CN106587560A - 短期厌氧消化在污泥脱水中的新应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于污泥处理领域，本发明公开了短期厌氧消化在污泥脱水中的新应用。本发明解决了常规技术的芬顿‑骨架构建体污泥处理中芬顿试剂，骨架构建体用量大，芬顿反应速率低的不足以及所得泥饼会污染环境的缺陷，公开了一种利用短期厌氧消化联合芬顿试剂‑骨架构建体污泥脱水的方法，该方法能改变污泥絮体粒径大小和表面电荷，大大改善污泥脱水性，还能减少芬顿试剂、骨架构建体的使用量，加快芬顿反应速率和机械脱水时间，得到环境友好型的泥饼，对于污泥处理具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于环境工程和污泥处理技术领域，尤其涉及短期厌氧消化在污泥脱水中的新应用。
背景技术
随着我国城镇污水处理行业近年来的快速发展，污泥产量急剧增加，一般重力浓缩污泥的含水率约为98％，机械脱水后的泥饼含水率约为80％，高含水率增大了污泥容量，提高后续污泥的运费和加大最终污泥处置的难度。因此提高污泥脱水性，可实现污泥减量化，具有良好的经济效益和环保效益。
研究报告表明，去除胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances，EPS)是提高污泥脱水的有效途径，污泥是以胞外聚合物为主体的亲水性有机聚合体，具有类似绒毛的分支与网状结构，其质量占活性污泥总质量的80％以上。而现有的物理，化学预处理方法去除EPS会强烈地破坏细胞结构，恶化絮体的压缩性能，导致污泥的脱水性变差。采用传统的污泥压滤脱水方法，会使有机质堵塞污泥中的污水流出通道，从而导致污泥絮体中的水分不能最大程度释放，即不能实现污泥的深度脱水。
同时，传统污泥脱水方法具有效率低和二次污染等缺点，因此，能利用高级氧化技术改善污泥脱水处理这一方面的缺点，其中芬顿(Fenton)药剂在改善污泥脱水方面已取得较好的效果。氧化剂芬顿试剂具有降解有机物，溶解和破解EPS、细胞壁，实现污泥的减量并且改善污泥脱水性能，并且能去除异臭味和杀菌作用。芬顿氧化结合骨架构建体是一种有效提高污泥脱水性能的方法，具有良好的应用前景。但在实际应用中，应用芬顿结合骨架构建体处理方法具有试剂投量大、反应时间长等缺点，同时，芬顿氧化结合骨架构建体的污泥处理方法得到的污泥，其磷元素、氨氮物质较高，由于污泥脱水后的处理通常是填埋，含量高的磷、氨氮元素的污泥会对环境造成污染。
综上所述，目前利用芬顿结合骨架构建体的污泥脱水方法具有芬顿试剂、骨架构建体的投加量大，芬顿反应速率低的不足以及所得污泥会污染环境的缺陷。因此，寻找一种污泥脱水率高，成本低廉，得到环保型泥饼的污泥脱水的方法是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供了一种能减少芬顿试剂—骨架构建体使用量、提高污泥脱水率的污泥脱水方法。
本发明公开了短期厌氧消化在污泥脱水中的新应用。
本发明还公开了一种污泥脱水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将活性污泥进行短期厌氧消化，得到污泥一；所述短期厌氧消化时间为12-48小时；
2)将污泥一与芬顿试剂和骨架构建体反应，得到污泥二；
3)将污泥二进行脱水处理，得脱水污泥。
作为优选，所述步骤1)实施前包括活性污泥浓缩处理，所述污泥浓缩为重力沉淀浓缩，去除上清液。
作为优选，所述步骤1)短期厌氧消化温度为25℃-37℃。
进一步的，所述活性污泥的含水量大于99％；所述污泥一含水量为95-97％；所述脱水污泥含水量为48％-50％。
作为优选，所述步骤2)芬顿反应为加入硫酸亚铁和过氧化物反应；所述所述硫酸亚铁与污泥一的质量比为5％-7％，所述过氧化物与污泥一的质量比与3％-4.25％。
作为优选，所述步骤2)调整污泥一的pH为3，将污泥一与芬顿试剂和骨架构建体混合。
作为优选，所述硫酸亚铁为七水合硫酸亚铁；所述过氧化物为双氧水。
作为优选，所述步骤2)骨架构建体与污泥一的质量比为7％-9％。
作为优选，所述骨架构建体为氧化钙。
作为优选，所述步骤3)为脱水处理为压滤处理。
进一步的，所述的脱水污泥可做填埋处理。
本发明还提供了一种污泥脱水系统，包括短期厌氧消化装置、芬顿反应装置、脱水装置；所述短期厌氧消化装置的出口与芬顿反应装置的入口连接，所述芬顿反应装置的出口与脱水装置的入口连接。
作为优选，所述短期厌氧消化装置包括污泥浓缩装置，所述短期厌氧消化装置与污泥浓缩装置一体化组建。
作为优选，所述短期厌氧消化装置包括污泥浓缩装置，所述短期厌氧消化装置与污泥浓缩装置单独分开组建。
作为优选，所述污泥浓缩装置的出口与污水回流装置的入口连接；所述脱水装置的出口与污水回流装置的入口连接。
众所周知，厌氧消化在脱水领域被认为是不利于改善污泥脱水性，因为传统厌氧消化工艺污泥停留时间长，长时间的厌氧消化会改变污泥性质，例如絮体结构，粒径大小等不利于污泥脱水。
本发明意外的发现，缩短厌氧消化时间一方面可解决传统的厌氧消化工艺的停留时间长的缺点，另一方面，能将部分EPS分解、分散，实现污泥微生物细胞相分离，通过污泥生物自身消化去除部分有机质，并且改变污泥絮体粒径大小和表面电荷；同时，将短期厌氧消化联合芬顿试剂-骨架构建体污泥脱水的方法，能解决传统的芬顿-骨架构建体污泥脱水方法的缺陷。本发明污泥脱水方法中控制厌氧反应的温度和时间，改变了污泥絮体粒径大小和表面电荷，从而使污泥形成较理想形态，在芬顿试剂-骨架构建体处理时，可以大大减少其试剂(硫酸亚铁、双氧水和石灰)的使用量，其中，可以减少20％-40％芬顿反应时间，减少28.5％-43.0％芬顿-骨架构建体的药剂量，从而降低了成本，还能减少芬顿药剂使用对环境所带来的负面影响；经过本发明的污泥脱水方法，能大大提高了污泥的脱水性，缩短了污泥机械脱水的时间，脱水泥饼的含水率可降至50％以下，这极大地减少污泥体积，从而降低污泥运输费用和污泥后续处理处置的困难性；此外，与传统处理方法得到的污泥相比，本方法得到的污泥含磷量、氨氮量显著减少，这有利于对污泥后续的填埋处理，降低对环境的污染；同时，本发明的污泥脱水方法使用设备简单，运行成本低，不产生二次污染；而且芬顿处理中铁离子基本全留在污泥中，部分钙离子在滤液中，所以滤液可以回收再利用，还能延缓滤液临时堆放时产生臭气。
进一步的，短期厌氧消化联合芬顿-骨架构建体污泥脱水方法可单独分开进行，其详细流程如图1所示，污泥经过浓缩后，进行可控的短期厌氧消化处理，在经过芬顿-骨架构建体的氧化处理，机械脱水后等得到48％-50％含水量的泥饼。
短期厌氧消化联合芬顿-骨架构建体污泥脱水方法也可一体化进行，如图2所示活性污泥可经过短期厌氧消化装置、芬顿反应装置、脱水装置进行一体化处理。
本发明涉及术语解释：
短期厌氧消化为较短时间内利用污泥的微生物进行厌氧消化；
芬顿试剂为Fe2+和H2O2，在酸性环境，Fe2+，H2O2具有强氧化性，能氧化污泥中的有机物；
骨架构建体为一类可使污泥形成坚硬网格骨架多孔结构的助凝剂，如石灰、粉煤灰等。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1示短期厌氧消化联合芬顿-骨架构建体污泥脱水单独系统流程图；
图2示短期厌氧消化联合芬顿-骨架构建体污泥脱水的一体化系统流程图。
具体实施方式
本发明公开了短期厌氧消化在污泥脱水中的新应用，用于解决现有技术的不足和缺陷。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
其中，本发明实施例中使用的试剂、原料均为市售。
实施例1：短期厌氧消化(37℃/12h)+Fenton试剂+石灰
污泥处理步骤如下：
1、污泥浓缩与厌氧消化：取某城市污水处理厂的活性污泥(含水率99％以上)，常温下，通过污泥泵送至浓缩池，重力沉淀浓缩后含水率为97％，去除上清液并经回流至污水处理系统。上述浓缩污泥的污泥比阻(SRF)为4.6×1012m/kg；将上述浓缩污泥移至厌氧消化罐，搅拌均匀，调节厌氧消化温度为37℃，污泥停留时间为12小时，上述厌氧消化污泥的SRF值为4.05×1012m/kg；
2、芬顿处理：厌氧消化罐下方接通芬顿反应池，消化污泥通到芬顿反应池中，加入硫酸调节pH到3.0左右，加入芬顿药剂(FeSO4·7H2O和H2O2的投加量分别为329mg/g DS、42.5mg/g DS)，反应时间为40分钟；
3、骨架构建：步骤2得到的污泥加入骨架构建体(石灰)投加量为90mg/g DS，上述调理后污泥的SRF值为0.21×1012m/kg；
4、机械脱水：步骤3的调理后污泥进入脱水机房，进样并压滤耗时为50分钟，压滤泥饼含水率低于50.15％；最后脱水后的污泥泥饼外运填埋处理，上清液和滤液的水质变化如表1所示。
实施例2：短期厌氧消化(30℃/24h)+Fenton试剂+石灰
污泥处理步骤如下：
1、污泥浓缩与厌氧消化：取某城市污水处理厂的活性污泥(含水率99％以上)，常温下，通过污泥泵送至浓缩池，重力沉淀浓缩后含水率为97％，去除上清液并经回流至污水处理系统；上述浓缩污泥的污泥比阻(SRF)为4.6×1012m/kg；将上述浓缩污泥移至厌氧消化罐，搅拌均匀，调节厌氧消化温度为30℃，相对应的污泥停留时间分别为24小时。上述厌氧消化污泥的SRF值为3.72×1012m/kg；
2、芬顿处理：厌氧消化罐下方接通芬顿反应池，消化污泥通到芬顿反应池中，加入硫酸调节pH到3.0左右，加入芬顿药剂(FeSO4·7H2O和H2O2的投加量分别为235mg/g DS、30mg/g DS)，反应时间为30分钟；
3骨架构建：步骤2得到的污泥加入骨架构建体(石灰)投加量为70mg/g DS，上述调理后污泥的SRF值为0.16×1012m/kg；
4、机械脱水：步骤3的调理后的污泥进入脱水机房，进样并压滤耗时为50分钟，压滤泥饼含水率为48.25％；最后脱水后的污泥泥饼外运填埋处理。上清液和滤液的水质变化如表1所示。
实施例3：短期厌氧消化(25℃/48h)+Fenton试剂+石灰
污泥处理步骤如下：
1、污泥浓缩与厌氧消化：取某城市污水处理厂的活性污泥(含水率99％以上)，常温下，通过污泥泵送至浓缩池，重力沉淀浓缩后含水率为97％，去除上清液并经回流至污水处理系统；上述浓缩污泥的污泥比阻(SRF)为4.6×1012m/kg；将上述浓缩污泥移至厌氧消化罐，搅拌均匀，调节厌氧消化温度为25℃，相对应的污泥停留时间分别为48小时，上述厌氧消化污泥的SRF值为3.6×1012m/kg；
2、芬顿处理：厌氧消化罐下方接通芬顿反应池，消化污泥通到芬顿反应池中，加入硫酸调节pH到3.0左右，芬顿药剂(FeSO4·7H2O和H2O2的投加量分别为282mg/g DS、36mg/gDS)和反应时间为50分钟；
3、骨架处理：步骤2得到的污泥加入骨架构建体(石灰)投加量为80mg/g DS。上述调理后污泥的SRF值为0.20×1012m/kg；
4、机械脱水：步骤3的调理后的污泥进入脱水机房，进样并压滤耗时为50分钟，压滤泥饼含水率为49.89％；最后脱水后的污泥泥饼外运填埋处理。上清液和滤液的水质变化如表1所示。
对比例1：Fenton试剂+石灰
常规的污泥处理步骤如下：
1、污泥浓缩：取某城市污水处理厂的活性污泥(含水率99％以上)，常温下，通过污泥泵送至浓缩池，重力沉淀浓缩后含水率为97％，去除上清液并经回流至污水处理系统；上述浓缩污泥的污泥比阻(SRF)为4.6×1012m/kg；
2、芬顿处理：浓缩污泥通到芬顿反应池中，加入硫酸调节pH到3.0左右，加入芬顿药剂(FeSO4·7H2O和H2O2的投加量分别为329mg/g DS、42.5mg/g DS)，反应时间为50分钟；
3、骨架处理：步骤2得到的污泥加入骨架构建体(石灰)投加量为90mg/g DS，上述调理后污泥的SRF值为0.22×1012m/kg；
4、机械脱水：步骤3的调理后的污泥进入脱水机房，进样并压滤耗时为60分钟，压滤泥饼含水率为51.34％；最后脱水后的泥饼外运填埋处理。上清液和滤液的水质变化如表1所示。
对比例2：长期厌氧消化+Fenton试剂+石灰
污泥处理步骤如下：
1、污泥浓缩与厌氧消化：取某城市污水处理厂的活性污泥(含水率99％以上)，常温下，通过污泥泵送至浓缩池，重力沉淀浓缩后含水率为97％，去除上清液并经回流至污水处理系统；上述浓缩污泥的污泥比阻(SRF)为4.6×1012m/kg；将上述浓缩污泥移至厌氧消化罐，搅拌均匀，调节厌氧消化温度分别为25℃、30℃和37℃，相对应的污泥停留时间分别为60小时。上述相对应的厌氧消化污泥的SRF值分别为4.75×1012m/kg、5.48×1012m/kg和5.51×1012m/kg；
2、芬顿处理：厌氧消化罐下方接通芬顿反应池，消化污泥通到芬顿反应池中，加入硫酸调节pH到3.0左右，以对比例1中芬顿药剂的比例进行投加(FeSO4·7H2O和H2O2的投加量分别为329mg/g DS、42.5mg/g DS)，反应时间为50分钟；
3、骨架构建：步骤2得到的污泥加入骨架构建体(石灰)投加量为90mg/g DS，上述相对应的调理后污泥的SRF值为0.24×1012m/kg、0.25×1012m/kg和0.28×1012m/kg；
4、机械脱水：步骤3的调理后的污泥进入脱水机房，进样并压滤耗时为60分钟，压滤泥饼含水率均在60％以上。
表1：各实施例的上清液和滤液的水质变化
从表1可知，对比例1机械脱水耗时60分钟，得到51.34wt％的泥饼，而本发明的脱水时间只需要50分钟即能获得低于50.15wt％的泥饼，脱水效率高；此外，实施例1～3的压滤滤液总磷量、氨氮量比例高，进一步说明泥饼中磷、氨氮元素含量较低，泥饼后续填埋处理中可降低对土地环境的污染；同时，实施例2、3中芬顿试剂、骨架构建体投入量大大减少。而对比例2结果可以说明，厌氧消化中延长污泥停留时间会增大污泥的脱水指标SRF值，降低污泥的脱水性能和压缩性能；因此，实施例2的污泥脱水方法最佳，说明30℃，24小时处理的短期厌氧消化效果最佳。
综上所述，本发明解决了现有技术的缺陷，公开了利用短期厌氧消化联合芬顿试剂-骨架构建体污泥脱水的方法，不但能缩短机械脱水时间，还能得到含水率低的泥饼，同时，得到的泥饼总磷、氨氮量低，有利于泥饼的后续处理，如填埋等。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.短期厌氧消化在污泥脱水中的应用。
2.一种污泥脱水方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将活性污泥进行短期厌氧消化，得到污泥一；所述短期厌氧消化时间为12-48小时；
2)将污泥一与芬顿试剂和骨架构建体反应，得到污泥二；
3)将污泥二进行脱水处理，得脱水污泥。
3.根据权利要求2所述的污泥脱水方法，其特征在于，所述步骤1)短期厌氧消化温度为25℃-37℃。
4.根据权利要求2所述的污泥脱水方法，其特征在于，所述步骤2)芬顿试剂为硫酸亚铁和过氧化物；所述硫酸亚铁与污泥一的质量比为5％-7％，所述过氧化物与污泥一的质量比为3％-4.25％。
5.根据权利要求2所述的污泥脱水方法，其特征在于，所述步骤2)骨架构建体与污泥一的质量比为7％-9％。
6.根据权利要求2所述的污泥脱水方法，其特征在于，所述步骤3)脱水处理为压滤处理，脱水时间为0.5-1.0小时。
7.一种污泥脱水系统，其特征在于，包括短期厌氧消化装置、芬顿反应装置、脱水装置；
所述短期厌氧消化装置的出口与芬顿反应装置的入口连接，所述芬顿反应装置的出口与脱水装置的入口连接。
8.根据权利要求7所述的污泥脱水系统，其特征在于，所述短期厌氧消化装置包括污泥浓缩装置，所述短期厌氧消化装置与污泥浓缩装置一体化组建。
9.根据权利要求7所述的污泥脱水系统，其特征在于，所述短期厌氧消化装置包括污泥浓缩装置，所述短期厌氧消化装置与污泥浓缩装置单独分开组建。
10.根据权利要求7所述的污泥脱水系统，其特征在于，所述污泥浓缩装置的出口与污水回流装置的入口连接；所述脱水装置的出口与污水回流装置的入口连接。
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