CN109485231A - 一种剩余污泥的资源化处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种剩余污泥的资源化处理方法，包括以下步骤：(1)深度物化溶胞阶段：对污水处理厂的剩余污泥进行深度物化溶胞处理，使得剩余污泥的减量率大于30％；(2)预浓缩调理阶段：继续投加无机混凝剂，进行预浓缩调理处理；(3)脱水调理阶段：再投加高分子有机絮凝剂，进行脱水调理处理；(4)泥水分离阶段：静置沉淀，所得污泥沉淀进一步脱水，所得上清液与脱水所得上清液混合后作为碳源进入生物处理单元再利用。与现有技术相比，本发明通过针对深度物化溶胞污泥的特性，采用合适的化学调理剂组合进行化学调质并使其达到上清液回用和污泥脱水的要求，提供了一条有效处理剩余污泥的途径。

Description

一种剩余污泥的资源化处理方法
技术领域
本发明属于城镇污水处理行业污泥处理技术领域，涉及一种剩余污泥的资源化处理方法。
背景技术
目前，城市污水处理带来了大量的污泥产生，这些污泥如果没有采用合适的处理的话，很容易成为环境的二次污染源，在这种形势下，污泥处理处置正迫切地向稳定化、无害化和资源化方向发展。
污泥脱水是实现污泥减量化的重要步骤，但是由于污泥固体颗粒有很强的亲水性，污泥细胞表面吸附水和结合水无法采用机械的方法去除，所以污泥脱水前需要进行污泥调理。目前污泥常用的调理手段可以分为物理、化学、热工和联合调理等方法。物理、热工和包含酸、碱以及氧化作用的化学调理法都是通过将污泥絮体和细胞破碎，以释放细胞表面吸附水和结合水。如果增大上述调理方法的处理强度，就能进一步使胞内营养物质溶出，这部分营养物质可以用于解决污水厂的实际运行过程中普遍存在的处理工艺反硝化单元碳源不足问题。
由于上清液中有大量游离细胞碎片和悬浮物，且氮磷浓度过高，深度物化溶胞的污泥液并不适合直接作为碳源回流。许多研究结果表明，轻度的物化预处理手段结合化学调理药剂能够提高污泥的脱水性，而深度的物化溶胞技术会导致游离的细胞碎片增多，蛋白质溶出率显著提高，导致常规化学调理药剂的投加无法改善严重恶化的脱水性。如果只是在原有的化学调理药剂投加方式上加大投加量，不仅会造成经济上的浪费，还会过度削减溶胞释放的碳源类有机物，减低物化溶胞污泥液的资源化利用水平。
因此，针对深度物化溶胞污泥的特性，寻找合适的上清液回用和污泥脱水的化学调理方案是解决污泥溶胞资源化技术的关键。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种剩余污泥的资源化处理方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种剩余污泥的资源化处理方法，包括以下步骤：
(1)深度物化溶胞阶段：对污水处理厂的剩余污泥进行深度物化溶胞处理，使得剩余污泥的减量率大于30％，并得到深度物化溶胞污泥；
(2)预浓缩调理阶段：往步骤(1)得到的深度物化溶胞污泥中投加无机混凝剂，进行预浓缩调理处理；
(3)脱水调理阶段：再往步骤(2)中得到的预浓缩调理后的污泥中投加高分子有机絮凝剂，进行脱水调理处理；
(4)泥水分离阶段：对步骤(3)得到的脱水调理后的污泥进行静置沉淀处理，静置所得污泥沉淀进一步脱水，静置所得上清液与脱水所得上清液混合后作为碳源进入生物处理单元再利用。
进一步的，步骤(1)中，所述的剩余污泥为溶液状态，其干物质的浓度为5-30g/L。
进一步的，步骤(1)中，深度物化溶胞处理为采用臭氧氧化、超声波破碎或热水解进行处理。此处所采用的臭氧氧化、超声波破碎和热水解等技术均为本领域常用的物化溶胞手段。
进一步的，步骤(2)中，所述的污泥混凝剂为铁盐或铝盐混凝剂，其投加量满足：
以氧化铝或铁离子进行等摩尔换算，每吨绝干污泥投加60～300kg的硫酸铝或每吨绝干污泥投加100～190kg的氯化铁。
更进一步的，步骤(2)中，所述的铁盐为三氯化铁或聚合硫酸铁，所述的铝盐为硫酸铝或聚合氯化铝。
进一步的，步骤(2)中，预浓缩处理过程具体为：加入无机混凝剂后，以150～300r/min的搅拌速率搅拌至均匀，使污泥进行混凝反应，反应时间为20～60s，再以30～60r/min的搅拌速率慢速搅拌1～3min，促进污泥絮体的初步形成。
进一步的，步骤(3)中，所述的高分子有机絮凝剂为聚丙烯酰胺，其投加量为2～4kg/t DS(即绝干污泥量)。
更进一步的，步骤(3)中，所述的聚丙烯酰胺为阳离子型聚丙烯酰胺，分子量大于1000万Da，阳离子度范围为30～90％。
进一步的，步骤(3)中，脱水调理处理过程具体为：加入高分子有机絮凝剂后，以180～250r/min搅拌速率搅拌至均匀，以使污泥进行充分的絮凝反应，反应时间为25～45s，再以30～60r/min的搅拌速率慢速搅拌2～4min。
进一步的，步骤(4)中，脱水采用离心机或带式机脱水进行，其中，离心机采用卧螺离心机进行处理，脱水时转鼓转速范围为1800～2500r/min，带式机采用带式压滤机脱水，脱水时上带压力范围为0.2～0.3MPa，下带压力为0.1～0.15MPa，带速范围为1.85～2.25m/min。
本发明首先通过对剩余污泥进行物化溶胞处理实现碳源释放以及污泥的大幅度减量，然后针对深度物化溶胞污泥上清液浑浊的特性投加无机混凝剂，混凝作用使得COD、悬浮物和总磷得到一定程度削减；进行沉降预浓缩后，上清液回流生物系统补充碳源，并对预浓缩污泥投加高分子有机絮凝剂以形成更大污泥絮体，进行污泥脱水。
若无机混凝剂的投加量小于本发明限定范围，会导致预浓缩效果不佳，上清液浊度下降不明显且回用影响生物系统及出水。若无机混凝剂的投加量大于本发明限定范围，阳离子浓度过高导致的电荷相斥也会使污泥预浓缩效果不佳且回用影响生物系统。若高分子絮凝剂的投加小于本发明限定范围，会导致絮凝效果不明显。若高分子絮凝剂的投加小于本发明限定范围，会导致污泥混合液整体粘度过高以及污泥脱水跑泥现象的发生。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)分步调理方法中采用的化学调理药剂为污水厂常用的脱水调理药剂，并且投加方式也是常规的快搅混匀结合慢搅形成絮体，所以对污水厂脱水设施的改造程度小，利于实际生产中的工程化应用。
(2)分步预浓调理和脱水调理分别采用常规的无机混凝剂和阳离子型聚丙烯酰胺，先进行的预浓缩混凝和后一步的絮凝之间具有协同作用，显著减少单一药剂投加量的同时还保证了污泥的脱水性和上清液的回用要求。
(3)由于深度物化溶胞污泥的在泥水特性上的具有一致性，分步预浓调理和脱水调理的方法可以普遍适用于深度物化溶胞污泥资源化回用和污泥脱水的综合处理。
附图说明
图1为本发明的处理流程图；
图2为污泥处理水质与投加试剂的投加量的变化图；
图3为不同预浓缩和脱水调理药剂对超声污泥的调理效果图；
图4为不同阳离子度的聚丙烯酰胺的处理效果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示的一种剩余污泥的资源化处理方法，包括以下步骤：
(1)深度物化溶胞阶段：对污水处理厂的剩余污泥进行深度物化溶胞处理，，大幅降低污泥中的生物固体量，释放大量细胞内营养基质和碳源，并将难降解的颗粒态COD转化为低分子的易降解COD，使得剩余污泥的减量率大于30％，并得到深度物化溶胞污泥；
(2)预浓缩调理阶段：往步骤(1)得到的深度物化溶胞污泥中投加无机混凝剂，进行预浓缩调理处理，能浓缩上清液中的大量溶胞碎片和悬浮颗粒物，达到预浓缩和除磷效果；
(3)脱水调理阶段：再往步骤(2)中得到的预浓缩调理后的污泥中投加高分子有机絮凝剂，进行脱水调理处理，进一步对预浓缩的深度物化溶胞污泥进行絮凝，产生大粒径污泥絮体，并对上清液的悬浮物有二次捕集作用，使上清液水质更适合作为碳源，此步骤后所得上清液水质浊度一般会降低200NTU以下、溶解性COD大于500mg/L、总磷降低至10mg/L以下，可以认为不会对后续生物处理池产生不良影响，并有效补充碳源；
(4)泥水分离阶段：对步骤(3)得到的脱水调理后的污泥进行静置沉淀处理，静置所得污泥沉淀进一步脱水，静置所得上清液与脱水所得上清液混合后作为碳源进入生物处理单元再利用。
在本发明的一个具体的实施方式中，步骤(1)中，所述的剩余污泥为溶液状态，其干物质的浓度为5-30g/L。
在本发明的一个具体的实施方式中，步骤(1)中，深度物化溶胞处理为采用臭氧氧化、超声波破碎或热水解进行处理。此处所采用的臭氧氧化、超声波破碎和热水解等技术均为本领域常用的物化溶胞手段。
在本发明的一个具体的实施方式中，步骤(2)中，所述的污泥混凝剂为铁盐或铝盐混凝剂，其投加量满足：以氧化铝或铁离子进行等摩尔换算，每吨绝干污泥投加60～150kg的硫酸铝或每吨绝干污泥投加100～190kg的氯化铁。更进一步的，步骤(2)中，所述的铁盐为三氯化铁或聚合硫酸铁，所述的铝盐为硫酸铝或聚合氯化铝。
在本发明的一个具体的实施方式中，步骤(2)中，预浓缩处理过程具体为：加入无机混凝剂后，以150～300r/min的搅拌速率搅拌至均匀，使污泥进行混凝反应，反应时间为20～60s，再以30～60r/min的搅拌速率慢速搅拌1～3min，促进污泥絮体的初步形成。
在本发明的一个具体的实施方式中，步骤(3)中，所述的高分子有机絮凝剂为聚丙烯酰胺，其投加量为2～4kg/t DS(即绝干污泥量)。更进一步的，步骤(3)中，所述的聚丙烯酰胺为阳离子型聚丙烯酰胺，分子量大于1000万Da，阳离子度范围为30～90％。
在本发明的一个具体的实施方式中，步骤(3)中，脱水调理处理过程具体为：加入高分子有机絮凝剂后，以180～250r/min搅拌速率搅拌至均匀，以使污泥进行充分的絮凝反应，反应时间为25～45s，再以30～60r/min的搅拌速率慢速搅拌2～4min。
在本发明的一个具体的实施方式中，步骤(4)中，脱水采用离心机或带式机脱水进行，其中，离心机采用卧螺离心机进行处理，脱水时转鼓转速范围为1800～2500r/min，带式机采用带式压滤机脱水，脱水时上带压力范围为0.2～0.3MPa，下带压力为0.1～0.15MPa，带速范围为1.85～2.25m/min。
实施例1
参照图1的处理流程，先对浓度为8.5g/L的剩余污泥进行臭氧浓度为55.1mg O3/gSS的反应。由表1可知，臭氧反应6h后的污泥浓度为2.79g/L，减量率达到67.2％。深度臭氧氧化后的污泥上清液的SS高达1.38g/L，占污泥混合液SS的49.5％，说明臭氧氧化后污泥总固体中接近一半的固体是悬浮态，沉降性能较差，且不能通过重力沉降去除。对深度臭氧氧化后的污泥采用硫酸铝预浓缩调理和聚丙烯酰胺脱水调理，由图2可知，在硫酸铝投加量为250kg/t DS的条件下，污泥上清液浊度1395NTU降低为9.7NTU，COD由2368mg/L降低为630.4mg/L，总磷由49.2mg/L降低为4.0mg/L；阳离子型聚丙烯酰胺(分子量大于1000万Da、线性结构、阳离子度30％)投加量3.5kg PAM/t DS条件下，硫酸铝预浓缩污泥比阻由原污泥的23.8×1012m/kg降低为3.6×1012m/kg。由上述结果可知，经过分步预浓缩和脱水调理后的上清液水质不会对污水厂的生物处理工艺有不良影响，且调理后的污泥比阻值小于易于脱水比阻值(4.0×1012m/kg)。
表1
MLSS g/L MLVSS g/L VSS/SS 粒径μm
反应后污泥 2.79 1.20 0.43 87.34
污泥上清液 1.38 0.56 0.41 57.37
对比例1
与实施例1相比，绝大部分相同，除了本对比例中：对深度臭氧氧化后的污泥采用阳离子型聚丙烯酰胺(分子量大于1000万Da、线性结构、阳离子度30％)，投加量分别为2、3、4、5kg PAM/t DS，发现，调理后的污泥比阻由23.8×1012m/kg降至19.5±2.5×1012m/kg，几乎没有改善脱脱水性，污泥上清液浊度由1395NTU降至985.8±51.5NTU，上清液无法进行回用。
实施例2
参照图1的处理流程，先对浓度为12.1g/L的剩余污泥进行深度超声破碎处理，得到破碎后的污泥特性如表2所示。由表2可知，超声后的污泥浓度为5.06g/L，减量率达到58.2％。对深度超声破碎污泥分别采用等摩尔的有效成分的PAFC、PAC、Al2(SO4)3、FeCl3和PFSS进行投加量(投加量分别为90.3、148.7、82.7和122.3kg/t DS)，结果如附图3所示。由附图3可知，所有经过无机混凝剂预浓缩后的污泥上清液COD、浊度和总磷均有显著降低。其中硫酸铝预浓缩的效果较好，总磷降至13.2mg/L，浊度为152NTU，且COD为1007.3mg/L，进一步脱水调理后能够达到碳源回用要求。对硫酸铝预浓缩的超声污泥进行不同阳离子度水平的聚丙烯酰胺投加后发现，参见图4所示，除了阳离子度4％的药剂脱水效果较差，其他离子度的聚丙烯酰胺调理后的污泥比阻均小于易于脱水比阻值，CST值均小于20s，具有很好的脱水性。说明对于深度超声破碎污泥，五种常用的无机混凝剂都具有良好的预浓缩效果，阳离子度大于30％的聚丙烯酰胺调理后的污泥脱水性好，进一步说明本发明可以实现污泥资源化回用和污泥脱水的综合处理目标。
表2
而同样，若本实施例中，对深度超声破碎污泥采用阳离子型聚丙烯酰胺(分子量大于1000万Da、线性结构、阳离子度30％)，投加量分别为2、3、4、5kg PAM/t DS，调理后的污泥比阻由464.88×1012m/kg降至235±48.6×1012m/kg，脱水性改善较为明显，但是比阻远大于易于脱水比阻值(4.0×1012m/kg)，需要投加很大药量才可能达到实际生产需求。
实施例3
与实施例1相比，绝大部分都相同，除了本实施例中：剩余污泥的浓度为5g/L。
实施例4
与实施例1相比，绝大部分都相同，除了本实施例中：剩余污泥的浓度为30g/L。
实施例5
与实施例1相比，绝大部分都相同，除了本实施例中：
加入无机混凝剂后，以150r/min的搅拌速率搅拌至均匀，使污泥进行混凝反应，反应时间为60s，再以30r/min的搅拌速率慢速搅拌3min，促进污泥絮体的初步形成。
实施例6
与实施例1相比，绝大部分都相同，除了本实施例中：
加入无机混凝剂后，以300r/min的搅拌速率搅拌至均匀，使污泥进行混凝反应，反应时间为20s，再以60r/min的搅拌速率慢速搅拌1min，促进污泥絮体的初步形成。
实施例7
与实施例1相比，绝大部分都相同，除了本实施例中：
加入无机混凝剂后，以200r/min的搅拌速率搅拌至均匀，使污泥进行混凝反应，反应时间为40s，再以45r/min的搅拌速率慢速搅拌2min，促进污泥絮体的初步形成。
实施例8
与实施例1相比，绝大部分都相同，除了本实施例中：加入高分子有机絮凝剂后，以180r/min搅拌速率搅拌至均匀，以使污泥进行充分的絮凝反应，反应时间为45s，再以30r/min的搅拌速率慢速搅拌4min。
实施例9
与实施例1相比，绝大部分都相同，除了本实施例中：加入高分子有机絮凝剂后，以250r/min搅拌速率搅拌至均匀，以使污泥进行充分的絮凝反应，反应时间为25s，再以60r/min的搅拌速率慢速搅拌2min。
实施例10
与实施例1相比，绝大部分都相同，除了本实施例中：加入高分子有机絮凝剂后，以200r/min搅拌速率搅拌至均匀，以使污泥进行充分的絮凝反应，反应时间为35s，再以45r/min的搅拌速率慢速搅拌3min。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种剩余污泥的资源化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)深度物化溶胞阶段：对污水处理厂的剩余污泥进行深度物化溶胞处理，使得剩余污泥的减量率大于30％，并得到深度物化溶胞污泥；
(2)预浓缩调理阶段：往步骤(1)得到的深度物化溶胞污泥中投加无机混凝剂，进行预浓缩调理处理；
(3)脱水调理阶段：再往步骤(2)中得到的预浓缩调理后的污泥中投加高分子有机絮凝剂，进行脱水调理处理；
(4)泥水分离阶段：对步骤(3)得到的脱水调理后的污泥进行静置沉淀处理，静置所得污泥沉淀进一步脱水，静置所得上清液与脱水所得上清液混合后作为碳源进入生物处理单元再利用。
2.根据权利要求1所述的一种剩余污泥的资源化处理方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的剩余污泥的干物质浓度为5-30g/L。
3.根据权利要求1所述的一种剩余污泥的资源化处理方法，其特征在于，步骤(1)中，深度物化溶胞处理为采用臭氧氧化、超声波破碎或热水解进行处理。
4.根据权利要求1所述的一种剩余污泥的资源化处理方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的污泥混凝剂为铁盐或铝盐混凝剂，其投加量满足：
以氧化铝或铁离子进行等摩尔换算，每吨绝干污泥投加60～300kg的硫酸铝或每吨绝干污泥投加100～190kg的氯化铁。
5.根据权利要求4所述的一种剩余污泥的资源化处理方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的铁盐为三氯化铁或聚合硫酸铁，所述的铝盐为硫酸铝或聚合氯化铝。
6.根据权利要求1所述的一种剩余污泥的资源化处理方法，其特征在于，步骤(2)中，预浓缩处理过程具体为：加入无机混凝剂后，以150～300r/min的搅拌速率搅拌至均匀，使污泥进行混凝反应，反应时间为20～60s，再以30～60r/min的搅拌速率慢速搅拌1～3min，促进污泥絮体的初步形成。
7.根据权利要求1所述的一种剩余污泥的资源化处理方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的高分子有机絮凝剂为聚丙烯酰胺，其投加量为2～4kg/t DS。
8.根据权利要求7所述的一种剩余污泥的资源化处理方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的聚丙烯酰胺为阳离子型聚丙烯酰胺，分子量大于1000万Da，阳离子度范围为30～90％。
9.根据权利要求1所述的一种剩余污泥的资源化处理方法，其特征在于，步骤(3)中，脱水调理处理过程具体为：加入高分子有机絮凝剂后，以180～250r/min搅拌速率搅拌至均匀，以使污泥进行充分的絮凝反应，反应时间为25～45s，再以30～60r/min的搅拌速率慢速搅拌2～4min。
10.根据权利要求1所述的一种剩余污泥的资源化处理方法，其特征在于，步骤(4)中，脱水采用离心机或带式机脱水进行，其中，离心机采用卧螺离心机进行处理，脱水时转鼓转速范围为1800～2500r/min，带式机采用带式压滤机脱水，脱水时上带压力范围为0.2～0.3MPa，下带压力为0.1～0.15MPa，带速范围为1.85～2.25m/min。
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