CN110590117A - 一种杀菌脱水多功能污泥处理新方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种杀菌脱水多功能污泥处理新方法，按照先后顺序包括以下步骤：首先对污泥进行酸化处理，其次在室温下，加入32‑252mg/g TS零价铁，并对污泥进行搅拌混合，然后将混合物进行臭氧处理，最后进行压滤脱水处理；本发明一种杀菌脱水多功能污泥处理新方法，采用酸‑零价铁‑臭氧对污泥进行处理，可以使污泥细胞内部结合水变成自由水去除，从而提高污泥脱水性能；此外还可以将污泥中的微生物杀死，有利于污泥的后续资源化利用；而且本发明工艺条件简单，流程短，处理时间短，反应稳定，普适性好，有利于大量污泥的自动化处理，且其调理效果好，污泥脱水程度高；对于剩余污泥减量化处理普适性强，具有广泛的应用前景。

Description

一种杀菌脱水多功能污泥处理新方法

技术领域

本发明涉及污泥处理技术领域，特别涉及一种杀菌脱水多功能污泥处理新方法。

背景技术

剩余活性污泥的处理和处置对城市污水处理厂的运行构成了巨大的挑战，占总运营成本高达35-65％。对剩余活性污泥进行脱水处理可降低污泥的运输和处置成本。目前已有研究提出了许多提高污泥脱水性能的方法。中国专利CN105254155利用蛭弧菌处理剩余活性污泥，并将处理后的污泥进行板框压滤或离心脱水，可以将污泥脱水性能提高30％。中国专利CN104973751利用抗生素药渣灰作为污泥脱水骨架构建体，可供给污泥以多孔状格网骨架，改变污泥颗粒结构，增加污泥的通透性和孔径率，从而提高污泥脱水效率。中国专利CN109111082使用明胶、脲酶和戊二醛的混合液作为污泥调理剂提高污泥脱水效果。中国专利CN103663920使用硫酸亚铁、氧化钙和氧化镁的混合物作为调理剂用于提高污泥脱水效果。中国专利CN106746482使用有机混凝剂、无机混凝剂和助剂相结合的方法使污泥含水率降至60％以下，且滤液pH呈中性，无恶臭。中国专利CN106348570将固体烟气脱硫石膏经Na2SO4改性后，泥饼含水率降至40-50％。中国专利CN109081552使用一种无机-有机复合污泥调理剂，即先将污泥用氯化钠进行处理，随后加入壳聚糖，聚合氯化铁复合调理剂和污泥残渣助凝剂共同调理污泥，达到深度脱水的目的。中国专利CN1939849针对经铝盐处理生活污水后产生的污泥，先加入阴离子聚丙烯酰胺，再加入阳离子聚丙烯酰胺的方法，提高污泥脱水效果，且该效果优于单独使用阳离子、阴离子、两性离子和非离子的效果。以上污泥脱水方法虽能够提高污泥脱水效果，但往往忽略了脱水污泥泥饼中病原体的去除。

污泥脱水泥饼中通常含有污染物，如病原体，因此限制了脱水污泥作为土壤改良剂用于农田或肥料。降低或去除污泥中病原体是后续将污泥泥饼资源化利用的先决条件。因此，在污泥脱水过程中，除了考虑提高污泥脱水效率外，对污泥进行杀菌处理是对污泥进行安全处理和处置新方法的重要因素。中国专利CN107324631通过在污泥脱水机上连接臭氧发生器，使常规污泥脱水机具有杀菌的功能。但因臭氧发生器产生臭氧具有较大的腐蚀能力，该设备对脱水机耐腐蚀要求高。此外，脱水机必须和臭氧机联用，造成整备体积较大，运输和移动较为困难。中国专利CN108892354将污泥与污泥处理剂(由絮凝剂和氧化剂组成)、催化剂混合得到混合物，再将混合物进行紫外光照射，超声波空化，以及压滤处理，用以提高污泥脱水效率。其中污泥处理剂可以破裂污泥细胞壁，达到杀灭和吸附沉降的效果。催化反应则可催化有机物的降解，紫外和超声波处理则可进一步提高杀菌和有机质降解的效果。但该方法污泥需要经3种药剂处理，经过4个调理步骤才能同时达到提高污泥脱水效果和灭菌的作用，整个操作使用过程较为繁琐。中国专利CN102702387制备了一种杀菌型新型污泥脱水剂，该方法以脱乙酰度23％干燥的甲壳素为原料，用干燥的溶剂将其浸胀后，在80-85oC与卤化剂反应，然后在氮气保护下，与三(环)烷基膦溶液，70-95oC连续反应8-18小时，从而制得浅黄色的甲壳素季鏻盐，并将其用作污泥脱水调理剂，能够同时起到杀菌和絮凝特性。但该方法制备调理剂对操作条件要求较高，需要加热和在氮气氛围下进行，此外，整个制备过程耗时较长。

综上，亟需发展一种新型快速高效的污泥脱水方法，其操作方法简单，对设备要求不高，调理剂制备简单，能够在高效脱水的同时，有效去除市政污泥中的细菌、病毒、虫卵等病原体，这将有利于污泥脱水工艺的广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种简单有效的可同时提高污泥脱水效率且能够杀菌的新型污泥脱水方法，解决了现有污泥脱水技术中常常忽视对后续泥饼中病原体去除的问题，或者现有的污泥脱水中杀菌技术操作装备复杂、调理剂制备周期长、而且操作步骤繁琐的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种杀菌脱水多功能污泥处理新方法，按照先后顺序包括以下步骤：首先对污泥进行酸化处理，其次在室温下，加入32-252mg/g TS(Total Solids,总固体物质)零价铁，并对污泥进行搅拌混合，然后将混合物进行臭氧处理，最后进行压滤脱水处理。

优选的，所述污泥酸化处理步骤中，采用盐酸或者氢氧化钠调节污泥的PH，且pH范围控制在2-5之间。

优选的，所述零价铁的铁源种类包括但不限于纯的零价铁粉末、纳米零价铁、铁氧化物(三氧化二铁、四氧化三铁、氧化亚铁)、铁盐(七水合硫酸亚铁)以及含有铁的铁基生物碳。

优选的，所述污泥搅拌混合步骤中，搅拌的转速为100-200rpm，搅拌的时间为5-10分钟。

优选的，所述臭氧处理步骤中，采用纯氧作为原料气，用于臭氧发生器制备臭氧，且纯氧的纯度>99.9％。

优选的，所述臭氧处理步骤中，控制臭氧浓度在10-100mg O₃/g TS。

优选的，在进行臭氧操作处理时，设置臭氧发生器的供气流量为2-6L/min，调节臭氧发生浓度的旋钮至20-60％，臭氧处理的时间为1-10分钟。

优选的，所述压滤脱水处理步骤具体为：将臭氧处理后的污泥倒入污泥调理罐，通过螺杆泵打入至污泥贮存罐，通过空压机将贮存罐中的调理污泥压入板框压滤机，压力为0.6-0.8MPa，当所有调理污泥全部压入板框压滤机后，开始进行隔膜压榨，隔膜压榨的压力为0.8-1.2Mpa，隔膜压榨结束后，卸掉板框压滤机压力，取出泥饼。

优选的，所述污泥为含水率为95-97wt％的浓缩污泥。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明采用酸-零价铁-臭氧耦合形成污泥脱水剂，可以使污泥细胞内部结合水变成自由水去除，从而提高污泥脱水性能；此外还可以将污泥中的微生物杀死，有利于污泥的后续资源化利用，相比传统药剂，脱水和杀菌效果更佳。

经酸-零价铁-臭氧消化工艺处理后，污泥减量50-60％，脱水污泥大大减少，且污泥粪大肠杆菌数远远低于1000[MPN]/g TS，符合美国卫生协会关于A类污泥处理与处置的标准；脱水污泥根据其污泥类型的不同，可分别用于制作农业肥料、制砖、制陶粒、作为燃煤的辅助燃料等，提高污泥的资源化利用效率。

综上，本发明一种杀菌脱水多功能污泥处理新方法，工艺条件简单，流程短，处理时间短，反应稳定，普适性好，有利于大量污泥的自动化处理，且其调理效果好，污泥脱水程度高；且原料来源广泛、无毒环保、污泥脱水效率高、病毒去除效果高，对于剩余污泥减量化处理普适性强，可用于城市生活污水和多数工业废水生化处理剩余污泥的处理，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明所述一种杀菌脱水多功能污泥处理新方法的流程图；

图2为不同温度制备的铁基生物炭对于调理污泥促进污泥脱水效果的影响；

图3为不同零价铁投加量条件下臭氧与零价铁调理污泥脱水效果的影响；

图4为不同调理条件下对污泥微生物灭活(大肠菌群数和耐热埃希氏大肠杆菌数)的影响示意图之一；

图5为不同调理条件下对污泥微生物灭活(大肠菌群数和耐热埃希氏大肠杆菌数)的影响示意图之二。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种杀菌脱水多功能污泥处理新方法，按照先后顺序包括以下步骤：首先对污泥进行酸化处理，其次在室温下，加入32-252mg/g TS零价铁，随后对污泥进行搅拌混合，然后将混合物进行臭氧处理，最后进行压滤脱水处理。

所述污泥酸化处理步骤中，采用盐酸或者氢氧化钠调节污泥的PH，且pH范围控制在2-5之间。

所述零价铁的铁源种类包括但不限于纯的零价铁粉末、纳米零价铁、铁氧化物(三氧化二铁、四氧化三铁、氧化亚铁)、铁盐(七水合硫酸亚铁)以及含有铁的铁基生物碳，反应机理如公式(1-11)所示：

Fe⁰+2H⁺→Fe²⁺+H₂ (1)

Fe₂O₃+6H⁺→2Fe²⁺+3H₂O (2)

Fe₃O₄+8H⁺→3Fe²⁺+4H₂O (3)

FeO+2H⁺→Fe²⁺+H₂O (4)

O₃+Fe²⁺→Fe³⁺+O₃ ^·- (5)

O₃ ^·-+H⁺→O₂+·OH (6)

·OH+O₃→HO₂·+O₂ (7)

HO₂·+HO₂·→H₂O₂+O₂ (8)

Fe²⁺+H₂O₂→·OH+Fe³⁺+OH^- (9)

Fe²⁺+O₃→FeO²⁺+O₂ (10)

FeO²⁺+Fe²⁺+2H⁺→H₂O+2Fe³⁺ (11)。

所述污泥搅拌混合步骤中，搅拌的转速为100-200rpm，搅拌的时间为5-10分钟。

所述臭氧处理步骤中，采用纯氧作为原料气，用于臭氧发生器制备臭氧，且纯氧的纯度>99.9％。

所述臭氧处理步骤中，控制臭氧浓度在10-100mg O₃/g TS。

在进行臭氧操作处理时，设置臭氧发生器的供气流量为2-6L/min，调节臭氧发生浓度的旋钮至20-60％，臭氧处理的时间为1-10分钟，臭氧的投加量通过反应的时间来控制，控制搅拌时间和臭氧通气时间之和为20min；

臭氧产量测定的具体操作方法为，设置臭氧发生器的供气流量为6L/min，调节臭氧发生浓度的旋钮至60％，开启臭氧发生器，待臭氧发生器稳定后，接入碘化钾吸收液，15s后断开碘化钾溶液吸收瓶，使用硫代硫酸钠滴定计算臭氧的发生浓度，测得臭氧的发生浓度为0.23g/min；接入调理污泥装置和剩余臭氧碘化钾吸收瓶后，滴定测定不同调理时间的剩余臭氧量，发生量与剩余量之差即为调理污泥过程中实际的臭氧投加量。

所述压滤脱水处理步骤具体为：将臭氧处理后的污泥倒入污泥调理罐，通过螺杆泵打入至污泥贮存罐，通过空压机将贮存罐中的调理污泥压入板框压滤机，压力为0.6-0.8MPa，当所有调理污泥全部压入板框压滤机后，开始进行隔膜压榨，隔膜压榨的压力为0.8-1.2Mpa，隔膜压榨结束后，卸掉板框压滤机压力，取出泥饼。

所述污泥为含水率为95-97wt％的浓缩污泥。

通过采用上述技术方案，在最优投加量条件下(30mg O₃/g TS,63mg ZVI/g TS以及pH＝2)，调理后污泥的CST为1.63s L/g TS，SRF为1.11×10¹³m/kg,远远低于原泥(CST＝10.45sL/gTS，SRF＝1.91×10¹³m/kg)；同样地，总调理污泥总大肠杆菌的数目为400CFU/mL，粪大肠杆菌的数目为200CFU/mL,也远远低于原泥(总大肠杆菌的数目为29200CFU/mL,粪大肠杆菌的数目为8600CFU/mL)。

实施例1

(1)将经Fenton药剂(Fe²⁺of 110mg/g VS and H₂O₂of 88mg/g VS)和CaO(110mg/gVS)调理后的市政污泥压滤，制得的脱水泥饼在105℃烘箱烘干后，破碎备用。

(2)取20g左右的破碎泥饼粉末于瓷舟内，推入管式炉内加热区域，往管式炉内通入氩气，排出管内的剩余空气，营造无氧热解的氛围，上升到设置的温度后(200-900℃)，恒温热解60min；热解结束之后，在氩气氛围环境下冷却到室温，取出，通过研钵碾磨，通过100目的网筛过筛后得到原泥，并将原泥存入棕色广口试剂瓶内备用。

(3)取250mL原泥装入反应装置中，调节初始pH至2，然后加入在200-900℃范围内制备的铁基催化剂，用玻璃棒搅拌混合均匀，最后通入臭氧，臭氧的投加量通过反应的时间来控制，控制搅拌时间和臭氧通气时间之和为20min。

(4)得到的实验结果如图2所示，不同温度下制备的热解生物碳在酸化条件下和臭氧联用均可有效提高污泥脱水效果；且随着热解温度升高，污泥脱水效果更加明显。例如，原泥(RS)的CST值为10.53s L/g TS，和RS相比，200℃和400℃热解条件下得到的铁基生物炭调理污泥的CST值分别为9.6s L/g TS和8.1s L/g TS，调理污泥的CST降低率十分的有限，当热解温度为800℃或者900℃时，从图2中可知，调理污泥的脱水效果得到大幅的改善，污泥的CST降低至2.51s L/g TS；且臭氧与铁基生物炭调理污泥粪大肠杆菌数远远低于1000[MPN]/g TS，符合美国卫生协会关于A类污泥处理与处置的标准。

实施例2

(1)取250mL原泥装入反应装置中，调节初始pH至2，然后加入31.5-252mg/g TS零价铁，用玻璃棒搅拌混合均匀，最后通入30mg O₃/g TS臭氧，臭氧的投加量通过反应的时间来控制，控制搅拌时间和臭氧通气时间之和为20min。

从图3中可以看出，在酸化条件下，不投加零价铁时，臭氧调理污泥的CST的值为5.34s L/g TS，当零价铁的投加量为31.5mg/g TS时，污泥的CST降低为2.62s L/g TS，随着零价铁投加量的继续增大，污泥的CST持续减小，当零价铁的投加量增大至63mg/g TS时，污泥的CST减小至1.97s L/g TS，继续增大零价铁的投加量，污泥的CST基本趋于稳定；由此可见，经酸化-零价铁-臭氧调理后的污泥含水率会显著下降。

从图4和图5中可以看出，原泥中的大肠菌群数和耐热埃希氏大肠杆菌数的数目最高，而其他三组调理之后的污泥中大肠菌群数和耐热埃希氏大肠杆菌数的数目均显著少于原泥中的含量。臭氧与零价铁调理之后的污泥对于微生物灭活的效果明显优于单独的零价铁或者是单独的臭氧调理之后的效果。这表明在发挥微生物灭活效果上，臭氧与零价铁具有协同的作用。从图4和图5中可知，单独的臭氧调理或者单独的零价铁调理污泥都不能满足A类污泥的微生物灭活要求。只有臭氧与零价铁协同调理的污泥的微生物灭活效果达到了标准规定的粪大肠杆菌群数低于1000[MPN]/g TS的要求。大肠杆菌群数目计数板实验也表现出相似的微生物灭活的趋势(图4、图5)，实验结果表明，臭氧与零价铁的处理效果要优于单独的零价铁或者是单独的臭氧调理之后的效果，能够达到A类污泥的微生物灭活要求，臭氧与零价铁的处理的污泥，脱水污泥根据其污泥类型的不同，可分别用于制作农业肥料，制砖，制陶粒，作为燃煤的辅助燃料等，提高污泥的资源化利用效率。

(2)取10L调理好的污泥开展小试板框脱水实验。将经酸化至pH＝2，63mg ZVI/gTS和30mg O₃/g TS调理好的污泥倒入污泥调理罐，通过螺杆泵打入至污泥贮存罐，通过空压机将贮存罐中的调理污泥压入板框压滤机，压力为0.8MPa。当所有调理污泥全部压入板框压滤机后，开始进行隔膜压榨，隔膜压榨的压力为1.2MPa。隔膜压榨结束后，卸掉板框压滤机压力，取出泥饼，测定泥饼的含水率。

按上述压滤参数通过压滤机进行压滤，泥饼成形不粘布，压滤泥饼平均含水率52.67％。而未经调理的原泥泥饼含水率却高达96.84％。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种杀菌脱水多功能污泥处理新方法，其特征在于，按照先后顺序包括以下步骤：首先对污泥进行酸化处理，其次在室温下，加入32-252mg/g TS零价铁，并对污泥进行搅拌混合，然后将混合物进行臭氧处理，最后进行压滤脱水处理。

2.根据权利要求1所述的一种杀菌脱水多功能污泥处理新方法，其特征在于，所述污泥酸化处理步骤中，采用盐酸或者氢氧化钠调节污泥的PH，且pH范围控制在2-5之间。

3.根据权利要求1所述的一种杀菌脱水多功能污泥处理新方法，其特征在于，所述零价铁的铁源种类包括但不限于纯的零价铁粉末、纳米零价铁、铁氧化物(三氧化二铁、四氧化三铁、氧化亚铁)、铁盐(七水合硫酸亚铁)以及含有铁的铁基生物碳。

4.根据权利要求1所述的一种杀菌脱水多功能污泥处理新方法，其特征在于，所述污泥搅拌混合步骤中，搅拌的转速为100-200rpm，搅拌的时间为5-10分钟。

5.根据权利要求1所述的一种杀菌脱水多功能污泥处理新方法，其特征在于，所述臭氧处理步骤中，采用纯氧作为原料气，用于臭氧发生器制备臭氧，且纯氧的纯度>99.9％。

6.根据权利要求1所述的一种杀菌脱水多功能污泥处理新方法，其特征在于，所述臭氧处理步骤中，控制臭氧浓度在10-100mg O₃/g TS。

7.根据权利要求1所述的一种杀菌脱水多功能污泥处理新方法，其特征在于，在进行臭氧操作处理时，设置臭氧发生器的供气流量为2-6L/min，调节臭氧发生浓度的旋钮至20-60％，臭氧处理的时间为1-10分钟。

8.根据权利要求1所述的一种杀菌脱水多功能污泥处理新方法，其特征在于，所述压滤脱水处理步骤具体为：将臭氧处理后的污泥倒入污泥调理罐，通过螺杆泵打入至污泥贮存罐，通过空压机将贮存罐中的调理污泥压入板框压滤机，压力为0.6-0.8MPa，当所有调理污泥全部压入板框压滤机后，开始进行隔膜压榨，隔膜压榨的压力为0.8-1.2Mpa，隔膜压榨结束后，卸掉板框压滤机压力，取出泥饼。

9.根据权利要求1所述的一种杀菌脱水多功能污泥处理新方法，其特征在于，所述污泥为含水率为95-97wt％的浓缩污泥。