CN106365412A

CN106365412A - 一种超声与Fenton协同调理城市污水厂剩余污泥的方法

Info

Publication number: CN106365412A
Application number: CN201610998032.4A
Authority: CN
Inventors: 张新颖; 郑林虹; 林瑜琳; 邱凌峰
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2016-11-14
Filing date: 2016-11-14
Publication date: 2017-02-01

Abstract

本发明涉及一种超声与Fenton协同调理城市污水厂剩余污泥的方法，包括以下步骤：步骤S1：调节剩余污泥的pH值至2.0～4.0；步骤S2：往所述剩余污泥中投加Fenton试剂，包括0.5～1.50 g/kgDS的七水合硫酸亚铁和15~30 g/kgDS的过氧化氢；步骤S3：利用搅拌保持所述剩余污泥的流动状态，将超声探头浸入剩余污泥的液面下；步骤S4：调节超声波频率至20～40 kHz，声能密度至0.07～0.10 W/mL，设定超声时间为20~240 s，启动超声探头进行反应；步骤S5：当超声时间结束后，将超声探头从剩余污泥中取出，剩余污泥继续反应，反应时间为0.25～2 h；步骤S6：反应时间结束后，剩余污泥的调理完成。本发明降低了Fenton试剂的消耗量和超声调理消耗，同时进一步改善了剩余污泥的脱水性能。

Description

一种超声与Fenton协同调理城市污水厂剩余污泥的方法

技术领域

本发明涉及一种超声与Fenton协同调理城市污水厂剩余污泥的方法。

背景技术

好氧生物法作为目前较成熟的城市污水二级处理工艺，是通过微生物的新陈代谢去除有机物，同时生物质在此过程中不断增加，需通过排出剩余污泥和脱落的生物膜，以维持生物处理系统中稳定的生物量。截至2015年6月底，全国设市城市、县累计建成污水处理厂3802座，处理能力达1.61亿m³/d。到2015年，全国城镇污水处理厂湿污泥（含水率80%）年产生量将超过3359万吨。大量的污泥给环境带来了非常大的压力。这些污泥的含水率高达95 %～99.5 %。极高的污泥含水率造成污泥体积巨大，性质极不稳定，容易腐化产生臭气影响环境卫生，同时也给污泥的运输带来了很大的困难。污泥中还含有许多有害成分如有机物、重金属、致病微生物等，极易对环境造成更为严重的二次污染。因此必须对污泥进行适当的处理和处置。根据《中国污泥处理处置市场分析报告（2013）》调研表明，我国污泥处置中卫生填埋比占67.19 %，堆肥占12 %，然而近18 %的污泥却去向不明，相当于超过80 %的污泥并未得到无害化处理。这些污泥直接影响了污水处理的效果，也成为隐藏在环境中的“定时炸弹”，由此引起的二次污染问题已不容忽视，在一定程度上甚至抵消了部分“污染减排”的成果。

剩余污泥是城市污水处理的重要副产物，污水处理厂剩余污泥的处理处置费用通常约占整个污水处理厂运行费用的25 %～65 %。由于剩余污泥具有胶体性质，其含水率高，与水的粘合度较大，造成其脱水困难，后续处置成本高。提高污泥脱水性能，已成为污泥处理的首要问题。由于污泥中的固体物质主要由亲水性带负电的胶体颗粒组成，颗粒物细小而不均匀，水与固体颗粒的结合力很强，比阻较大，脱水性能差。污泥机械脱水之前都必须对污泥进行预处理，即污泥调理。理想的情况是通过污泥调理，使污泥中绝大多数水分转变为可以通过机械方式除去的自由水。

污泥调理方法主要有物理调理法、化学调理法、生物调理法三大类。化学调理法具有操作简便、净化除浊效果好、处理周期短、投资运行费用低、适用性广等优点而得到广泛应用，成为众多该类处理工艺流程中不可缺少的前置单元操作技术。采用Fenton试剂化学氧化调理法对生活污水及工业废水进行处理已得到深入研究，Fenton氧化反应可破坏污泥结构，释放内部水分，还可氧化还原性的恶臭物质，减少臭气释放并灭菌处理，达到污泥稳定化。但是一些研究显示，这些污泥化学调理剂只能提高污泥的脱水速率，并不能提高污泥的可脱水程度。通常采用这种方法调质后进行脱水的污泥，最终产生泥饼的含水率只能降低到70 %左右。无法满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889-2008）中含水率小于60%的要求，更无法满足《城镇污水处理厂污泥处置-资源化利用》的分类标准。

物理调理法主要有水热处理法、微波法、机械破碎法、超声波法、磁场法等。超声波在液体内产生很多气泡状的微小空腔，这些空腔会瞬时崩溃，产生强烈的冲击波和射流，同时形成瞬时高温、高压条件，使污泥菌胶团结构受到了较大的剪切力破坏，从而释放出其中的有机物和水分，可提高后续污泥厌氧消化的效率以及优化脱水性能。但是它也存在着在促进细胞破碎后固体碎屑的水解作用较弱、运行费用高的问题。而若单独采用生物调理法则具有效率较低的缺点，好氧消化法一般需要20天左右，而厌氧消化则需要30～40天。

因此，在调理城市污水厂剩余污泥的研究中，需要探究出一种低试剂使用量、低能耗又具有良好的污泥沉降性能、过滤脱水性能的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种超声与Fenton协同调理城市污水厂剩余污泥的方法，降低了Fenton试剂的消耗量和超声调理消耗，同时进一步改善了剩余污泥的脱水性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种超声与Fenton协同调理城市污水厂剩余污泥的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：调节剩余污泥的pH值至2.0～4.0；

步骤S2：往所述剩余污泥中投加Fenton试剂，包括0.5～1.50 g/kgDS的七水合硫酸亚铁和15~30 g/kgDS的过氧化氢；

步骤S3：利用搅拌保持所述剩余污泥的流动状态，将超声探头浸入剩余污泥的液面下；

步骤S4：调节超声波频率至20～40 kHz，声能密度至0.07～0.10 W/mL，设定超声时间为20~240 s，启动超声探头进行反应；

步骤S5：当超声时间结束后，将超声探头从剩余污泥中取出，剩余污泥继续反应，反应时间为0.25～2 h；

步骤S6：反应时间结束后，剩余污泥的调理完成。

进一步的，所述步骤S1中调节pH值的试剂为硫酸和氢氧化钠。

进一步的，所述剩余污泥为活性污泥法产生的剩余污泥，或生物滤池及生物膜法产生的腐殖污泥，或由初沉池污泥、化学沉淀污泥和剩余污泥组成的混合泥。

进一步的，所述步骤S4中保持流动状态采用机械搅拌或磁力搅拌。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明通过超声波强化Fenton氧化破解污泥微观结构的作用，污泥表面厚实、完整的絮体结构被破坏，细胞结构瓦解，内含物大量溶出，胞外聚合物与水分子的结合被切断，自由水比例增加，可机械滤除的水增多，有益于降低泥饼的含水率，可达到预期机械脱水目标；

2、本发明兼容性好，操作参数适当调整后应用于不同工艺运行的污水处理厂中的剩余污泥，可获得较一致的改善效果，污泥脱水调理效果显著，可有效提高污泥的可脱水程度，缓解后续处理处置的压力，经脱水后的泥饼又能进行无害化处置或资源化利用，环境效益好，具有较广阔的应用前景。适用于多种行业、多种要求的污泥脱水调理，包括城市污水处理厂剩余污泥进行卫生填埋或资源化利用前的污泥脱水调理系统、河道清淤及城市雨污管道淤泥减量处理、各行业废水的物化处理及污泥减容等；

3、本发明的超声波与Fenton氧化协同调理城市污水处理厂中剩余污泥的方法可降低Fenton试剂的消耗量和超声调理能耗，同时进一步调理改善污泥的脱水性能，是一种高效、低成本并利于污泥后续处理的联合调理方法。

附图说明

图1是本发明的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

请参照图1，本发明提供一种超声与Fenton协同调理城市污水厂剩余污泥的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：利用硫酸和氢氧化钠调节剩余污泥的pH值至2.0～4.0；

步骤S2：往所述剩余污泥中投加Fenton试剂，包括0.5～1.50 g/kgDS（Dry Solids，绝干泥）的七水合硫酸亚铁（Fe²⁺）和15~30 g/kgDS的过氧化氢（H₂O₂）；

步骤S3：采用机械搅拌或磁力搅拌保持所述剩余污泥的流动状态，将超声探头浸入剩余污泥的液面下；

步骤S4：调节超声波频率至20～40 kHz，声能密度（单位体积溶液施加的超声波功率）至0.07～0.10 W/mL，设定超声时间为20~240 s，启动超声探头进行反应；

步骤S6：反应时间结束后，剩余污泥的调理完成。

于本实施例中，所述剩余污泥为活性污泥法产生的剩余污泥，或生物滤池及生物膜法产生的腐殖污泥，或由初沉池污泥、化学沉淀污泥和剩余污泥组成的混合泥。

在上述技术方案的基础上，剩余污泥的悬浮固体（MLSS）为20000~50000 mg/L，超声波频率优选20～30 kHz，剩余污泥在超声中的处理时间优选40~90 s，剩余污泥的pH值优选调节至2.5～3.5，最佳投加1.03 g/kgDS七水合硫酸亚铁（Fe²⁺）和27.84 g/kgDS过氧化氢（H₂O₂），剩余污泥在反应器中的停留反应时间优选0.25～1 h。

经本方法处理后，预处理前含水率为95~98 %的供试原泥，其脱水泥饼含水率降至60.0 %以下，达到标准中对填埋污泥含水率的要求。

为了让一般技术人员更好的理解本发明的技术方案，以下结合三个具体实施例对本发明进行详细介绍。

实施例一：处理以循环式活性污泥法（CASS）为生化处理工艺运行的城市污水处理厂中浓缩池的剩余污泥。

该污水厂污泥比阻（SRF）大于1×10¹² m/kg，不宜直接机械脱水，需经过预处理。原泥含水率高，经脱水后仍在72 %左右，未达到《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质》（GB/T 23485-2009）中对填埋污泥含水率的要求。浓缩污泥混合液中的MLVSS与MLSS之比约为0.45，表明该厂污泥中的有机质含量相对较低。同时污泥中SCOD仅55~70 mg/L，说明污泥本身溶出有机物较少。与水的结合力较低，因此需要破解的程度不高。

以25 kHz、声能密度为0.08 W/mL的超声波协同Fenton调理该厂的剩余污泥脱水，适宜的Fe²⁺投加量为0.8 g/kgDS，H₂O₂投加量为17 g/kgDS。SRF降至0.5×10¹² m/kg，脱水后含水率低于60 %。

实施例二：处理以A/O工艺法为生化处理工艺运行的城市污水处理厂中浓缩池的剩余污泥。

分析该厂污泥的特点可知，其SRF大于1×10¹³ m/kg，属于难脱水污泥，不经过调理直接脱水后含水率仍大于75 %，未达到《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质》（GB/T23485-2009）中对填埋污泥含水率的要求。污泥MLVSS/MLSS约为0.68，说明污泥中的有机质含量相对较高，但同时SCOD为195.65 mg/L，污泥本身溶出的有机物较少，大量有机物以细胞内含物或组成絮体结构、细胞结构的形式存在于污泥之中，水分被束缚在结构之间难以脱除。

以25 kHz、声能密度为0.08 W/mL的超声波协同Fenton调理该厂的剩余污泥脱水，适宜的Fe²⁺投加量为1.5 g/kgDS，H₂O₂投加量为24 g/kgDS。SRF降至0.7×10¹² m/kg，脱水后含水率60 %左右。

实施例三：处理以Carrousel氧化沟延时曝气活性污泥处理工艺为生化处理工艺运行的城市污水处理厂中浓缩池的剩余污泥。

该污水厂的污泥的SRF大于1×10¹³ m/kg，同样属于难脱水污泥，脱水后含水率超过80 %，未达到《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质》（GB/T 23485-2009）中对填埋污泥含水率的要求污泥MLVSS/MLSS约为0.61，污泥中的有机质含量相对较高，同时SCOD约为400 mg/L，污泥本身可溶出的有机物较多，另一部分有机物以细胞内含物或组成絮体结构、细胞结构的形式存在于污泥之中，水分被束缚在结构之间难以脱除。

以25 kHz、声能密度为0.08 W/mL的超声波协同Fenton调理该厂的剩余污泥脱水，适宜的Fe²⁺投加量为1.5 g/kgDS，H₂O₂投加量为30 g/kgDS。SRF降至2×10¹² m/kg，脱水后含水率低于60 %。

超声与Fenton协同调理方案处理不同工艺运行的城市污水处理厂中的剩余污泥，只需在已建立的运行方案基础上适当调整参数，即可具备较为一致的良好调理效果。协同调理方案表现出较为宽广的适用范围，为该技术在剩余污泥处理的应用奠定基础，为现有城市污水处理厂的升级改造、新建污水处理厂的污泥脱水工艺选择提供方向，具有很好的实际应用价值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种超声与Fenton协同调理城市污水厂剩余污泥的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：调节剩余污泥的pH值至2.0～4.0；

步骤S6：反应时间结束后，剩余污泥的调理完成。

2.根据权利要求1所述的超声与Fenton协同调理城市污水厂剩余污泥的方法，其特征在于：所述步骤S1中调节pH值的试剂为硫酸和氢氧化钠。

3.根据权利要求1所述的超声与Fenton协同调理城市污水厂剩余污泥的方法，其特征在于：所述剩余污泥为活性污泥法产生的剩余污泥，或生物滤池及生物膜法产生的腐殖污泥，或由初沉池污泥、化学沉淀污泥和剩余污泥组成的混合泥。

4.根据权利要求1所述的超声与Fenton协同调理城市污水厂剩余污泥的方法，其特征在于：所述步骤S4中保持流动状态采用机械搅拌或磁力搅拌。