CN113912238A

CN113912238A - 一种印染污泥有机质富集的提质方法

Info

Publication number: CN113912238A
Application number: CN202111321616.5A
Authority: CN
Inventors: 惠贺龙; 刘弘毅; 李松庚; 王建城; 蒋玉柱; 李孝杨; 丁广超
Original assignee: Binzhou Bohai Higher Research Institute; Weiqiao Guoke Binzhou Science And Engineering Industrial Technology Research Institute Co ltd; Institute of Process Engineering of CAS
Current assignee: Binzhou Bohai Higher Research Institute; Weiqiao Guoke Binzhou Science And Engineering Industrial Technology Research Institute Co ltd; Institute of Process Engineering of CAS
Priority date: 2021-11-09
Filing date: 2021-11-09
Publication date: 2022-01-11
Anticipated expiration: 2041-11-09
Also published as: CN113912238B

Abstract

本发明公开了一种印染污泥有机质富集的提质方法，依次包括以下步骤：低温水热处理、酸解处理、浮选处理、中和处理和机械脱水处理，其中，将印染污泥原料调制成污泥浆料，然后对所述污泥浆料进行低温水热处理，反应温度为80～180℃，时间为10～40min；酸解处理步骤中，投加酸解药剂至水热污泥中调节pH至3.4～6.5进行酸解处理，获得酸解污泥；酸解处理的温度为室温～60℃，处理时间为10～60min。该提质方法能够将污泥中的重金属、N、P等污染物进行部分脱除，显著提高印染污泥单位热值，促进印染污泥深度脱水，获得的高热值有机印染污泥可直接作为良好的燃料或高含碳原料等使用。

Description

一种印染污泥有机质富集的提质方法

技术领域

本发明属于污水处理的技术领域，具体涉及一种印染污泥有机质富集的提质方法，适用于印染废水污泥的资源化预处理。

背景技术

印染行业是我国重要的传统工业，也是排污系数较高的行业。随着印染工业迅速发展，印染废水排放量不断增加，产生的污泥量也逐年增加，据资料统计，截至2016年全国印染污泥(含水率80％)排放量已达到465万t/年。印染废水中有机污染物含量高、碱性大、水质变化大，含有大量染料、浆料、助剂、油剂、酸碱、纤维杂质和无机碱剂等生物难降解成分，印染污水经处理后将其中大部分污染物都转移至印染污泥中。随着印染废水排放量和污泥量不断增大，处置能力缺口日益明显，印染污泥的处置逐渐成为制约印染行业可持续发展的瓶颈。

目前，纺织印染污泥等工业污泥主要采用传统的市政污泥处置方式，例如卫生填埋、土地利用、焚烧等。市政污泥经生物发酵与厌氧消化的稳定化处理后进行土地利用，能够实现污泥的低碳、规模化处置，然而印染污泥等工业污泥中存在大量具有生物毒性的污染物，如带有硝基、氨基的有机化合物和重金属等，处置不当易造成地下水、土壤的二次污染，可能对环境安全与公众健康造成威胁。卫生填埋不仅占用大量土地资源，同样具有一定的环境风险，且随着大中型城市缩减填埋规模、提高禁止填埋污泥标准等系列政策法规的出台，污泥卫生填埋市场容量快速萎缩，或终将退出。因此，目前及未来一段时期内印染污泥的处理处置仍将以焚烧为主。但由于脱水印染污泥含水率约80％，其中作为污泥焚烧能量主体的有机物含量仅占污泥干固的40％～60％，高含水率、低热值的印染污泥无法实现污泥的自持燃烧。因此，印染污泥主要是通过与燃煤掺烧进行处理。

然而，印染污泥含水率高、热值低特性不仅会影响锅炉燃烧效率，焚烧过程还存在重金属、N、S等污染物排放问题。同时，我国印染行业主要集中在东部沿海地区，面临着燃煤紧张、持续高压的环保政策以及“双碳”目标大环境等多重压力，印染污泥的低品质燃料属性，致其需承担较大的焚烧处置阻力和高昂的处置成本支出。目前印染污泥的合理处置问题凸显，亟待开发印染污泥的无害化、减量化处理处置技术以满足印染行业发展的迫切需求，尤其是开发一种印染污泥提质方法以提高污泥热值和脱水性能，同时降低其中污染物含量，以突破印染污泥焚烧处置的应用技术瓶颈。

目前关于市政污泥的有机质富集提质的相关研究非常少，涉及印染污泥提质的研究更是尚未见有公开报道。专利技术CN201911268407.1公开了一种污泥有机/无机成分分离方法，提出了一种污泥有机质富集的创新途径，即污泥经过氧化还原药剂和石灰调理后，再进行微波处理和/或超声波物理调质，然后采用酸液提取结合强碱中和处理，最后通过水力旋流的除砂系统实现污泥中有机质与无机矿物的物理机械分离。但该方法中有机污泥的富集程度相对较低，其中有机质含量仅≥60％，且该方法中涉及大量的化学药剂的消耗，技术流程较长。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种印染污泥有机质富集的提质方法，获得富含有机质的印染污泥，所得富有机质印染污泥的热值及脱水性能均得到显著提高，可直接作为良好的燃料或高含碳原料等使用。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种印染污泥有机质富集的提质方法，所述提质方法依次包括如下步骤：低温水热处理、酸解处理、浮选处理、中和处理及机械脱水处理，其中，

所述低温水热处理步骤中，将印染污泥原料调制成污泥浆料，然后对所述污泥浆料进行低温水热处理；

所述酸解处理步骤中，将所述低温水热处理步骤获得的水热污泥泵送至酸解反应系统进行酸解处理，获得酸解污泥；

所述浮选处理步骤中，采用浮选捕收剂将所述酸解处理步骤获得的所述酸解污泥泵送至浮选系统进行浮选处理，获得富有机污泥Ⅰ；

所述中和处理步骤中，采用中和药剂将所述浮选处理步骤获得的所述富有机污泥Ⅰ泵送至中和反应系统进行污泥中和处理，获得富有机污泥Ⅱ；

所述机械脱水处理步骤中，将所述中和处理步骤获得的浮选富有机污泥Ⅱ采用机械脱水系统进行污泥脱水处理，获得脱水有机污泥。

上述提质方法中，作为一种优选实施方式，所述低温水热处理步骤中，低温水热处理的反应温度为80～180℃、反应时间为10～40min。

本发明中，经水稀释后的印染污泥浆料的pH通常呈碱性，但pH不高于8，低温低碱的水热环境有利于印染污泥发生轻度水解。碱性水热环境下，由于碱存在促进脂类有机质的溶出，并对蛋白质类有机质产生选择性强化抽提作用，造成污泥中大量有机质向水相转移，强碱环境对污泥有机质破坏则更为强烈。为了尽可能提高印染水泥提质后获得的脱水有机污泥的有机质含量，本发明需要避免在强碱性(比如pH达到9甚至更高)环境下进行水热处理，强碱性条件下的水热处理会导致有机物质损失，不利于后续浮选对有机质的回收，从而造成有机质回收率低的问题。由此，所述污泥浆料的pH优选不高于8。

上述提质方法中，作为一种优选实施方式，所述低温水热处理步骤中，低温水热处理的反应温度为105～150℃。

在实际水热处理中，水热处理的反应温度较高容易导致有机质损失严重。因此，水热处理的反应环境、反应温度和反应时间的合理控制也对后续有机质的提取和浮选起到重要作用。

上述提质方法中，作为一种优选实施方式，所述低温水热处理步骤中，所述污泥浆料的固体含量为20g/L～120g/L。

本发明中，所述低温水热处理步骤中，一方面低温加压环境下的水热处理使印染污泥发生轻度水解，促使污泥颗粒絮体解离和污泥细胞壁破裂，释放出部分含N、P的污染物同时降低了污泥黏性，利于提高污泥脱水性能，且轻度水解不致使污泥发生过度分解造成有机质损失；另一方面，水热处理促进了污泥颗粒解离释放出含钙、镁、铁、铝等元素的部分无机组分，利于强化污泥的酸解处理性能，同时水热反应可释放出羧基等酸性官能团而导致水热液呈酸性，可实现较低酸耗下对印染污泥浆料的pH进行调节。这里的低温加压环境是水热处理过程中的饱和蒸汽压形成的低压环境。

同时，本发明中，污泥浆料经水热处理，在形成的水热液中产生一种类焦油物质，该类焦油物质具有良好的发泡性能，可作为发泡剂用于泡沫浮选。

上述提质方法中，作为一种优选实施方式，所述酸解处理步骤中，投加酸解药剂至所述水热污泥中调节pH至3.4～6.5，酸解处理的温度为室温～60℃，处理时间为10～60min；优选地，酸解药剂为硫酸、盐酸、硝酸、柠檬酸、乙酸中一种或几种混合酸。

本发明通过酸解处理能够将部分可溶性无机质溶出以降低有机组分中的无机质含量，并有效降低或者破除无机胶体粘附性能；通过控制酸解处理的特定pH值来控制污泥中无机铁铝等胶体物质的适当溶出，破坏胶体，降低粘度，同时还能降低酸解药剂的使用量，然后结合物理浮选工艺实现有机质的提取，从而降低总体酸解药剂成本。此外，酸解处理将印染污泥中存在的部分重金属溶解进入液相，从而降低了提质后的印染污泥在焚烧过程存在的重金属排放问题。

虽然在常规的酸解处理中，采用较低的pH(比如pH≤2)，可将污泥中更多可溶性无机质溶出，无需浮选处理即可实现有机质与无机质的直接分离，但是会消耗大量的酸解药剂，同时增加后续的中和药剂成本；而本发明通过控制酸解工艺pH＝3.4～6.5，采用较低酸解药剂消耗联合浮选物理分选处理，实现污泥中有机质与无机质的分离，可显著降低印染污泥有机质富集的提质成本及环保压力。

上述提质方法中，作为一种优选实施方式，所述浮选处理步骤中，所述浮选捕收剂的用量为0.1～2kg/t干基污泥；这里，0.1～2kg/t干基污泥是指，例如，每浮选产生1吨干基污泥所需浮选捕收剂的用量为0.1～2kg。

上述提质方法中，作为一种优选实施方式，所述浮选处理步骤中，所述浮选处理的时间为10～60min、温度为室温～60℃。

上述提质方法中，作为一种优选实施方式，所述浮选处理步骤中，所述浮选捕收剂为柴油、煤油、脂肪酸、脂肪胺、矿物油中一种或几种混合物。

由于污泥浆料经水热处理后成的水热液中产生的类焦油物质具有良好的发泡性能，可作为发泡剂在本发明的浮选处理中用于泡沫浮选。因而，本发明的浮选处理利用浮选捕收剂的选择性及在气泡携带作用下，将富含有机质的污泥进行浮选富集。

上述提质方法中，作为一种优选实施方式，所述中和处理步骤中，所述中和处理温度为室温；优选地，所述中和药剂用量以调节富有机污泥ⅠpH至中性为止。

上述提质方法中，作为一种优选实施方式，所述中和处理步骤中，所述中和药剂也可以为常规碱性无机化合物，优选地，中和药剂为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化镁、氧化钙、氧化镁中一种或几种混合物；更优选地，所述中和药剂用量以浆料pH调至中性为止。

上述提质方法中，作为一种优选实施方式，所述中和处理步骤中，结合印染废水现场情况，采用其他碱性固废或碱性废水，例如赤泥、钢渣、电石渣等及其洗水作为中和药剂。

上述提质方法中，作为一种优选实施方式，所述中和处理步骤可以采用印染废水作为碱性溶液回注到中和处理系统中进行中和处理；这是由于印染废水处理厂的印染废水通常呈碱性(pH＝7～12)。

上述提质方法中，所述机械脱水处理步骤中，机械脱水可采用污泥脱水行业常规的机械压滤脱水设备如板框压滤机、带式压滤机进行污泥脱水处理。

本发明中，经过富集有机质的印染污泥的干基热值大幅提高，采用常规机械脱水，当脱水有机污泥含水率为60％～75％，即可实现污泥焚烧的能量自持，无需外加热源补给。

本发明的技术核心就是利用低温水热联合酸解处理对污泥中具有黏性的有机/无机物质进行黏性破除、对污泥颗粒进行解离以提供有利的浮选环境，通过水热液发泡辅助浮选进行有机污泥的选择性富集，进而获得富有机质的印染污泥。本发明经过水热及酸解处理的印染污泥发生解离、黏性显著降低，为进一步浮选提供了有益环境；同时，污泥浆料经水热处理后的水热液中产生的类焦油物质可作为发泡剂用于泡沫浮选；经过浮选处理，利用捕收剂的选择性及在气泡携带作用下，将富含有机质的污泥进行浮选富集。经过低温水热和酸解联合处理后的印染污泥发生细胞破壁、粘度降低及无机质溶出，使得污泥中有机质组分含量及脱水性能显著提高。采用常规机械脱水，即可获得高热值的富有机质印染污泥。

与现有技术相比，本发明涉及的一种印染污泥有机质富集的提质方法具有如下优点和显著的进步：

(1)印染污泥经过水热及酸解处理，分别发生有机粘性物质解离及无机粘性物质溶解，实现污泥的降黏，促进脱水及浮选处理。

(2)采用低温水热-酸解-浮选联合处理工艺，充分利用各处理单元间的相互促进作用，可实现温和条件下(低温、低压、低酸耗)对印染污泥的有机质进行高效富集，降低运行成本。

(3)采用本发明的提质方法能够将污泥中的重金属、N、P等污染物进行部分脱除，从而获得的高热值、低污染物的富有机质印染污泥，有效提高其热化学利用性，是燃烧、气化及炭材料生产的良好原料，实现了印染污泥的提质利用。

(4)采用本发明的提质方法获得的富有机质印染污泥，其单位热值及脱水性能较原泥显著提高，采用机械脱水即可实现脱水污泥含水率降至60％～75％，该状态下的脱水有机污泥能够实现污泥焚烧的能量自持，可实施独立焚烧。

附图说明

图1为本发明的一种印染污泥有机质富集的提质方法的工艺示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合本发明的实施例及说明书附图，对本发明具体实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。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方式，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种印染污泥有机质富集的提质方法，具体包括如下步骤：低温水热处理、酸解处理、浮选处理、中和处理及机械脱水处理，获得脱水有机污泥；

步骤1(低温水热处理)：先将印染污泥原料调制为流动性良好的污泥浆料，然后将所述污泥浆料进行低温水热处理，获得水热污泥；

步骤2(酸解处理)：将步骤1获得的水热污泥泵送至酸解反应系统进行酸解处理，获得酸解污泥；

步骤3(浮选处理)：采用浮选捕收剂将步骤2获得的酸解污泥泵送至浮选系统进行浮选处理，获得富有机污泥Ⅰ；

步骤4(中和处理)：采用中和药剂将步骤3获得的浮选富有机污泥Ⅰ泵送至中和反应系统进行污泥中和处理，获得富有机污泥Ⅱ；

步骤5(机械脱水处理)：将步骤4获得的富有机污泥Ⅱ泵送至机械脱水系统进行污泥脱水处理，获得脱水有机污泥。

优选地，步骤1中低温水热处理的工艺参数：反应温度为80～180℃(例如，90℃、100℃、120℃、140℃、150℃、160℃、170℃)、反应时间为10～40min(例如，15min、20min、25min、30min、35min)。

优选地，步骤1中，污泥浆料的固体含量为20g/L～120g/L(例如，30g/L、50g/L、60g/L、80g/L、100g/L、110g/L)。

优选地，步骤2中酸解处理的工艺参数：酸解药剂用量为硫酸、盐酸、硝酸、柠檬酸、乙酸中一种或几种混合酸，投加酸解药剂调节浆料至pH＝3.4～6.5(例如，4、5、6)，温度为室温～60℃(例如，25℃、30℃、35℃、40℃、50℃、55℃)，处理时间为10～60min(例如，15min、20min、30min、40min、50min、55min)。

优选地，步骤3中浮选处理的工艺参数：浮选捕收剂种类为柴油、煤油、脂肪酸、脂肪胺、矿物油中一种或几种混合物，捕收剂用量为0.1～2kg/t干基污泥(例如，0.2kg/t干基污泥、0.5kg/t干基污泥、1.0kg/t干基污泥、1.5kg/t干基污泥、1.8kg/t干基污泥)、处理时间为10～60min(例如，15min、20min、30min、40min、50min、55min)、温度为室温～60℃(例如，25℃、30℃、35℃、40℃、50℃、55℃)。

优选地，步骤4中污泥中和处理的工艺参数：中和药剂种类为常规碱性无机化合物氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化镁、氧化钙、氧化镁中一种或几种混合物；药剂用量以浆料pH调至中性为止、中和反应温度为室温。

实际中，印染废水处理厂的印染废水通常呈碱性(pH＝7～12)，可优选采用印染废水作为碱性溶液回注进行中和处理；也可以结合印染废水现场情况，采用其他碱性固废或碱性废水，如赤泥、钢渣、电石渣等及其洗水作为中和药剂。

优选地，步骤5中将浮选富有机污泥Ⅱ泵送至机械脱水系统进行污泥脱水处理，获得脱水有机污泥。

进一步地，具体的实施方式为：首先将待处理的印染污泥储于搅拌混合装置中调节至固体含量为20g/L～120g/L的浆料，随后泵入水热反应系统于80～180℃下处理10～40min，获得水热污泥；将该水热污泥泵送至酸解反应系统后采用硫酸调节浆料pH至3.4～6.5，于室温至60℃下处理10～60min，获得酸解污泥；将该酸解污泥泵送至浮选系统于捕收剂用量为0.1～2kg/t干基污泥、室温下进行浮选处理10～60min获得富有机污泥Ⅰ；将该富有机污泥Ⅰ泵送至污泥中和反应系统采用碱性药剂进行中和处理，调节浆料pH至中性获得富有机污泥Ⅱ；将富有机污泥Ⅱ送至机械脱水系统进行污泥脱水处理，获得脱水有机污泥。

实施例1

污泥样品：山东某印染污水处理厂脱水印染污泥；污泥含水率为87％，干基污泥中有机、无机质含量分别为41.52％和58.48％。

首先将某印染污水处理厂脱水印染污泥(含水率87％)储于搅拌混合装置中，通过注水调节至污泥固体含量为20g/L，随后泵入水热反应系统于120℃下处理40min，获得水热污泥；将该水热污泥泵送至酸解反应系统后采用柠檬酸调节浆料至pH＝4.5，于60℃下处理60min获得酸解污泥；将该酸解污泥泵送至浮选系统，采用柴油作为捕收剂，柴油的用量为0.1kg/t干基污泥，在室温下进行浮选处理10min获得富有机污泥Ⅰ；将该富有机污泥Ⅰ泵送至污泥中和反应系统，采用水厂印染废水(pH＝8.2)进行中和处理，调节浆料pH至中性获得富有机污泥Ⅱ；将富有机污泥Ⅱ送至机械脱水系统进行污泥脱水处理，获得脱水有机污泥。相应有机污泥(干基)的技术指标如表1所示，根据“GBT28731-2012固体生物质燃料工业分析方法”和“GB/T30727-2014固体生物质燃料发热量测定方法发热”对污泥有机质含量及低位热值进行测定。

表1有机污泥(干基)技术指标

序号	有机质含量(％)	低位热值(kcal/kg)
			污泥样品	58.48	3021
实施例1	80.67	5261
			实施例2	77.37	4956
实施例3	72.52	4548

实施例2

污泥样品：与实施例1中污泥样品的来源相同。

首先将某印染污水处理厂脱水印染污泥(含水率87％)储于搅拌混合装置中，通过注水调节至污泥固体含量为120g/L，随后泵入水热反应系统，于150℃下处理10min，获得水热污泥；将该水热污泥泵送至酸解反应系统后，采用盐酸调节浆料至pH＝3.4，于室温下处理30min获得酸解污泥；将该酸解污泥泵送至浮选系统，以煤油作为捕收剂，用量为0.8kg/t干基污泥，在室温下进行浮选处理30min获得富有机污泥Ⅰ；将该富有机污泥Ⅰ泵送至污泥中和反应系统采用赤泥洗水(pH＝9.8)进行中和处理，调节浆料pH至中性获得富有机污泥Ⅱ；将富有机污泥Ⅱ送至机械脱水系统进行污泥脱水处理，获得脱水有机污泥。相应有机污泥(干基)的技术指标如表1所示。

实施例3

污泥样品：与实施例1中污泥样品的来源相同。

首先将某印染污水处理厂脱水印染污泥(含水率87％)储于搅拌混合装置中，通过注水调节至污泥固体含量为50g/L，随后泵入水热反应系统于100℃下处理30min，获得水热污泥；将该水热污泥泵送至酸解反应系统后，采用硫酸调节浆料至pH＝5.1，于40℃下处理40min获得酸解污泥；将该酸解污泥泵送至浮选系统，采用油酸作为捕收剂，用量为1.8kg/t干基污泥，在室温下进行浮选处理60min获得富有机污泥Ⅰ；将该富有机污泥Ⅰ泵送至污泥中和反应系统，采用水厂印染废水(pH＝9.8)进行中和处理，调节浆料pH至中性获得富有机污泥Ⅱ；将富有机污泥Ⅱ送至机械脱水系统进行污泥脱水处理，获得脱水有机污泥。相应有机污泥(干基)的技术指标如表1所示。

综上分析，本发明提供的一种印染污泥有机质富集的提质方法，能够显著提高印染污泥单位热值，促进印染污泥深度脱水；该提质方法获得的高热值有机印染污泥可直接作为良好的燃料或高含碳原料等使用。

本发明提供的一种印染污泥有机质富集的提质方法并不限于上述说明，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明的公开做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种印染污泥有机质富集的提质方法，其特征在于，所述的方法依次包括以下步骤：低温水热处理、酸解处理、浮选处理、中和处理和机械脱水处理，其中，

2.根据权利要求1所述的印染污泥有机质富集的提质方法，其特征在于，所述低温水热处理步骤中，低温水热处理的反应温度为80～180℃，反应时间为10～40min；优选地，所述低温水热处理步骤中，低温水热处理的反应温度为105～150℃。

3.根据权利要求1或2所述的印染污泥有机质富集的提质方法，其特征在于，所述低温水热处理步骤中，所述污泥浆料的固体含量为20g/L～120g/L。

4.根据权利要求1所述的印染污泥有机质富集的提质方法，其特征在于，所述酸解处理步骤中，投加酸解药剂至所述水热污泥中调节pH至3.4～6.5，酸解处理的温度为室温～60℃，处理时间为10～60min。

5.根据权利要求4所述的印染污泥有机质富集的提质方法，其特征在于，所述酸解药剂为硫酸、盐酸、硝酸、柠檬酸、乙酸中一种或几种混合酸。

6.根据权利要求1所述的印染污泥有机质富集的提质方法，其特征在于，所述浮选处理步骤中，所述浮选捕收剂用量为0.1～2kg/t干基污泥。

7.根据权利要求1所述的印染污泥有机质富集的提质方法，其特征在于，所述浮选处理步骤中，所述浮选处理的时间为10～60min，温度为室温～60℃。

8.根据权利要求1所述的印染污泥有机质富集的提质方法，其特征在于，所述中和处理步骤中，所述中和药剂用量以调节富有机污泥Ⅰ的pH至中性为止，所述中和处理的温度为室温。

9.根据权利要求1所述的印染污泥有机质富集的提质方法，其特征在于，所述浮选捕收剂为柴油、煤油、脂肪酸、脂肪胺、矿物油中一种或几种混合物。

10.根据权利要求1所述的印染污泥有机质富集的提质方法，其特征在于，所述中和处理步骤中，所述的中和药剂种类为碱性无机化合物、碱性固废或碱性废水；

优选地，所述碱性无机化合物为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化镁、氧化钙、氧化镁中一种或几种混合物；

优选地，所述碱性废水为碱性的印染废水。