。它通常用于表示污泥中的有机物的量，常用mg/L表示，有时也用重量百分数表示。VSS也反应污泥的稳定化程度。所述污泥的VSS去除率的测定方法为焚烧法。

实施例1

本实施例用于说明本发明提供的污泥的处理方法。

将生化污泥浓缩后得到固含量为1重量%的浓缩污泥（COD值为11040mg/L），将所述浓缩污泥进行超声预处理，所述超声预处理的条件为：超声频率为20kHz，能量密度为30W/L，超声时间为10min。将超声预处理后的污泥进行离心而进行泥水分离，得到上清液和固体污泥（含水率为85重量%）。以双氧水（质量百分比浓度为30%）为氧化剂，氧化剂的有效量与固体污泥的质量比为5，在140℃，0.4MPa下，将所述固体污泥进行湿式氧化反应30min，反应完成后进行污泥脱水（脱水后的固体污泥的固含量为62重量%），得到的脱水污泥的VSS去除率为92.4%，COD去除率为92.7%，污泥CST为34s。

对比例1.1

本对比例用于说明污泥的参比处理方法。

将生化污泥浓缩后得到与实施例1相同的固含量为1重量%的浓缩污泥，将所述浓缩污泥进行超声预处理，所述超声预处理条件为：超声频率为20kHz，能量密度为30W/L，超声时间为10min，超声处理完成后进行污泥脱水（脱水后的固体污泥的固含量为15重量%），得到的脱水污泥的VSS去除率为6.4%，COD去除率为5.8%，CST为52s。

对比例1.2

本对比例用于说明污泥的参比处理方法。

将生化污泥浓缩后得到与实施例1相同的固含量为1重量%的浓缩污泥，直接进入化学氧化反应器，以双氧水（质量百分比浓度为30%）为氧化剂，氧化剂的有效量与污泥固体质量比为5，在140℃，0.4MPa下，将所述固体污泥进行湿式氧化反应30min，反应完成后进行污泥脱水（脱水后的固体污泥的固含量为27重量%），得到的脱水污泥的VSS去除率为62%，COD去除率为61%，CST为402s。

对比例1.3

本对比例用于说明污泥的参比处理方法。

将生化污泥浓缩后得到与实施例1相同的固含量为1重量%的浓缩污泥，直接进入化学氧化反应器，先通入140℃的热空气，将浓缩污泥预热2小时，然后以双氧水（质量百分比浓度为30%）为氧化剂，氧化剂的有效量与污泥固体质量比为5，在140℃，0.4MPa下，将所述固体污泥进行湿式氧化反应30min，反应完成后进行污泥脱水（脱水后的固体污泥的固含量为40重量%），得到的脱水污泥的VSS去除率为72%，COD去除率为68%，CST为102s。

实施例2

本实施例用于说明本发明提供的污泥的处理方法。

将生化污泥浓缩后得到固含量为20重量%的浓缩污泥（COD值为226830mg/L），将所述浓缩污泥进行超声预处理，所述超声预处理条件为：超声频率为200kHz，能量密度为150W/L，超声时间为30min。将超声预处理后的污泥进行离心而进行泥水分离，得到上清液和固体污泥（含水率为75重量%）。以双氧水（质量百分比浓度为30%）为氧化剂，氧化剂的有效量与污泥固体质量比为7，在100℃，0.4MPa下将所述固体污泥进行湿式氧化反应180min，反应完成后进行污泥脱水（脱水后的固体污泥的固含量为64重量%），得到的脱水污泥的VSS去除率为93.7%，COD去除率为91.4%，污泥CST为28s。

对比例2

本对比例用于说明污泥的参比处理方法。

将生化污泥浓缩后得到与实施例2相同的固含量为20重量%的浓缩污泥，直接进入化学氧化反应器，以双氧水（质量百分比浓度为30%）为氧化剂，氧化剂的有效量与污泥固体质量比为7，在100℃，0.4MPa下，将所述浓缩污泥进行湿式氧化反应180min，反应完成后进行污泥脱水（脱水后的固体污泥的固含量为30重量%），得到的脱水污泥的VSS去除率为58%，COD去除率为53%，CST为620s。

实施例3

本实施例用于说明本发明提供的污泥的处理方法。

将生化污泥浓缩后得到固含量为8重量%的浓缩污泥（COD值为98720mg/L），将所述浓缩污泥进行超声预处理，所述超声预处理条件为：超声频率为50kHz，能量密度为70W/L，超声时间为1min。将超声预处理后的污泥进行离心而进行泥水分离，得到上清液和固体污泥（含水率为85重量%）。以双氧水（质量百分比浓度为30%）为氧化剂，氧化剂的有效量与污泥固体质量比为10，在80℃，0.1MPa下将所述固体污泥进行湿式氧化反应90min，反应完成后进行污泥脱水（脱水后的固体污泥的固含量为60重量%），得到的脱水污泥的VSS去除率为90.1%，COD去除率为90.0%，污泥CST为38s。

对比例3

本对比例用于说明污泥的参比处理方法。

将生化污泥浓缩后得到与实施例3相同的固含量为8重量%的浓缩污泥，直接进入化学氧化反应器，以双氧水（质量百分比浓度为30%）为氧化剂，氧化剂的有效量与污泥固体质量比为10，在80℃，0.1MPa下进行湿式氧化反应90min，反应完成后进行污泥脱水（脱水后的固体污泥的固含量为28重量%），得到的脱水污泥的VSS去除率为55%，COD去除率为51%，CST为780s。

实施例4

本实施例用于说明本发明提供的污泥的处理方法。

将生化污泥浓缩后得到固含量为10重量%的浓缩污泥（COD值为104750mg/L），将所述浓缩污泥进行超声预处理，所述超声预处理条件为：超声频率为80kHz，能量密度为30W/L，超声时间为10min。将超声预处理后的污泥进行离心而进行泥水分离，得到上清液和固体污泥（含水率为84重量%）。以双氧水（质量百分比浓度为30%）为氧化剂，氧化剂的有效量与污泥固体质量比为20，在140℃，0.5MPa下将所述固体污泥进行湿式氧化反应90min，反应完成后进行污泥脱水（脱水后的固体污泥的固含量为65重量%），得到的脱水污泥的VSS去除率为97.6%，COD去除率为93.4%，污泥CST为15s。

实施例5

本实施例用于说明本发明提供的污泥的处理方法。

将生化污泥浓缩后得到固含量为10重量%的浓缩污泥（COD值为104750mg/L），将所述浓缩污泥进行超声预处理，所述超声预处理条件为：超声频率为80kHz，能量密度为30W/L，超声时间为10min。将超声预处理后的污泥进行离心而进行泥水分离，得到上清液和固体污泥（含水率为84重量%）。以Na₂O₂为氧化剂，氧化剂的优选量与污泥固体质量比为20，在140℃，0.5MPa下将所述固体污泥进行湿式氧化反应90min，反应完成后进行污泥脱水（脱水后的固体污泥的固含量为64重量%），得到的脱水污泥的VSS去除率为96.7%，COD去除率为95.4%，污泥CST为42s。

实施例6

本实施例用于说明本发明提供的污泥的处理方法。

按照实施例1的方法处理污泥，不同的是，提高湿式氧化的温度为200℃，压力为0.8MPa，将所述固体污泥进行湿式氧化反应30min。反应完成后进行污泥脱水（脱水后的固体污泥的固含量为65重量%），得到的脱水污泥的VSS去除率为94.3%，COD去除率为93.7%，污泥CST为25_s。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims

1.一种污泥的处理方法，其特征在于，该方法由下述步骤组成：

(1)将污泥进行超声预处理，所述超声预处理的条件包括：超声频率为20-200kHz，能量密度为30-200W/L，超声预处理的时间为0.5-30分钟；

(2)将经过超声预处理的污泥进行泥水分离，得到上清液和固体污泥；

(3)向固体污泥中加入氧化剂，将固体污泥进行湿式氧化，湿式氧化的条件包括：氧化剂的有效量与固体污泥的质量比为1-20:1，所述氧化剂选自H₂O₂、Na₂O₂和K₂O₂中的一种或多种，反应温度为80-140℃，反应压力为0.1-0.4MPa，反应时间为10-180分钟；

(4)将经过湿式氧化的固体污泥进行脱水。

2.根据权利要求1所述的处理方法，其中，步骤(1)中，待进行超声预处理的污泥的固含量为1-20重量％。

3.根据权利要求2所述的处理方法，其中，待进行超声预处理的污泥的固含量为2-10重量％。

4.根据权利要求1所述的处理方法，其中，步骤(1)中，超声频率为25-100kHz，能量密度为40-160W/L，超声预处理的时间为2-20分钟。

5.根据权利要求1所述的处理方法，其中，步骤(2)中，泥水分离的条件使得到的固体污泥的含水率不高于99重量％。

6.根据权利要求5所述的处理方法，其中，步骤(2)中，泥水分离的条件使得到的固体污泥的含水率为98重量％以下。

7.根据权利要求1所述的处理方法，其中，步骤(3)中，湿式氧化的条件包括：氧化剂的有效量与固体污泥的质量比为5-10:1，反应时间为30-90分钟。

8.根据权利要求7所述的处理方法，其中，所述氧化剂为H₂O₂。

9.根据权利要求1所述的处理方法，其中，步骤(4)中，脱水的条件使经过湿式氧化的脱水后的固体污泥的固含量不低于60重量％。