CN106277665B - 一种安全、简单和有效降低城市污泥营养物质淋失的方法 - Google Patents

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Abstract

一种安全、简单和有效降低城市污泥营养物质淋失的方法，以海藻酸钠作为成型剂固定城市污泥,能够抑制污泥营养元素的流失，通过淋滤实验测量污泥中各营养元素的溶出量，得出海藻酸钠作为交联剂固定城市污泥时，对污泥营养元素的流失有很好的抑制作用，相较于干污泥，用海藻酸钠凝胶对干污泥进行交联处理后，显著降低了营养元素的流失。

Description

一种安全、简单和有效降低城市污泥营养物质淋失的方法
技术领域
本发明专利涉及一种安全、简单和有效降低城市污泥营养物质淋失的方法。
背景技术
污泥是污水在做净化处理后的副产物，是由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的及其复杂的非均质体，是一种以有机成分为主的组成的复杂的混合物。随着污水处理的量和水平的不断提高，随之产生的城市污泥处理也受到了广泛的关注。污泥处理处置方法可归结为：投海、卫生填埋、土地利用、焚烧、其他资源化技术等方法[1]。其中土地利用是最经济和方便的处理方法，但污泥直接施入土壤后，在雨水或灌溉水的冲刷下，污泥中的营养元素会重新进入水体，从而导致二次污染，因此需要对其进行改良后才能进行土地利用。
海藻酸钠又称褐藻酸钠，是一种从海带中提取出来的天然多糖，属于水溶性膳食纤维，具有很好的溶胶—凝胶特性，被广泛应用于工业、农业、医药等众多领域。海藻酸钠是天然高分子物质，具有来源广、价格低廉、无毒、成膜性好等特点；另外，在一定条件下能够被土壤中微生物降解，因此，常被作为肥料缓释剂来利用，对环境不会造成二次污染。在应用过程中，海藻酸钠无论是在水溶液中还是含一定量的水分干品中，都会发生不同程度的降解。海藻酸钠的这些特性使其作为城市污泥的交联剂能够有效缓解污泥中营养元素的流失，同时又不会对环境造成二次污染。因此，以海藻酸钠作为城市污泥交联剂对城市污泥进行改良，为城市污泥的处置和土地利用提供了一个新的思路和方法。
发明内容
本发明专利的目的在于提供一种安全、简单和有效降低城市污泥营养物质淋失的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
步骤一、称量污泥并将其盛放在干燥的铝盒中放到烘箱中105℃烘8小时至恒重，取出后自然冷却至常温，将部分干燥的污泥过80目筛磨成粉末，装瓶后待测；
步骤二，固定化小球的制备
a、配置质量比为2％的海藻酸钠溶液，将海藻酸钠加入到蒸馏水中，所述海藻酸钠溶液与蒸馏水的质量比为1:49，然后水浴加热至60℃搅拌使其充分溶解，冷却后装瓶备用；
b、配置质量比为2％CaCl2的成型剂，将CaCl2加入到蒸馏水中，所述CaCl2和蒸馏水的质量比为1:49，在室温下搅拌使其充分溶解并装瓶备用；
c、将步骤一中制得的干污泥粉末置于所配制的2％海藻酸钠溶液中，使其混合均匀成糊状，从而制得混合凝胶液备用，所述干污泥粉末与2％海藻酸钠溶液的质量体积比为1g：1.8ml；
d、将制得的混合凝胶液均匀滴到所配制的2％CaCl2成型剂中，所述混合凝胶液与2％CaCl2的体积比为1:4-10，形成均匀的直径为3-4mm小球，将形成的均匀小球留在2％CaCl2成型剂中孵化24h,然后将小球取出，用蒸馏水清洗小球表面的Cl-,最后将小球置于烘箱中，在50℃稳定下进行24h烘干，即制得有效降低城市污泥营养物质淋失的营养土。
所述污泥选自城市污水处理厂。
所述营养土，经过淋滤实验后总有机碳(TOC)的流失量减少了约80％；总氮(TN)的流失量减少了约65％；总钾(TK)的流失量减少了60％；总磷(TP)的流失量也减少了65％。
有益效果：
本发明从海带中提取的海藻酸钠是天然高分子物质，具有价格低廉、无毒、成膜性好，与污泥混合后能形成包裹体。本研究是以海藻酸钠作为交联剂固定城市污泥,能够抑制污泥营养元素的流失，通过淋滤实验测量污泥中各营养元素的溶出量，得出海藻酸钠作为交联剂固定城市污泥时，对污泥营养元素的流失有很好的抑制作用，相较于干污泥，用海藻酸钠凝胶对干污泥进行交联处理后，显著降低了营养元素的流失，其中总有机碳(TOC)的流失量减少了～80％左右；总氮(TN)的流失量减少了相近～65％；总钾(TK)的流失量减少了～60％；总磷(TP)～的流失量也减少了～65％。
附图说明
图1为干污泥营养元素流失图；
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
一种安全、简单和有效降低城市污泥营养物质淋失的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
步骤一、称量污泥并将其盛放在干燥的铝盒中放到烘箱中105℃烘8小时至恒重，取出后自然冷却至常温，将部分干燥的污泥过80目筛磨成粉末，装瓶后待测；
步骤二，固定化小球的制备
a、配置质量比为2％的海藻酸钠溶液，将海藻酸钠加入到蒸馏水中，所述海藻酸钠溶液与蒸馏水的质量比为1:49，然后水浴加热至60℃搅拌使其充分溶解，冷却后装瓶备用；
b、配置质量比为2％CaCl2的成型剂，将CaCl2加入到蒸馏水中，所述CaCl2和蒸馏水的质量比为1:49，在室温下搅拌使其充分溶解并装瓶备用；
c、将步骤一中制得的干污泥粉末置于所配制的2％海藻酸钠溶液中，使其混合均匀成糊状，从而制得混合凝胶液备用，所述干污泥粉末与2％海藻酸钠溶液的质量体积比为1g:1.8ml；
d、将制得的混合凝胶液均匀滴到所配制的2％CaCl2成型剂中，所述混合凝胶液与2％CaCl2的体积比为1:4-10，形成均匀的直径为3-4mm小球，将形成的均匀小球留在2％CaCl2成型剂中孵化24h,然后将小球取出，用蒸馏水清洗小球表面的Cl-,最后将小球置于烘箱中，在50℃稳定下进行24h烘干，即制得有效降低城市污泥营养物质淋失的营养土。
所述污泥选自城市污水处理厂。
所述营养土，经过淋滤实验后总有机碳(TOC)的流失量减少了约80％；总氮(TN)的流失量减少了约65％；总钾(TK)的流失量减少了60％；总磷(TP)的流失量也减少了65％。
一、实验过程
1、配置溶液
设置3个浓度梯度，一个是纯水，另外用硫酸调配pH为5和3的溶液备用。
(1)将1ml98％浓硫酸(18.4mol/L)加入250mL容量瓶中，加水定容到，可得到浓度为0.0736mol/L的硫酸溶液。
(2)取(1)中配制的硫酸0.7mL加入到100mL容量瓶中，然后加水定容，得到pH为3的硫酸溶液。
(3)取(2)中配制好的pH为3的硫酸溶液1mL加入到100mL容量瓶中加水定容，可得到pH为5的硫酸溶液。
2、淋滤实验
称取1g干污泥和相当于1g干污泥的污泥海藻酸包裹体污泥生物碳分别放入50ml离心管中，加入30ml水和pH＝3，5两种液体，每个处理设置2个重复，并设置空白实验，然后放置到振荡器上，24h内间歇性振荡，具体为每小时以60RPM振荡5分钟，最后离心倒出上清液装入15ml的离心管中待测。
二、样品分析
1、污泥中含水量的测定
污泥中的含水量可用烘箱进行烘干的方法进行测定。称取一定量的污泥样，将其装到干净且干燥的铝盒中，然后拿到烘箱中105℃烘烤。8小时取后取出冷却至室温称重，两次称重的差值就是污泥中的含水量。
2、污泥中pH的测定
pH值的测定采用无CO2去离子水作浸提剂，浸提剂与干污泥的比例为2.5:1。称取过2mm筛孔的风干污泥10.00g(精确至0.01g)置于50mL高型烧杯中，加入25mL无CO2去离子水。用玻璃棒剧烈搅动1min～2min，使污泥分散，盖上铝箔，静置30min。将电极插入上部清液中，待酸度计读数稳定后，记录待测液的pH值。
3、污泥中营养元素的测定
N元素含量的测定用半微量开氏法，P元素含量可用磷钼蓝比色法测定，K元素使用火焰光度法测定。
4、淋滤实验
采用静态淋滤实验检测营养元素的浸出量，将制备的海藻酸钠-城市污泥小球放入三角瓶中，加入去离子水，在室温下浸泡，定期进行振荡，24小时后过滤，测定水体中营养元素的含量。取过滤液分别测定N、P、K营养元素的含量。、
三、实验结果分析与讨论
1、淋滤实验结果
淋滤实验不同处理营养元素流失量及干污泥和生物炭中营养元素含量如下：
表1干污泥营养元素含量及pH
表2不同处理营养元素流失量
SS:干污泥；SA-SS:干污泥包裹体；
2、林滤实验结果分析
(1)在表2中可以看到：水处理中的TOC的含量小于酸处理(pH＝5，3)的含量，且酸性越强，TOC的溶出越多；淋滤液中TN、TK和TP的含量变化也呈现相似变化。这说明了城市污泥中的营养元素流失会受到周围环境中酸度的影响，污泥中营养元素的流失量与周围环境中酸的强度呈正比关系，即酸度越强，流失的营养元素含量越多。
结合图1和表2可以得到：单个相对应的处理中干污泥总有机碳(TOC)的流失量远高于SA-SS处理，通过淋滤实验的结果表明，TOC(30ml水)的含量小于TOC(pH＝5)的含量小于TOC(pH＝3)的含量，且TN、TK和TP的含量变化也是如此。这说明了城市污泥中的营养元素流失会受到周围环境中酸度的影响，污泥中营养元素的流失量与周围环境中酸的强度呈正比关系，即酸度越强，流失的营养元素含量越多。相较于干污泥的直接处理，用海藻酸钠凝胶对干污泥进行包裹后，大大的减少了营养元素的流失，在纯水和pH＝5淋滤处理流失量为6.3和7.8倍，但在酸度为3时，干污泥TOC流失量仅为4.6倍。另外，在纯水淋滤处理中，干污泥TN、TK和TP淋滤流失量也明显高于SA-SS处理，分别为3.9、3.9和3.1倍，在不同酸度处理也与TOC流失情况存在相同趋势。上述结果显示，利用海藻酸钠作为交联剂固定城市污泥是可行的，海藻酸钠制备的包裹体将污泥进行包埋后，大大的降低的污泥中营养元素的流失。这将有效减少污泥在土地利用和堆积过程中因雨水冲刷而形成的二次污染，从而为污泥的资源化处理提供了新的途径和方法。
应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (3)

1.一种安全、简单和有效降低城市污泥营养物质淋失的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
步骤一、称量污泥并将其盛放在干燥的铝盒中放到烘箱中105℃烘8小时至恒重，取出后自然冷却至常温，将部分干燥的污泥过80目筛磨成粉末，装瓶后待测；
步骤二，固定化小球的制备
a、配置质量比为2％的海藻酸钠溶液：将海藻酸钠加入到蒸馏水中，所述海藻酸钠与蒸馏水的质量比为1:49，然后水浴加热至60℃搅拌使其充分溶解，冷却后装瓶备用；
b、配置质量比为2％CaCl2的成型剂：将CaCl2加入到蒸馏水中，所述CaCl2和蒸馏水的质量比为1:49，在室温下搅拌使其充分溶解并装瓶备用；
c、将步骤一中制得的干污泥粉末置于所配制的2％海藻酸钠溶液中，使其混合均匀成糊状，从而制得混合凝胶液备用，所述干污泥粉末与2％海藻酸钠溶液的质量体积比为1g:1.8ml；
d、将制得的混合凝胶液均匀滴到所配制的2％CaCl2成型剂中，所述混合凝胶液与2％CaCl2的体积比为1:4-10，形成均匀的直径为3-4mm小球，将形成的均匀小球留在2％CaCl2成型剂中孵化24h,然后将小球取出，用蒸馏水清洗小球表面的Cl-,最后将小球置于烘箱中，在50℃稳定下进行24h烘干，即制得有效降低城市污泥营养物质淋失的营养土。
2.如权利要求1所述一种安全、简单和有效降低城市污泥营养物质淋失的方法，其特征在于：所述污泥选自城市污水处理厂。
3.如权利要求1所述一种安全、简单和有效降低城市污泥营养物质淋失的方法，其特征在于：所述营养土，经过淋滤实验后总有机碳(TOC)的流失量减少了约80％；总氮(TN)的流失量减少了约65％；总钾(TK)的流失量减少了60％；总磷(TP)的流失量也减少了65％。
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