CN110981157A

CN110981157A - 一种污泥高效减量化和无害化处理的方法

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Publication number: CN110981157A
Application number: CN201911389358.7A
Authority: CN
Inventors: 侯浩波; 戴薇; 雷杰妮; 黄一洪
Original assignee: Zhaoqing Wuda Institute Of Environmental Technology
Current assignee: Zhaoqing Wuda Institute Of Environmental Technology
Priority date: 2019-12-30
Filing date: 2019-12-30
Publication date: 2020-04-10

Abstract

本发明公开了一种污泥高效减量化和无害化处理的方法，该方法是将污泥和由污泥焚烧灰渣、工业废渣、激发剂和秸秆焚烧灰组成的调理剂R搅拌反应，得到预调理污泥；在预调理污泥中加入絮凝剂后，进行水热反应，水热反应产物经过固液分离，得到干污泥。该方法脱水效果好，且使得污泥中脱除水分中重金属含量较低，实现了污泥的无害化和减量化，减少二次污染。

Description

一种污泥高效减量化和无害化处理的方法

技术领域

本发明涉及一种污泥处理方法，特别涉及一种污泥高效减量化处理和无害化处理的方法，属于污泥处理技术领域。

背景技术

中国环境统计年鉴数据显示，2010～2017年我国污泥产生量从5427万吨增长至7436万吨，且预计2020年污泥年产生量将达到9000万吨。目前我国污泥处理方式主要有填埋、堆肥、自然干化、焚烧等方式，但是仍以填埋为主(65％)，加之我国城镇污水处理企业处置能力不足、处置手段落后，大量污泥没有得到规范化的处理，直接造成了“二次污染”，对生态环境产生严重威胁。

污泥处理与处置的基本原则是使其减量化、稳定化和无害化，并尽可能实现其资源化。目前，污泥脱水减量化的主要方法是热干化法和冷态脱水。热干化是利用提供外源热能将污泥水分蒸发的处理工艺，该方法在污泥减量化与稳定化方面存在一定的优点，是目前国际上的较普遍的污泥干化技术，但热干化项目投资较大、能耗高、设备复杂、连续稳定运行较为困难；冷态脱水主要分为碱性脱水和深度脱水，碱性脱水是采用氯化铁加入石灰等物质进行调理，然后压榨脱水，但是由于外加的固体物质较多，虽然干化后污泥的含水率有所降低，但效果并不十分明显。深度脱水技术是通过加入污泥调理药剂，改变污泥中水分存在形式，将污泥中的水分以液态形式分离的一种新型污泥脱水减量技术。

因此，现有污泥脱水方法的脱水效果以及重金属钝化效果仍需要提高，目前仍需开发一种适当的污泥脱水调理方法，以实现污泥的减量化、稳定化和无害化处理。

发明内容

为解决现有技术中污泥脱水程度较低和污泥脱水后水分中重金属含量较高的问题，本发明的目的是在于提供一种城市污泥深度脱水，并固定废水其中的重金属的方法，该方法不但可以实现污泥的高效减量化处理，而且可以避免回收的出水和污泥的重金属二次污染。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种污泥高效减量化和无害化处理的方法，该方法是将污泥和调理剂R搅拌反应，得到预调理污泥；在预调理污泥中加入絮凝剂后，进行水热反应，水热反应产物经过固液分离，得到干污泥；所述调理剂R包括污泥焚烧灰渣、工业废渣、激发剂和秸秆焚烧灰。

本发明技术方案预先将污泥和调理剂R预反应，调理剂与污泥反应后起到了骨架支撑和构建复合絮凝体的作用，有效改善了污泥的机械脱水能力，在此基础上进一步协同配合絮凝剂进行水热处理手段，可以有效协同提升脱水效果，不仅如此，还可以固定污泥中的重金属，降低出水重金属含量以及干污泥的重金属，防止二次污染。本发明技术方案有效提高了污泥的脱水性能和钝化污泥中重金属，既解决了脱水污泥处置问题，也能有效降低污泥中脱除水分重金属超标问题。

本发明在采用调理剂R进行预反应后，再在温和条件下将污泥进行水热改性，如此，有效地提高了污泥脱水性能，且实现了污泥中水分进一步分离和重金属的钝化，研究发现，本发明方法处理后的污泥(脱水后污泥)的含水率可降低至30～40％，且具有投资较小、运行成本低、有效避免二次污染等优点。

优选的方案，所述污泥为含水量不低于80％。经过本发明的方法处理后的污泥含水率可降低至30～40％。所述污泥为城市污泥。

优选的方案，所述调理剂R的质量份组成为：污泥焚烧灰渣100份；秸秆焚烧灰1～10份；工业废渣1～30份；激发剂0.5～10份。本发明的调理剂中污泥焚烧灰渣、秸秆焚烧灰、工业废渣和激发剂成分具有协同效果，可以有效提高污泥脱水性能，此外，还协同赋予钝化脱除水分中重金属成分的能力。研究还发现，通过严格控制调理剂R各成分的比例，可以进一步提升成分之间的协同效果，从而提高污泥脱水性能和增强后续脱除水分中重金属的钝化效果。进一步优选，调理剂R的质量份组成为：污泥焚烧灰渣100份；秸秆焚烧灰3～5份；工业废渣20～25份；活化剂激发剂1～1.5份。大量实验表明控制在该优选的比例下，经调理剂R处理的污泥脱水效果和脱除水分中重金属钝化效果更优。本发明提供的调理剂R是一种用途广泛的新型灰渣胶凝材料，主要原料为工业废渣、秸秆焚烧灰、污泥焚烧灰渣，另外配以一定比例的活化剂混合磨制而成。且该材料具有优良的脱水性能，且无须冲洗和筛分。

较优选的方案，所述工业废渣包括矿渣、钢渣、磷渣、粉煤灰液态渣、沸腾炉渣、煤矸石中至少一种。进一步优选为其中的4种及以上，采用多元复配的工业废渣具有更优的效果。如工业废渣包括磷渣、矿渣、沸腾炉渣和粉煤灰。研究发现，优选的四元复配的工业废渣具有更优的效果，可以进一步辅助其他组分，改善污泥脱水性能和后续重金属钝化效果。较优选的方案，工业废渣由磷渣、矿渣、沸腾炉渣和粉煤灰液态渣按质量比1～30：1～20：1～10：1～5组成。最优选的比例为1～5:5～15:1～5:1～5。大量研究表明，在四元复配的工业废渣的基础上，将各成分的比例控制在所要求的范围内，可以进一步提升协同效果。

较优选的方案，所述秸秆焚烧灰由稻秸秆、稻壳、玉米秆、麦秸秆及其它农作物秸秆中至少一种经过焚烧获得。农作物秸秆焚烧灰，其主要成分是无定型状态的SiO₂，且具有丰富的大尺度孔隙，这些因素导致其比表面积较大，火山灰活性非常强，可以协同于其他成分，提高污泥脱水性能和增强后续重金属钝化效果。研究发现，可通过控制农作物秸秆焚烧灰的秸秆种类以及焚烧的温度对调控农作物秸秆焚烧灰的无定型状态的SiO₂含量以及火山灰活性有影响，进而影响污泥脱水性能和增强后续重金属钝化效果。研究还发现，稻秸秆的焚烧灰和其他成分的协同效果更优，更利于提高污泥脱水性能和增强后续脱除水分中重金属的钝化效果。优选的方案，秸秆焚烧灰由农作物秸秆通过450℃～1000℃温度焚烧得到；优选的温度为500℃～800℃；更进一步优选为550℃～700℃；最优选为600℃～700℃。在优选范围下，可进一步提高秸秆灰的火山灰活性，有助于进一步提高污泥脱水性能和增强后续脱除水分中重金属的钝化效果。

较优选的方案，所述激发剂包括Na₂SO₃、氨基三乙醇、木质磺酸钠、木质磺酸、碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾、氟化钠、十二水硫酸铝钾、硫酸钙、CH₃COONa、C₃H₈O₃和Na₂SO₄中至少一种。优选的激发剂为其中的五种及以上。研究发现，五种及以上的成分复配可以进一步改善污泥脱水性能和提高后续重金属钝化效果。进一步优选：激发剂包括氨基三乙醇、木质磺酸钠、氢氧化钠、十二水硫酸铝钾和硫酸钙。研究发现，该五元复配的激发剂具有协同效果，可以进一步辅助其他组分，改善污泥脱水性能和提高后续重金属钝化效果。如激发剂包括质量比为1～3：1～5：1～10：1～3：1～30的氨基三乙醇、木质磺酸钠、氢氧化钠、十二水硫酸铝钾和硫酸钙；该比例进一步优选为1～3：1～5：9～10：1～3：10～15。研究意外发现，在所述的五元复配的激发剂的基础上，进一步将各元成分的比例控制在所要求的范围内，可以进一步提升协同效果。

较优选的方案，所述污泥焚烧灰渣由剩余污泥经过焚烧处置得到。所述污泥焚烧灰渣为剩余污泥经过协同焚烧(水泥窑炉/循环流化床炉/煤粉炉/机械炉排炉)处置后获得。其属于二类工业固体废物，污泥焚烧灰渣中的SiO₂、Al₂O₃、Fe₃O₄等无定形态矿质组分具有回收利用价值，但其中常含有重金属，例如，镉、铅、铬和砷的浸出浓度分别为0.22～0.36mg/L、0.31～0.54mg/L、5.8～7.9mg/L和0.21～0.53mg/L。因此，在有效固化污泥中重金属的前提下，还实现污泥焚烧灰渣中本身重金属的固定，实现以废治废。

优选的方案，所述调理剂R的用量为污泥重量的5～15％(污泥重量为湿重)。作为进一步优选，调理剂R的用量为污泥(所述的污泥以湿重计)重量的8～15％。优选的条件下可以进一步提升污泥脱水效果以及重金属钝化效果。

优选的方案，所述搅拌反应的温度为10～40℃，时间为0.5～2h。优选为室温条件下搅拌反应。

优选的方案，所述絮凝剂为FeCl₃、FeSO₄、Al₂(SO₄)₃、Fe₂(SO₄)₃中的至少一种。进一步优选，絮凝剂为FeCl₃。采用FeCl₃可以进一步提升水热脱水效果，并进一步有助于污泥重金属的污染。

优选的方案，所述絮凝剂用量为污泥重量的2～8％。较优选为4～6％。优选范围下更利于污泥脱水，不仅如此，还能提升重金属钝化效果，进一步有效降低处理后的污泥的重金属二次污染以及出水的重金属含量。

优选的方案，所述水热反应的温度为80～185℃，时间为0.1～0.5h。采用水热反应是实现脱水以及重金属钝化的关键。进一步优选为90～145℃；最优选为105～120℃。在优选的范围下，可以进一步提升脱水效果，此外，还有助于进一步提升重金属钝化效果。

发明人研究发现，添加絮凝剂的时机对水热脱水以及重金属钝化效果具有影响，向预处理后的体系中添加絮凝剂，可以协同提升后续水热污泥脱水效果，不仅如此，还可有效固定污泥中重金属的含量，有效降低出水的重金属含量以及干污泥的重金属二次污染。

本发明的固液分离可采用现有手段，例如过滤。

本发明提供的一种污泥高效减量化和稳定化处理的方法，具体步骤如下：

(1)将含水率为80％～95％的原泥输送至调理釜，并加入调理药剂R，在搅拌条件下预反应0.5～2h；

(2)经调理釜处理后的污泥用泵输送到水热改性调理釜，投加改性调理药剂FeCl₃，水热温度为80～185℃，搅拌反应0.1～0.5h；

(3)用螺杆泵将水热改性调理釜中污泥输送至隔膜式压滤机压滤脱水，分离出污泥中水分；

(4)污泥进入隔膜式压滤机0.2～1.5h，用压缩空气或加压水对压滤机的隔膜进行加压，得到含水率为35～40％的脱水干泥；

(5)最后通过传送装置将脱水后泥饼输送到干泥库房。

本发明与现有技术相比，至少具有以下明显优点和效果：

(1)污泥经处理后含水量可从80％以上降至30～40％；脱水效果优异；

(2)实现了温和条件下对污泥的深度脱水，且脱水后的污泥可用于焚烧、生产水泥、制砖或填埋处置；

(3)污泥中脱除水分中重金属含量较低，且运行成本低，实现了污泥的无害化和减量化。

(4)实现了污泥焚烧灰渣的无害化和资源化处理。

附图说明

图1为本发明实施例1～3和对比例1～4中泥饼的含水率图。

图2为本发明实施例1～3和对比例1～4中污泥脱除水分中重金属含量数据图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

实施例1

一种污泥脱水方法，原料为：城市污泥、调理药剂R和改性药剂FeCl₃。具体步骤如下：

(1)将取自广东省某污水处理厂的原污泥(含水率为82wt.％)输送至调理釜，并加入调理药剂R(其中，工业废渣含质量比为1：9：3：2的磷渣、矿渣、沸腾炉渣和粉煤灰，激发剂为质量比为1：1：9：1：12的氨基三乙醇、木质磺酸钠、氢氧化钠、KAl(SO₄)₂·12H₂O和CaSO₄；工业废渣、激发剂、污泥焚烧灰渣以及稻秸秆焚烧灰的质量比为20：1：100：3)，调理剂R的加入量为污泥量的8wt.％，在搅拌条件下反应1h；

(2)经调理釜处理后的污泥用泵输送到水热改性调理釜，投加改性调理药剂FeCl₃，加入量为污泥量的4wt.％，水热温度为105℃，搅拌反应0.5h；

(4)污泥进入隔膜式压滤机0.5h，用压缩空气或加压水对压滤机的隔膜进行加压，得到脱水干泥；

(5)最后通过传送装置将脱水后泥饼输送到干泥库房。

实施例2

(1)将取自广东省某污水处理厂的原污泥(含水率为82wt.％)输送至调理釜，并加入调理药剂R(其中，工业废渣含质量比为1：9：3：2的磷渣、矿渣、沸腾炉渣和粉煤灰，激发剂为质量比为1：1：9：1：12的氨基三乙醇、木质磺酸钠、氢氧化钠、KAl(SO₄)₂·12H₂O和CaSO₄；工业废渣、激发剂、污泥焚烧灰渣以及稻秸秆焚烧灰的质量比为20：1：100：3)，调理剂R的加入量为污泥量的15wt.％，在搅拌条件下反应1.5h；

(2)经调理釜处理后的污泥用泵输送到水热改性调理釜，投加改性调理药剂FeCl₃，加入量为污泥量的4wt.％，水热温度为120℃，搅拌反应0.3h；

(4)污泥进入隔膜式压滤机0.8h，用压缩空气或加压水对压滤机的隔膜进行加压，得到脱水干泥；

(5)最后通过传送装置将脱水后泥饼输送到干泥库房。

实施例3

(1)将取自广东省某污水处理厂的原污泥(含水率为82wt.％)输送至调理釜，并加入调理药剂R(其中，工业废渣含质量比为1：9：3：2的磷渣、矿渣、沸腾炉渣和粉煤灰，激发剂为质量比为1：1：9：1：12的氨基三乙醇、木质磺酸钠、氢氧化钠、KAl(SO₄)₂·12H₂O和CaSO₄；工业废渣、激发剂、污泥焚烧灰渣以及稻秸秆焚烧灰的质量比为23：1：100：3)，调理剂R的加入量为污泥量的15wt.％，在搅拌条件下反应1.5h；

(2)经调理釜处理后的污泥用泵输送到水热改性调理釜，投加改性调理药剂FeCl₃，加入量为污泥量的2wt.％，水热温度为135℃，搅拌反应0.4h；

(5)最后通过传送装置将脱水后泥饼输送到干泥库房。

对比例1

和实施例1相比，区别仅在于，步骤(2)中未添加稻壳焚烧灰，其余过程参数均保持不变。

对比例2

和实施例1相比，区别仅在于，步骤(2)中未使用激发剂，其余过程参数均保持不变。

对比例3

和实施例1相比，区别仅在于，步骤(2)中未使用FeCl₃，其余过程参数均保持不变。

对比例4

和实施例1相比，区别仅在于，步骤(1)中未使用调理剂R预处理，其余过程参数均保持不变。

参照国家标准(GB 3838～2002)对污泥脱除水分中重金属含量进行测定以及参考国家标准(GB 7172～1987)对泥饼的含水率进行测定。实施例1～3以及对比例1～4中泥饼的含水率和污泥脱除水分中重金属含量分别如图1和图2所示，数据值见表1。

表1

案例	含水率	出水重金属(Zn<sup>2+</sup>)含量(mg/L)
			实施例1	38.75％	1.855
实施例2	37.48％	2.231
			实施例3	35.65％	2.820
对比例1	52.40％	5.014
			对比例2	59.38％	4.835
对比例3	55.49％	4.687
			对比例4	68.50％	6.281

综上分析，采用本发明所述的调理剂R进行预处理，随后再在絮凝剂下水热，可以有效提升污泥的脱水率，不仅如此，还有助于降低出水的重金属的含量。

研究还发现，将所述的调理剂R相对于湿污泥重量的8～15％，絮凝剂相对于湿污泥重量的4～6％，且在105～120℃的水热条件下，可以进一步提升污泥脱水率，进一步改善重金属钝化效果。

Claims

1.一种污泥高效减量化和无害化处理的方法，其特征在于：将污泥和调理剂R搅拌反应，得到预调理污泥；在预调理污泥中加入絮凝剂后，进行水热反应，水热反应产物经过固液分离，得到干污泥；所述调理剂R包括污泥焚烧灰渣、工业废渣、激发剂和秸秆焚烧灰。

2.根据权利要求1所述一种污泥高效减量化和无害化处理的方法，其特征在于：所述污泥为含水量不低于80％。

3.根据权利要求1所述的一种污泥高效减量化和无害化处理的方法，其特征在于：所述调理剂R的质量份组成为：

污泥焚烧灰渣100份；

秸秆焚烧灰1～10份；

工业废渣1～30份；

激发剂0.5～10份。

4.根据权利要求3所述的一种污泥高效减量化和无害化处理的方法，其特征在于：

所述工业废渣包括矿渣、钢渣、磷渣、粉煤灰液态渣、沸腾炉渣、煤矸石中至少一种；

所述秸秆焚烧灰由稻秸秆、稻壳、玉米秆、麦秸秆及其它农作物秸秆中至少一种经过焚烧获得；

所述激发剂包括Na₂SO₃、氨基三乙醇、木质磺酸钠、木质磺酸、碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾、氟化钠、十二水硫酸铝钾、硫酸钙、CH₃COONa、C₃H₈O₃和Na₂SO₄中至少一种；

所述污泥焚烧灰渣由剩余污泥经过焚烧处置得到。

5.根据权利要求4所述的一种污泥高效减量化和无害化处理的方法，其特征在于：所述工业废渣由磷渣、矿渣、沸腾炉渣和粉煤灰液态渣按质量比1～30：1～20：1～10：1～5组成；

所述激发剂由氨基三乙醇、木质磺酸钠、氢氧化钠、十二水硫酸铝钾和硫酸钙按质量比1～3：1～5：1～10：1～3：1～30组成；

所述秸秆焚烧灰由稻秸秆、稻壳、玉米秆、麦秸秆和其它农作物秸秆中至少一种经过450℃～1000℃温度焚烧获得。

6.根据权利要求1～5任一项所述的一种污泥高效减量化和无害化处理的方法，其特征在于：所述调理剂R的用量为污泥重量的5～15％。

7.根据权利要求1所述的一种污泥高效减量化和无害化处理的方法，其特征在于：所述搅拌反应的温度为10～40，时间为0.5～2h。

8.根据权利要求1所述的一种污泥高效减量化和无害化处理的方法，其特征在于：所述絮凝剂为FeCl₃、FeSO₄、Al₂(SO₄)₃、Fe₂(SO₄)₃中的至少一种。

9.根据权利要求1或8所述的一种污泥高效减量化和无害化处理的方法，其特征在于：所述絮凝剂用量为污泥重量的2～8％。

10.根据权利要求1所述的一种污泥高效减量化和无害化处理的方法，其特征在于：所述水热反应的温度为80～185℃，时间为0.1～0.5h。