CN109020122A - 电化学-二氧化氯耦合的减量化污泥预处理方法 - Google Patents

电化学-二氧化氯耦合的减量化污泥预处理方法 Download PDF

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Abstract

电化学‑二氧化氯耦合的减量化污泥预处理方法，将剩余污泥在污泥液中投加二氧化氯处理，搅拌均匀，转速为50～80r/min，二氧化氯投加量为5～8％(v/v)，电化学处理电压为30～50v，处理时间20～30min，所用的阴、阳极材料均为钛/氧化钌/氧化铑片状电极，极板间距5cm。电化学方法和ClO2催化氧化法二者相联合具有很强的氧化性，凭借直流放电作用迅速使细胞壁和细胞膜破解，利用ClO2对有机质进行催化氧化处理，使之变成可以生化降解的小分子物质。既节约电能，又可以大幅降低ClO2用量，还可以提高污泥破解速率。实现污泥的氧化处理和原位减量。ClO2利用率高、运行能耗低。

Description

电化学-二氧化氯耦合的减量化污泥预处理方法
技术领域
本发明涉及污泥减量化预处理方法，属于IPC分类C02F污水或污泥的处理技术领域，尤其是电化学-二氧化氯耦合的减量化污泥预处理方法。
背景技术
目前污水处理厂普遍使用的污水处理方法是活性污泥法，在活性污泥法处理污水的过程中，污水中的有机物以及氮磷等污染物质被微生物体吸收，污水得到净化，同时形成新的微生物体，即活性污泥。随着污水处理过程的进行，微生物体不断增加、积累，为保持生物处理系统的平衡，需要排出部分污泥，即剩余污泥。城市污水处理厂产生的剩余污泥需要经过浓缩、脱水、消化等处理，而后还需要经过填埋、堆肥或焚烧等处置过程，剩余污泥的处理与处置费用可占到整个运行费用的40％～60％，增加了污～水处理厂的负担。城市污水处理厂剩余污泥中含有大量难降解有机物、病原微生物以及寄生虫卵等，如果不加处理，将会造成严重的二次污染。解决剩余污泥相关问题的根本办法就是污泥减量。如何在污泥处理前减少污泥的量并且使其无害化是需要迫切解决的问题。
电化学处理方法目前被广泛的用于污水处理研究。电化学氧化法有不同于其它处理方法的优势：无需投入更多的化学物质、不会带来二次污染、电解过程产生的化学物质氧化性极强、能够处理很多的难生物降解的有机物，而自身的存在时间很短不会对环境造成影响、电解设备占地面积小、系统操作简单等。其具有的强氧化性可以破坏生物细胞壁，氧化细胞内物质，杀死微生物体，可用于污泥减量并可杀死污泥中的有害生物。
电化学处理技术主要指有机物在电极上发生直接电化学反应或间接电化学反应而得到转化，从而达到消减和去除有机物的目的。用于污水污泥电化学处理技术处理的设备通常称为电化学反应器，电化学反应器为一种具有阴阳电极的反应容器。
相关专利文献公开较少。
中国专利申请201310497788.7公开了一种电化学与ClO2催化氧化联合促进污泥减量系统，括依次连接的主反应池、ClO2发生器、循环污泥泵、污泥储箱等，主反应池循环系统和生化反应器构成两级处理系统，主反应池为电化学和ClO2催化氧化反应发生地点，DSA材质柱状主阳极和不锈钢筒式阴极连同辅助阳极，构成了类似三维电极的电解池形式，ClO2发生器的出气管与所述主反应池的底部连接，并在所述主反应池内设有布气系统，主反应池顶端密封，反应后的尾气通过的顶端的导出管与尾气破坏器连接，尾气破坏器设有处理后气体出口。主反应池的下部设有污泥混合液进口、上部设有处理污泥出口。
中国专利申请201510642162.X公开一种基于电化学污泥预处理的电芬顿源头污泥减量化方法及系统，属于剩余污泥处理技术领域。本发明充分结合电解污泥反应和污泥电芬顿氧化的条件和特点，其系统包括依次循环连接的污水厂曝气池、污水厂二沉池、主反应池循环系统和污泥循环泵，所述污水厂二沉池通过污泥回流管路连接污水厂曝气池；所述电芬顿污泥处理主反应器系统包括电芬顿主反应器、污泥循环泵Ⅱ和污泥储箱，电芬顿主反应器端连接污水厂二沉池，污泥储箱端连接污泥循环泵。
ClO2催化氧化法是一种不常用的特殊工艺，其优越性包括：(1)高效催化剂的使用提高了氧化效率，克服了ClO2对有机物氧化的选择性，处理效果好。(2)对有机物的降解以生成含氧基团的小分子化合物为主，不产生有机卤代烃等二次污染物，且在削减COD的同时提高了BOD5/COD值，为后续生化处理创造了条件。
现有技术中，还没有将电化学技术用于污泥减量处理的工艺，利用ClO2催化氧化方法进行污泥减量处理的相关专利也很少见，所以现有技术中单独用二氧化氯或电化学预处理剩余污泥仍然存在突出的效率不高或成本过高的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供电化学-二氧化氯耦合的减量化污泥预处理方法，其应用后，处理效率高、成本相对较低。
本发明的目的将通过以下技术措施来实现：将生物法污水处理过程中产生的剩余污泥进行电化学和二氧化氯联合处理：在污泥液中投加二氧化氯处理，搅拌均匀，转速为50～80r/min，二氧化氯投加量为5～8％(v/v)，电化学处理电压为30～50v，处理时间20～30min，所用的阴、阳极材料均为钛/氧化钌/氧化铑片状电极，极板间距5cm。
尤其是，所述污水处理厂产生的剩余污泥是指：将生物法处理过程中产生的二沉池剩余污泥，经浓缩处理至浓度为30～40g/L，并调节该剩余污泥pH值降低至6.5以下。
尤其是，所述pH值调节是通过添加盐酸来实现的。
尤其是，所述电化学处理所用的阴、阳极材料均为钛/氧化钌/氧化铑片状电极。
尤其是，二沉池剩余污泥，经过浓缩处理后，经检测，性质如下：污泥浓度约35g/L，溶解性COD为98.06mg/L，TN为50.42mg/L，TP为12.03mg/L，pH为6.52；取400ml污泥置于电化学反应器中，按6％(v/v)的比例投加二氧化氯溶液，采用磁力搅拌器搅拌，在80r/min转速搅拌均匀，污泥上清液的溶解性COD增加25倍，TN增加6倍，TP增加了3倍；单独进行电化学处理，所用阴阳极板材料均为钛/氧化钌/氧化铑，电化学处理电压为40v，处理时间为30min，极板间距为5cm；污泥溶解性COD增加13倍，TN增加2倍，TP增加了2倍；对污泥以上述实验条件先进行二氧化氯处理，然后进行电化学处理，处理后污泥上清液的溶解性COD增加50倍，TN增加12倍，TP增加了5倍。
尤其是，二沉池剩余污泥经过浓缩处理后，经检测，性质如下：污泥浓度约32g/L，溶解性COD为130.82mg/L，TN为66.55mg/L，TP为16.12mg/L，pH为6.78；取400ml污泥置于电化学反应器中，按6％(v/v)的比例投加二氧化氯溶液，采用磁力搅拌器搅拌，在80r/min转速搅拌均匀，污泥上清液的溶解性COD增加20倍，TN增加4.7倍，TP增加了3.2倍；单独进行电化学处理，所用阴阳极板材料均为钛/氧化钌/氧化铑，电化学处理电压为40v，处理时间为30min，极板间距为5cm；污泥溶解性COD增加7倍，TN增加2.1倍，TP增加了1.6倍；对污泥以上述实验条件先进行二氧化氯处理，然后进行电化学处理，处理后污泥上清液的溶解性COD增加42.6倍，TN增加7.1倍，TP增加了2.9倍。
本发明的优点和效果：电化学方法和ClO2催化氧化法二者相联合具有很强的氧化性，首先可凭借直流放电作用迅速使细胞壁和细胞膜破解，然后利用ClO2对有机质进行催化氧化处理，使之变成可以生化降解的小分子物质。既节约电能，又可以大幅降低ClO2用量，还可以提高污泥破解速率。实现污泥的氧化处理和原位减量。ClO2利用率高、运行能耗低、污泥减量效果好。
具体实施方式
本发明原理在于，ClO2是目前公认的一种高效、低毒第四代新型灭菌消毒剂，因其无致癌、致畸性、高氧化性是替代氯气消毒的最佳产品，且几乎不和水中有机物生成THMs等有毒有机卤化物，在水处理中具有广阔的前景。ClO2具有优良杀菌性能，对水中无机污染物有很强的去除作用，对于水中有机污染物也有很强的氧化作用。ClO2催化氧化法是一种新型高效的催化氧化技术,它是利用强氧化剂ClO2在非均相催化剂存在条件下，氧化降解废水中的有机污染物，可直接氧化有机污染物为最终产物或将大分子有机污染物氧化成小分子有机污染物，提高废水的可生化性。
通过电化学和二氧化氯的联合作用，使污泥中的微生物细胞发生氧化作用，使得部分微生物细胞壁发生破裂，使胞内物质从固相进入水相中，同时，由于二氧化氯的强氧化作用，在溶解微生物细胞的同时，还能将污泥体内或表面吸附的一部分无机成分与污泥固相分离。促进氧化剂次氯酸和羟基自由基等的再次生成，还进一步加强了对细胞壁结构的破坏，强化了破解程度及效果，然后通过电化学的作用，提高了对二氧化氯的利用效率。
与现有技术相比，本发明首次将电化学-二氧化氯耦合技术用于剩余污泥减量化预处理，一方面，利用了二氧化氯的低成本优势，产生的氯气和次氯酸都能对剩余污泥产生氧化作用，破坏污泥絮体结构，将大分子有机物氧化成小分子有机物，甚至矿化，低成本经济节约的实现污泥减量化。
本发明：将生物法污水处理过程中产生的剩余污泥进行电化学和二氧化氯联合处理：在污泥液中投加二氧化氯处理，搅拌均匀，转速为50～80r/min，二氧化氯投加量为5～8％(v/v)，电化学处理电压为30～50v，处理时间20～30min，所用的阴、阳极材料均为钛/氧化钌/氧化铑片状电极，极板间距5cm。
本发明与单独采用二氧化氯或电化学处理相比，通过二氧化氯-电化学耦合处理后污泥，上清液溶解性COD增加20～30％，TN增加10～20％，TP增加15～25％高污泥处理效率，降低了成本。
对污水处理厂产生的剩余污泥进行电化学-二氧化氯耦合处理，具体包括如下步骤：
A、二氧化氯处理：在剩余污泥中投加二氧化氯，搅拌均匀，所述二氧化氯投加量为5～8％(v/v)；所述搅拌的转速为50～80r/min；
B、电化学处理：对步骤A投加二氧化氯后搅拌均匀的剩余污泥进行电化学处理，所述电化学处理的作用电压为30～50v，作用时间为20～30min，极板间距为5cm。
前述中，所述污水处理厂产生的剩余污泥是指：将生物法处理过程中产生的二沉池剩余污泥，经浓缩处理至浓度为30～40g/L，并调节该剩余污泥pH值降低至6.5以下。
前述中，所述pH值调节是通过添加盐酸来实现的。
前述中，所述电化学处理所用的阴、阳极材料均为钛/氧化钌/氧化铑片状电极。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：某市高新区某污水处理厂，二沉池剩余污泥，经过浓缩处理后，经检测，性质如下：污泥浓度约35g/L，溶解性COD为98.06mg/L，TN为50.42mg/L，TP为12.03mg/L，pH为6.52；取400ml污泥置于电化学反应器中，按6％(v/v)的比例投加二氧化氯溶液，采用磁力搅拌器搅拌，在80r/min转速搅拌均匀，污泥上清液的溶解性COD增加25倍，TN增加6倍，TP增加了3倍；单独进行电化学处理，所用阴阳极板材料均为钛/氧化钌/氧化铑，电化学处理电压为40v，处理时间为30min，极板间距为5cm；污泥溶解性COD增加13倍，TN增加2倍，TP增加了2倍；对污泥以上述实验条件先进行二氧化氯处理，然后进行电化学处理，处理后污泥上清液的溶解性COD增加50倍，TN增加12倍，TP增加了5倍。
实施例2：某市开发区某污水处理厂，二沉池剩余污泥经过浓缩处理后，经检测，性质如下：污泥浓度约32g/L，溶解性COD为130.82mg/L，TN为66.55mg/L，TP为16.12mg/L，pH为6.78；取400ml污泥置于电化学反应器中，按6％(v/v)的比例投加二氧化氯溶液，采用磁力搅拌器搅拌，在80r/min转速搅拌均匀，污泥上清液的溶解性COD增加20倍，TN增加4.7倍，TP增加了3.2倍；单独进行电化学处理，所用阴阳极板材料均为钛/氧化钌/氧化铑，电化学处理电压为40v，处理时间为30min，极板间距为5cm；污泥溶解性COD增加7倍，TN增加2.1倍，TP增加了1.6倍；对污泥以上述实验条件先进行二氧化氯处理，然后进行电化学处理，处理后污泥上清液的溶解性COD增加42.6倍，TN增加7.1倍，TP增加了2.9倍。

Claims (6)

1.电化学-二氧化氯耦合的减量化污泥预处理方法，其特征在于，将生物法污水处理过程中产生的剩余污泥进行电化学和二氧化氯联合处理：在污泥液中投加二氧化氯处理，搅拌均匀，转速为50～80r/min，二氧化氯投加量为5～8％(v/v)，电化学处理电压为30～50v，处理时间20～30min，所用的阴、阳极材料均为钛/氧化钌/氧化铑片状电极，极板间距5cm。
2.如权利要求1所述的电化学-二氧化氯耦合的减量化污泥预处理方法，其特征在于，所述污水处理厂产生的剩余污泥是指：将生物法处理过程中产生的二沉池剩余污泥，经浓缩处理至浓度为30～40g/L，并调节该剩余污泥pH值降低至6.5以下。
3.如权利要求1所述的电化学-二氧化氯耦合的减量化污泥预处理方法，其特征在于，所述pH值调节是通过添加盐酸来实现的。
4.如权利要求1所述的电化学-二氧化氯耦合的减量化污泥预处理方法，其特征在于，所述电化学处理所用的阴、阳极材料均为钛/氧化钌/氧化铑片状电极。
5.如权利要求1所述的电化学-二氧化氯耦合的减量化污泥预处理方法，其特征在于，二沉池剩余污泥，经过浓缩处理后，经检测，性质如下：污泥浓度约35g/L，溶解性COD为98.06mg/L，TN为50.42mg/L，TP为12.03mg/L，pH为6.52；取400ml污泥置于电化学反应器中，按6％(v/v)的比例投加二氧化氯溶液，采用磁力搅拌器搅拌，在80r/min转速搅拌均匀，污泥上清液的溶解性COD增加25倍，TN增加6倍，TP增加了3倍；单独进行电化学处理，所用阴阳极板材料均为钛/氧化钌/氧化铑，电化学处理电压为40v，处理时间为30min，极板间距为5cm；污泥溶解性COD增加13倍，TN增加2倍，TP增加了2倍；对污泥以上述实验条件先进行二氧化氯处理，然后进行电化学处理，处理后污泥上清液的溶解性COD增加50倍，TN增加12倍，TP增加了5倍。
6.如权利要求1所述的电化学-二氧化氯耦合的减量化污泥预处理方法，其特征在于，二沉池剩余污泥经过浓缩处理后，经检测，性质如下：污泥浓度约32g/L，溶解性COD为130.82mg/L，TN为66.55mg/L，TP为16.12mg/L，pH为6.78；取400ml污泥置于电化学反应器中，按6％(v/v)的比例投加二氧化氯溶液，采用磁力搅拌器搅拌，在80r/min转速搅拌均匀，污泥上清液的溶解性COD增加20倍，TN增加4.7倍，TP增加了3.2倍；单独进行电化学处理，所用阴阳极板材料均为钛/氧化钌/氧化铑，电化学处理电压为40v，处理时间为30min，极板间距为5cm；污泥溶解性COD增加7倍，TN增加2.1倍，TP增加了1.6倍；对污泥以上述实验条件先进行二氧化氯处理，然后进行电化学处理，处理后污泥上清液的溶解性COD增加42.6倍，TN增加7.1倍，TP增加了2.9倍。
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