CN113860703A - 一种热活化过硫酸盐预处理的剩余污泥减量化和资源化方法 - Google Patents

一种热活化过硫酸盐预处理的剩余污泥减量化和资源化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热活化过硫酸盐预处理的剩余污泥减量化和资源化方法。该方法为：将热活化过硫酸盐预处理‑机械脱水‑脱出水阳离子交换‑磷酸铵镁反应回收氮磷‑脱出水回流至污水处理系统补充碳源的集成工艺，实现剩余污泥减量化和资源化。采用热活化过硫酸盐预处理方法，既破解污泥释放氮磷等营养元素，又提高了剩余污泥的脱水性能；采用阳离子交换去除污泥脱出水中的钙、铝、铁等金属，保证磷酸铵镁产物的纯度；通过磷酸铵镁反应同步回收污泥脱出水中的氨氮和正磷酸盐，制得高纯度的磷酸铵镁产物，同时保留大量有机物；氮磷回收后的污泥脱出水含有大量有机物，可回流至生化处理段补充碳源。该方法可同步实现剩余污泥的减量化和资源化。

Description

一种热活化过硫酸盐预处理的剩余污泥减量化和资源化方法
技术领域
本发明涉及一种热活化过硫酸盐预处理的剩余污泥减量化和资源化方法，具体涉及热活化过硫酸盐处理、机械脱水、阳离子交换和磷酸铵镁反应回收氮磷过程。
背景技术
剩余污泥是市政污水处理厂通过物理、化学、生物过程处理污水的产物，主要来源于初次沉淀池和二次沉淀池等工艺环节。现代市政污水处理厂普遍采用具有脱氮除磷功能的生物化学二级处理工艺，市政废水经过生物化学二级处理工艺处理后达标排放，市政废水中未被完全降解的污染物进入剩余污泥中。剩余污泥是一种极为复杂的混合物，是一种由有机残片、细菌菌体、胶体、无机颗粒等组成的胶状液态非均质混合物。其中含有有机质、氮、磷等具有回收利用价值的物质，含有Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Ni等重金属污染物，含有多溴联苯醚、多环芳烃等持久性有机污染物，还含有抗性基因、微塑料等新兴污染物。若剩余污泥处理处置不当，不仅无法回收其中的物质与能量，其中的污染物还将进入环境造成污染。
截至2019年12月底，全国城市污水处理厂处理能力1.77亿立方米/日，累计处理污水量532亿立方米。在2018年，全国干污泥产生量1176万吨，干污泥处置量1129万吨。随着我国各项事业的发展，剩余污泥产量仍将以每年10～15％的速度增长。剩余污泥处理处置费用较高，占市政污水处理厂运营成本的50～70％
过去较长一段时间，我国剩余污泥处理率偏低，长期存在“重水轻泥”的现象，剩余污泥处理处置的能力和水平严重滞后，形势较为严峻。2015年印发的《水污染防治行动计划》(简称“水十条”)明确提出推进污泥处理处置，推进剩余污泥的稳定化、无害化和资源化处理处置，现有污泥处理处置设施应于2017年底前基本完成达标改造，地级及以上城市污泥无害化处理处置率应于2020年底前达到90％以上。2020年印发的《城镇生活污水处理设施补短板强弱项实施方案》指出，在污泥浓缩、调理和脱水等减量化处理基础上，根据污泥产生量和泥质，结合本地经济社会发展水平，选择适宜的处置技术路线。
在市政污水处理厂中，废水经过二级生化处理后，在二次沉淀池中完成泥水分离。二沉池污泥含水率高达99～99.5％，呈现常规水状，流动性与废水无区别。二沉池污泥进入重力浓缩池后，经12～24h 的重力沉降，含水率下降至96～97％。浓缩污泥进入厌氧消化池后，兼性微生物和厌氧微生物将剩余污泥中的糖类、蛋白质、脂肪、腐殖酸等大分子有机物降解为小分子物质，最终转化为CH4、CO2、H2O 和H2S，减少了剩余污泥量，回收其中的物质与能量。厌氧消化减少了剩余污泥量，但同时使得污泥脱水性能恶化。经过厌氧消化处理，污泥的含水率依然较大，需要进一步脱除污泥中的水分，使其转化为半固态或固态泥块，以利于后续处理处置与运输。污泥预处理指通过物理或化学途径预处理剩余污泥，优化脱水性能，使其达到后续脱水的要求。我国市政污水处理厂常通过投加化学药剂(如有机高分子絮凝剂、铁盐絮凝剂、铝盐絮凝剂等)进行污泥预处理，高压加热和冻融在原理上也可实现污泥预处理。狭义上，污泥脱水指将污泥含水率降低至75～85％的操作，可脱除吸游离水、毛细水和部分吸附水，将污泥体积降为初始体积的10％以下。该过程一般通过机械途径实现，常见的途径包括带式压滤、板框压滤、螺旋压榨、离心脱水、真空过滤、电渗透等。脱水污泥的含水率一般为75～85％，该含水率是常规机械途径所能达到的含水率极限。后续的污泥干化通过渗滤或蒸发等作用进行，将剩余污泥含水率进一步降低至45～60％，从而满足后续焚烧、填埋、建材、土地利用等处置方式的要求。
目前报道的剩余污泥预处理的方法有超声波、热处理、酸化、碱解、臭氧、氯气等。臭氧氧化处理剩余污泥，有明显的减量作用，但是会造成后续系统氮、磷去除效率下降，另外臭氧法污泥减量成本高，难以大规模应用；氯气氧化破解存在产生致癌物质的潜在危险限制了其在污泥预处理中的应用；超声波能高效破碎细胞，溶出胞内物质，具有较高的破解效率，但是具有较高的能耗。上述预处理方式均存在一定问题。寻找一种效果好、对处理设备要求低、能耗低、药剂投加量少、安全性强、不产生副产物增加后续处理负担、可破解污泥利于后续资源化的预处理方法成为目前剩余污泥处理的热点问题，也是本发明的出发点。
过硫酸盐的氧化还原电位为2.01V，但在常规条件下较为稳定，不与有机物反应。使O-O过氧键断裂产生SO4 -·的活化能为140.2 kJ/mol。由于过硫酸盐的反应活化能较高，通常采用加热、辐射、紫外光照、过渡金属离子催化活化过硫酸盐，产生硫酸根自由基。热活化过硫酸盐处理的方法是在热水解的基础上发展而来的，利用高温活化过硫酸盐产生硫酸根自由基，硫酸根自由基降解剩余污泥中的胞外聚合物，副产物H+降低了污泥颗粒表面的负电荷，在实现污泥破解的同时改善了脱水性能。相对于其他预处理方法，热活化过硫酸盐处理剩余污泥具有大幅度优化脱水性能、高效破解污泥、不流失氮磷等营养物质的优势。在热活化过硫酸盐处理过程中，高温促进蛋白质变性，细胞膜上的载体蛋白发生变化，进而使细胞内的有机物进入水体中得以释放，酸作为辅助剂加快了细胞的破解，可以提高水解速率，降低热解能耗，提高破胞效率。过硫酸盐高级氧化法处理污泥有两方面作用，一方面可使剩余污泥脱水性能提高利于后续处理处置，另一方面是破解污泥并使有机物、氮、磷等营养物质溶出以利于后续资源化处理。
磷是第15号化学元素，符号P，分子量30.97，位于元素周期表的第三周期第ⅤA族。磷存在于所有细胞中，几乎参与所有生理上的化学反应，与生命活动息息相关，也是化工生产的重要原料。人类直接获取的磷元素主要来自磷矿石，磷元素在生物圈中基本上是单向流动的。磷矿石经过人类的开采和加工转化成的可溶性磷酸盐，人类社会排放的磷酸盐随雨水和地表径流进入土壤与海洋。海洋中的正磷酸盐会与镁、铝、铁、钙等金属元素形成沉淀，沉积至深海，难以重新释放出来，从而导致了磷在生物圈中的单向流动。因此，磷元素是一种不可再生的宝贵资源。
磷元素从人类社会回到自然环境的主要途径为生活污水与废弃物。生活污水纳入市政污水处理厂；废弃物经处理处置后，产生的垃圾渗滤液收集后也输送至填埋场的污水处理设施。因此，人类排放的磷元素，相当一部分将在市政污水处理厂汇集。现代市政污水处理厂普遍采用脱氮除磷的生物工艺，氮元素转化为氮气从而得到去除，磷元素最终在剩余污泥中富集。在城市污水二级生化处理系统中，进水中90％以上的磷元素会转移到剩余污泥中，因此从剩余污泥中回收磷元素是磷回收的重要途经。
磷酸铵镁(MgNH4PO4·6H2O)俗称鸟粪石，是一种难溶于水的白色晶体。0℃时在水中的溶解度为0.023g/L，25℃时在水中的溶度积为2.5×10-13。在氨氮和正磷酸盐存在的条件下，当pH达到9～10，磷酸铵镁反应可从污泥脱出水中以1:1的比例回收氨氮和正磷酸盐。磷酸铵镁沉淀法同步回收氨氮和正磷酸盐，不仅减轻了后续处理的负担，形成的鸟粪石(折算P2O5含量约58.0％)是一种优质的缓释肥。在沉淀过程中，MgNH4PO4·6H2O基本不吸收水中的有机物，处理后污泥上清液中的碳源基本保留，氨氮、正磷酸盐被大幅度去除，可回流至生化处理工艺中补充碳源。磷酸铵镁所含的镁、氮、磷都是作物生长的必须营养物质，具有较高的经济价值。
发明内容
本发明提供了一种剩余污泥的热活化过硫酸盐预处理-机械脱水- 脱出水阳离子交换-磷酸铵镁反应回收氮磷-脱出水回流至污水处理系统补充碳源的集成工艺，实现剩余污泥减量化和资源化。采用热活化过硫酸盐预处理方法，既破解污泥释放氮磷等营养元素，又提高了剩余污泥的脱水性能；采用阳离子交换去除污泥脱出水中的钙、铝、铁等金属，保证磷酸铵镁产物的纯度；通过磷酸铵镁反应同步回收污泥脱出水中的氨氮和正磷酸盐，制得高纯度的磷酸铵镁产物，同时保留大量有机物；氮磷回收后的污泥脱出水含有大量有机物，可回流至生化处理段补充碳源。该方法可同步实现剩余污泥的减量化和资源化。
本发明为解决上述问题采用如下技术方案。
一种热活化过硫酸盐预处理的剩余污泥减量化和资源化方法，包括如下步骤：
(1)剩余污泥预处理：将剩余污泥重力浓缩至浓度为30～40g/L，相当于含水率为96～97％的浓缩污泥；
(2)热活化过硫酸盐处理：向浓缩污泥中以0.2～0.5g过硫酸钠/g TS 投加过硫酸盐，加热反应；
(3)机械脱水：通过高压隔膜板框压滤机进行机械脱水，得到泥饼和脱出水；
(4)离子交换：脱出水通过阳离子交换树脂柱进行离子交换，该步骤用于除去脱出水中的钙、铝和铁金属元素；
(5)磷酸铵镁反应：根据正磷酸盐浓度，向离子交换后的脱出水加入氧化镁或氢氧化镁；在搅拌条件下，调节pH，稳定反应10～30min 后，重力作用下分离沉淀物。
上述方法中，步骤(2)中，所述过硫酸盐采用工业级99％纯度过硫酸钠。
上述方法中，步骤(2)中，所述反应的温度为60～90℃。
上述方法中，步骤(2)中，所述反应的时间为30～90min。
上述方法中，步骤(2)中，所述热活化过硫酸盐处理具体步骤为，在反应釜中加入浓缩污泥，加热至60～90℃，投加0.2～0.5g过硫酸钠/g TS，在100～200rpm下搅拌反应30～90min。
上述方法中，步骤(2)中，所述经过热活化过硫酸盐处理后，剩余污泥的毛细吸水时间降至不足30s，脱水性能大幅改善；脱出水的总磷180～200mg/L，全部以正磷酸盐的形式存在；氨氮350～400 mg/L；COD10000～13000mg/L，污泥细胞破解程度高，VS降幅为 20～30％。
上述方法中，热活化过硫酸盐处理后的剩余污泥，通过高压隔膜板框压滤机进行机械脱水，脱出水通过阳离子交换树脂柱。为保证磷酸铵镁沉淀的纯度，将污泥脱出水通过阳离子交换柱除去钙、铝、铁等金属，阳离子交换树脂可采用钠型或氢型。
上述方法中，热活化过硫酸盐处理后的剩余污泥，通过高压隔膜板框压滤机进行机械脱水，脱出水通过阳离子交换树脂柱脱去钙、铝和铁干扰性金属。
上述方法中，经过热活化过硫酸盐预处理-机械脱水-阳离子交换工艺得到的脱出水，步骤(6)处理后的出水中，磷含量高达180～200 mg/L且全部以正磷酸盐的形式存在，阳离子交换处理不损失磷；氨氮高达280～300mg/L，阳离子交换后的氨氮留存达到80％；氨氮与磷的摩尔比超过3，符合磷酸铵镁反应的要求；钙、铝、铁均低于5mg/L，不会对磷酸铵镁反应造成干扰，利于制备高纯度磷酸铵镁。
上述方法中，磷酸铵镁反应过程中，采用氧化镁或氢氧化镁作为镁盐来源，具有调节pH的效果，降低了调节pH的成本。
上述方法中，步骤(5)中，磷酸铵镁反应过程，控制污泥脱出水pH在9.5±0.2、Mg/P摩尔比在1.0～2.0，可保证磷的回收率与磷酸铵镁的纯度，在100～200rpm的搅拌条件下，反应进行迅速，10～30 min内趋于完全。
上述方法中，污泥脱出水中超过95％的磷以磷酸铵镁的形式回收，制得的磷酸铵镁纯度达到95％，品相优良。
上述方法中，除了浓缩污泥，消化污泥也适用此工艺，既能大幅优化脱水性能，实现污泥的减量化；又能回收氮磷等营养元素，实现污泥的资源化利用，获得经济和环境的双重效益。
上述方法中，氮磷回收后的污泥脱出水，COD高达9000～12000 mg/L，可直接回流至前端生化处理段补充碳源。
上述方法中，为了节约调节pH所需的碱性药剂，磷酸铵镁反应所需的镁来自氢氧化镁或氧化镁。按Mg/P摩尔比1.0～2.0向沉淀反应器中加入氢氧化镁或氧化镁。
上述方法中，所述剩余污泥为城市污水处理厂的剩余活性污泥、浓缩池污泥、脱水污泥和厌氧消化污泥，包括经过处理的剩余污泥，包括酸解、超声、臭氧等中的一种或几种的组合工艺。
上述方法中，除了高有机质浓度的污泥，我国低有机质的污泥也适用本工艺，既能回收氮磷等营养元素，实现污泥的资源化利用；又能大幅优化脱水性能，实现污泥的减量化，获得经济和环境的双重效益。
与现有技术相比，本发明具有突出的特点是：
(1)本发明通过热活化过硫酸盐对剩余污泥进行预处理，联合硫酸根自由基氧化和热酸解两个过程同步完成了污泥的调理和破胞过程。在破胞释放了污泥中的有机物、氮、磷等物质的同时，极大地优化剩余污泥脱水性能。
(2)热活化的方式避免了向剩余污泥中投加重金属作为过硫酸盐的活化剂，避免了污泥的重金属污染，也为后续通过磷酸铵镁反应回收氮磷创造了良好条件。
(3)阳离子交换处理除去了污泥脱出水中的钙、铝、铁等干扰性金属，正磷酸盐不流失，为产生高纯度磷酸铵镁结晶创造了良好条件。 (4)本发明采用磷酸铵镁沉淀反应回收污泥脱出水中的氨氮和正磷酸盐，当溶液中Mg2+、NH4 +、PO4 3-离子浓度积大于鸟粪石的溶度积常数时便会自发出现沉淀。鸟粪石作为缓释长效肥可以直接用于农业生产，缓解当前磷矿石资源短缺的危机，具有一定的回收价值。
(5)本发明采用氢氧化镁或氧化镁作为镁源，节约了调节pH所需的碱。
(6)本发明对污泥脱出水中正磷酸盐的回收率可达到95％，磷酸铵镁结晶的纯度达到95％。
(7)本发明最终产生的污泥脱出水中，COD高达9000～12000mg/L，总磷低于10mg/L，可回流至前段生化处理段补充碳源。
(8)本发明形成了一整套的剩余污泥减量化和资源化处理集成工艺，充分发挥各部分的作用，实现了有机物、氮、磷营养元素的同步回收及污泥的减量化和资源化，同时产生了高纯度的磷酸铵镁作为缓释肥，在一定程度上降低了污水处理费用。
附图说明
图1为本发明的处理流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可以参照常规技术进行，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围，下面通过实施例并结合附图对本发明作详细描述。如图1所示，其中包括热活化过硫酸盐预处理反应釜、高压隔膜板框压滤机、阳离子交换柱、磷酸铵镁沉淀反应器。本发明所涉及的剩余污泥减量化和资源化集成工艺流程为：取自污泥浓缩池的剩余污泥，经过热活化过硫酸盐预处理后，污泥中有机物、氮、磷等营养物质从固相释放至水相中，脱水性能显著提高；通过板框压滤机进行机械脱水后，通过阳离子交换柱除去污泥脱出水中的钙、铝、铁等干扰性金属；在磷酸铵镁沉淀反应器中通过调整反应条件产生沉淀，同步回收上清液氮磷元素，所回收的沉淀物用于农业肥料；回收氮磷后的污泥脱出水回流至前段生化处理段补充碳源。
实施例1
将市政污水处理厂二级生化工艺产生的剩余污泥，重力浓缩至含水率 96.28％。将剩余污泥加热至75℃，在搅拌速率200rpm下，按0.4g 过硫酸钠/g TS投加过硫酸盐，反应40min。在此条件下，剩余污泥的毛细吸水时间从94.17s下降至28.20s；COD从196.39mg/L上升至13013mg/L，上清液中氨氮从48.26mg/L上升至349.74mg/L；上清液中总磷从10.87mg/L上升至184.94mg/L，且全部以正磷酸盐的形式存在。
经过高压板框压滤机(景津压滤机集团有限公司，型号 XAZGFP40/800-U)后，泥饼含水率73.17％；脱出水通过钠型阳离子交换柱(732型，购自河南博旭环保科技有限公司)。钙从441.560mg/L 下降至5.127mg/L，铝从589.873mg/L下降至2.426mg/L，铁从11.146 mg/L下降至无法检出，钙、铝、铁等干扰性金属基本被除去。氨氮从349.74mg/L下降至277.56mg/L,正磷酸盐从184.94mg/L下降至 174.18mg/L,COD从13013mg/L下降至9893mg/L。正磷酸盐基本不流失，氨氮和有机物少量流失；氨氮与正磷酸盐的摩尔比为3.32，达到磷酸铵镁的反应要求。
在搅拌速率200rpm下，向阳离子交换后的污泥脱出水以 Mg/P＝1.4的摩尔比加入氧化镁，通过10mol/L氢氧化钠溶液将pH 调整至9.5±0.1，搅拌反应10min。重力或离心分离沉淀物，沉淀物经过自然干燥即为磷酸铵镁产品。污泥脱出水中的磷回收率95.06％，磷酸铵镁产物纯度94.34％。
实施例2
将市政污水处理厂二级生化工艺产生的剩余污泥，重力浓缩至含水率96.28％。将剩余污泥加热至75℃，在搅拌速率200rpm下，按 0.3g过硫酸钠/g TS投加过硫酸盐，反应60min。在此条件下，剩余污泥的毛细吸水时间从94.17s下降至41.37s；COD从196.39mg/L上升至11513mg/L，上清液中氨氮从48.26mg/L上升至293.13mg/L；上清液中总磷从10.87mg/L上升至173.32mg/L，且全部以正磷酸盐的形式存在。
经过高压板框压滤机(景津压滤机集团有限公司，型号 XAZGFP40/800-U)后，泥饼含水率74.57％；脱出水通过钠型阳离子交换柱(732型，购自河南博旭环保科技有限公司)。钙从433.547mg/L 下降至4.831mg/L，铝从601.353mg/L下降至10.464mg/L，钙、铝、铁等干扰性金属基本被除去。氨氮从293.13mg/L下降至247.56mg/L, 正磷酸盐从173.32mg/L下降至157.63mg/L,COD从11513mg/L下降至8634mg/L。正磷酸盐基本不流失，氨氮和有机物少量流失；氨氮与正磷酸盐的摩尔比为3.47，达到磷酸铵镁的反应要求。
在搅拌速率200rpm下，向阳离子交换后的污泥脱出水以 Mg/P＝1.6的摩尔比加入氧化镁，通过10mol/L氢氧化钠溶液将pH 调整至9.5±0.1，搅拌反应10min。重力或离心分离沉淀物，沉淀物经过自然干燥即为磷酸铵镁产品。污泥脱出水中的磷回收率95.96％，磷酸铵镁产物纯度95.01％。
实施例3
将市政污水处理厂二级生化工艺产生的剩余污泥，重力浓缩至含水率95.79％。将剩余污泥加热至80℃，在搅拌速率200rpm下，按 0.6g过硫酸钠/g TS投加过硫酸盐，反应30min。在此条件下，剩余污泥的毛细吸水时间从94.17s下降至26.47s；COD从234.14mg/L上升至13507mg/L，上清液中氨氮从52.34mg/L上升至375.89mg/L；上清液中总磷从9.83mg/L上升至192.56mg/L，且全部以正磷酸盐的形式存在。
经过高压板框压滤机(景津压滤机集团有限公司，型号 XAZGFP40/800-U)后，泥饼含水率73.44％；脱出水通过钠型阳离子交换柱(732型，购自河南博旭环保科技有限公司)。钙从489.881mg/L 下降至3.352mg/L，铝从581.521mg/L下降至8.532mg/L，钙、铝、铁等干扰性金属基本被除去。氨氮从375.89mg/L下降至304.43mg/L, 正磷酸盐从192.56mg/L下降至187.62mg/L,COD从13507mg/L下降至11684mg/L。正磷酸盐基本不流失，氨氮和有机物少量流失；氨氮与正磷酸盐的摩尔比为3.59，达到磷酸铵镁的反应要求。
在搅拌速率200rpm下，向阳离子交换后的污泥脱出水以 Mg/P＝1.4的摩尔比加入氧化镁，通过10mol/L氢氧化钠溶液将pH 调整至9.5±0.1，搅拌反应10min。重力或离心分离沉淀物，沉淀物经过自然干燥即为磷酸铵镁产品。污泥脱出水中的磷回收率93.79％，磷酸铵镁产物纯度92.51％。
实施例4
取市政污水处理厂35℃厌氧消化14天后的剩余污泥(含水率 96.40％)。将消化污泥加热至80℃，在搅拌速率200rpm下，按1.2g 过硫酸钠/g TS投加过硫酸盐，反应60min。在此条件下，剩余污泥的毛细吸水时间从6387s下降至78.53s；COD从53.65mg/L上升至7541mg/L，上清液中氨氮从31.32mg/L上升至325.51mg/L；上清液中总磷从2.64mg/L上升至164.51mg/L，且全部以正磷酸盐的形式存在。
经过高压板框压滤机(景津压滤机集团有限公司，型号 XAZGFP40/800-U)后，泥饼含水率82.51％；脱出水通过钠型阳离子交换柱(732型，购自河南博旭环保科技有限公司)。钙从543.842mg/L 下降至6.175mg/L，铝从681.424mg/L下降至4.632mg/L，钙、铝、铁等干扰性金属基本被除去。氨氮从325.51mg/L下降至284.83mg/L, 正磷酸盐从164.51mg/L下降至154.37mg/L,COD从7541mg/L下降至6424mg/L。正磷酸盐基本不流失，氨氮和有机物少量流失；氨氮与正磷酸盐的摩尔比为4.08，达到磷酸铵镁的反应要求。
在搅拌速率200rpm下，向阳离子交换后的污泥脱出水以 Mg/P＝1.4的摩尔比加入氧化镁，通过10mol/L氢氧化钠溶液将pH 调整至9.5±0.1，搅拌反应10min。重力或离心分离沉淀物，沉淀物经过自然干燥即为磷酸铵镁产品。污泥脱出水中的磷回收率95.18％，磷酸铵镁产物纯度94.51％。
实验结果表明，采用热活化过硫酸盐预处理-机械脱水-离子交换- 磷酸铵镁回收氮磷的集成工艺对剩余污泥进行减量化和资源化，操作简单，设备投入和运行成本低，并且回收的磷酸铵镁作为一种有效缓释肥具有一定的利用价值。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式和较佳的制作方式，但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化和替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热活化过硫酸盐预处理的剩余污泥减量化和资源化方法，其特征在于，其步骤如下：
(1)剩余污泥预处理：将剩余污泥重力浓缩至浓度为30～40g/L，相当于含水率为96～97％的浓缩污泥；
(2)热活化过硫酸盐处理：向浓缩污泥中以0.2～0.5g过硫酸钠/g TS投加过硫酸盐，加热反应；
(3)机械脱水：通过高压隔膜板框压滤机进行机械脱水，得到泥饼和脱出水；
(4)离子交换：脱出水通过阳离子交换树脂柱进行离子交换，该步骤用于除去脱出水中的钙、铝和铁金属元素；
(5)磷酸铵镁反应：根据正磷酸盐浓度，向离子交换后的脱出水加入氧化镁或氢氧化镁；在搅拌条件下，调节pH，稳定反应10～30min后，重力作用下分离沉淀物。
2.根据权利要求1所述的一种热活化过硫酸盐预处理的剩余污泥减量化和资源化方法，其特征在于：步骤(2)中，所述过硫酸盐采用工业级99％纯度过硫酸钠。
3.据权利要求1所述的一种热活化过硫酸盐预处理的剩余污泥减量化和资源化方法，其特征在于：步骤(2)中，所述反应的温度为60～90℃。
4.据权利要求1所述的一种热活化过硫酸盐预处理的剩余污泥减量化和资源化方法，其特征在于：步骤(2)中，所述反应的时间为30～90min。
5.根据权利要求1所述的一种热活化过硫酸盐预处理的剩余污泥减量化和资源化方法，其特征在于：步骤(2)中，所述热活化过硫酸盐处理具体步骤为，在反应釜中加入浓缩污泥，加热至60～90℃，投加0.2～0.5g过硫酸钠/g TS，在100～200rpm下搅拌反应30～90min。
6.根据权利要求1所述的一种热活化过硫酸盐预处理的剩余污泥减量化和资源化方法，其特征在于:步骤(2)中，所述经过热活化过硫酸盐处理后，剩余污泥的毛细吸水时间降至不足30s，脱水性能大幅改善；脱出水的总磷180～200mg/L，全部以正磷酸盐的形式存在；氨氮350～400mg/L；COD10000～13000mg/L，污泥细胞破解程度高，VS降幅为20～30％。
7.根据权利要求1所述的一种热活化过硫酸盐预处理的剩余污泥减量化和资源化方法，其特征在于：经过热活化过硫酸盐预处理-机械脱水-阳离子交换工艺得到的脱出水，步骤(6)处理后的出水中，磷含量为180～200mg/L且全部以正磷酸盐的形式存在，阳离子交换处理不损失磷；氨氮为280～300mg/L，阳离子交换后的氨氮留存达到80％；氨氮与磷的摩尔比超过3；钙、铝、铁均低于5mg/L。
8.根据权利要求1所述的一种热活化过硫酸盐预处理的剩余污泥减量化和资源化方法，其特征在于：步骤(5)中，磷酸铵镁反应过程，控制污泥脱出水pH在9.5±0.2、Mg/P摩尔比在1.0～2.0，可保证磷的回收率与磷酸铵镁的纯度，在100～200rpm的搅拌条件下，反应进行迅速，10～30min内趋于完全。
9.根据权利要求1所述的一种热活化过硫酸盐预处理的剩余污泥减量化和资源化方法，其特征在于：除了浓缩污泥，消化污泥也适用此工艺，既能大幅优化脱水性能，实现污泥的减量化；又能回收氮磷等营养元素，实现污泥的资源化利用，获得经济和环境的双重效益。
10.根据权利要求1所述的一种热活化过硫酸盐预处理的剩余污泥减量化和资源化方法，其特征在于：氮磷回收后的污泥脱出水，COD为9000～12000mg/L。
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