CN106430889B - 一种利用钛白废酸处理城市污泥的后置污泥减量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用钛白废酸处理城市污泥的后置污泥减量方法，它是将沉淀污泥利用钛白废酸形成的芬顿试剂进行氧化预处理，以达到减少外排污泥总量的目的。本发明不但解决了钛白废酸的排放对环境产生的污染，而且减少了污水处理过程中产生的污泥量，达到了以废治废的效果。该发明耗时短，操作简便，成本低廉，普遍适用于活性污泥工艺的剩余污泥减量处理。

Description

一种利用钛白废酸处理城市污泥的后置污泥减量方法

技术领域

本发明属于污泥减量技术领域，具体涉及一种利用钛白废酸处理剩余污泥的后置污泥减量方法。

背景技术

随着城市化进程的加快，城镇污水处理行业得到了高速发展。根据国务院《水污染防治行动计划》要求，到2020年，全国所有县城和重点镇具备污水收集处理能力，县城、城市污水处理率分别达到85%、95%左右。地级及以上城市污泥无害化处理处置率应于2020年底前达到90%以上。截止2015年6月，全国已建成投运污水处理厂3802座，污水日处理能力达到1.61亿立方米。但大量污水处理厂的建设投运伴随大量剩余污泥的产生。据统计，2015年全年污泥产量近3359万吨（含水率为80%）。面对大量污泥的产生，我国现目前采用的处理方式为卫生填埋、堆肥处理、热干化与焚烧处理、建筑材料回用等，其中以卫生填埋为主。大量污泥的填埋，占用了大量的土地，使得被填埋土地在几十年内无法再次回用；同时，污泥中含有大量的细菌、病毒、寄生虫卵、重金属等，会对大气、土壤、水体造成严重污染。因此，在现有资金、技术条件下开发一种行之有效、便于推广的污泥减量化技术，降低污泥的排放量成为今后促进污水处理行业可持续发展亟待解决的问题。

现有的剩余污泥减量技术，如：《环境科学与管理》2014年第4期“探析城市污泥填埋处置的发展趋势研究”一文中提到国内普遍采用的方法是：将污泥经浓缩机浓缩后送至板框压滤机，再经流化床焚烧炉焚烧后外运填埋。该方法的主要缺点是：（1）投资大；（2）处理费用高；（3）处理能力有限；（4）有机物燃烧产生二噁英等剧毒物质。该方法考虑到国内企业现有经济实力及对环境的污染状况不利于推广应用。又如《给水排水》2010年S1期 “城镇污水污泥厌氧消化技术及能源消耗”一文中提到的方法是：将污泥经浓缩后通过换热器逐步进入一级消化池、二级消化池，最后送至脱水机脱水处理，泥饼外运处置，过程中产生的沼气用于发电。该法的主要缺点是：（1）设备投入大；（2）消化池占地面积大；（3）对于占污水处理厂总量90%以上的中小型污水处理厂来说，分布较广，消化后产生的沼气量少，用于发电不现实；（4）沼气泄漏导致大气污染。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种利用钛白废酸处理剩余污泥的后置污泥减量方法，以解决钛白废酸的排放对环境产生污染和污水处理过程中产生的剩余污泥量过大的问题，进而达到以废治废的目的。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种利用钛白废酸处理剩余污泥的后置污泥减量方法，该技术是将城市污水处理厂二沉池产生的沉淀污泥利用废酸制成的芬顿试剂进行氧化处理，以达到减少外排污泥总量的目的。

具体包括以下步骤：

1）污泥预处理：取污水处理厂二沉池产生的沉淀污泥作为剩余污泥，置于4℃的冰箱中保存24h，以增强微生物细胞壁的脆性，便于后续的氧化破解。

2）利用钛白废酸芬顿试剂处理：向剩余污泥中加入钛白废酸和双氧水，使钛白废酸和双氧水形成芬顿试剂；同时以60~120r/min的搅拌速率进行搅拌，搅拌时间为90min，得到泥水混合液。其中，钛白废酸的加入量按每升剩余污泥中加入的钛白废酸中Fe²⁺的质量与剩余污泥的浓度之比为0.105~0.415：1计算，双氧水的加入量按每升剩余污泥中加入的H₂O₂的质量与剩余污泥的浓度之比为0.566~2.339:1计算。

3）脱水处理：将步骤 2）得到的泥水混合液经浓缩后送至脱水机进行脱水处理，以完成氧化预处理。

作为一种改进，步骤2）中钛白废酸的加入量按每升剩余污泥中加入的钛白废酸中Fe²⁺的质量与剩余污泥的浓度之比为0.105：1计算，双氧水的加入量按每升剩余污泥中加入的H₂O₂的质量与剩余污泥的浓度之比为0.566：1计算；搅拌速率为120r/min，搅拌时间为90min。

作为另一种改进，步骤2）中钛白废酸的加入量按每升剩余污泥中加入的钛白废酸中Fe²⁺的质量与剩余污泥的浓度之比为0.183：1计算，双氧水的加入量按每升剩余污泥中加入的H₂O₂的质量与剩余污泥的浓度之比为1.979：1计算；搅拌速率为90r/min，搅拌时间为90min。

作为又一种改进，步骤2）中钛白废酸的加入量按每升剩余污泥中加入的钛白废酸中Fe²⁺的质量与剩余污泥的浓度之比为0.415：1计算，双氧水的加入量按每升剩余污泥中加入的H₂O₂的质量与剩余污泥的浓度之比为2.339：1计算；搅拌速率为60r/min，搅拌时间为90min。

其中，所述沉淀污泥是倒置式A²/O工艺中经二沉池沉淀后的污泥。上述钛白废酸为为钛白粉生产中产生的废酸溶液，该废酸溶液中含有硫酸和Fe²⁺，其中硫酸的质量浓度为20%，Fe²⁺的质量浓度为3.49%。

本发明利用钛白废酸与双氧水配置成的芬顿试剂进行氧化处理，通过化学试剂直接与处理物质作用，达到释放污泥内物质，从而实现污泥减量的效果。这是基于利用钛白废酸代替芬顿试剂中的H₂SO₄和Fe²⁺两种原料，达到以废治废，变废为宝的目的，为企业有效节约了成本。同时，该法具有无污染、效率高、投入少、作用时间短等优势。具体而言，由于钛白废酸中含有H₂SO₄和Fe²⁺，当其与双氧水混合时，双氧水成为氧化剂，Fe²⁺成为催化剂，双氧水在Fe²⁺的催化作用下，产生了超强的OH·中间产物，它能够引发和传递链的反应，加快有机物和还原物质的氧化反应，能够有效降解蛋白质和多糖类物质。剩余污泥中含有的胞外聚合物质量占到80%，其主要在组成物质是多聚糖、蛋白质、核酸、脂质及DNA等高分子。当剩余污泥被钛白废酸与双氧水配置的芬顿试剂作用时，胞外聚合物被破解，发生的主要化学反应如下：

(1) H₂O₂+ Fe^2+_____> Fe³⁺+ OH·+ OH^－

(2) OH·+ Fe^2+_____> Fe³⁺+ OH^－

(3) RH+OH^·_____>H₂O+R·^_____> 进一步氧化

(4) R·+Fe^3+_____> R⁺+ Fe²⁺

通过化学试剂氧化破解了胞外聚合物之后，结合水被释放，污泥颗粒变小，污泥中的有机病原菌和引起异味的硫化物大部分被破坏，污泥的稳定性能提高，污泥外排量大大减少。与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、剩余污泥经钛白废酸配置的芬顿试剂处理后，约占污泥总含水量15～25%的毛细结合水得到释放，胞内外物质被进一步氧化分解。

2、剩余污泥上清液中溶解性COD的增幅为439～2193%，TN增幅为199～516%，TP增幅为9900～17000%，氨氮增幅为425～1315%，剩余污泥减少率达到56.2～63.1%。与用常规芬顿试剂处理剩余污泥相比，污泥处置成本降低了20～28%。本发明普遍适用于活性污泥法工艺的污泥减量化处理，特别适用于源水水质可生化性较差的污水处理厂。

3、钛白废酸具有较强的腐蚀性，对大气、水体、土壤具有极强的破坏力，经采用本技术方案后，将其作为原料应用于污水处理厂产生的剩余污泥的减量化处理，真正实现了变废为宝，同时又解决了困扰污泥处理厂污泥处理的技术瓶颈。

4、本发明方法中涉及到的联合处理单元操作简单，只需把钛白废酸、双氧水与剩余污泥浓度按比例投加到处理装置中，经浓缩后再通过管路送入脱水机即可。

5、本发明方法中涉及到的钛白废酸配置芬顿试剂处理剩余污泥，处理效率高，操作简单，便于推广应用。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。以下各实施例中所用沉淀污泥是倒置式A²/O工艺中经二沉池沉淀后的污泥，钛白废酸为钛白粉生产中产生的废酸溶液，其中硫酸的质量浓度为20%，Fe²⁺的质量浓度为3.49%；双氧水为市售的质量分数为30%的双氧水。

实施例一

采用以下方法处理剩余污泥。

1）污泥预处理：取重庆市某污水处理厂二沉池产生的污泥置于容器中，将该容器放置于4℃的冰箱中保存24h。

2）利用钛白废酸芬顿试剂处理：向剩余污泥中加入钛白废酸和双氧水，并以120r/min的搅拌速率进行搅拌，搅拌时间为90min，得到泥水混合液。其中，钛白废酸的加入量按每升剩余污泥中加入的Fe²⁺的质量与剩余污泥的浓度之比为0.105：1计算，双氧水的加入量按每升剩余污泥中加入的H₂O₂的质量与剩余污泥的浓度之比为0.566：1计算。

3）脱水处理：将步骤 2得到的泥水混合液经浓缩后送至脱水机进行脱水处理。

经检测，处理后上清液溶解性COD的增幅为1056%，TN增幅为199%，TP增幅为9900%，氨氮增幅为455%，剩余污泥减少率达到56.2%。与单独使用钛白废酸或双氧水处理剩余污泥相比，污泥处置成本降低了20%。

实施例二

采用以下方法处理剩余污泥。

1）污泥预处理：取重庆市某污水处理厂二沉池产生的污泥置于容器中，将该容器放置于4℃的冰箱中保存24h。

2）利用钛白废酸芬顿试剂处理：向剩余污泥中加入钛白废酸和双氧水，并以90r/min的搅拌速率进行搅拌，搅拌时间为90min，得到泥水混合液。其中，钛白废酸的加入量按每升剩余污泥中加入的Fe²⁺的质量与剩余污泥的浓度之比为0.183：1计算，双氧水的加入量按每升剩余污泥中加入的H₂O₂的质量与剩余污泥的浓度之比为1.979：1计算。

3）脱水处理：将步骤 2得到的泥水混合液经浓缩后送至脱水机进行脱水处理。

经检测，处理后上清液溶解性COD的增幅为2193%，TN增幅为253%，TP增幅为17000%，氨氮增幅为1315%，剩余污泥减少率达到63.1%。与单独使用钛白废酸或双氧水处理剩余污泥相比，污泥处置成本降低了28%。

实施例三

采用以下方法处理剩余污泥。

1）污泥预处理：取重庆市某污水处理厂二沉池产生的污泥置于容器中，将该容器放置于4℃的冰箱中保存24h。

2）利用钛白废酸芬顿试剂处理：向剩余污泥中加入钛白废酸和双氧水，并以60r/min的搅拌速率进行搅拌，搅拌时间为90min，得到泥水混合液。其中，钛白废酸的加入量按每升剩余污泥中加入的Fe²⁺的质量与剩余污泥的浓度之比为0.415：1计算，双氧水的加入量按每升剩余污泥中加入的H₂O₂的质量与剩余污泥的浓度之比为2.339：1计算。

3）脱水处理：将步骤2得到的泥水混合液经浓缩后送至脱水机进行脱水处理。

经检测，处理后上清液溶解性COD的增幅为1654%，TN增幅为238%，TP增幅为16800%，氨氮增幅为1110%，剩余污泥减少率达到63.0%。与单独使用钛白废酸或双氧水处理剩余污泥相比，污泥处置成本降低了26.3%。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种利用钛白废酸处理城市污泥的后置污泥减量方法，其特征在于，将沉淀污泥利用钛白废酸形成的芬顿试剂进行氧化预处理，以达到减少外排污泥总量的目的；

包括以下步骤：

1）污泥预处理：取沉淀污泥作为剩余污泥，置于4℃的环境中24h；

2）利用钛白废酸芬顿试剂处理：向剩余污泥中加入钛白废酸和双氧水，使钛白废酸和双氧水形成芬顿试剂；同时以60~120r/min的搅拌速率进行搅拌，搅拌时间为90min，得到泥水混合液；

其中，钛白废酸的加入量按每升剩余污泥中加入的钛白废酸中Fe2+的质量与剩余污泥的浓度之比为0.105~0.415：1计算，双氧水的加入量按每升剩余污泥中加入的H₂O₂的质量与剩余污泥的浓度之比为0.566~2.339:1计算；

3）脱水处理：将步骤2）得到的泥水混合液经浓缩后送至脱水机进行脱水处理，以完成氧化预处理。

2.按照权利要求1所述的利用钛白废酸处理城市污泥的后置污泥减量方法，其特征在于，步骤2）中钛白废酸的加入量按每升剩余污泥中加入的钛白废酸中Fe²⁺的质量与剩余污泥的浓度之比为0.105：1计算，双氧水的加入量按每升剩余污泥中加入的H₂O₂的质量与剩余污泥的浓度之比为0.566：1计算；搅拌速率为120r/min，搅拌时间为90min。

3.按照权利要求1所述的利用钛白废酸处理城市污泥的后置污泥减量方法，其特征在于，步骤2）中钛白废酸的加入量按每升剩余污泥中加入的钛白废酸中Fe²⁺的质量与剩余污泥的浓度之比为0.183：1计算，双氧水的加入量按每升剩余污泥中加入的H₂O₂的质量与剩余污泥的浓度之比为1.979：1计算；搅拌速率为90r/min，搅拌时间为90min。

4.按照权利要求1所述的利用钛白废酸处理城市污泥的后置污泥减量方法，其特征在于，步骤2）中钛白废酸的加入量按每升剩余污泥中加入的钛白废酸中Fe²⁺的质量与剩余污泥的浓度之比为0.415：1计算，双氧水的加入量按每升剩余污泥中加入的H₂O₂的质量与剩余污泥的浓度之比为2.339：1计算；搅拌速率为60r/min，搅拌时间为90min。

5.根据权利要求1-4任一所述的利用钛白废酸处理城市污泥的后置污泥减量方法，其特征在于，所述的沉淀污泥是倒置式A²/O工艺中经二沉池沉淀后的污泥。

6.根据权利要求1-4任一所述的利用钛白废酸处理城市污泥的后置污泥减量方法，其特征在于，所述的钛白废酸为钛白粉生产中产生的废酸溶液，该废酸溶液中含有硫酸和Fe^{2 +}，其中硫酸的质量浓度为20%，Fe²⁺的质量浓度为3.49%。

7.根据权利要求1-4任一所述的利用钛白废酸处理城市污泥的后置污泥减量方法，其特征在于，所述的双氧水为质量分数为30%的双氧水。