CN108101329A - 一种剩余污泥厌氧干化处理工艺 - Google Patents

一种剩余污泥厌氧干化处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种剩余污泥厌氧干化处理工艺，所述处理工艺首先将剩余活性污泥送入高速剪切均化槽中，然后向均化槽中加入处理剂，在0～20℃下剪切均化0.5～2h，然后送入污泥厌氧发酵罐进行厌氧制气，沼气回收，厌氧后污泥送入污泥脱水机进行脱水，得到脱水泥饼和污水，所述污水送去污水厂进一步处理，所得的脱水泥饼送入成型机挤成条状，然后通过输送带进入沼气加热多层网带式低温干化箱干化，得到含水率小于15%的干化污泥。本发明工艺可以将剩余污泥的含水率从97%以上降为15%以下，大大降低污泥体积，干化能耗自给，干化污泥可作为进一步资源化原料或焚烧。

Description

一种剩余污泥厌氧干化处理工艺
技术领域
本发明涉及一种剩余活性污处理工艺，尤其涉及一种剩余污泥的细胞破壁、厌氧消化制气、干化处理工艺。
背景技术
剩余活性污泥作为污水处理系统的副产品，含水率高、体积大、不稳定、易腐败、有恶臭，如不加以妥善处理和处置，将对环境造成二次污染。
厌氧消化是国内外普遍采用的污泥处理技术，可以去除污泥中有机污染物的同时收获高热值的沼气能源。传统的厌氧消化存在消化速率低、停留时间长及产气率低等不足。由于污泥絮体及微生物细胞壁属于生物难降解惰性物质，结构稳定，对水解速度具有一定的限制作用，阻碍污泥的消化效率。微生物体内含有大量的可生物降解的有机基质，若将细胞内有机质释放出来，便能显著提高污泥可生化性，加快污泥厌氧速率增大产气量。
污泥干化技术是指利用热介质，通过专门的工艺和设备，直接或间接加热污泥，使污泥中全部或部分水分蒸发的一种工艺。污泥热干化处理可进一步加强机械脱水后污泥含水率的降低，可根据对脱水后污泥处置方式进行调整，甚至可以达到全干化。污泥干化后可直接填埋和焚烧，也可进一步处理作为土壤改良剂、肥料或建材等，还可以利用其热值作为替代能源。不过，干化处理需要热源，成本也较高，工艺和操作较复杂，这也是制约该技术应用的原因。
饶宾期，曹黎（农业工程学报，2012年第28卷第5期，184-186）报道了“太阳能热泵污泥干燥技术”，阐述了为解决当前污泥干燥存在的问题，研究利用太阳能热泵对污泥进行干燥， 阐述了太阳能热泵污泥干燥系统的结构与工作原理，对系统的主要设备进行了计算设计并进行试验及性能分析，最后对太阳能热泵干燥与其他几种典型干燥方式的能耗及经济性做了比较。该系统具有节能、环保、经济等优点，配备太阳能系统平均可节省电量10%左右。但该干燥工艺需要依靠太阳光照情况控制加热，不够稳定连续。
CN 102161557A公开了一种剩余污泥处理方法，利用冶金烧结工艺中排放的具有较高温度的烧结烟气干化剩余污泥，该方法具体包括以下：将待处理含水率为80-90%的剩余污泥送入半框压滤水机，在25MPa-45MPa的压力下进行脱水，得到含水率为40-55%的压滤脱水污泥饼，将污泥送入污泥造粒装置，破碎成粒径约为3-5mm的粗颗粒，将颗粒导入热能干化间，将冶金烧结工艺中排放的温度为100-180℃烟气导入热能干化间，对颗粒污泥进行干化后，干化后污泥热值为2000-4000大卡、含水率5-10%。该发明有效利用了钢铁冶金行业烧结烟气中的余热，对剩余污泥脱水减量化，但在实际应用上也因此有限制。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种剩余活性污泥厌氧干化处理工艺。该工艺采用药剂调理和机械破壁技术对污泥进行预处理，加快厌氧过程段的产气速率，产生的沼气作为多层网带式低温干化箱加热空气的热源，实现能量自给。
本发明提供一种剩余活性污泥厌氧干化处理工艺，所述处理工艺包括如下步骤：
（1）将剩余活性污泥送入高速剪切均化槽中，然后向高速剪切均化槽中加入处理剂，在0～30℃下剪切均化处理0.5～2h，所述的处理剂为非离子表面活性剂和羟乙基六氢均三嗪的混合溶液；
（2）将步骤（1）处理后得到的污泥与厌氧颗粒污泥送入厌氧发酵罐，进行反应，反应后得到沼气和污泥；
（3）将步骤（2）处理后的污泥送入污泥脱水机进行脱水，得到脱水泥饼和污水，所述污水送去污水厂进一步处理；
（4）将步骤（3）所得的脱水泥饼送入成型机挤成条状，然后通过输送带进入多层网带式低温干化箱干化处理，得到含水率小于15%的干化污泥。
本发明工艺中，步骤（4）所得干化污泥可以进一步资源化处理或焚烧，干化过程产生的尾气由引风机引入尾气装置处理后排空，所述尾气处理装置可以为超重力尾气处理装置。
本发明工艺中，步骤（1）所述的非离子表面活性剂由聚氧乙烯型非离子表面活性剂和烷基糖苷组成，其中，聚氧乙烯型非离子表面活性剂含量为20-99.9wt%，烷基糖苷含量为0.01-80wt%；所述聚氧乙烯型非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚（为辛基酚聚氧乙烯醚和壬基酚聚氧乙烯醚中的一种或两种）、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸甲酯乙氧基化物、聚丙二醇的环氧乙烷加成物、聚氧乙烯化的离子型表面活性剂中的一种或几种。所述非离子表面活性剂加入量与步骤（1）中所述的剩余活性污泥固含物的重量比为1:1000～1:500，羟乙基六氢均三嗪的加入量与步骤（1）中所述的剩余活性污泥固含物的重量比为1:200～1:50。
本发明工艺中，步骤（2）所述厌氧发酵罐是一个带有搅拌及加热功能的反应罐，并装有产气计量及收集系统。
本发明工艺中，步骤（3）所述污泥脱水机可以是离心脱水机、板框压滤机、叠式污泥脱水机、带式压滤机中的一种或几种。
本发明工艺中，步骤（2）中所述厌氧颗粒污泥的加入量为步骤（1）处理后的剩余活性污泥体积的1/10～1/4。所述厌氧颗粒污泥可以是各类正常发酵的厌氧污泥或各类商品化的沼气发酵菌剂。
本发明工艺中，步骤（1）所述高速剪切均化槽的顶部固定安装3-5根旋转杆，每根旋转杆上带有4-6个六叶镭射切割刀片，所述旋转杆的转速为10000-30000r/min，优选为20000r/min。
本发明工艺中，步骤（4）所述破壁脱水后的污泥经成型机挤成条状，所述条状污泥的直径为4～6mm。
本发明工艺中，步骤（4）所述成型后的污泥经输送带进入多层网带式低温干化箱，所述干化箱内置多层可独立、且水平转动的网带，为载气与污泥提供能够充分接触的空间，污泥在网带上水平运动，与垂直流动的空气形成错流，空气能够从污泥中穿越过去，形成良好的对流接触干燥条件，能够提高脱水效率，促进污泥快速脱水。当成型后的污泥自上而下经过层层网带时便经过了干化处理。所述多层网带式低温干化箱将空气经加热后作为干化箱的干化载气，所述加热空气的方式采用太阳能加热器加热，或者直接利用步骤（2）中得到的沼气作为加热介质加热空气，加热后的干化载气温度≥50℃，湿度＜10%，载气量300-800m3/h，污泥在箱内停留时间约为2-4h。
与现有技术相比，本发明处理工艺具有如下特点：
1、本发明工艺中的所用的处理剂为非离子表面活性剂、羟乙基六氢均三嗪组成的混合溶液，通过处理剂中各个组分间的协同效应，使得污泥的脱水效率大大提高，可以得到含水率小于15%的污泥，提高污泥中微生物细胞壁的破解效率，减少药剂用量，缩短破壁时间，节能高效。经破壁处理后的污泥，结合水得到释放，絮体分散，经脱水处理后的泥饼含水率大大降低，污泥脱水效率大大提高和干化速率加快。
2、本发明工艺中，所用的处理剂中的非离子型表面活性剂通过增溶作用和分散作用可使大分子的亲水性基团如污泥絮体表面胞外聚合物（EPS）转移至上清液中，使污泥絮体粒径变小，絮体不规则程度降低，使部分结合水转化成自由水。
3、本发明工艺中，对破壁后的污泥进行厌氧消化制气。在有机物厌氧生物降解的过程中，水解过程通常比较缓慢，是整个厌氧制气过程的限速步骤。剩余污泥中的大部分有机物存在于微生物细胞内，微生物细胞的细胞壁是一个稳定的半刚性结构，属于难降解的惰性物质。对污泥微生物细胞进行破壁可以使细胞内含物溶出，进入水相，在胞外酶的作用下快速水解为小分子化合物，加快厌氧消化速率，提高产气量。厌氧消化过程不仅能够实现污泥减量化无害化还可以回收沼气，作为干化过程能源。
4、本发明工艺中，对厌氧消化后的污泥进行脱水后通过挤条机剂成条状。通过挤条成形，有利于分散和均布污泥，减小污泥内水分脱除阻力。
5、本发明中的干化箱通过厌氧段收集的沼气作为能源加热空气，经加热后的空气引作干化箱的低温干化载气，充分利用了自身生产的沼气，无需利用外部能量。该干化箱内置多层可独立、且水平转动的网带结构，为载气与污泥提供能够充分接触的空间。污泥在网带上水平运动，与垂直流动的空气形成错流，空气能够从污泥中穿越过去，形成良好的对流接触干燥条件，能够提高脱水效率，形成快速脱水机制。当成型后的污泥自上而下经过层层网带时便经过了干化处理。该干化箱无需引入其他热源，能耗低，低温处理不会引起粉尘爆炸等危险，污泥组分挥发少。干化后污泥含水率降至15%以下。
附图说明
图1是本发明的剩余污泥干化处理工艺流程示意图。
其中，1-剩余活性污泥，2-污泥泵，3-高速剪切均化槽，4-污泥厌氧发酵罐，5-污泥脱水机，6-成型机，7-多层网带式低温干化箱，8-干化污泥，9-空气加热器，10-空气，11-引风机，12-超重力尾气处理装置， 13-沼气，14-处理剂，15-产气计量收集系统，16-污水，17-污水处理场，18-泥饼，19-尾气，20-厌氧颗粒污泥。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不因此限制本发明。
如图1所示本发明是通过如下工艺过程实现的：剩余活性污泥1通过污泥泵2泵入高速剪切均化槽3中，与处理剂14混合后进行污泥机械破壁处理，破壁后的污泥进入污泥厌氧发酵罐4，加入厌氧颗粒污泥20后进行厌氧消化，厌氧产生的沼气13经产气计量收集系统15进行计量并收集后用于空气加热器9的能源加热空气10，加热后的空气作为多层网带式低温干化箱7的低温干化载气，厌氧处理后得到的污泥经污泥脱水机5进行脱水处理，得到泥饼18和污水16，其中污水16排入污水处理场17进行后续处理，脱水后的泥饼18送入成型机6挤成条状，再通过输送带进入多层网带式低温干化箱7进行低温干化处理，干化过程产生的尾气19由引风机11引入超重力尾气处理装置12处理后排空，干化后的污泥8可用作进一步资源化处理或焚烧。
实施例1
以某污水处理场剩余污泥为例说明本发明具体实施例。向200kg该种含水率为96.7%的剩余污泥中加入0.07%TS污泥的辛基酚聚氧乙烯醚和0.03%TS污泥的烷基糖苷，并加入1%TS污泥的羟乙基六氢均三嗪后，启动高速剪切刀以20000r/min转速对污泥进行高速剪切破壁2h；破壁后污泥通入厌氧发酵罐，加入1/5剩余污泥体积的厌氧颗粒污泥进行厌氧消化，消化后污泥进行离心脱水，脱水后污泥及原泥组成如下表1，将污水排入污水处理场生化单元进行进一步处理，脱水后泥饼进入压滤机压制成4mm条状污泥经输送带进入多层网带式低温干化箱，空气作为干化载气经厌氧发酵罐过程产生的沼气作为能源加热至50℃，干化箱内湿度为8%，载气量400m3/h，污泥在箱内停留时间为2h，干燥后污泥含水率降至9.0%。
表1污泥组成分析表
含水（%） TS/（mg/L） VS/（mg/L） VSS/（mg/L） SCOD/（mg/L）
原泥 96.7 32970 17180 12466 97
破壁后 60.57 384280 16896 10423 2134
实施例2
与实施例1基本相同，不同之处为处理剂为0.16%TS污泥的壬基酚聚氧乙烯醚和0.04%TS污泥的烷基糖苷，并加入2%TS污泥的羟乙基六氢均三嗪，破壁处理后污泥组成如下表2，干燥后的剩余污泥含水率降至8.6%。
表2污泥组成分析表
含水（%） TS/（mg/L） VS/（mg/L） VSS/（mg/L） SCOD/（mg/L）
破壁后 58.33 416630 16775 10318 2230
实施例3
与实施例1基本相同，不同之处为将多层网带式低温干化箱进气温度、载气量及箱内停留时间进行调整。脱水后泥饼进入压滤机压制成4mm条状污泥经输送带进入多层网带式低温干化箱，载气经太阳能管加热至60℃，箱内湿度为6%，载气量800m3/h，污泥在箱内停留时间为4h，干燥后污泥含水率降至8.8%。
对比例1
所选污泥组成同实施例1的剩余污泥原料，所选处理工艺同实施例1，但是所用处理剂中没有加入羟乙基六氢均三嗪，向200kg该种含水率为96.7%的剩余污泥中加入0.09%TS污泥的辛基酚聚氧乙烯醚和0.06%烷基糖苷，启动高速剪切刀以15000r/min转速对污泥进行高速剪切破壁1h；破壁处理后污泥组成如下表3，破壁后污泥进行离心脱水，脱水后污泥滤饼含水率为68.25%，经过实施例1的工艺处理后，干燥后的剩余污泥含水率降至28.31%。
表3污泥组成分析表
含水（%） TS/（mg/L） VS/（mg/L） VSS/（mg/L） SCOD/（mg/L）
破壁后 68.25 317410 16912 10453 2020

Claims (16)

1.一种剩余污泥厌氧干化处理工艺，所述处理工艺包括如下步骤：
（1）将剩余活性污泥送入高速剪切均化槽中，然后向高速剪切均化槽中加入处理剂，在0～30℃下剪切均化处理0.5～2h，所述的处理剂为非离子表面活性剂和羟乙基六氢均三嗪的混合溶液；
（2）将步骤（1）处理后得到的污泥与厌氧颗粒污泥送入厌氧发酵罐，进行反应，反应后得到沼气和污泥；
（3）将步骤（2）处理后的污泥送入污泥脱水机进行脱水，得到脱水泥饼和污水，所述污水送去污水厂进一步处理；
（4）将步骤（3）所得的脱水泥饼送入成型机挤成条状，然后通过输送带进入多层网带式低温干化箱干化处理，得到含水率小于15%的干化污泥。
2.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于：步骤（4）所得干化污泥进一步资源化处理或焚烧，干化过程产生的尾气由引风机引入尾气装置处理后排空。
3.按照权利要求2所述的工艺，其特征在于：所述尾气处理装置为超重力尾气处理装置。
4.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于：步骤（1）所述的非离子表面活性剂由聚氧乙烯型非离子表面活性剂和烷基糖苷组成。
5.按照权利要求4所述的工艺，其特征在于：所述非离子表面活性剂中，聚氧乙烯型非离子表面活性剂含量为20-99.9wt%，烷基糖苷含量为0.01-80wt%。
6.按照权利要求4所述的工艺，其特征在于：所述聚氧乙烯型非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸甲酯乙氧基化物、聚丙二醇的环氧乙烷加成物、聚氧乙烯化的离子型表面活性剂中的一种或几种。
7.按照权利要求6所述的工艺，其特征在于：所述烷基酚聚氧乙烯醚为辛基酚聚氧乙烯醚和壬基酚聚氧乙烯醚中的一种或两种。
8.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述非离子表面活性剂加入量与步骤（1）中所述的剩余活性污泥固含物的重量比为1:1000～1:500，羟乙基六氢均三嗪的加入量与步骤（1）中所述的剩余活性污泥固含物的重量比为1:200～1:50。
9.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于：步骤（2）所述厌氧发酵罐是一个带有搅拌及加热功能的反应罐，并装有产气计量及收集系统。
10.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于：步骤（2）中所述厌氧颗粒污泥的加入量为步骤（1）所述剩余活性污泥体积的1/10～1/4。
11.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于：步骤（3）所述污泥脱水机是离心脱水机、板框压滤机、叠式污泥脱水机、带式压滤机中的一种或几种。
12.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于：步骤（1）所述高速剪切均化槽的顶部固定安装3-5根旋转杆，每根旋转杆上带有4-6个六叶镭射切割刀片。
13.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述旋转杆的转速为10000-30000r/min。
14.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于：步骤（4）所述破壁脱水后的污泥经成型机挤成条状，所述条状污泥的直径为4-6mm。
15.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于：步骤（4）所述成型后的污泥经输送带进入多层网带式低温干化箱，所述干化箱内置多层可独立、且水平转动的网带。
16.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述多层网带式低温干化箱将空气经加热后作为干化箱的干化载气，所述加热空气的方式采用太阳能加热器加热，或者直接利用步骤（2）中得到的沼气作为加热介质加热空气，加热后的干化载气温度≥50℃，湿度＜10%，载气量300-800m3/h，污泥在箱内停留时间约为2-4h。
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