CN111908756B - 一种高效稳定化处理城市污泥的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高效稳定化处理城市污泥的处理方法,该方法包括以下步骤:(1)污泥脱水:采用机械脱水,使污泥含固率达到20‑25%;(2)热水解处理:将脱水后的污泥在热水解罐内用热蒸汽进行热水解处理;(3)污泥低温干化:通过热干空气循环,使污泥干化,形成堆体;(4)好氧堆肥:向堆体强制通风曝气,使堆体升温,并维持一段时间;然后冷却,并开始翻堆、释放底部冷却水;(5)成品收集。与现有技术相比,本发明可以在不添加任何药剂情况下进行污泥的脱水,同时在好氧发酵时,不需要实用稻壳、木屑等辅助材料调整水分,且采用发酵罐进行发酵,最终实现污泥的减量化、稳定化、无害化及资源化利用。
Description
技术领域
本发明涉及污泥处理领域,具体涉及一种高效稳定化处理城市污泥的处理方法。
背景技术
当前,随着城市污水处理厂的规模与日俱增,大量的市政污泥产生。据不完全统计,2020年污泥的年产量将接近6000万吨(以含水率80%计)。我国污水处理受“重水轻泥”倾向的影响,污泥污染控制和资源回收研究起步晚,致使污泥处理处置问题尚未完全解决。为了防止给水体、土壤和大气带来二次污染,污泥稳定化处理是污泥安全处置或资源回用之前的必要环节。
城镇污水处理厂产生的污泥最大的特点是含水率高,通常在99%以上,体量大,将占用大面积土地。国家现行标准规定,处置前的污泥含水率应当低于60%,所以要解决污泥的处理处置问题首先要从污泥的脱水开始。现有的污泥脱水方法可分为自然脱水、热脱水、机械脱水、电渗析脱水四类,也有将以上方法组合产生的脱水工艺。然而,一次脱水至含水率低于60%不仅能耗高、技术难度大、脱水过程加入大量药剂不利于可持续发展,而且损失大量可回用有机质资源。更重要的是,一次脱水并不能保证污泥稳定化效果,特别是物理脱水和添加絮凝剂脱水法并未有效降解易腐有机质以及改变胞外聚合大分子有机质与污泥微生物之间的联系,不仅减量化效果有限,在下游处理处置中容易引起卫生化条件差、植物毒性高、絮凝剂难降解去除等问题。国内关于污泥脱水和污泥稳定化的单元技术研究已多见报道,但其中大部分处理效率低,关于污泥的脱水与稳定化甚至资源化的组合工艺少见报道。
在污泥稳定化处理方面,厌氧消化工艺被普遍应用,但应该承认厌氧环境下蛋白质的水解速率和较少的蛋白代谢途径是污泥易腐有机质降解和稳定过程的重要限速步骤。在此方面,不可否认好氧堆肥的优越性。不过,污泥堆肥过程中木质素类辅料依赖普遍。实际上,由于污泥未脱水完全,采用混合木屑、锯末等添加惰性辅料的方式虽然使得表观含水率满足要求实则由于形成团粒孔隙率下降而易形成厌氧结构,十分不利于氧气的传质,从而也很难保证堆体高温期的效果;另外,由于木质素类辅料降解缓慢,在实际堆肥的生化过程中难以起到调节堆料碳氮比以促进微生物活动的作用;总之,添加木质素辅料不仅未能实际改善堆体初始条件,反而使得堆体体积增加,且使得供氧能耗需求增加,对保温要求提高。
国内的相关专利有:专利ZL201810354493.7发明了一种污泥低温干化处理系统,其特征在于包括依次连续的加药絮凝单元、浓缩单元、剪切造粒单元、低温干化单元以及出料包装单元。该发明在脱水过程中引入了化学药剂,会产生二次污染,增加费用,低温干化也考虑作为水分脱除的手段,并没有涉及污泥的资源化利用,浪费了资源。专利ZL201410445158发明了一种有机固体废弃物热水解高温好氧堆肥处理工艺,其特征在于将含固率为10~15%的有机固体废弃物利用换热器进行预热,再以压力为0.4~1.0MPa、温度为150~190℃的热蒸汽进行热水解处理,处理后的物料进入板框压滤机脱水形成含水率为35~50%的滤饼,滤饼添加适当的调理剂和返混料,然后送至堆肥系统进行高温好氧堆肥处理。该发明在热水解环节设定的温度较高,据报道160℃以上易形成难降解物质不利于后续处理和有机质资源会用,且未考虑到温度过高功能菌群失活的问题;另外该发明热水解处理后的压滤脱水环节极易使易降解有机质损失难以支持后续堆体的升温和持续高温,这一部分污水回到污水处理厂带来了新的负荷。
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可以在不添加任何药剂情况下进行污泥的脱水,同时在好氧发酵时,不需要实用稻壳、木屑等辅助材料调整水分,且采用发酵罐进行发酵,最终实现污泥的减量化、稳定化、无害化及资源化利用的高效稳定化处理城市污泥的处理方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
热水解预处理是一种有效破解污泥的手段,在实际工程案例中具有大体量均相处理效果显著的优点。本团队研究发现,120℃左右为胞外蛋白绑定结构水解的临界温度条件,这一处理使得污泥絮体中亲水和易腐有机物质溶出,削弱微生物胞外聚合物对水分的聚集作用。因此,本发明系统性考量污泥减量化和稳定化的技术难点和特点,提出一种能够破解污泥、无药剂添加使污泥脱水和无辅料添加进行污泥堆肥的组合方法,具体方案如下:
一种高效稳定化处理城市污泥的处理方法,该方法包括以下步骤:
(1)污泥脱水:采用机械脱水,使污泥含固率达到20-25%;
(2)热水解处理:将脱水后的污泥在热水解罐内用热蒸汽进行热水解处理;
(3)污泥低温干化:通过热泵系统和风机,使热干空气循环,湿热水汽中的水分被去除,使污泥干化,形成含固率达到30-45%的堆体;
(4)好氧堆肥:向堆体间隙强制通风曝气,使堆体顶空氧气浓度始终不低于10%,使得堆体中的易腐有机质充分代谢放热并快速升温,并维持一段时间;堆体进入冷却期后,开始翻堆、释放底部冷却水;布气装置喷气头朝下,防止堵塞和冷凝水回流。作为优选方案,曝气方案可以采用分层曝气和排气热泵循环以维持堆体温度并达到进一步除湿减量效果。无辅料添加,好氧堆肥系统具有保温、强制通风、氧气-温度-曝气自动反馈调节的功能。
(5)成品收集:当堆体耗氧速率≤0.1m3/h时,起堆放置一段时间,当发芽指数≥80%及挥发性固体有机质降解率≥40%时,即视为稳定化处理完成。稳定物料一部分用于产品评价实验,其余作为返混料以及园林营养土。
进一步地,步骤(2)中所述的热水解处理的蒸汽温度为110-120℃,压力为0.1-0.2MPa,时间为20-40min,从而使得污泥破胞、胞外蛋白交联结构水解,污泥有机质溶出,同时高温杀死污泥中的不耐热的土著微生物、细菌和病毒,裂解产生的有机质被耐高温菌利用,用以繁殖和代谢放热保证好氧发酵时堆体温度达到卫生化标准。
进一步地,所述的热水解处理的蒸汽温度为120℃,压力为0.2MPa,时间为30min。
进一步地,步骤(3)中所述的热干空气的温度为38-42℃。低温干化是正式堆肥前取代添加辅料的调节含水率方法,其利用热水解处理后污泥脱水性能改善的条件,在密闭空间通过间歇搅拌操作配合风机和除湿换热系统完成,须处理至污泥含固率30%以上。
进一步地,步骤(4)中所述的每分钟的通风量为堆体体积的8-12%,通风间隔为0.5-5min/h,保证顶空氧气体积浓度不低于10%、曝气期间温度降低≤1℃。
进一步地,步骤(4)中所述的升温达到的温度为55-66℃,维持时间为5-10天。
进一步地,步骤(4)中开始翻堆时,堆体的温度为45℃。
进一步地,步骤(5)中所述的起堆放置时间为7-14天。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
(1)本发明所选择的热水解条件,可以破解污泥,削弱微生物胞外聚合物对水分的聚集作用,利于后续干化除湿;
(2)本发明所采用的热水解-低温干化脱水方法更环保节能,不会产生污泥泄露等二次污染;
(3)本发明在好氧堆肥过程中不添加辅料,大大减小堆体体积,减少占地和供氧能耗,降低成本;
(4)本发明所采用的曝气模式在充分供氧的同时减少热量散失,配合热水解预处理实现堆体升温迅速、高温持续时间长的卫生化、减量化的优越效果,并为深度稳定化和腐殖化提供有益前体。
附图说明
图1为本发明高效稳定化处理城市污泥的组合处理方法示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明晰,下面结合具体实施方式,对本发明做进一步详细说明。应该理解,这些描述只是示例性的,而并非要限制本发明的范围。
一种高效稳定化处理城市污泥的处理方法,该方法包括以下步骤:
(1)污泥脱水:采用机械脱水,使污泥含固率达到20-25%;
(2)热水解处理:将脱水后的污泥在热水解罐内用热蒸汽进行热水解处理;其中,热水解处理的蒸汽温度为110-120℃,压力为0.1-0.2MPa,时间为20-40min。
(3)污泥低温干化:通过热干空气循环,使污泥干化,形成含固率达到30-45%的堆体;其中,热干空气的温度为38-42℃;
(4)好氧堆肥:向堆体间隙强制通风曝气,使堆体顶空氧气浓度始终不低于10%,使得堆体中的易腐有机质充分代谢放热并快速升温达到55-66℃,并维持5-10天;堆体进入冷却期后,堆体的温度为45℃,开始翻堆、释放底部冷却水;其中,每分钟的通风量为堆体体积的8-12%,通风间隔为0.5-5min/h;
(5)成品收集:当堆体耗氧速率≤0.1m3/h时,起堆放置7-14天,当发芽指数≥80%及挥发性固体有机质降解率≥40%时,即视为稳定化处理完成。
实施例1-4所采用的污泥原料均取自上海市安亭污水处理厂的脱水泥(TS=23.43±0.02%,VS/TS=61.98±0.45%),即本发明所涉及的步骤(1)机械脱水环节在出厂前已完成。为证明本发明所采用的热水解条件、低温干化条件有利于污泥堆肥过程高效稳定化,设置有无热水解的对照实施例共4组,其中热水解条件选择和低温干化控制变量如表1所示,所用污泥基质理化特性如表2所示,实施例始末理化参数结果如表3-6所示。
表1实施例变量控制情况
热水解(实验组含、对照组不含) | 低温干化(实验组和对照组均含) | |
实施例1 | 120℃,0.2MPa,30min | 至含固率31%左右 |
实施例2 | 120℃,0.2MPa,30min | 至含固率35%左右 |
实施例3 | 120℃,0.2MPa,30min | 至含固率40%左右 |
实施例4 | 110℃,0.1MPa,30min | 至含固率35%左右 |
实施例1
结果表明,实验组1#具有更优越的稳定化效果。实验组1#进入堆肥后在24小时内迅速升温至55℃以上,最高温65.5℃,与对照组相比其堆体维持55℃以上的时间延长1.5倍至5.5天;实验组1#最终挥发性固体有机质降解率达48.75%而对照组1#为38.21%;实验组的电导率变化更剧烈且最终电导率更低,即通过反映含盐量变化表明易腐有机质分解更彻底而最终游离含盐量得到控制,实验组更显著的pH上升进一步表明含氮物质的转化更高效;堆肥终点对照组1#发芽指数为53%,而实验组1#的发芽指数在最后上升达到93%,由于发芽指数100%是植物毒性为0的指标,因此实验组的植物毒性物质得到有效控制。
实施例2
结果表明,与对照组相比,实验组2#堆体升温更迅速,维持55℃以上时间延长2倍至8天,最高温64.6℃,挥发性有机质固体降解率提高13.6%,最终成品发芽指数增加近一倍至157%,表明污泥成品植物毒性去除且具有一定肥效。
进一步地,实验组2#与实验组1#相比,挥发性固体有机质降解率提高10.05%,但实验组2#在堆肥后期氨氮释放和生物降解仍然较为活跃,因此其最终成品的含盐量较实验组1#高而发芽指数较低。
实施例3
结果表明,实验组3#进入堆肥后在48小时内迅速升温至55℃以上,最高温62.3℃,与对照组相比其堆体维持55℃以上的时间延长约1.5倍至6.5天;实验组3#最终挥发性固体有机质降解率达56.47%而对照组1#为49.01%;最终对照组3#发芽指数为83%,而实验组3#的发芽指数在最后上升达到123%,具备优良园林营养土的特征。
进一步地,实验组3#与实验组1#相比,挥发性固体有机质降解率提高7.72%,发芽指数提高30%;而与实验组2#相比,实验组3#最终挥发性有机质降解率没有上升反而下降2.33%,且发芽指数降低34%,表明低温干化时间不必过长,调节至污泥含固率35%左右即可进入堆肥系统。
实施例4
结果表明,实验组4#进入堆肥后在96小时内升温至55℃以上,最高温56.4℃,与对照组相比其堆体维持55℃以上的时间延长1倍至5天;实验组4#最终挥发性固体有机质降解率达49.44%而对照组4#为45.23%;最终对照组4#发芽指数为78%,而实验组4#的发芽指数在最后上升达到107%,具备优良园林营养土的特征。
进一步地,实验组4#与实验组2#相比(两者具有相似的低温干化条件),最终挥发性有机质降解率没有上升反而下降9.36%,发芽指数降低50%;表明热水解条件为110℃,0.1MPa时虽然仍然能够满足稳定化工艺指标要求,但效率略低于热水解条件为120℃,0.2MPa。
总之,本发明提出的方法高效完成城市污泥快速卫生化、减量化和稳定化处理,并获得更高效的易腐有机质向稳定有机质的转化,形成更优的腐熟有机肥料。在不偏离本发明的精神和范围情况下,可以对本发明的实施方式做出各种改变、替换和变更,如适当缩短低温干化时间等。
表2实施例所采用污泥基质理化特性
表3实施例1的堆肥始、末理化参数结果
表4实施例2的堆肥始、末理化参数结果
表5实施例3的堆肥始、末理化参数结果
表6实施例4的堆肥始、末理化参数结果
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作其它形式的限制,任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (6)
1.一种高效稳定化处理城市污泥的处理方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
(1)污泥脱水:采用机械脱水,使污泥含固率达到20-25%;
(2)热水解处理:将脱水后的污泥在热水解罐内用热蒸汽进行热水解处理;热水解处理的蒸汽温度为110-120℃,压力为0.1-0.2 MPa,时间为20-40 min;
(3)污泥低温干化:通过热干空气循环,使污泥干化,形成含固率达到30-45%的堆体;所述的热干空气的温度为38-42℃;
(4)好氧堆肥:向堆体间隙强制通风曝气,使堆体顶空氧气浓度始终不低于10%,使得堆体中的易腐有机质充分代谢放热并快速升温,并维持一段时间;堆体进入冷却期后,开始翻堆、释放底部冷却水;
(5)成品收集:当堆体耗氧速率≤0.1 m3/h时,起堆放置一段时间,当发芽指数≥80%及挥发性固体有机质降解率≥40%时,即视为稳定化处理完成;
该方法能够在无辅料添加的情况下进行污泥堆肥,使得易腐有机质更高效地向稳定有机质的转化,形成更优的腐熟有机肥料。
2.根据权利要求1所述的一种高效稳定化处理城市污泥的处理方法,其特征在于,所述的热水解处理的蒸汽温度为120℃,压力为0.2 MPa,时间为30 min。
3.根据权利要求1所述的一种高效稳定化处理城市污泥的处理方法,其特征在于,步骤(4)中所述的每分钟的通风量为堆体体积的8-12%,通风间隔为0.5-5 min/h。
4.根据权利要求1所述的一种高效稳定化处理城市污泥的处理方法,其特征在于,步骤(4)中所述的升温达到的温度为55-66℃,维持时间为5-10天。
5.根据权利要求1所述的一种高效稳定化处理城市污泥的处理方法,其特征在于,步骤(4)中开始翻堆时,堆体的温度为45℃。
6.根据权利要求1所述的一种高效稳定化处理城市污泥的处理方法,其特征在于,步骤(5)中所述的起堆放置时间为7-14天。
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GR01 | Patent grant | ||
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