CN108503153A - 一种利用超声波和芬顿反应处理剩余污泥的方法 - Google Patents

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邱松
李昕阳
魏令勇
杨芳芳
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    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
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Abstract

本发明涉及一种利用超声波和芬顿反应处理剩余污泥的方法，采用“剩余污泥超声波预处理+芬顿氧化+反硝化脱氮消解”工艺处理剩余污泥。通过超声波对剩余污泥进行有效分散和裂解，降低剩余污泥颗粒的粒径，剩余污泥比表面积变大，提高了剩余污泥芬顿氧化时的反应效率；芬顿氧化产生自由基强氧化基团，与裂解的剩余污泥充分反应，消解污泥并促进剩余污泥的融胞作用；同时芬顿氧化后的剩余污泥回流至反硝化池中，可以作为反硝化过程中的投加碳源，实现剩余污泥的减量化。该方法具有处理效果稳定，反应效率高，实现资源充分利用，易于实现工业化等特点。

Description

一种利用超声波和芬顿反应处理剩余污泥的方法
技术领域
本发明涉及工业剩余污泥的处理技术，特指一种利用“剩余污泥超声波预处理+芬顿氧化+反硝化脱氮消解”工艺处理工业剩余污泥的方法。
背景技术
剩余污泥是废水处理过程中产生的胶状絮体，含有微生物、寄生虫卵、重金属以及其他有毒有害物质，是一种重要的有害副产物。我国工业污水处理厂中剩余污泥产生量大，大多作为危废外委处理(约2000元/吨)，增加了企业运行的成本。
常见的剩余污泥处理工艺有填埋、焚烧、压滤以及脱水等，在进行填埋时污泥中的有害物质会扩散导致二次污染，剩余污泥焚烧也会产生大气污染的问题。因此，进行剩余污泥的原位减量显得尤为重要和迫切。
超声波是一种频率高于20kHz的纵波，超声波在介质中传播时使介质产生一系列物理和化学的变化，产生的机械效应和空化作用可以促进污泥的分散和破解，能显著降低剩余污泥的粒径，增加剩余污泥的比表面积，促进剩余污泥的融胞作用。
芬顿反应产生的强氧化剂可以有效的杀死剩余污泥中的微生物，达到裂解污泥的效果，同时可以将剩余污泥中的以有机态和硫化物形式存在的重金属氧化，释放到液态相中。
专利“一种过氧乙酸耦合超声波的原位污泥减量方法”(申请号201610215481.7)介绍了一种过氧乙酸耦合超声波的原位污泥减量方法。该工艺以二沉池产生的污泥作为回流污泥，进行过氧乙酸耦合超声波处理。经处理后，上清液溶解性COD增加718～15630％，污泥减少率达到了50.56％～53.56％。与单独采用过氧乙酸或超声波处理相比，能耗降低了2～40％，从而有效降低了剩余污泥处理成本。
专利“一种超声波+A2O+MBR污水处理与污泥减量组合装置及其应用”(申请号:201510679767.6)介绍了一种超声波+A2O+MBR污水处理与污泥减量组合装置及其应用，装置包括厌氧池、缺氧池、好氧池、膜生物反应器(MBR)以及超声池，装置应用后提高了出水水质，缩短了处理时间，实现了高效的污泥减量，占地面积缩小，污泥减量45％以上，基建成本及运营成本降低。
“原位臭氧氧化污泥减量工艺的运行效能”(王海燕、鲁智礼、庞朝辉、周岳溪、柳栋升、张娜，环境工程学报，2012,6(3),799-786)采用ASBR/SBR原位臭氧污泥减量工艺，重点研究了原位臭氧氧化对SBR段污泥产率和出水水质的影响，结果表明，原位臭氧氧化实现污泥减量约43.9％，且出水能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。
利用超声波或臭氧预处理污泥，进行污泥回流曝气消化，具有工艺简单、易于改造等特点，受到广泛的关注，但是污泥回流曝气消化过程中COD被降解又会重新产生剩余污泥，在一定程度上造成了能源浪费，限制了其进一步应用。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种利用超声波和芬顿反应处理剩余污泥的方法。利用“剩余污泥超声波预处理+芬顿氧化+反硝化脱氮消解”工艺处理剩余污泥，增加剩余污泥芬顿氧化时的反应效率，同时芬顿氧化后的剩余污泥回流至反硝化池中，可以作为反硝化过程中的投加碳源，实现剩余污泥的减量化。本发明提供了一种操作简单、运行效率高的剩余污泥减量处理工艺，该工艺具有处理效果稳定，反应效率高，实现资源充分利用，易于实现工业化等特点。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种利用超声波和芬顿反应处理剩余污泥的方法，包括如下步骤：
步骤1：超声波预处理，用超声波处理剩余污泥，超声强度为0.2～0.8W/mL，超声处理时间5～30min；
步骤2：芬顿氧化，超声波预处理后的剩余污泥进入芬顿氧化反应池，加入酸，调节pH至3～5，加入亚铁离子和H2O2，在100rpm磁力搅拌下反应1～4h；
步骤3：中和，芬顿氧化处理后的剩余污泥中加入碱，调节pH至6～8；
步骤4：反硝化脱氮消解，中和后的剩余污泥回流至反硝化池中，回流比例为1：10，停留时间5～30h。
在上述技术方案的基础上，步骤1中，所述剩余污泥的MLSS为7300mg/L～9200mg/L，所含污水COD为240-430mg/L，pH为7.2～8.1。
在上述技术方案的基础上，步骤1中，剩余污泥在超声波预处理过程中，超声强度优选0.3～0.6W/mL，超声处理时间优选10～20min。
在上述技术方案的基础上，步骤2中，剩余污泥中加入的酸为盐酸，调节pH至3.5～4。
在上述技术方案的基础上，步骤2中，剩余污泥中加入的亚铁离子浓度为10～40mg/L，H2O2浓度为2000～6000mg/L。
在上述技术方案的基础上，步骤2中，剩余污泥中加入的亚铁离子浓度优选20～30mg/L，H2O2浓度优选3000～5000mg/L。
在上述技术方案的基础上，步骤2中，在100rpm磁力搅拌下反应时间优选2～3h。
在上述技术方案的基础上，步骤3中，剩余污泥中和时加入的碱为KOH或NaOH，调节pH至6～7。
在上述技术方案的基础上，步骤4中，剩余污泥回流至反硝化池，停留时间优选10～20h。
经过本方法处理后的剩余污泥减量达到50％-60％，反硝化后的出水COD小于100mg/L，总氮小于15mg/L，达到城镇污水处理厂污染物排放标准。
本方法的创新点和实际意义在于：
1)通过超声波在剩余污泥中的传播，产生机械作用和空化作用，对剩余污泥进行有效分散和裂解，降低剩余污泥颗粒的粒径，剩余污泥比表面积变大，提高了芬顿氧化的处理效率。
2)芬顿氧化产生自由基强氧化基团，与裂解的剩余污泥充分反应，消解污泥并促进剩余污泥的融胞作用，有利于剩余污泥细菌中内源物质的析出；
3)芬顿氧化处理后的剩余污泥回流至反硝化池中作为碳源，去除COD并实现反硝化脱氮，排水水质实现达标，省去了外加碳源的运行经费。
本发明所述方法的优点在于：通过超声波预处理裂解剩余污泥颗粒，提高剩余污泥的比表面积，提高芬顿反应氧化剩余污泥的反应效率，处理后的剩余污泥作为外加碳源回流至反硝化池中，实现剩余污泥减量，促进脱氮反应，节省了反硝化过程中投加碳源的成本，处理后的废水实现达标排放，具有明显的社会和经济效益。
附图说明
本发明有如下附图：
图1本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明所述的工业剩余污泥的特点如下表所示：
与专利“一种石灰热碱破胞污泥减量方法”(申请号201610313451.X)相比，本发明通过超声波预处理剩余污泥，提高剩余污泥的比表面积，增大剩余污泥与芬顿氧化的反应效率，充分裂解剩余污泥颗粒，剩余污泥裂解后回流至反硝化池中作为外加碳源，实现剩余污泥的减量和反硝化废水的达标排放。
一种利用超声波和芬顿反应处理剩余污泥的方法，包括如下步骤：
步骤1：超声波预处理，用超声波处理剩余污泥，超声强度为0.2～0.8W/mL，超声处理时间5～30min；
步骤2：芬顿氧化，超声波预处理后的剩余污泥进入芬顿氧化反应池，加入酸，调节pH至3～5，加入亚铁离子和H2O2，在100rpm磁力搅拌下反应1～4h；
步骤3：中和，芬顿氧化处理后的剩余污泥中加入碱，调节pH至6～8；
步骤4：反硝化脱氮消解，中和后的剩余污泥回流至反硝化池中，回流比例为1：10，停留时间5～30h。
在上述技术方案的基础上，步骤1中，所述剩余污泥的MLSS为7300mg/L～9200mg/L，所含污水COD为240-430mg/L，pH为7.2～8.1。
在上述技术方案的基础上，步骤1中，剩余污泥在超声波预处理过程中，超声强度优选0.3～0.6W/mL，超声处理时间优选10～20min。
在上述技术方案的基础上，步骤2中，剩余污泥中加入的酸为盐酸，调节pH至3.5～4。
在上述技术方案的基础上，步骤2中，剩余污泥中加入的亚铁离子浓度为10～40mg/L，H2O2浓度为2000～6000mg/L。
在上述技术方案的基础上，步骤2中，剩余污泥中加入的亚铁离子浓度优选20～30mg/L，H2O2浓度优选3000～5000mg/L。
在上述技术方案的基础上，步骤2中，在100rpm磁力搅拌下反应时间优选2～3h。
在上述技术方案的基础上，步骤3中，剩余污泥中和时加入的碱为KOH或NaOH，调节pH至6～7。
在上述技术方案的基础上，步骤4中，剩余污泥回流至反硝化池，停留时间优选10～20h。
经过本方法处理后的剩余污泥减量达到50％-60％，反硝化后的出水COD小于100mg/L，总氮小于15mg/L，达到城镇污水处理厂污染物排放标准。
实施例如下：
实施例1：
某企业的剩余污泥，MLSS为7300mg/L，所含污水COD为240mg/L，pH为7.2，处理步骤如下：
步骤1：剩余污泥超声波预处理，用超声波处理剩余污泥，超声强度0.3W/mL，超声时间10min；
步骤2：芬顿氧化，上述预处理后的剩余污泥进入芬顿氧化反应池，加入盐酸，调节pH为3.5，加入的亚铁离子浓度为20mg/L和H2O2浓度为3000mg/L，100rpm磁力搅拌下反应2h；
步骤3：中和，芬顿氧化处理后的剩余污泥中加入KOH，调节pH至6，经测定此时剩余污泥中COD为4300mg/L；
步骤4：反硝化脱氮消解，中和后的剩余污泥回流至反硝化池中，回流比例为1：10，反硝化池采用搅拌器充分搅拌，污泥浓度4000g/L，硝氮浓度100mg/L，含氧量小于0.5mg/L，停留时间10h。
经过上述处理后，剩余污泥减量为50％，出水COD为70mg/L，TN为13mg/L，符合城镇污水处理厂污染物排放标准。
实施例2：
某企业的剩余污泥，MLSS为9200mg/L，所含污水COD为430mg/L，pH为8.1，处理步骤如下：
步骤1：剩余污泥超声波预处理，用超声波处理剩余污泥，超声强度0.6W/mL，超声时间20min；
步骤2：芬顿氧化，上述预处理后的剩余污泥进入芬顿氧化反应池，加入盐酸，调节pH为4，加入的亚铁离子浓度为30mg/L和H2O2浓度为5000mg/L，100rpm磁力搅拌下反应3h；
步骤3：中和，芬顿氧化处理后的剩余污泥中加入NaOH，调节pH至7，经测定此时剩余污泥中COD为6300mg/L；
步骤4：反硝化脱氮消解，中和后的剩余污泥回流至反硝化池中，回流比例为1：10，反硝化池采用搅拌器充分搅拌，污泥浓度4000g/L，硝氮浓度100mg/L，含氧量小于0.5mg/L，停留时间20h。
经过上述处理后，剩余污泥减量为60％，出水COD为60mg/L，TN为7mg/L，符合城镇污水处理厂污染物排放标准。
实施例3：
某企业的剩余污泥，MLSS为8400mg/L，所含污水COD为350mg/L，pH为7.5，处理步骤如下：
步骤1：剩余污泥超声波预处理，用超声波处理剩余污泥，超声强度0.4W/mL，超声时间16min；
步骤2：芬顿氧化，上述预处理后的剩余污泥进入芬顿氧化反应池，加入盐酸，调节pH为3.7，加入的亚铁离子浓度为25mg/L和H2O2浓度为4000mg/L，100rpm磁力搅拌下反应2.5h；
步骤3：中和，芬顿氧化处理后的剩余污泥中加入NaOH，调节pH至6.5，经测定此时剩余污泥中COD为4900mg/L；
步骤4：反硝化脱氮消解，中和后的剩余污泥回流至反硝化池中，回流比例为1：10，反硝化池采用搅拌器充分搅拌，污泥浓度4000g/L，硝氮浓度100mg/L，含氧量小于0.5mg/L，停留时间16h。
经过上述处理后，剩余污泥减量为54％，出水COD为80mg/L，TN为10mg/L，符合城镇污水处理厂污染物排放标准。
实施例4：
某企业的剩余污泥，MLSS为7500mg/L，所含污水COD为270mg/L，pH为7.6，处理步骤如下：
步骤1：剩余污泥超声波预处理，用超声波处理剩余污泥，超声强度0.5W/mL，超声时间18min；
步骤2：芬顿氧化，上述预处理后的剩余污泥进入芬顿氧化反应池，加入盐酸，调节pH为3.8，加入的亚铁离子浓度为27mg/L和H2O2浓度为4300mg/L，100rpm磁力搅拌下反应2.7h；
步骤3：中和，芬顿氧化处理后的剩余污泥中加入KOH，调节pH至6.7，经测定此时剩余污泥中COD为5300mg/L；
步骤4：反硝化脱氮消解，中和后的剩余污泥回流至反硝化池中，回流比例为1：10，反硝化池采用搅拌器充分搅拌，污泥浓度4000g/L，硝氮浓度100mg/L，含氧量小于0.5mg/L，停留时间14h。
经过上述处理后，剩余污泥减量为56％，出水COD为75mg/L，TN为11mg/L，符合城镇污水处理厂污染物排放标准。
实施例5：
某企业的剩余污泥，MLSS为8100mg/L，所含污水COD为370mg/L，pH为7.4，处理步骤如下：
步骤1：剩余污泥超声波预处理，用超声波处理剩余污泥，超声强度0.5W/mL，超声时间12min；
步骤2：芬顿氧化，上述预处理后的剩余污泥进入芬顿氧化反应池，加入盐酸，调节pH为3.8，加入的亚铁离子浓度为22mg/L和H2O2浓度为3300mg/L，100rpm磁力搅拌下反应2.2h；
步骤3：中和，芬顿氧化处理后的剩余污泥中加入KOH，调节pH至6.2，经测定此时剩余污泥中COD为5700mg/L；
步骤4：反硝化脱氮消解，中和后的剩余污泥回流至反硝化池中，回流比例为1：10，反硝化池采用搅拌器充分搅拌，污泥浓度4000g/L，硝氮浓度100mg/L，含氧量小于0.5mg/L，停留时间16h。
经过上述处理后，剩余污泥减量为55％，出水COD为70mg/L，TN为13mg/L，符合城镇污水处理厂污染物排放标准。
对比例1：
某企业的剩余污泥，MLSS为7300mg/L，所含污水COD为240mg/L，pH为7.2，处理步骤如下：
步骤1：剩余污泥超声波预处理，用超声波处理剩余污泥，超声强度0.3W/mL，超声时间10min，经测定此时污泥COD为500mg/L；
步骤2：反硝化脱氮消解，超声波预处理后的剩余污泥回流至反硝化池中，回流比例为1：10，反硝化池采用搅拌器充分搅拌，污泥浓度4000g/L，硝氮浓度100mg/L，含氧量小于0.5mg/L，停留时间10h。
经过上述处理后，剩余污泥减量为7％，出水COD为50mg/L，TN为83mg/L，不符合城镇污水处理厂污染物排放标准。
对比例2：
某企业的剩余污泥，MLSS为9200mg/L，所含污水COD为430mg/L，pH为8.1，处理步骤如下：
步骤1：芬顿氧化，剩余污泥进入芬顿氧化反应池，加入盐酸，调节pH为4，加入亚铁离子浓度为30mg/L和H2O2浓度为5000mg/L，100rpm磁力搅拌下反应3h；
步骤2：中和，芬顿氧化处理后的剩余污泥中加入NaOH，调节pH至7，经测定此时剩余污泥中COD为2300mg/L；
步骤3：反硝化脱氮消解，中和后的剩余污泥回流至反硝化池中，回流比例为1：10，反硝化池采用搅拌器充分搅拌，污泥浓度4000g/L，硝氮浓度100mg/L，含氧量小于0.5mg/L，停留时间20h。
经过上述处理后，剩余污泥减量为26％，出水COD为70mg/L，TN为67mg/L，不符合城镇污水处理厂污染物排放标准。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种利用超声波和芬顿反应处理剩余污泥的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：超声波预处理，用超声波处理剩余污泥，超声强度为0.2～0.8W/mL，超声处理时间5～30min；
步骤2：芬顿氧化，超声波预处理后的剩余污泥进入芬顿氧化反应池，加入酸，调节pH至3～5，加入亚铁离子和H2O2，在100rpm磁力搅拌下反应1～4h；
步骤3：中和，芬顿氧化处理后的剩余污泥中加入碱，调节pH至6～8；
步骤4：反硝化脱氮消解，中和后的剩余污泥回流至反硝化池中，回流比例为1：10，停留时间5～30h。
2.根据权利要求1所述的利用超声波和芬顿反应处理剩余污泥的方法，其特征在于：步骤1中，所述剩余污泥的MLSS为7300mg/L～9200mg/L，所含污水COD为240～430mg/L，pH为7.2～8.1。
3.根据权利要求1所述的利用超声波和芬顿反应处理剩余污泥的方法，其特征在于：步骤1中，剩余污泥在超声波预处理过程中，超声强度为0.3～0.6W/mL，超声处理时间为10～20min。
4.根据权利要求1所述的利用超声波和芬顿反应处理剩余污泥的方法，其特征在于：步骤2中，剩余污泥中加入的酸为盐酸，调节pH至3.5～4。
5.根据权利要求1所述的利用超声波和芬顿反应处理剩余污泥的方法，其特征在于：步骤2中，剩余污泥中加入的亚铁离子浓度为10～40mg/L，H2O2浓度为2000～6000mg/L。
6.根据权利要求5所述的利用超声波和芬顿反应处理剩余污泥的方法，其特征在于：剩余污泥中加入的亚铁离子浓度为20～30mg/L，H2O2浓度3000～5000mg/L。
7.根据权利要求1所述的利用超声波和芬顿反应处理剩余污泥的方法，其特征在于：步骤2中，在100rpm磁力搅拌下反应2～3h。
8.根据权利要求1所述的利用超声波和芬顿反应处理剩余污泥的方法，其特征在于：步骤3中，剩余污泥中和时加入的碱为KOH或NaOH，调节pH至6～7。
9.根据权利要求1所述的利用超声波和芬顿反应处理剩余污泥的方法，其特征在于：步骤4中，剩余污泥回流至反硝化池，停留时间为10～20h。
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