CN108298781B - 市政污泥改性造粒方法及其资源化利用方法 - Google Patents

市政污泥改性造粒方法及其资源化利用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种市政污泥改性造粒及资源化利用方法。包括如下步骤：(1)将脱水污泥和吸水材料按照预定比例混合，获得第一混合材；(2)将第一混合材与芬顿试剂混合搅拌，获得第二混合材；(3)将第二混合材和废石膏混合、搅拌并造粒获得一次造粒；(4)将一次造粒和水泥水混合、搅拌造粒获得二次造粒；(5)对获得的二次造粒进行养护处理，获得污泥造粒材。本发明市政污泥改性造粒方法，通过吸水、高级氧化和二次造粒技术既能有效降解和封闭污泥中的污染成分，不对环境造成污染，同时造粒材强度高、成本低、对污泥的处理效率高。

Description

市政污泥改性造粒方法及其资源化利用方法
技术领域
本发明涉及一种市政污泥改造性造粒及资源化利用方法，属于污泥处置与资源化利用技术领域。
背景技术
近年来我国对污水处理不断重视，污水处理已经达到相当高的水平，而污泥处理处置水平有待提高，根据报道，截至2014年底，全国污水处理厂产生的污泥无害化处置率为56％，主要处置方式为卫生填埋、焚烧、制肥、制造建材等。我国污泥处置方法相对落后，根据中国环境年鉴和E20环境平台的统计我国污泥处置方式仍然以填埋为主。在发达国家污泥填埋所占比例已经非常低，我国其它污泥处置方式占比有望不断提高。
污泥处理的总目标是确保污泥中的有毒有害物质，无论是现在还是将来都不致对人类及环境造成不可接受的危害。目前适合我国脱水污泥无害化处理的技术主要有以下四种。
污泥预干化技术：是通过热能对污泥进行水分去除处理，在干化过程中将耗去大量的热能，为了降低污泥干化所需要的热能，大量试验表明：脱水污泥经加热干化使含水率由80％降到60％时所消耗能量小，其主要去除的是污泥中的游离水；同样含水率在35％以下继续干化消耗能量也小，这两段的能量消耗基本接近理论值；污泥在含水率35％-60％之间,为污泥的塑性阶段，这阶段污泥的流体特性类似胶水。胶状、黏稠，很难处置，对其干化消耗能量急剧增加，很难干化。根据上述特性，干化污泥要避开污泥塑性阶段。要充分利用污泥干化特性，尽量在含水率60％以上，35％以下。在含水率为35％-60％之间干化耗能约为含水率60％以上和35％以下干化耗能的2.5倍；所以对脱水污泥需采用预干化技术，使脱水污泥含水率由80％降至60％，这样大大节约了能耗。
污泥高温好氧堆肥技术：污泥高温好氧堆肥技术是将含水50-55％的污泥进行好氧堆肥发酵，高温好氧发酵过程是通过好氧性微生物的生物代谢作用，使污泥中有机物转化成富含植物营养物的腐殖质，反映的最终代谢物是CO2、H2O和热量，大量热量使物料维持在60摄氏度以上的持续高温,降低物料的含水率,有效地去除病原体、寄生虫卵和杂草种子，使污泥达到减量化、稳定化、无害化、资源化目的。
污泥晾晒技术：近年来,许多污水厂在污泥处置方面做了大量的工作，如北京排水集团的大兴污泥消纳场，其每天平均消纳300-400吨含水率为80％的脱水污泥，其处理工艺是：从污水厂送来的含水率为80％的脱水污泥首先在露天的场地进行条垛堆肥，然后在进行部分干燥处理；由于含水率为80％的脱水污泥在露天堆放，则受天气的影响很大,在雨季污泥很不容易干化，并且大量的污泥露天堆放对环境也有很大影响。为了解决上述问题，可以将含水率为80％的脱水污泥在阳光大棚内以0.4-0.6米的厚度堆放，并使用专用晾晒翻堆设备对污泥进行多次晾晒翻堆，使污泥含水率由80％快速降至60％，达到污泥好氧发酵的条件。该工艺是利用太阳能对污泥进行水分去处，工艺简单，耗能很低，并且污泥干化过程中产生的恶臭气体容易有效收集进行除臭处理。
污泥晾晒与好氧堆肥发酵处理集成技术：含水率为80％的脱水污泥在阳光大棚中经过晾晒翻堆后，其含水率由80％快速降至60％，再与好氧发酵菌种、部分添加剂(粉煤灰)等回填物及除臭剂充分混合以后，通过布料设备均匀送到卧室发酵仓内，在发酵仓内强制通风使物料充分好氧发酵，同时通过翻堆机搅拌使其均匀发酵并且推动物料向前运动。经十天发酵后物料的含水率已降至25％，干燥后的物料一部分作为回填物循环利用，一部分根据市场需要加入土壤营养素制成标准成品肥，如果市场需求不足可以一部分制肥，一部分不加入营养素直接输出作为园林绿化、土壤改良或回填土用。
上述现有污泥处置措施，或是处理成本高，或是占地面积大，或是投资成本高，或是处置效率低，均不是理想的污泥处置和资源化利用方法，如何快速、高效、低成本的将脱水污泥无害化处置是目前污泥处置和资源化的主要研究方向。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种处置效率高的市政污泥改性造粒方法。
为达到上述目的，本发明一种市政污泥改性造粒方法，包括如下步骤：
(1)将脱水污泥和吸水材料按照预定比例混合，获得第一混合材；
(2)将第一混合材与芬顿试剂混合搅拌，获得第二混合材；
(3)将第二混合材和废石膏混合、搅拌并造粒获得一次造粒；
(4)将一次造粒和水泥水混合、搅拌造粒获得二次造粒；
(5)对获得的二次造粒进行养护处理，获得污泥造粒材。
进一步地，所述脱水污泥的含水率范围为60-80％。
进一步地，所述吸水材料包括聚丙烯酸钠，吸水倍率为300-500。
进一步地，所述脱水污泥与吸水材料的重量比为100:(0.1-1)。
进一步地，所述芬顿试剂包括硫酸亚铁和过氧化氢；所述第一混合材与硫酸亚铁和过氧化氢的重量比为100:(1-5):(0.3-1.5)。
进一步地，所述第二混合材与废石膏的重量比范围为100:(5-10)。
进一步地，所述步骤(3)中还包括对一次造粒进行自然养护处理，养护时间为1-2天。
进一步地，所述一次造粒与水泥的重量比为100：(1-10)。
进一步地，所述步骤(5)中对二次造粒的养护时间为1-2周；污泥造粒材的粒径范围为0.01-1cm。
本发明市政污泥改性造粒方法，对市政脱水污泥通过吸水、高级氧化还原、二次造粒作用有效降解和封闭污泥中有害成分，消除对环境的风险，为资源化利用打下基础；通过将污泥和废石膏结合，为两种废弃物的处置找到一个很好的发展方向；与此同时本发明工艺简单、不需要大型机械设备和大量材料、处置效率高、成本低。
达到上述目的，本发明提供一种市政污泥改性造粒的资源化利用方法，包括按照上述的市政污泥改性造粒方法制备污泥造粒材，将制得的污泥造粒材用于植生材料、路基建设或边坡防护。
本发明一种市政污泥改性造粒的资源化利用方法，将污泥改性造粒后作为植生材、路基或边坡防护，实现了污泥和回收利用，减少了环境污染。
附图说明
图1是本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。
实施例1，本实施例中提供一种市政污泥改性造粒的方法，包括获取如下材料：
七水合硫酸亚铁：试剂，分析纯；
双氧水：试剂，ACS，30％；
污泥：马鞍山第二污水处理厂脱水污泥，含水率75-80％；
保水剂：聚丙烯酸钠；
废石膏：某电厂烟气脱硫副产物；
水泥：硅酸盐水泥，南京江南水泥厂。
按照如下步骤制备污泥造粒材，数据参数见表一：
步骤一：按比例将脱水后的市政污泥与吸水材充分搅拌混合，形成第一混合材；
步骤二：将上述第一混合材与硫酸亚铁和过氧化氢组成的芬顿试剂充分搅拌混合，形成第二混合材；
步骤三：对第二混合材自然养护一周；
步骤四：在上述第二混合材中加入废石膏，充分搅拌，获得一次造粒；
步骤五：将一次造粒自然养护一周，得到一次造粒材；
步骤六：向一次造粒材添加入水泥和水，充分搅拌，获得二次造粒；
步骤七：对二次造粒自然养护一周，得最终污泥造粒材。
观测上述造粒材的机械强度，并放水中浸泡一周，测试水中TP、TN、重金属镉(Cd)和COD含量，结果见表二。
比较例1
按照下列步骤对污泥改性造粒，数据参数见表一。
步骤一：按比例将脱水后的市政污泥与吸水材充分搅拌混合，形成第一混合材；
步骤二：对第一混合材自然养护一周；
步骤三：在上述第一混合材中加入废石膏，充分搅拌，获得一次造粒；
步骤四：对一次造粒自然养护一周，得到一次造粒材；
步骤五：在一次造粒材中添加入水泥和水，充分搅拌，获得二次造粒；
步骤六：对二次造粒自然养护一周，得最终污泥造粒材。
观测上述造粒材的机械强度，并放水中浸泡一周，测试水中TP、TN、重金属镉(Cd)和COD含量，结果见表二。
比较例2
按照下列步骤对污泥改性造粒，数据参数见表一。
步骤一：按比例将脱水后的市政污泥与硫酸亚铁、过氧化氢组成的芬顿试剂充分搅拌混合，形成第一混合材；
步骤二：对第一混合材自然养护一周；
步骤三：在上述第一混合材中加入废石膏，充分搅拌，一次造粒；
步骤四：对一次造粒自然养护一周，得到一次造粒材；
步骤五：在一次造粒材加入水泥和水，充分搅拌，获得二次造粒；
步骤六：对二次造粒自然养护一周，得最终污泥造粒材。
观测上述造粒材的机械强度，并放水中浸泡一周，测试水中TP、TN、重金属镉(Cd)和COD含量，结果见表二。
比较例3
按照下列步骤对污泥改性造粒，数据参数见表一。
步骤一：按比例将脱水后的市政污泥与吸水材充分搅拌混合，形成第一混合材；
步骤二：将上述第一混合材与硫酸亚铁、过氧化氢组成的芬顿试剂充分搅拌混合，形成第二混合材；
步骤三：对第二混合材自然养护一周；
步骤四：在上述第二混合材中加入废石膏，充分搅拌，造粒；
步骤五：自然养护一周，得到污泥造粒材。
观测上述造粒材的机械强度，并放水中浸泡一周，测试水中TP、TN、重金属镉(Cd)和COD含量，结果见表二。
比较例4
按照下列步骤对污泥改性造粒，数据参数见表一。
步骤一：按比例将脱水后的市政污泥与吸水材充分搅拌混合，形成第一混合材；
步骤二：将上述第一混合材与硫酸亚铁、过氧化氢组成的芬顿试剂充分搅拌混合，形成第二混合材；
步骤三：对第二混合材自然养护一周；
步骤四：在上述第二混合材中加入水泥，充分搅拌，获得造粒材；
步骤五：对获得的造粒材自然养护一周，得到污泥造粒材。
观测上述造粒材的机械强度，并放水中浸泡一周，测试水中TP、TN、重金属镉(Cd)和COD含量，结果见表二。
表一实施例和比较例参数
Figure BDA0001564216140000071
表二测试参数mg/L
实施例1 对比例1 比较例2 比较例3 对比例4
TP 0.01 0.7 0.9 1.1 1.4
TN 0.05 1.9 2.1 3.5 2.7
COD 10 30 25 40 60
Cd ND 0.05 0.08 0.08 0.06
机械强度 ◎ ○ ○ ● ●
机械强度高(◎)；机械强度一般(○)；机械强度差(●)。
实施例和比较例研究表明：本发明的市政脱水污泥造粒改性和资源化利用方法通过吸水、高级氧化和二次造粒技术既能有效降解和封闭污泥中的污染成分，不对环境造成污染，同时造粒材强度高。最终制备得到的污泥造粒才材可广泛应用于植生材、路基材和边坡防护材等。
以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种市政污泥改性造粒方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1） 将脱水污泥和吸水材料按照预定比例混合，获得第一混合材；
（2）将第一混合材与芬顿试剂混合搅拌，获得第二混合材；
（3）将第二混合材和废石膏混合、搅拌并造粒获得一次造粒；
（4）将一次造粒、水泥和水混合、搅拌造粒获得二次造粒；
（5）对获得的二次造粒进行养护处理，获得污泥造粒材；
其中，所述吸水材料包括聚丙烯酸钠，吸水倍率为300-500。
2.根据权利要求1所述的市政污泥改性造粒方法，其特征在于，所述脱水污泥的含水率范围为60-80%。
3.根据权利要求1所述的市政污泥改性造粒方法，其特征在于，所述脱水污泥与吸水材料的重量比为100:（0.1-1）。
4.根据权利要求1所述的市政污泥改性造粒方法，其特征在于，所述芬顿试剂包括硫酸亚铁和过氧化氢；所述第一混合材与硫酸亚铁和过氧化氢的重量比为100:（1-5）:（0.3-1.5）。
5.根据权利要求1所述的市政污泥改性造粒方法，其特征在于，所述第二混合材与废石膏的重量比范围为100:（5-10）。
6.根据权利要求1所述的市政污泥改性造粒方法，其特征在于，所述一次造粒与水泥的重量比为100：（1-10）。
7.根据权利要求1所述的市政污泥改性造粒方法，其特征在于，还包括对一次造粒进行自然养护处理，养护时间为1-2天。
8.根据权利要求1所述的市政污泥改性造粒方法，其特征在于，所述步骤（5）中对二次造粒的养护时间为1-2周；污泥造粒材的粒径范围为0.01-1cm。
9.一种市政污泥改性造粒的资源化利用方法，其特征在于，包括按照权利要求项1所述的市政污泥改性造粒方法制备污泥造粒材，将制得的污泥造粒材用于植生材料、路基建设或边坡防护。
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