CN108947167A - 利用类芬顿-碱氧化联用处理市政污泥的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用类芬顿‑碱氧化联用处理市政污泥的方法。本发明以污泥中的铁、铜、镍等金属与过氧化氢发生类芬顿反应，使得污泥中部分难溶性有机物被去除，并且污泥中的大部分细菌和难闻性味道也被去除；再利用碱氧化反应对污泥进行细胞破壁，细胞中大部分有机物和内部结合水被释放出来，从而达到污泥真正意义上的减量目的；同时在碱氧化的过程中污泥中大量重金属会形成金属沉淀，这些金属沉淀物质可被分离出来，从而达到污泥的稳定化效果。该法不仅综合药剂成本低，所使用的药剂不会对环境产生二次污染，并且污泥减量效果明显，处理后的污泥大部分细菌死亡，重金属也被分离出来，不会对环境产生污染。

Description

利用类芬顿-碱氧化联用处理市政污泥的方法

技术领域

本发明属于固体废物处置技术领域，具体涉及一种类芬顿-碱氧化联用处理市政污泥减量化、稳定化的方法。

背景技术

目前，绝大数城市污水厂仍然采用活性污泥法处理生活污水，但是该处理方法运行的同时，也伴随着大量污泥的产生，每年会有300万吨的市政污泥产生，并且污水在净化过程中，污染物大量转移到污泥中，因此污泥中依然含有大量的有机质、致病微生物和丰富的氮磷等营养物质，已经成为新的环境污染源，逐渐成为环境污染的重要元素之一。

由于污泥存在着大量病菌和寄生虫等有毒有害物质，还会散发浓郁的恶臭味，并且市政污泥的化学组成因污水的来源会有部分差异，但是都会含有一定量的Cu、Ni、Zn、Pb、Cr、Hg、Cd等重金属，因此，市政污泥中的重金属问题一直以来都存在农用的环境风险，和土地填埋的风险，一旦处理不当，会传播疾病且会造成地下水和土壤污染等，进而会危害人类的健康。因此当前在对污泥的处理和处置过程中，将严格遵循减量化、稳定化、无害化和资源化的基本原则。

市政污泥最显著的物理特征是含水率高，从而使得污泥体积庞大，直接影响到污泥的长距离运输和后续处理。污泥的减量化过程指采用各种脱水技术降低污泥的含水率以减小污泥最终处置前的体积和质量。常见的脱水方法可分为机械法、干化法和调理法。机械法是通过机械外力的作用达到泥水分离效果的脱水方法，该法是国内大多数污水厂采用的方法，但是其脱水效率低，后续污泥还需进一步无害化处理使得该法受到一定限制。干化法是指借助热能将污泥中水分蒸发以达到脱水效果的的一种脱水方法，但是该法存在脱水费用高、环境影响大等缺点，只能适用于集中处理和处理小型污水厂。污泥调理法是近几年来研究较为广泛的方法，其主要作用污泥进入脱水设备前的一道预处理程序，但其调理效果直接影响脱水设备的脱水程度和脱水速度，减少后续运输和最终处置成本，且能够在调理过程中对污泥进行了稳定化、无害化处理。

当前国内外研究较多的污泥调理法可根据作用机理的不同分为物理调理、化学调理和生物调理。其中化学调理投资成本低、操作简单，因此得到广泛应用。化学调理常见的方法有臭氧氧化法、氯氧化法、Fenton试剂氧化法、碱处理等，但是目前化学调理手段单一，药剂费用较高，且处理完的污泥氧化性较高，污泥中重金属问题得不到彻底解决，并不能做到污泥的稳定化和无害化。

发明内容

本发明旨在解决现有污泥化学调理技术不足，提供一种类芬顿-碱氧化联用处理市政污泥的方法，该方法是以过氧化氢和碱作为污泥处理的调理剂，对城市污水厂产生的市政污泥进行减量化、稳定化。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种利用类芬顿-碱氧化联用处理市政污泥的方法包括以下步骤：

（1）调查市政污泥的含水率和所含的干污泥重量，之后向所述市政污泥中投加强酸，使得所述市政污泥的pH值为1~4；

（2）向步骤（1）处理后的市政污泥中投加过氧化氢溶液，使得每克干污泥中加入0.04~0.08 g过氧化氢，之后搅拌反应1~2h；

（3）使步骤（2）反应后的市政污泥沉降30~45 min，之后得到第一上层清液和第一下层污泥；

（4）将所述第一下层污泥加热至75~85℃，之后投加碱溶液，使得所述第一下层污泥的pH为9~11，之后搅拌反应1~2h；反应结束后去除底层的金属沉淀物质，得到第二污泥；

（5）将步骤（3）所得的第一上层清液加入所述第二污泥中，混合均匀后调节所述第二污泥的pH为6.5~7；之后静置分层，得到第三上层清液和第三下层污泥，排出所述第三上层清液，剩余的所述第三下层污泥即为减量后的市政污泥。

优选的，本发明的方法包括以下步骤：

（1）调查市政污泥的含水率和所含的干污泥重量，之后将所述市政污泥输送至第一污泥反应器中并投加强酸，使得所述市政污泥的pH值为1~4；

（2）向步骤（1）处理后的市政污泥中投加过氧化氢溶液，使得每克干污泥中加入0.04~0.08 g过氧化氢，之后通过搅拌装置搅拌反应1~2h，搅拌速度为400~600rpm；

（3）将步骤（2）反应后的市政污泥输送至沉降罐中，使得所述步骤（2）反应后的市政污泥沉降30~45 min之后，得到第一上层清液和第一下层污泥；将所述第一上层清液收集备用，所述第一下层污泥输送至第二污泥反应器中；

（4）通过锅炉蒸气加热所述第二污泥反应器，使得所述第一下层污泥升温至75~85℃，之后投加碱溶液，使得所述第一下层污泥的pH为9~11，之后通过搅拌装置搅拌反应1~2h，搅拌速度为400~600rpm；反应结束后去除底层的金属沉淀物质，得到第二污泥；

（5）将步骤（4）反应后的第二污泥转移至中和罐中，之后将步骤（3）所得的第一上层清液加入所述中和罐中，混合均匀后调节中和罐中的所述第二污泥的pH为6.5~7；之后静置分层，得到第三上层清液和第三下层污泥，将所述第三上层清液回流至污水厂进行生化处理，剩余的所述第三下层污泥即为减量后的市政污泥。

减量后的市政污泥进入污泥脱水系统。

优选的，步骤（1）中所述的市政污泥含水率为97~99%。本发明对含水率为97~99%的市政污泥的处理效果最优。

优选的，步骤（1）中所述的干污泥中Fe含量为3000~5000 mg/kg，Cu含量为350~500mg/kg，Ni含量为50~100 mg/kg。

优选的，步骤（1）中所述的强酸为硫酸或盐酸。

优选的，步骤（1）中所述的强酸的浓度为50%wt。

优选的，步骤（1）中所述的pH为4。

优选的，步骤（2）中所述的过氧化氢溶液的浓度为30%wt。

优选的，步骤（2）中所述的过氧化氢的加入量为每克干污泥中加入0.04g。

优选的，步骤（2）中所述的搅拌反应时间为1.5h。

优选的，步骤（2）中所述的搅拌速度为500rpm。

优选的，步骤（3）中所述的沉降时间为30min。

优选的，步骤（4）中所述的碱溶液为NaOH溶液或KOH溶液。

优选的，步骤（4）中所述的温度为75℃。

优选的，步骤（4）中所述的碱溶液的浓度为30%wt。

优选的，步骤（4）所述的第一下层污泥的pH为10。

优选的，步骤（4）所述的搅拌反应时间为1.5h。

优选的，步骤（4）所述的搅拌速度为500rpm。

优选的，所述的第二污泥反应器为底部设置有排泥管道的锥形反应器，步骤（4）所述的去除底层金属沉淀的方法为从所述排泥管道移除。

优选的，所述的第二污泥反应器为锥底内衬聚四氟乙烯反应釜。

优选的，步骤（5）中所述的调节pH的方法为：根据所述中和罐中的反应后的第一下层污泥的pH，向其中投加NaOH、KOH、硫酸或盐酸溶液。

优选的，步骤（5）所述调节中和罐中的反应后的第一下层污泥的pH为7。

优选的，所述的第一污泥反应器为内衬聚四氟乙烯反应釜。

优选的，所述的沉降罐为锥底内衬玻璃钢反应釜。

优选的，所述的中和罐为内衬玻璃钢反应釜。

步骤（4）中所述的金属沉淀物质为氢氧化铁、氢氧化铜、氢氧化镍、氢氧化锌或氢氧化铅。

本发明的有益效果是：

因为市政污水在处理过程中会加入一些铁盐的混凝剂，致使市政污泥中存在铁离子，同时污泥中含有少量的Ni、Cu等重金属，通过过氧化氢的投入与这些金属发生类芬顿反应对污泥进行强氧化，使得污泥中部分难溶性有机物被去除，并且污泥中的大部分细菌和难闻性味道也被去除；进一步通过碱氧化使得污泥中微生物细胞壁破解，细胞中大部分有机物和内部结合水被释放出来，从而达到污泥真正意义上的减量目的；同时在碱氧化的过程中污泥中大量重金属会形成金属沉淀，这些金属沉淀物质可被分离出来，从而达到污泥的稳定化效果。此联用方法药剂用量低于现有化学调理的药剂用量，污泥减量效果明显，且没有产生二次污染，处理后的污泥不会对环境产生污染，可以直接填埋。

本发明通过利用类芬顿-碱氧化联用处理市政污泥减量化、稳定化，不仅解决了现有化学调理方法的药剂成本高、容易产生二次污染、减量效果差的问题，同时解决了污泥中重金属的环境风险，并且处理后滤液能够直接回流至污水厂作为反硝化碳源，处理后的污泥脱水性能强，能够大大减少后续处理成本，具有明显的经济效益和环境效益。

具体实施方式

实施例1

（1）调查某市政污水厂的市政污泥，测得其含水率为97%，含固量DS为3%，Fe含量为3760mg/kg，Cu含量为486 mg/kg，Ni含量为77.5 mg/kg，pH为6.5。取该市政污泥1kg，对该市政污泥的具体处理工序如下：

将此市政污泥输送至第一污泥反应器中，投加50%硫酸溶液调节反应器一中污泥pH为4；

（2）在第一污泥反应器中投加30%过氧化氢溶液，投加量为每克干污泥中加入0.08g过氧化氢，通过搅拌装置将第一污泥反应器中污泥与药剂搅拌均匀反应，搅拌速度为500rpm/min，反应时间为1.5 h；

（3）待上述反应完全，将第一污泥反应器中污泥转移至沉降罐中，沉降30 min后，将上层清液收集，下层污泥输送至第二污泥反应器中；

（4）通过锅炉蒸汽加热将第二污泥反应器中温度控制在80℃，之后向第二污泥反应器中投加30%wt的氢氧化钠，调节第二污泥反应器中pH为10，通过搅拌装置将第二污泥反应器中污泥与药剂搅拌均匀反应，搅拌速度为500 rpm/min，反应时间为1.5 h；待第二污泥反应器反应完全后，从锥形的第二污泥反应器下端的排泥管分离出金属沉淀物质，得到第二污泥；

（5）将第二污泥转移至中和罐中，同时将沉降罐中上清液也转移至中和罐中，最终在未添加酸碱情况下，其pH最后稳定在6.7；

（6）待中和罐中污泥稳定分层后，排出上层滤液，同时对下层未能被减量的污泥残渣及无机物进行脱水处理。

其中，所用的第二污泥反应器为锥底内衬聚四氟乙烯反应釜。第一污泥反应器为内衬聚四氟乙烯反应釜。沉降罐为锥底内衬玻璃钢反应釜。中和罐为内衬玻璃钢反应釜。

经过类芬顿-碱氧化联用处理后，上述市政污泥减量84.5%。

实施例2

（1）基于某市市政污泥制备模拟市政污泥，使得其含水率为99%，含固量DS为1%，Fe含量为5000 mg/kg，Cu含量为500 mg/kg，Ni含量为100 mg/kg。取该模拟市政污泥1kg，对该模拟市政污泥的具体处理工序如下：

将此模拟市政污泥输送至第一污泥反应器中，投加50%盐酸溶液调节反应器一中污泥pH为1；

（2）在第一污泥反应器中投加30%过氧化氢溶液，投加量为每克干污泥中加入0.04g过氧化氢，通过搅拌装置将第一污泥反应器中污泥与药剂搅拌均匀反应，搅拌速度为400rpm/min，反应时间为1 h；

（3）待上述反应完全，将第一污泥反应器中污泥转移至沉降罐中，沉降45 min后，将上层清液收集，下层污泥输送至第二污泥反应器中；

（4）通过锅炉蒸汽加热将第二污泥反应器中温度控制在75℃，之后向第二污泥反应器中投加30%wt的氢氧化钾，调节第二污泥反应器中pH为9，通过搅拌装置将第二污泥反应器中污泥与药剂搅拌均匀反应，搅拌速度为400 rpm/min，反应时间为2 h；待第二污泥反应器反应完全后，从锥形的第二污泥反应器下端的排泥管分离出金属沉淀物质，得到第二污泥；

（5）将第二污泥转移至中和罐中，同时将沉降罐中上清液也转移至中和罐中，通过添加少量KOH使得其pH为7；

（6）待中和罐中污泥稳定分层后，排出上层滤液，同时对下层未能被减量的污泥残渣及无机物进行脱水处理。

经过类芬顿-碱氧化联用处理后，上述市政污泥减量87.2%。

实施例3

（1）基于某市市政污泥制备模拟市政污泥，使得其含水率为98%，含固量DS为2%，Fe含量为3000 mg/kg，Cu含量为350 mg/kg，Ni含量为50 mg/kg。取该模拟市政污泥1kg，对该模拟市政污泥的具体处理工序如下：

将此模拟市政污泥输送至第一污泥反应器中，投加50%盐酸溶液调节反应器一中污泥pH为3；

（2）在第一污泥反应器中投加30%过氧化氢溶液，投加量为每克干污泥中加入0.06g过氧化氢，通过搅拌装置将第一污泥反应器中污泥与药剂搅拌均匀反应，搅拌速度为600rpm/min，反应时间为2 h；

（3）待上述反应完全，将第一污泥反应器中污泥转移至沉降罐中，沉降40 min后，将上层清液收集，下层污泥输送至第二污泥反应器中；

（4）通过锅炉蒸汽加热将第二污泥反应器中温度控制在85℃，之后向第二污泥反应器中投加30%wt的氢氧化钠，调节第二污泥反应器中pH为11，通过搅拌装置将第二污泥反应器中污泥与药剂搅拌均匀反应，搅拌速度为600 rpm/min，反应时间为1 h；待第二污泥反应器反应完全后，从锥形的第二污泥反应器下端的排泥管分离出金属沉淀物质，得到第二污泥；

（5）将第二污泥转移至中和罐中，同时将沉降罐中上清液也转移至中和罐中，通过添加少量硫酸使得其pH为6.5；

（6）待中和罐中污泥稳定分层后，排出上层滤液，同时对下层未能被减量的污泥残渣及无机物进行脱水处理。

经过类芬顿-碱氧化联用处理后，上述市政污泥减量85.6%。

应理解，该实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，凡在本发明的精神和原则之内，进行的任何修改、改进等，均应包含在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种利用类芬顿-碱氧化联用处理市政污泥的方法，其特征在于，包括如下的步骤：

（1）调查市政污泥的含水率和所含的干污泥重量，之后向所述市政污泥中投加强酸，使得所述市政污泥的pH值为1~4；

（2）向步骤（1）处理后的市政污泥中投加过氧化氢溶液，使得每克干污泥中加入0.04~0.08 g过氧化氢，之后搅拌反应1~2h；

（3）使步骤（2）反应后的市政污泥沉降30~45 min，之后得到第一上层清液和第一下层污泥；

（4）将所述第一下层污泥加热至75~85℃，之后投加碱溶液，使得所述第一下层污泥的pH为9~11，之后搅拌反应1~2h；反应结束后去除底层的金属沉淀物质，得到第二污泥；

（5）将步骤（3）所得的第一上层清液加入所述第二污泥中，混合均匀后调节所述第二污泥的pH为6.5~7；之后静置分层，得到第三上层清液和第三下层污泥，排出所述第三上层清液，剩余的所述第三下层污泥即为减量后的市政污泥。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）调查市政污泥的含水率和所含的干污泥重量，之后将所述市政污泥输送至第一污泥反应器中并投加强酸，使得所述市政污泥的pH值为1~4；

（2）向步骤（1）处理后的市政污泥中投加过氧化氢溶液，使得每克干污泥中加入0.04~0.08 g过氧化氢，之后通过搅拌装置搅拌反应1~2h，搅拌速度为400~600rpm；

（3）将步骤（2）反应后的市政污泥输送至沉降罐中，使得所述步骤（2）反应后的市政污泥沉降30~45 min之后，得到第一上层清液和第一下层污泥；将所述第一上层清液收集备用，所述第一下层污泥输送至第二污泥反应器中；

（4）通过锅炉蒸气加热所述第二污泥反应器，使得所述第一下层污泥升温至75~85℃，之后投加碱溶液，使得所述第一下层污泥的pH为9~11，之后通过搅拌装置搅拌反应1~2h，搅拌速度为400~600rpm；反应结束后去除底层的金属沉淀物质，得到第二污泥；

（5）将步骤（4）反应后的第二污泥转移至中和罐中，之后将步骤（3）所得的第一上层清液加入所述中和罐中，混合均匀后调节中和罐中的所述第二污泥的pH为6.5~7；之后静置分层，得到第三上层清液和第三下层污泥，将所述第三上层清液回流至污水厂进行生化处理，剩余的所述第三下层污泥即为减量后的市政污泥。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，减量后的市政污泥进入污泥脱水系统。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中所述的市政污泥含水率为97~99%。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中所述的干污泥中Fe含量为3000~5000 mg/kg，Cu含量为350~500 mg/kg，Ni含量为50~100 mg/kg。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中所述的强酸为硫酸或盐酸。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中所述的强酸的浓度为50%wt。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）中所述的碱溶液为NaOH溶液或KOH溶液。

9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的第二污泥反应器为底部设置有排泥管道的锥形反应器，步骤（4）所述的去除底层金属沉淀的方法为从所述排泥管道移除。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）中所述的金属沉淀物质为氢氧化铁、氢氧化铜、氢氧化镍、氢氧化锌或氢氧化铅。