CN113060916A - 一种剩余污泥无害化的处理方法 - Google Patents

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杨威
李继
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Abstract

本发明固体废弃物处理技术领域，尤其涉及一种剩余污泥无害化的处理方法。本发明提供了一种剩余污泥无害化的处理方法，包括以下步骤：将含有生物淋滤菌种的接种污泥、单质硫和剩余污泥进行混合，发生生物淋滤和好氧消化反应。本发明提供的处理方法使剩余污泥兼有生物淋滤和好氧消化作用，起到去除剩余污泥中重金属和有机物的双重效果，降低剩余污泥土地利用的风险。

Description

一种剩余污泥无害化的处理方法
技术领域
本发明固体废弃物处理技术领域，尤其涉及一种剩余污泥无害化的处理方法。
背景技术
目前，城市污水处理厂以活性污泥法为主要处理工艺，剩余污泥为污水处理过程中产生的副产物，针对剩余污泥处置最为简单有效的方法为土地利用，剩余污泥中含有大量氮、磷等植物生长所需的营养元素，具有很高的肥效价值；而且剩余污泥土地利用还可以改善土壤结构和土壤微生物群落，因此，剩余污泥土地利用不仅可以降低剩余污泥处理处置成本，而且实现了剩余污泥的资源化利用。
但是，由于工业废水、生活污水及地表径流中存在的重金属不能被微生物所降解，在活性污泥法处理过程中会经富集、吸附、絮凝等作用从污泥液相转移到污泥固相中，导致剩余污泥重金属含量超标，存在一定的土地利用风险，成为剩余污泥土地利用的主要限制性因素。另一方面，剩余污泥中含有大量有机物，若不经过有效处理，在后续土地利用时会被厌氧微生物分解而产生臭气，具有二次污染的风险。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种剩余污泥无害化的处理方法，本发明提供的剩余污泥无害化的处理方法同时实现了重金属的有效去除和有机物的降解，使剩余污泥趋于稳定化，解决了剩余污泥土地利用时重金属含量超标且易产生臭气的问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种剩余污泥无害化的处理方法，包括以下步骤：
将含有生物淋滤菌种的接种污泥、单质硫和剩余污泥进行曝气混合，发生生物淋滤和好氧消化反应；
所述生物淋滤菌种为以嗜酸性硫杆菌为优势种群的混合生物淋滤菌种。
优选的，所述剩余污泥的pH值为5～8，所述剩余污泥的固含率为2～6％。
优选的，所述含有生物淋滤菌种的接种污泥和剩余污泥的体积比为(1～10)：20。
优选的，所述单质硫的质量和剩余污泥的体积比为(2～10)g：1L。
优选的，所述含有生物淋滤菌种的接种污泥的pH值为1.5～2。
优选的，所述曝气混合的溶解氧浓度为1～10mg/L；所述曝气混合的温度为20～50℃，时间为7～15天。
优选的，所述曝气混合在搅拌的条件下进行，所述搅拌的速度为100～300r/min。
优选的，所述含有生物淋滤菌种的接种污泥的制备方法包括以下步骤：
将剩余污泥和单质硫预混，进行预生物淋滤反应，得到初始接种污泥；
将所述初始接种污泥、单质硫和剩余污泥混合，进行1次生物淋滤反应，得到一次接种污泥；
将所述一次接种污泥循环进行N次生物淋滤反应，得到所述含有生物淋滤菌种的接种污泥，N≥2。
优选的，所述初始接种污泥和剩余污泥的体积比为(1～2)：10；
优选的，所述N为3～4。
本发明提供了一种剩余污泥无害化的处理方法，包括以下步骤：将含有生物淋滤菌种的接种污泥、单质硫和剩余污泥进行混合，发生生物淋滤和好氧消化反应；所述生物淋滤菌种为以嗜酸性硫杆菌为优势种群的混合生物淋滤菌种。本发明提供的处理方法将含有生物淋滤菌种的接种污泥、单质硫和剩余污泥进行混合，利用生物淋滤菌种发生生物淋滤反应时的直接作用或代谢产物(三价铁离子和硫酸)的间接作用，发生氧化、还原、络合、吸附和溶解等反应时产生的H+，降低剩余污泥的pH值，同时交换出吸附在剩余污泥中的重金属，而且嗜酸性硫杆菌可将剩余污泥中的金属硫化物转化成游离态的金属离子，从而将重金属从剩余污泥固相转移到污泥液相中，达到去除剩余污泥中重金属的目的；同时，在曝气混合过程中，通过剩余污泥中的微生物呼吸作用将可生物降解成分(细胞物质、有机化合物)逐渐氧化成CO2、H2O等物质，有效降低剩余污泥中有机物的含量，从而使剩余污泥的性质趋于稳定。本发明提供的处理方法使剩余污泥兼有生物淋滤和好氧消化作用，起到去除剩余污泥中重金属和有机物的双重效果，降低剩余污泥的土地利用风险。由实施例的结果表明，本发明提供的处理方法剩余污泥中Zn的去除率为73.54～91.46％，Cu的去除率为50.30～73.14％，Mn的去除率为51.22～72.28％，Ni的去除率为48.21～58.47％，剩余污泥中悬浮固体物质总量(MLSS)的去除率为46.67～54.07％，有机物含量(MLVSS)的去除率为52.60～68.50％。
本发明提供的处理方法反应条件温和，易于操作，成本低，对去除污泥中重金属具有良好的效果，在剩余污泥处理处置领域有很大的应用潜力。
附图说明
图1为实施例1提供的处理方法剩余污泥重金属的去除效果图。
具体实施方式
本发明提供了一种剩余污泥无害化的处理方法，包括以下步骤：
将含有生物淋滤菌种的接种污泥、单质硫和剩余污泥进行曝气混合，发生生物淋滤和好氧消化反应；
所述生物淋滤菌种为以嗜酸性硫杆菌为优势种群的混合生物淋滤菌种。
在本发明中，所述剩余污泥的pH值优选为5～8，更优选为6～7，所述剩余污泥的固含率优选为2～6％，更优选为3～5％；在本发明中，所述剩余污泥的来源为污水处理过程中产生的副产物，所述剩余污泥中含有污水处理过程中富集、吸附和絮凝的重金属和有机物。
在本发明中，所述含有生物淋滤菌种的接种污泥中的生物淋滤菌种为以嗜酸性硫杆菌为优势种群的混合生物淋滤菌种；在本发明中，所述含有生物淋滤菌种的接种污泥的pH值优选为1.5～2；在本发明中，所述含有生物淋滤菌种的接种污泥的固含率的保护范围优选与剩余污泥的固含率的保护范围相同。在本发明中，所述含有生物淋滤菌种的接种污泥和剩余污泥的体积比优选为(1～10)：20，更优选为(2～8)：20；最优选为(4～5)：20。
在本发明中，所述单质硫作为生物淋滤菌种的能源物质，所述单质硫优选为单质硫粉，所述单质硫粉的粒径优选为1～5μm，在本发明中，所述单质硫的质量和剩余污泥的体积比优选为(2～10)g：1L，更优选为(3～8)g：1L，最优选为(5～6)g：1L。
在本发明中，所述含有生物淋滤菌种的接种污泥中的生物淋滤菌种以单质硫作为能源物质，发生生物淋滤反应，在生物淋滤反应过程中，以嗜酸性硫杆菌为优势种群的生物淋滤菌种发生氧化、还原、络合、吸附和溶解反应时产生的H+，降低剩余污泥的pH值，同时交换出吸附在剩余污泥中的重金属，而且嗜酸性硫杆菌可将剩余污泥中的金属硫化物转化成游离态的金属离子，从而将重金属从剩余污泥固相转移到污泥液相中，达到去除剩余污泥中重金属的目的。
同时，由于生物淋滤为产酸过程，主要为硫酸，硫酸的酸性环境可以杀灭剩余污泥中的大部分致病菌，可使剩余污泥在后续处理处置中以不损害环境的形式返回到自然环境中。
本发明对所述含有生物淋滤菌种的接种污泥的培养方法没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的富集驯化方法即可，在本发明中，所述含有生物淋滤菌种的接种污泥的制备方法优选包括以下步骤：
将剩余污泥和单质硫预混，进行预生物淋滤反应，得到初始接种污泥；
将所述初始接种污泥、单质硫和剩余污泥混合，进行生物淋滤反应，得到一次接种污泥；
将一次接种污泥循环进行所述生物淋滤反应，直至得到所述含有生物淋滤菌种的接种污泥。
本发明将剩余污泥和单质硫预混，进行预生物淋滤反应，得到初始接种污泥。
在本发明中，所述剩余污泥的来源和特征参数的保护范围与上述剩余污泥的来源和特征参数的保护范围相同，在此不再赘述。本发明采用剩余污泥原位富集驯化制备含有生物淋滤菌种的接种污泥，得到的接种污泥中的生物淋滤菌种为更适应污泥环境的生物淋滤菌种，缩短了生物淋滤菌种的迟缓期，便于生物淋滤反应快速启动。
在本发明中，所述单质硫的特征参数和用量的保护范围与上述单质硫的特征参数和用量的保护范围相同，在此不再赘述。
在本发明中，所述初始接种污泥的pH值优选<2或所述初始接种污泥的氧化还原电位(ORP)值优选>500mV。
在本发明中，所述预混的温度优选为20～50℃，更优选为25～45℃，所述预混的时间优选以所述初始接种污泥的pH值达到上述要求或所述初始接种污泥的ORP值达到上述要求；在本发明的具体实施例中，所述预混在恒温震荡箱中进行，所述恒温振荡箱的转速优选为100～300r/min，更优选为150～250r/min。
得到初始接种污泥后，本发明将初始接种污泥、单质硫和剩余污泥混合，进行1次生物淋滤反应，得到一次接种污泥。
在本发明中，所述初始接种污泥和剩余污泥的体积比优选为(1～2)：10，更优选为(1～2)：8，最优选为(1～2)：5；所述单质硫的特征参数和用量的保护范围与上述单质硫的特征参数和用量的保护范围相同，在此不再赘述。
在本发明中，所述一次接种污泥的特征参数和初始接种污泥的特征参数相同，在此不在赘述。
在本发明中，所述一次混合的特征参数和预混的特征参数的保护范围相同，在此不在赘述。
得到一次接种污泥后，本发明将一次接种污泥循环进行N次生物淋滤反应，得到所述含有生物淋滤菌种的接种污泥。在本发明中，所述N优选为3～4，在本发明中，随着生物淋滤反应次数的增加，每次生物淋滤反应的时间逐渐缩短，本发明通过生物淋滤反应的时间来确定生物淋虑反应的次数，当生物淋滤反应的时间小于2～3天本发明确定得到所述含有生物淋滤菌种的接种污泥。
本发明将含有生物淋滤菌种的接种污泥、单质硫和剩余污泥进行曝气混合，本发明通过曝气，剩余污泥中的微生物会不断发生氧化代谢和自身氧化，起到剩余污泥好氧消化的效果，当有机物消耗完之后微生物进入内源呼吸期，导致微生物死亡，剩余污泥中有机物的浓度随着细菌的好氧消化不断下降，为后续处理处置消除产生臭气的隐患且起到了污泥减量化的效果。
在本发明中，所述曝气优选为充氧曝气，曝气时所述混合得到体系的溶解氧浓度优选为1～10mg/L，更优选为2.5～7mg/L，最优选为4～6mg/L；所述混合的温度优选为20～50℃，更优选为30～45℃，所述混合的时间优选为7～15天，更优选为8～12天；在本发明中，由于曝气混合过程中存在水分的蒸发，本发明需每日补充水分，确保生物淋滤和好氧消化反应过程中，剩余污泥的体积不变。在本发明中，所述混合优选在搅拌的条件下进行，所述搅拌的速度优选为100～300r/min，更优选为150～250r/min。
本发明提供的处理方法将含有生物淋滤菌种的接种污泥、单质硫和剩余污泥进行混合，利用含有生物淋滤菌种的接种污泥中的生物淋滤菌种发生生物淋滤反应时的直接作用或代谢产物的间接作用，发生氧化、还原、络合、吸附和溶解等反应，使剩余污泥中的重金属溶出，达到去除剩余污泥中重金属的目的；同时，在曝气混合过程中，通过微生物呼吸作用将可生物降解成分(细胞物质、有机化合物)逐渐氧化成CO2、H2O等物质，有效降低剩余污泥中有机物的含量，从而使剩余污泥的性质趋于稳定，降低剩余污泥土地利用的风险。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅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做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。
实施例1
量取0.2L污水厂储泥池的剩余污泥(pH值为5，固含率为2％)于锥形瓶中，其中剩余污泥中各重金属的含量如表1所示；加入5g/L的单质硫粉，置于温度为26℃，转速为180r/min的恒温振荡箱中，每日测量剩余污泥pH和ORP值，待剩余污泥pH<2或剩余污泥ORP值>500mV时，移取0.02L污泥按照10％(v/v)比例加入到新鲜剩余污泥中，并重复上述步骤3次得到含有生物淋滤菌种的接种污泥；
表1污水厂储泥池的剩余污泥中各重金属含量
Figure BDA0003026353060000061
取一个圆柱形开盖容器(体积为5L)，加入3L的剩余污泥(重金属Zn含量为883.17mg/kg，Cu含量为199.17mg/kg，Mn含量为391.03mg/kg，Ni含量为33.50mg/kg)，并按照10％(v/v)比例加入含有生物淋滤菌种的接种污泥(pH值为1.5)，投加5g/L的硫粉(以剩余污泥的体积为准)，并对其进行充氧曝气，保证溶解氧浓度处于3mg/L，利用转速为100r/min的搅拌桨使污泥处于均匀混合状态；反应过程中定时补充蒸发的水分，10d后测定污泥中重金属含量及污泥MLSS、MLVSS的变化情况，其检测结果如表2和表3所示。
对比例1
含有生物淋滤菌种的接种污泥的制备方法与实施例1相同；
取一个圆柱形开盖容器(体积为5L)，加入3L的剩余污泥，并按照10％(v/v)比例加入含有生物淋滤菌种的接种污泥，不投加硫粉，不对其进行充氧曝气，利用转速为100r/min的搅拌桨使污泥处于均匀混合状态；反应过程中定时补充蒸发的水分，10d后测定污泥中重金属含量及污泥MLSS、MLVSS的变化情况，其检测结果如表2和表3所示。
对比例2
含有生物淋滤菌种的接种污泥的制备方法与实施例1相同；
取一个圆柱形开盖容器(体积为5L)，加入3L的剩余污泥，并按照10％(v/v)比例加入含有生物淋滤菌种的接种污泥，投加5g/L硫粉，不对其进行充氧曝气，利用转速为100r/min的搅拌桨使污泥处于均匀混合状态；反应过程中定时补充蒸发的水分，10d后测定污泥中重金属含量及污泥MLSS、MLVSS的变化情况，其检测结果如表2和表3所示。
对比例3
含有生物淋滤菌种的接种污泥的制备方法与实施例1相同；
取一个圆柱形开盖容器(体积为5L)，加入3L的剩余污泥，并按照10％(v/v)比例加入含有生物淋滤菌种的接种污泥，不投加硫粉，对其进行充氧曝气，保证溶解氧浓度处于3mg/L，利用转速为100r/min的搅拌桨使污泥处于均匀混合状态；反应过程中定时补充蒸发的水分，10d后测定污泥中重金属含量及污泥MLSS、MLVSS的变化情况，其检测结果如表2和表3所示。
实施例2
含有生物淋滤菌种的接种污泥的制备方法与实施例1相同；
取一透明圆柱形反应器(5L)，加入3L的剩余污泥(pH值为8，固含率为6％)，保证污泥固含率为2％，并按照10％(v/v)比例加入含有生物淋滤菌种的接种污泥(pH值为1.5)，投加2g/L单质硫粉，同时对污泥进行曝气，保证溶解氧溶度在3mg/L，并用转速为100r/min的搅拌桨使污泥处于均匀混合状态，定期补充反应过程中因蒸发而流失的水分，反应时间为7d，测定污泥中重金属含量及污泥MLSS、MLVSS的变化情况，其检测结果如表2和表3所示。
实施例3
含有生物淋滤菌种的接种污泥的制备方法与实施例1相同；
取一透明圆柱形反应器(体积为5L)，加入3L的剩余污泥(pH值为6，固含率为3％)，保证污泥固含率为4％，并按照20％(v/v)比例加入含有生物淋滤菌种的接种污泥(pH值为2)，投加5g/L单质硫粉，同时对污泥进行曝气，保证溶解氧溶度在5mg/L，并用转速为150r/min的搅拌桨使污泥处于均匀混合状态，定期补充反应过程中因蒸发而流失的水分，反应时间为12d，测定污泥中重金属含量及污泥MLSS、MLVSS的变化情况，其检测结果如表2和表3所示。
实施例4
含有生物淋滤菌种的接种污泥的制备方法与实施例1相同；
取一透明圆柱形反应器(体积为5L)，加入3L的剩余污泥(pH值为7，固含率为3％)，并按照15％(v/v)比例加入含有生物淋滤菌种的接种污泥(pH值为1.5)，投加4g/L单质硫粉，同时对污泥进行曝气，保证溶解氧溶度在4mg/L，并用转速为120r/min的搅拌桨使污泥处于均匀混合状态，定期补充反应过程中因蒸发而流失的水分，反应时间为10d，测定剩余污泥中重金属含量及污泥MLSS、MLVSS的变化情况，其检测结果如表2和表3所示。
表2实施例1～4和对比例1～3反应前后剩余污泥中重金属含量变化
Figure BDA0003026353060000091
表2实施例1～4和对比例1～3重金属和有机物去除率结果
Figure BDA0003026353060000092
表2为实施例1～4和对比例1～3反应前后剩余污泥中重金属含量变化，表3为实施例1～4和对比例1～3对剩余污泥处理后的重金属去除率和有机物去除率数据，为了更直观表示实施例1对重金属离子的去除效果，图1为实施例1中重金属的去除效果图；由表2～3和图1可知，本发明提供的剩余污泥无害化的处理方法使剩余污泥兼有生物淋滤和好氧消化作用，起到去除剩余污泥中重金属和有机物的双重效果，剩余污泥中Zn的去除率为73.54～91.46％，Cu的去除率为50.30～73.14％，Mn的去除率为51.22～72.28％，Ni的去除率为48.21～58.47％，剩余污泥中悬浮固体物质总量(MLSS)的去除率为46.67～54.07％，有机物含量(MLVSS)的去除率为52.60～68.50％，降低剩余污泥土地利用的风险；而对比例1不投加硫粉且不进行充氧曝气，生物淋滤和好氧消化作用均不发生，对比例2仅投加5g/L硫粉，不对其进行充氧曝气，仅发生生物淋滤反应，，对比例3不投加硫粉，对其进行充氧曝气，仅发生好氧消化作用，通过分析对比例1～3的剩余污泥重金属和有机物的去除效果，均相较于实施例1～4的效果差。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种剩余污泥无害化的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
将含有生物淋滤菌种的接种污泥、单质硫和剩余污泥进行曝气混合，发生生物淋滤和好氧消化反应；
所述生物淋滤菌种为以嗜酸性硫杆菌为优势种群的混合生物淋滤菌种。
2.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述剩余污泥的pH值为5～8，所述剩余污泥的固含率为2～6％。
3.如权利要求1或2所述的处理方法，其特征在于，所述含有生物淋滤菌种的接种污泥和剩余污泥的体积比为(1～10)：20。
4.如权利要求1或2所述的处理方法，其特征在于，所述单质硫的质量和剩余污泥的体积比为(2～10)g：1L。
5.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述含有生物淋滤菌种的接种污泥的pH值为1.5～2。
6.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述曝气混合的溶解氧浓度为1～10mg/L；所述曝气混合的温度为20～50℃，时间为7～15天。
7.如权利要求1或6所述的处理方法，其特征在于，所述曝气混合在搅拌的条件下进行，所述搅拌的速度为100～300r/min。
8.如权利要求1或5所述的处理方法，其特征在于，所述含有生物淋滤菌种的接种污泥的制备方法包括以下步骤：
将剩余污泥和单质硫预混，进行预生物淋滤反应，得到初始接种污泥；
将所述初始接种污泥、单质硫和剩余污泥混合进行1次生物淋滤反应，得到一次接种污泥；
将所述一次接种污泥循环进行N次生物淋滤反应，得到所述含有生物淋滤菌种的接种污泥，N≥2。
9.如权利要求8所述的处理方法，其特征在于，所述初始接种污泥和剩余污泥的体积比为(1～2)：10。
10.如权利要求8所述的处理方法，其特征在于，所述N为3～4。
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李顺鹏: "《环境生物学》", 30 June 2002, 中国农业出版社 *

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