CN112794593A - 一种污泥低温碳化脱水液的处理方法和处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种污泥低温碳化脱水液的处理方法和处理系统。这种处理方法包括以下步骤：1)将污泥低温碳化脱水液和酸性药剂混合，进行酸析处理；2)将步骤1)的出水进行固液分离；3)将步骤2)的出水和碱性药剂混合，进行中和处理；4)将步骤3)的出水引入厌氧反应器，进行厌氧处理；5)将步骤4)的出水进行一级缺氧/好氧处理；6)将步骤5)的出水进行固液分离，固液分离后的出水进行一级芬顿处理；7)将步骤6)的出水进行二级缺氧/好氧处理；8)将步骤7)的出水进行固液分离，固液分离后的出水排放。本发明能够实现污泥低温碳化脱水液的达标排放，降低污泥低温碳化的使用成本，有利于促进污泥低温碳化技术的应用与推广。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，特别涉及一种污泥低温碳化脱水液的处理方法和处理系统。
背景技术
目前，填埋是我国污泥处理的主要方式，占比约为65％，随着填埋场地资源越趋紧张，填埋处置的发展空间受限。进一步提高污泥的无害化、减量化与资源化水平是解决污泥出路的必然选择。降低含水率是实现减量化的首要方法，也为后续的资源化提供良好的条件。传统的污泥机械脱水有带机、离心机和板框压滤机等，其中高压板框压滤脱水率较高，但也仅能将污泥的含水率降至60％左右。为进一步降低污泥含水率，可采用的技术有低温干化、热干化和好氧高温堆肥等，然而，干化、堆肥技术处理时间长、效率低，无法满足工程需求。因此，需要一种可高效降低污泥含水率的技术，以实现污泥高水平的减量化、无害化和资源化。
污泥低温碳化是一种高效的污泥破壁脱水技术，其在温度240～250℃，压力4～6MPa的条件下，使污泥中的细胞完全裂解，裂解后的污泥再次脱水，不用加脱水药剂，即可将污泥含水率降至30％以下，风干后可降低至10％以下。由于脱水后的最终产物具有较高的热值(焚烧产热)，外形与碳类似，所以称为碳化技术，又由于污泥裂解的温度控制在300℃以下，区别于中温碳化(400～500℃)和高温碳化(800℃)，所以称为低温碳化技术。
污泥低温碳化作为一种高效的污泥脱水减量技术，虽然实现了污泥的深度脱水和资源化，但也生成了高COD、高氮磷的污泥脱水液，其COD在20000～80000mg/L，TN在2000～8000mg/L，TP在50～500mg/L，数值随处理的污泥浓度、温度、时间和循环次数而变化。污泥低温碳化脱水液约有40％的COD是不可降解或难降解的，并且脱水液中含有大量的具有表面活性的物质，使其具有强烈的发泡性，并在生物处理过程中对厌氧(产甲烷过程)、好氧(硝化过程)生物过程表现出很强的抑制作用。因此，脱水液的生成极大提高了污水处理的难度，对污水处理系统的达标排放构成严重威胁。同时，这也加大了污泥低温碳化技术的应用成本。因此，开发一种经济有效的污泥低温碳化脱水液处理技术，对污泥低温碳化技术的应用推广至关重要。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提供一种污泥低温碳化脱水液的处理方法，本发明的目的之二在于提供一种污泥低温碳化脱水液的处理系统。
为解决脱水液的发泡、生物抑制等问题，本发明人通过多次的试验，开发了一种污泥低温碳化脱水液处理方法，该方法通过酸析工艺去除部分难降解COD、降低生物抑制强度，其后，通过一系列的生物、化学处理工艺使其达标排放。本发明解决了污泥低温碳化脱水液的处理问题，能够促进污泥低温碳化技术的应用与推广。
本发明所述的污泥低温碳化脱水液是指将污泥在温度为240℃～250℃，压力为4MPa～6MPa的条件下裂解，然后脱水得到的废液。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
本发明的第一方面提供了一种污泥低温碳化脱水液的处理方法，包括以下步骤：
1)将污泥低温碳化脱水液和酸性药剂混合，进行酸析处理；
2)将步骤1)酸析处理后的出水进行固液分离；
3)将步骤2)固液分离后的出水和碱性药剂混合，进行中和处理；
4)将步骤3)中和处理后的出水引入厌氧反应器，进行厌氧处理；
5)将步骤4)厌氧处理后的出水进行一级缺氧/好氧处理；
6)将步骤5)一级缺氧/好氧处理后的出水进行固液分离，固液分离后的出水进行一级芬顿处理；
7)将步骤6)一级芬顿处理后的出水进行二级缺氧/好氧处理；
8)将步骤7)二级缺氧/好氧处理后的出水进行固液分离，固液分离后的出水排放。
优选的，所述污泥低温碳化脱水液的处理方法中，所述步骤1)满足以下条件的至少一种：
投加酸性药剂调节污泥低温碳化脱水液的pH值为3～5；
所述酸性药剂为盐酸。
优选的，所述步骤1)中，盐酸选用浓度≥20％的浓盐酸。
优选的，所述步骤1)的酸析处理是在酸析反应池中进行。
优选的，所述步骤1)中，污泥低温碳化脱水液在酸析反应池的停留时间为12小时～24小时。
优选的，所述步骤1)中，污泥低温碳化脱水液的COD(化学需氧量)为20000mg/L～80000mg/L；污泥低温碳化脱水液的TN(总氮量)为2000mg/L～8000mg/L；污泥低温碳化脱水液的TP(总磷量)为50mg/L～500mg/L。
优选的，所述步骤1)中，污泥低温碳化脱水液的pH值为6～8。
优选的，所述处理方法的步骤2)中，固液分离的方法为膜分离。
优选的，所述步骤2)的固液分离是在膜分离设备中进行。
优选的，所述步骤2)中，步骤1)酸析处理后的出水在膜分离设备的停留时间为15分钟～90分钟。
优选的，所述污泥低温碳化脱水液的处理方法中，所述步骤3)满足以下条件的至少一种：
投加碱性药剂调节步骤2)的出水的pH值为6～7；
所述碱性药剂包括氢氧化钠、氢氧化钙、氧化钙、碳酸钙中的至少一种。
优选的，所述步骤3)的中和处理是在中和池中进行。
优选的，所述步骤3)中，步骤2)固液分离后的出水在中和池的停留时间为5分钟～30分钟。
优选的，所述步骤4)中，步骤3)中和处理后的出水在厌氧反应器的停留时间为5天～10天。
优选的，所述步骤5)的一级缺氧/好氧(A/O)处理是在一级缺氧池(一级A池)和一级好氧池(一级O池)中进行。
优选的，所述步骤5)中，步骤4)厌氧处理后的出水在一级缺氧池和一级好氧池的总停留时间为8天～10天。其中，步骤4)厌氧处理后的出水在一级缺氧池的停留时间占比20％～30％，在一级好氧池的停留时间占比70％～80％。
优选的，所述污泥低温碳化脱水液的处理方法中，所述步骤5)一级缺氧/好氧处理后的出水部分回流至所述步骤4)的厌氧反应器。回流比优选为100％～400％，进一步优选为100％～200％。通过回流处理，可以进一步降低原水氨氮的抑制作用。此时，厌氧反应器的进水包括步骤3)中和处理后的出水和回流稀释水。
优选的，所述步骤5)中，将一级好氧池出水部分回流至厌氧反应器。
优选的，所述步骤5)中，一级缺氧池的废水DO(溶解氧)<0.5mg/L。
优选的，所述步骤5)中，一级缺氧池的废水pH>6.5。
优选的，所述步骤5)中，一级好氧池的废水DO为1mg/L～3mg/L。
优选的，所述步骤5)中，一级好氧池的废水pH>6.5。
优选的，所述污泥低温碳化脱水液的处理方法中，所述步骤5)的出水(回流液)依次进行反硝化脱氮处理和固液分离，固液分离后的出水再回流至厌氧反应器。其中，所述反硝化脱氮处理是在回流缺氧池中进行；所述固液分离是在回流沉淀池中进行。
优选的，所述步骤5)的回流液在回流缺氧池的停留时间为12小时～24小时。
优选的，所述回流缺氧池的出水在回流沉淀池的停留时间为1小时～2小时。
优选的，所述步骤6)中，固液分离是在一级沉淀池中进行。
优选的，所述步骤6)中，是将步骤5)一级好氧池的出水引入一级沉淀池进行固液分离。
所述污泥低温碳化脱水液处理方法的步骤6)，通过一级芬顿处理，能够进一步提高废水可生化性。
优选的，所述步骤7)的二级缺氧/好氧(A/O)处理是在二级缺氧池(二级A池)和二级好氧池(二级O池)中进行。
优选的，所述步骤7)中，一级芬顿处理后的出水在二级缺氧池和二级好氧池的总停留时间为3天～5天。其中，一级芬顿处理出水在二级缺氧池的停留时间占比20％～30％，在二级好氧池的停留时间占比70％～80％。
优选的，所述步骤7)中，二级缺氧池的废水DO<0.5mg/L。
优选的，所述步骤7)中，二级缺氧池的废水pH>6.5。
优选的，所述步骤7)中，二级好氧池的废水DO为1mg/L～3mg/L。
优选的，所述步骤7)中，二级好氧池的废水pH>6.5。
优选的，所述步骤8)中，固液分离是在二级沉淀池中进行。
优选的，所述步骤8)中，是将步骤7)二级好氧池的出水引入二级沉淀池进行固液分离。
所述步骤8)中，出水达到《GB/T 31962-2015污水排入城镇下水道水质标准》中的B级排放标准。
优选的，所述污泥低温碳化脱水液的处理方法还包括步骤9)，将步骤8)处理后的出水进行二级芬顿处理，再将出水排放。当污泥低温碳化脱水液原液的COD较低(<30000mg/L)时，无需进行步骤9)的二级芬顿处理；当污泥低温碳化脱水液原液的COD较高时，采用步骤9)处理进一步降低COD。
优选的，所述步骤6)的一级芬顿处理和所述步骤9)的二级芬顿处理分别包括依次进行的调酸、氧化、中和以及固液分离步骤。优选的，废水在进行芬顿处理(一级芬顿处理或二级芬顿处理)中，调酸是调节废水的pH值为5～6；氧化是投加硫酸亚铁和双氧水进行氧化反应；中和是调节废水的pH值为6～8，固液分离可以采用膜分离设备或者沉淀池。
本发明的第二方面提供了一种污泥低温碳化脱水液的处理系统，包括依次相连的酸析反应池、膜分离设备、中和池、厌氧反应器、一级缺氧池、一级好氧池、一级沉淀池、一级芬顿装置、二级缺氧池、二级好氧池和二级沉淀池。
优选的，所述污泥低温碳化脱水液的处理系统还包括回流缺氧池和回流沉淀池；所述一级好氧池依次与所述回流缺氧池、所述回流沉淀池和所述厌氧反应器相连。
优选的，所述污泥低温碳化脱水液的处理系统还包括二级芬顿装置；所述二级芬顿装置与所述二级沉淀池相连。
本发明第二方面提供的污泥低温碳化脱水液处理系统可以是应用根据第一方面提供的污泥低温碳化脱水液处理方法的处理系统。本发明第一方面提供的污泥低温碳化脱水液处理方法也可以采用第二方面提供的处理系统进行处理。
优选的，所述膜分离设备包括超滤膜分离设备、陶瓷膜分离设备中的一种或其组合。根据本发明的一些具体实施例，膜分离设备选用超滤膜分离设备。
优选的，所述厌氧反应器包括升流式厌氧污泥床(UASB)、内循环厌氧反应器(IC)、膨胀颗粒污泥床(EGSB)、厌氧折流板反应器(ABR)、厌氧滤池(AF)、厌氧流化床和膨胀床反应器(AFBR)、上流式污泥床过滤器(UBF)中的至少一种。
优选的，所述一级芬顿装置和二级芬顿装置分别包括依次相连的调酸池、氧化池、中和池和沉淀池。芬顿装置属于本领域的常规技术。
优选的，所述的沉淀池(包括一级沉淀池、二级沉淀池或回流沉淀池)选自平流式沉淀池、竖流式沉淀池、辐流式沉淀池、斜板/斜管沉淀池或高密度沉淀池。本领域技术人员可以根据实际需要进行选用。
本发明的有益效果是：
本发明能够实现污泥低温碳化脱水液的达标排放，降低污泥低温碳化的使用成本，有利于促进污泥低温碳化技术的应用与推广。
具体来说，与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明将污泥低温碳化脱水液通过酸析反应以及固液分离，去除部分难降解COD，降低脱水液的生物抑制强度，使其生物处理过程(厌氧产甲烷过程及好氧硝化过程)得以有效进行。酸析处理固废产量少，混合液过滤性能好(TTF为5～10秒)，工艺控制简单(根据pH值控制药剂投加量)，可有效应对水质的大幅度波动。调节废水pH值所用的药剂来源易得，凸显成本优势。因此，本发明采用酸析反应作为预处理工艺，有效地解决了污泥低温碳化脱水液的生物抑制问题，这有利于污泥低温碳化技术的应用于推广。
附图说明
图1为污泥低温碳化脱水液处理系统的示意图；
图2为实施例1污泥低温碳化脱水液原液图；
图3为实施例1脱水液的酸析反应处理图；
图4为实施例1二级芬顿处理后的出水图。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。实施例中所用的试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到。除非特别说明，试验或测试方法均为本领域的常规方法。
附图1为污泥低温碳化脱水液处理系统的示意图。参照图1，污泥低温碳化脱水液的处理系统包括依次相连的酸析反应池、膜分离设备、中和池、厌氧反应器、一级A池、一级O池、一级沉淀池、一级芬顿装置、二级A池、二级O池、二级沉淀池和二级芬顿装置，一级O池还依次与回流缺氧池、回流沉淀池和厌氧反应器相连。以下结合具体的实施例作进一步具体说明。
实施例1
本例的污泥低温碳化脱水液具有高COD、高总氮、总磷的特征，主要理化指标见下表1。
表1实施例1污泥低温碳化脱水液的理化性质
| 指标 | pH | COD(mg/L) | TN(mg/L) | NH<sub>4</sub>-N | TP(mg/L) |
| 数值 | 6.71 | 34496 | 3907 | 2138 | 460 |
采用生物处理工艺时，厌氧与好氧的生物处理过程受到明显的抑制。采用本发明的预处理方法(酸析反应+膜分离+pH回调)后，生物处理工艺可正常运行，联合芬顿氧化工艺即可实现达标排放。
参照图1，说明本例污泥低温碳化脱水液的处理工艺及其流程具体如下：污泥低温碳化脱水液(脱水液原液参见附图2)首先进入酸析反应池，投加盐酸(30％的浓盐酸)调节废水pH值4.0(参见附图3)，废水在酸析反应池停留12小时，酸析后的废水过滤性能良好(TTF为8秒)，非常适宜采用膜过滤进行固液分离；随后进入超滤膜分离设备中，停留15分钟，进行固液分离；清液进入中和池，在其中投加氢氧化钠调节废水pH值至6.0，废水在中和池的水力停留时间为30分钟；中和后的废水先后进入升流式厌氧活性污泥床反应器(UASB)、一级A/O系统、一级芬顿装置、二级A/O系统和二级芬顿装置，其中，UASB的水力停留时间为10天(进水流量包括来自一级O池的稀释回流水)，沼气产量为每1m3脱水液产沼气3Nm3；在一级A池、一级O池和一级沉淀池的水力停留时间分别为2天、8天和2小时，硝化与反硝化的活性都非常高；在一级芬顿装置的水力停留时间为4小时，在二级A池、二级O池和二级沉淀池的水力停留时间分别为1天、4天和2小时，在二级芬顿装置的水力停留时间为4小时；一级O池到UASB的回流比为200％，回流水经过回流缺氧池、回流沉淀池的停留时间分别为24小时和2小时；两级芬顿装置均包括依次相连的调酸池(调节废水pH值至5～6)、氧化池、中和池和沉淀池；两级芬顿装置的氧化池中，双氧水(浓度27.5％)的投加量相同，为727mg/L，七水硫酸亚铁的投加量也相同，为1000mg/L；芬顿氧化后，投加氢氧化钠回调废水pH值至7.0。经过本工艺流程处理后，高污染的污泥脱水液达到污水排入城镇下水道水质标准(GB/T 31962-2015)的B级排放标准(COD 500mg/L、TN 70mg/L、TP8mg/L)。本例经二级芬顿处理后的出水可见附图4。
本实施例脱水液在各个工艺段的水质情况见下表2。
表2实施例1各个工艺段的水质情况
| 水质指标 | UASB | 一级A/O | 一级芬顿 | 二级A/O | 二级芬顿 |
| COD(mg/L) | 4000 | 2000 | 1000～1200 | 800～1000 | 300～500 |
| NH<sub>4</sub>-N(mg/L) | 800～1000 | 50～100 | 50～100 | 7 | 10～20 |
| TN(mg/L) | 800～1000 | 300 | 300 | 50～100 | 40～60 |
| TP(mg/L) | 1～5 | 0.1～2 | <0.1 |
实施例2
本例的污泥低温碳化脱水液主要理化指标见下表3。
表3实施例2污泥低温碳化脱水液的理化性质
| 指标 | pH | COD(mg/L) | TN(mg/L) | NH<sub>4</sub>-N | TP(mg/L) |
| 数值 | 7.6 | 23600 | 2632 | 1868 | 52 |
本例污泥低温碳化脱水液的处理系统包括依次相连的酸析反应池、膜分离设备、中和池、厌氧反应器、一级A池、一级O池、一级沉淀池、一级芬顿装置、二级A池、二级O池和二级沉淀池，一级O池还依次与回流缺氧池、回流沉淀池和厌氧反应器相连。
本例污泥低温碳化脱水液的处理工艺及其流程具体如下：脱水液首先进入酸析反应池，投加盐酸(30％的浓盐酸)调节废水pH值4.0，废水在酸析反应池停留12小时，废水过滤性能良好(TTF为9.5秒)；随后进入超滤膜分离设备中，水力停留时间30分钟，进行固液分离，清液进入中和池，在其中投加氢氧化钠调节废水pH值至6.0，水力停留时间20分钟；中和后的废水先后进入内循环厌氧反应器(IC)、一级A/O系统、一级芬顿装置、二级A/O系统，其中，在IC反应器的水力停留时间为4天(进水流量包括稀释回流水)，沼气产量为每1m3脱水液产沼气2.6Nm3；在一级A池、一级O池和一级沉淀池的水力停留时间分别为1天、4天和2小时；在芬顿装置的水力停留时间为4小时，在二级A池、二级O池和二级沉淀池的水力停留时间分别为1天、2天和2小时；一级O池到IC的回流比为100％，回流水经过回流缺氧池、回流沉淀池的停留时间分别为24小时和2小时；一级芬顿装置均包括依次相连的调酸池(调节废水pH值至5～6)、氧化池、中和池和沉淀池；一级芬顿装置的氧化池中，双氧水(27.5％)投加量为1600mg/L，七水硫酸亚铁投加量为2600mg/L，芬顿氧化后，投加氢氧化钠回调废水pH值至6.5。经过本工艺流程处理后，高污染的污泥脱水液达到污水排入城镇下水道水质标准(GB/T 31962-2015)的B级排放标准(COD 500mg/L、TN 70mg/L、TP 8mg/L)。
本例脱水液在本发明各个工艺段的水质情况见下表4。
表4实施例2各个工艺段的水质情况
| 水质指标 | IC | 一级A/O | 芬顿 | 二级A/O |
| COD(mg/L) | 4500 | 1200～1400 | 600～800 | 350～480 |
| NH<sub>4</sub>-N(mg/L) | 950 | 20～100 | 20～100 | 6～9 |
| TN(mg/L) | 1000 | 250～300 | 250～300 | 30～50 |
| TP(mg/L) | 0.1～0.5 | 0.1～0.5 |
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种污泥低温碳化脱水液的处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将污泥低温碳化脱水液和酸性药剂混合，进行酸析处理；
2)将步骤1)酸析处理后的出水进行固液分离；
3)将步骤2)固液分离后的出水和碱性药剂混合，进行中和处理；
4)将步骤3)中和处理后的出水引入厌氧反应器，进行厌氧处理；
5)将步骤4)厌氧处理后的出水进行一级缺氧/好氧处理；
6)将步骤5)一级缺氧/好氧处理后的出水进行固液分离，固液分离后的出水进行一级芬顿处理；
7)将步骤6)一级芬顿处理后的出水进行二级缺氧/好氧处理；
8)将步骤7)二级缺氧/好氧处理后的出水进行固液分离，固液分离后的出水排放。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于：所述步骤1)满足以下条件的至少一种：投加酸性药剂调节污泥低温碳化脱水液的pH值为3～5；
所述酸性药剂为盐酸。
3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于：所述步骤2)中，固液分离的方法为膜分离。
4.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于：所述步骤3)满足以下条件的至少一种：投加碱性药剂调节步骤2)固液分离后出水的pH值为6～7；
所述碱性药剂包括氢氧化钠、氢氧化钙、氧化钙、碳酸钙中的至少一种。
5.根据权利要求1至4任一项所述的处理方法，其特征在于：所述步骤5)一级缺氧/好氧处理后的出水部分回流至所述步骤4)的厌氧反应器。
6.根据权利要求5所述的处理方法，其特征在于：所述步骤5)的出水依次进行反硝化脱氮处理和固液分离，固液分离后的出水再回流至厌氧反应器。
7.根据权利要求1至4任一项所述的处理方法，其特征在于：所述处理方法还包括步骤9)，将步骤8)处理后的出水进行二级芬顿处理，再将出水排放。
8.一种污泥低温碳化脱水液的处理系统，其特征在于：包括依次相连的酸析反应池、膜分离设备、中和池、厌氧反应器、一级缺氧池、一级好氧池、一级沉淀池、一级芬顿装置、二级缺氧池、二级好氧池和二级沉淀池。
9.根据权利要求8所述的处理系统，其特征在于：所述处理系统还包括回流缺氧池和回流沉淀池；所述一级好氧池依次与所述回流缺氧池、所述回流沉淀池和所述厌氧反应器相连。
10.根据权利要求8所述的处理系统，其特征在于：所述处理系统还包括二级芬顿装置；所述二级芬顿装置与所述二级沉淀池相连。
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| CN202011427200.7A Pending CN112794593A (zh) | 2020-12-09 | 2020-12-09 | 一种污泥低温碳化脱水液的处理方法和处理系统 |
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN101628762A (zh) * | 2009-07-28 | 2010-01-20 | 上海理工大学 | 一种废水中阴离子表面活性剂的处理方法 |
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-
2020
- 2020-12-09 CN CN202011427200.7A patent/CN112794593A/zh active Pending
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| 万松等: "《废水厌氧生物处理工程》", 31 October 2013 * |
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