CN112939412A - 一种市政污泥高效除臭及资源化方法与系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种市政污泥高效除臭及资源化方法与系统，依次包括调配污泥浆料、污泥浆料微波水解和重金属脱除、污泥浆料固液分离以及有机液发酵和资源再利用等步骤；污泥浆料微波水解和重金属脱除中可将污泥浆料泵入微波反应器进行微波催化水解反应，杀死其中的微生物，微波将污泥中的菌体及蛋白质快速水解、转变为水溶性氨基酸和多肽小分子物质，形成PH较高的碱性环境；碱性环境中的OH‑与重金属离子结合生成不溶于水的沉淀，脱除污泥中的重金属离子；本发明的市政污泥高效除臭及资源化方法，首先从源头上避免污泥臭气产生，通过微波水解和重金属脱除，使得污泥可作为建材和有机肥循环利用，消除和钝化看重金属离子对生态环境的污染风险。
Description
技术领域
本发明属于污泥处理领域，更具体的说涉及一种市政污泥高效除臭及资源化方法与系统。
背景技术
随着我国城镇化进程的进行、城市污水排水量的增多、以及污染物排放要求的日益严格，污水处理设施建设得到了快速发展，但是随之也产生了大量的污泥。据统计，目前我国市政污泥年产量已超过6000万吨。市政污泥成分复杂，包含有机残片、细菌菌体、无机颗粒和胶体等，且其具有含水量高、含有大量的病原微生物、寄生虫卵及重金属等有毒有害物质。若随意堆放在一定的温度下就会快速腐败、散发恶臭、造成二次污染。
目前污泥无害化处理的主要途径主要有：填埋、投海、焚烧发电、制备活性炭、好氧堆肥制作土壤改良剂、厌氧产沼气、烧结制砖、水泥窑协同处置制备水泥、陶粒烧制等等。其中，填埋和投海因未彻底无害化，造成二次污染逐渐被世界各国禁止。焚烧发电、制备活性炭、土壤改良剂、厌氧产沼气及制备水泥等建筑材料均为无害化处理、资源化利用的合理方式、各地均在积极尝试。其中厌氧产沼气处理能力最大，但氮、磷、硫钾等营养元素不能得到合理利用、存在沼液消纳困难，污水违法排放、屡查屡犯的情况。另外焚烧发电、制备活性炭、好氧堆肥、烧结制砖、陶粒及水泥窑协同处置等污泥资源化利用方式探索的过程中，遇到了一个共同的问题—产生高浓度恶臭气体，该恶臭气体成分及其复杂，主要为硫化氢、硫醇、硫醚、二甲二硫、二硫化碳以及其他未知名称的带有恶臭气味的挥发性有机物质。如不治理，将面临环保投诉，如治理达标排放，将需要增加巨额污染防护措施和运营费用，降低投入产出比，甚至可能入不敷出。
目前在上述污泥资源化利用方式中除臭装置和方法均为系统末端治理，即如何治理和吸收、消除污泥发酵时产生的臭气，并未从源头消除污泥臭气产生的根源。
发明内容
本发明的目的在于提供一种市政污泥高效除臭及资源化方法，首先从源头上避免污泥臭气产生，然后通过微波水解和重金属脱除，使得污泥经过处理后，固体部分能够全部作为建材被循环利用，液体部分能够经过发酵作为有机肥循环利用，消除和钝化看重金属离子对生态环境的污染风险。
本发明技术方案一种市政污泥高效除臭及资源化方法，包括，
微波水解和重金属脱除：向污泥中加入调配水和碱性催化剂，制备污泥浆料，然后将污泥浆料进行微波催化水解反应，杀死其中的微生物，微波将污泥中的菌体及蛋白质快速水解、转变为水溶性氨基酸和多肽小分子物质，形成碱性环境；碱性环境中的OH-与重金属离子结合生成不溶于水的沉淀，脱除污泥中的重金属离子；
固液分离：将经过微波水解后污泥进行压滤，获得泥饼和有机液；泥饼中有机物含量<5％，无机物含量>95％，泥饼全部用于添加至建材生产原料中，建材原料中泥饼含量为38～40％；向有机液中添加秸秆粉末和酵母菌进行发酵，有机液、秸秆粉末和酵母菌比例为100～110：100～110：1～1.1；发酵过程为，首先在25～35℃下先经过24～28小时好氧培养，然再进行36～38小时厌氧培养，获得生物有机肥料。
优选地，所述污泥浆料中污泥、调配水和碱性催化剂比例为10～11：100～110：2～2.1，所述污泥浆料调配完成后，首先通过蒸汽预热至90～100℃后，然后再进行微波水解。
优选地，所述碱性催化剂为氢氧化钾、氢氧化钙和氢氧化钠中的一种或多种混合碱。
优选地，经过微波水解后的污泥浆料首先进行冷却，后再进行压滤；冷却过程采用水冷，冷却水在对高温污泥浆料冷却中升温至50～65℃后加入污泥中调配污泥浆料。
一种市政污泥高效除臭及资源化系统，包括依次设置的调配罐、微波反应器、冷却罐、压滤机和有机液罐，所述调配罐上连接有污泥提升机，所述微波反应器上连接有一冷凝器。
优选地，所述调配罐上连接有热水储罐和催化剂储罐，所述冷却罐和所述热水储罐之间设置有水源热泵机组。
本发明技术方案的一种市政污泥高效除臭及资源化方法的有益效果是：
1、通过微波水解，基本上能够杀死污泥中的一切病原微生物、并制造碱性环境用以抑制后期其他微生物生长，从源头上消除了污泥臭气的产生。
2、在碱性环境中进行微波水解，碱性环境中的OH-与重金属离子结合生成不溶于水的沉淀，脱除污泥中的重金属离子；然后将污泥中固体用于建材，液体作为有机肥，消除了有机液肥料化利用重金属污染的风险，消除和钝化看重金属离子对生态环境的污染风险。
3、通过微波水解，在微波和催化剂的作用下，对污泥中的菌体及其他蛋白进行快速水解、使其转变为水溶性氨基酸、多肽等小分子物质，使得污泥中固体能够大比例添加至砖体制造的建材中，避免了砖体在高温烧制过程中产生气泡，而造成砖的结构强度不高，容易粉碎的问题。
本发明技术方案的一种市政污泥高效除臭及资源化系统的有益效果是：系统集成，占地面积小，便于操作，在反应过程中，无三废排放，可充分、合理利用市政及河道污泥中有机及无机资源。
附图说明
图1为本发明技术方案一种市政污泥高效除臭及资源化系统结构示意图，
图2为图1的主视图。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现结合说明书具体实施例对本发明技术方案做进一步的说明。
本发明技术方案一种市政污泥高效除臭及资源化方法，依次包括调配污泥浆料、污泥浆料预热、污泥浆料微波水解和重金属脱除、污泥浆料冷却、污泥浆料固液分离以及有机液发酵和资源再利用等步骤。
第一步，调配污泥浆料，将由污水处理站运输来的新鲜污泥以固液比10～11：100～110的比例调配污泥浆料，并向污泥浆料中加入碱性催化剂，形成PH较高的碱性环境。碱性催化剂为氢氧化钾、氢氧化钙和氢氧化钠中的一种或多种混合碱。污泥、调配水和碱性催化剂的比例为10～11：100～110：2～2.1。其中以污泥、调配水和碱性催化剂的比例为10：100：2最佳。碱性催化剂的添加，使得污泥处于一个碱性环境中，能够有效的抑制污泥中微生物的生长，从源头上消除了污泥臭气的产生。
第二步，污泥浆料预热，将调配好的污泥浆料进行预热，采用通入高温蒸汽并搅拌实现预热，通过蒸汽将污泥浆料预热至90～100℃后，然后再进行微波水解。通过预热，一方面加快后续微波水解的进程，另一方面通过天然气等加热水蒸气，降低微波水解过程中电能加热污泥的成本。
第三步，污泥浆料微波水解和重金属脱除，将经过预热的污泥浆料进行微波催化水解反应。微波水解条件为：常压水解，水解温度为110～130℃，微波频率为500-5000MHz，微波时间30～70分钟。高能量的电磁波基本上能够杀死污泥中的一切微生物，避免微生物生长产生臭气。微波和碱性催化剂共同作用下，将污泥中的菌体及蛋白质快速水解，使其转变为水溶性氨基酸和多肽小分子物质，形成PH较高的碱性环境以抑制后期其他微物生物的生长。
碱性环境中的OH-会立即与游离的Cu、Fe、Hg、Cd等重金属离子结合生成不溶于水的沉淀，脱除污泥中的重金属离子。少量不能形成沉淀的重金属离子也容易被污泥中的二氧化硅和大分子的腐植物质吸收捕捉，最后这些重金属元素沉淀物将与大分子多孔的腐植物质、二氧化硅等无机物一起被压滤机过滤，随着有机液一起被滤除，实现污泥中重金属元素的脱除。此过程为污泥中分离的有机液后续无害化、资源化利用奠定基础。
在污泥浆料微波水解和重金属脱除中，既能实现污泥的除臭又能实现重金属的脱除。
第四步，污泥浆料冷却，经过微波水解后的污泥浆料首先进行冷却，后再进行压滤。冷却过程采用水冷，冷却水对高温污泥浆料冷却中升温至50～65℃后加入污泥中调配污泥浆料，节省能源和成本。
第五步，固液分离，将微波水解后经过冷却的污泥进行压滤，获得泥饼和有机液。因经过上述微波水解，使得污泥中的菌体及蛋白质快速水解，使其转变为水溶性氨基酸和多肽小分子物质，实现了泥饼中有机物含量<5％，无机物含量>95％，泥饼可全部用于添加至建材生产原料中。本技术中的泥饼可大比例添加至砖块建材原料中，砖块建材原料中泥饼含量为可高达38～40％。现有技术中，污泥烧砖的添加比例一般<5％，除因为烧制会产生臭味外最主要原因是添加比例较大时，因污泥中有机物含量过，导致高烧制时产生大量的气泡，造成砖的结构强度不高，容易粉碎。污泥经过本发明技术方案的方法处理后，有机物大分子水解为小分子，污泥中无机物被压滤出，即可大比例添加至建材烧结原料中。经实验，经过本方法处理的污泥烧制烧结普通砖时，添加比例可提高至40％，烧结后的普通砖块尺寸偏差、外观质量和结构强度均符合相应标准。
同时，通过压滤，泥饼中水分含量少，不含有微生物等，能够进行长时间库存，存放成本低。
第六步，有机液发酵和资源再利用，通过微波水解，污泥中的蛋白类物质转换为可溶性氨基酸、多肽等，在压滤时，随有机液一起被排出。向有机液中添加秸秆粉末和酵母菌进行发酵，有机液、秸秆粉末和酵母菌比例为100～110：100～110：1～1.1。发酵过程为，首先在25～35℃下先经过24～28小时好氧培养，然再进行36～38小时厌氧培养，获得生物有机肥料。
由于有机液中均为小分子有机物能快速被酵母菌吸收利用，导致酵母菌好氧培养时增值速度极快，培养24h后，培养基表面便有大量毛絮状菌丝体长出，再厌氧36小时后，培养基内便产生了浓郁的酒香，肥料产品理化指标质量完全有别于普通的好氧生物有机肥料。通过设置对照组，在25℃进行发酵培养，发现污泥直接混入秸秆粉和酵母菌进行发酵时，自然升温至60℃时需要发酵时间约7天，且发酵产品中仍含有大量的有害微生物和虫卵，重金属中镉、铅等重元素含量较高，不符合生物有机肥肥料标准，发酵物气味复杂，含有未知成分的臭味。
本发明技术方案一种市政污泥高效除臭及资源化方法，还有以下优点：对实现本方法的设备系统要求简单，可实现连续生产，规模化复制。生产过程中化学变化主要为蛋白质等有机物水解过程，生产过程及后续均无三废排放。通过本方法，可充分、合理利用市政及河道污泥中有机及无机资源。
如图1和图2所示，本发明技术方案中还提出一种市政污泥高效除臭及资源化系统，包括依次设置的用于对污泥调配成污泥浆料的调配罐4、对污泥浆料进行高温水解的微波反应器6、对水解后的浆料进行降温冷却的冷却罐10、对冷却后的浆料进行固液分离的压滤机7和收集压滤机7固液分离产生的有机液的有机液罐8。所述调配罐4上连接有污泥提升机5，污泥提升机5将污泥提升至调配罐4内。所述微波反应器6上连接有一冷凝器3，微波生产的气体和水汽被冷凝回流。调配罐4上连接有热水储罐2和催化剂储罐1，所述冷却罐10和所述热水储罐2之间设置有水源热泵机组9，冷却水中的热量，通过水源热泵机组9交换至热水储罐2内，并逐渐升温至50～65℃，最终用于污泥均质调配使用，节约能源，降低成本。
基于上述技术方案，污泥在本市政污泥高效除臭及资源化系统中的处理过程为：首先通过污泥提升机5将收集来的污泥提升至调配罐4，按比例向调配罐4内加入水和碱性催化剂，制备成污泥浆料，在本调配过程中，可利用热水储罐2中的热水进行调配。然后向调配罐4通入高温蒸汽并搅拌，将污泥浆料升温至90～100℃。再通过污泥泵将高温浆料泵入微波反应器6，在110～130℃常压下微波30～70分钟，微波频率为500-5000MHz。污泥在微波水解中产生的气体和水气进入冷凝器3进行冷凝回流至微波反应器6内。微波结束后，将污泥泵入冷却罐10进行冷却，高温污泥在冷却罐10进行冷却时，采用水冷，水冷中产生的热水存至热水储罐2内，为调配污泥准备。将冷却后的污泥至压滤机7内进行压滤，实现固液分离，获得泥饼和有机液，泥饼添加至建材中，有机液存放至有机液罐8内，向有机液罐8内加入秸秆粉末和酵母菌，先进行好养培养，然后记性厌氧发酵，获得有机肥料。
本发明技术方案在上面结合实施例对发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性改进，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种市政污泥高效除臭及资源化方法，其特征在于，包括，
微波水解和重金属脱除：向污泥中加入调配水和碱性催化剂，制备污泥浆料，然后将污泥浆料进行微波催化水解反应，杀死其中的微生物，微波将污泥中的菌体及蛋白质快速水解、转变为水溶性氨基酸和多肽小分子物质，形成碱性环境；碱性环境中的OH-与重金属离子结合生成不溶于水的沉淀，脱除污泥中的重金属离子；
固液分离：将经过微波水解后污泥进行压滤，获得泥饼和有机液；泥饼中有机物含量<5％，无机物含量>95％，泥饼全部用于添加至建材生产原料中，建材原料中泥饼含量为38～40％；向有机液中添加秸秆粉末和酵母菌进行发酵，有机液、秸秆粉末和酵母菌比例为100～110：100～110：1～1.1；发酵过程为，首先在25～35℃下先经过24～28小时好氧培养，然再进行36～38小时厌氧培养，获得生物有机肥料。
2.根据权利要求1所述的市政污泥高效除臭及资源化方法，其特征在于，所述污泥浆料中污泥、调配水和碱性催化剂比例为10～11：100～110：2～2.1，所述污泥浆料调配完成后，首先通过蒸汽预热至90～100℃后，然后再进行微波水解。
3.根据权利要求1所述的市政污泥高效除臭及资源化方法，其特征在于，所述碱性催化剂为氢氧化钾、氢氧化钙和氢氧化钠中的一种或多种混合碱。
4.根据权利要求1所述的市政污泥高效除臭及资源化方法，其特征在于，经过微波水解后的污泥浆料首先进入冷却罐进行冷却，后再进行压滤；冷却过程采用水冷，冷却水在对高温污泥浆料冷却中升温至50～65℃后加入污泥中调配污泥浆料。
5.一种市政污泥高效除臭及资源化系统，其特征在于，包括依次设置的调配罐、微波反应器、冷却罐、压滤机和有机液罐，所述调配罐上连接有污泥提升机，所述微波反应器上连接有一冷凝器。
6.根据权利要求5所述的市政污泥高效除臭及资源化系统，其特征在于，所述调配罐上连接有热水储罐和催化剂储罐，所述冷却罐和所述热水储罐之间设置有水源热泵机组。
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