RU2057088C1

RU2057088C1 - Method for treatment of sewage sediments with removal of heavy metals (versions)

Info

Publication number: RU2057088C1
Application number: RU94014959A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Александрович Данилович; Владислав Евгеньевич Аджиенко
Original assignee: Дмитрий Александрович Данилович; Владислав Евгеньевич Аджиенко
Priority date: 1994-04-25
Filing date: 1994-04-25
Publication date: 1996-03-27

Abstract

FIELD: methods for treatment of sewage sediments with removal of heavy metals. SUBSTANCE: method for treatment of sewage sediments with removal of heavy metals includes washing of initial sediments, separation by compaction into sewage and compacted sediment; treatment of sediment with acid; separation into solid phase and liquid phase containing heavy metal ions; mixing of liquid phase with neutralizing agent and subsequency separation of mixture into sludge containing heavy metals and clarified liquid phase. Sewage water is used as neutralizing agent. method includes anaerobic fermentation of initial sediments, washing of fermented sediments with water, separation by compaction into sewage and compacted sediment, acid treatment of sediment is conducted in two stages. At the first stage, compacted sediment is mixed with wash water and acid with subsequent separation of acid sewage from compacted acid sediment which is aerated in the second stage in the presence of acidofil microorganisms and/or mixed with acid and oxidizer. Then, treated sediment is separated into solid phase and liquid phase containing ions of heavy metals. Liquid phase is mixed with neutralizing agent with subsequent separation of mixture into sludge containing heavy metals and clarified liquid phase. During mixing of liquid phase with neutralizing agent, acid sewage is introduced. EFFECT: reduced consumption of alkali reagents and consumption of acid reagents, increased rate of removal of heavy metals from solid and liquid, phases, decreased load on treatment facilities in terms of suspended matter and ammonium nitrogen. 8 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к обработке осадков городских сточных вод с удалением ионов тяжелых металлов. The invention relates to the treatment of urban wastewater sludge with the removal of heavy metal ions.

Известен способ выделения тяжелых металлов и осадков городских сточных вод путем обработки последних кислыми реагентами (например, H₂SO₄, HCl) при рН 1,0-2,0 с последующим отделением жидкой фазы, с растворенными в ней тяжелыми металлами, от твердой фазы осадка [1]
Известен также аналогичный метод обезвреживания осадков городских сточных вод, с повышенным содержанием тяжелых металлов, отличительной особенностью которого является применение в дополнении к кислотным реагентам газообразного или жидкого окислителя (например, сжатого воздуха или пероксида водорода, раствора FeСl₃), обеспечивающего окислительно-восстановительный потенциал реакционной суспензии на уровне +400 mV.A known method for the separation of heavy metals and precipitation of urban wastewater by treating the latter with acidic reagents (for example, H ₂ SO ₄ , HCl) at pH 1.0-2.0, followed by separation of the liquid phase, with heavy metals dissolved in it, from the solid phase draft [1]
There is also a similar method for the neutralization of urban wastewater sludge, with an increased content of heavy metals, a distinctive feature of which is the use of a gaseous or liquid oxidizing agent (for example, compressed air or hydrogen peroxide, FeCl ₃ solution) in addition to acid reagents, which provides the redox potential of the reaction suspensions at the level of +400 mV.

Известен способ реагентно-биологического выщелачивания ионов тяжелых металлов из осадков городских сточных вод с применением ацидофильных микроорганизмов (Tiobacillus spp. и др.) [2] Способ прост в осуществлении, однако требует высокого расхода кислотных реагентов на подкисление осадка, не обеспечивает удовлетворительное удаление ионов Cr³⁺.A known method of reagent-biological leaching of heavy metal ions from sediments of urban wastewater using acidophilic microorganisms (Tiobacillus spp. And others) [2] The method is simple to implement, but requires a high consumption of acid reagents to acidify the precipitate, does not provide a satisfactory removal of Cr ions ³⁺ .

Недостатками этих способов являются необходимость применения большого количества щелочных реагентов для нейтрализации жидкой фазы обработанного осадка, низкая степень очистки от ионов тяжелых металлов в щелочной среде, ведение процесса только в узком диапазоне окислительно-восстановительного потенциала, что препятствует удалению ионов тяжелых металлов, проявляющих минимальную подвижность в избранном диапазоне значений Eh. The disadvantages of these methods are the need to use a large number of alkaline reagents to neutralize the liquid phase of the treated precipitate, a low degree of purification from heavy metal ions in an alkaline medium, the process only in a narrow range of redox potential, which prevents the removal of heavy metal ions with minimal mobility selected range of values of Eh.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ удаления тяжелых металлов из осадков путем кислотной обработки [3] Сырой осадок подвергают кислотной обработке для перевода тяжелых металлов в жидкую фазу, обработанный осадок разделяют на твердую и жидкую фазы, твердую фазу выводят из системы, а жидкую фазу, содержащую тяжелые металлы, смешивают с нейтрализующим агентом (известью), с последующим разделением смеси на шлам, содержащий тяжелые металлы, и осветленную жидкую фазу. The closest to the invention in terms of technical essence and a combination of essential features is a method for removing heavy metals from precipitation by acid treatment [3] The crude precipitate is subjected to acid treatment to transfer heavy metals to the liquid phase, the treated precipitate is separated into solid and liquid phases, the solid phase is removed from system, and the liquid phase containing heavy metals is mixed with a neutralizing agent (lime), followed by separation of the mixture into a slurry containing heavy metals, and a clarified liquid phase.

Недостатками такого способа являются высокий расход щелочного реагента (извести), низкая эффективность удаления Cr из твердой фазы и ионов тяжелых металлов из жидкой фазы обработанного осадка. The disadvantages of this method are the high consumption of alkaline reagent (lime), low removal efficiency of Cr from the solid phase and heavy metal ions from the liquid phase of the treated precipitate.

Технический результат изобретения сокращение расхода щелочного реагента, снижение объемов образующихся шламов тяжелых металлов и повышении степени удаления ионов Cr из твердой фазы и ионов тяжелых металлов из жидкой фазы обработанного осадка. The technical result of the invention is to reduce the consumption of alkaline reagent, reduce the volume of formed sludge of heavy metals and increase the degree of removal of Cr ions from the solid phase and heavy metal ions from the liquid phase of the treated precipitate.

В зависимости от используемой схемы удаления тяжелых металлов из осадков сточных вод возможны два варианта обработки. Depending on the scheme used to remove heavy metals from sewage sludge, two treatment options are possible.

На фиг.1 и фиг. 2 приведены технологические схемы осуществления способа по вариантам 1 и 2 соответственно. 1 and FIG. 2 shows the technological scheme of the method according to options 1 and 2, respectively.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

В а р и а н т 1. Исходный осадок 1 подают на смешение с промывной водой 2, смесь направляют на уплотнение 3 с разделением ее на уплотненный осадок 4 и сливную воду 5, уплотненный осадок подвергают реагентной или реагентно-биологической кислотной обработке 6, при этом ионы тяжелых металлов переходят в жидкую фазу осадка. Обработанный осадок разделяют на твердую фазу 7 и жидкую фазу 8, содержащую ионы тяжелых металлов. Обезвреженную твердую фазу 7 выводят из технологического цикла, а жидкую фазу 8 подвергают частичной нейтрализации сливной водой 5 со стадии уплотнения осадка 3, которая имеет высокую щелочность (10-20 мг.экв/л) и используется в качестве нейтрализующего агента. Смешение жидкой фазы 8 со сливной водой в соотношении от 1:1 до 1:3 обеспечивает повышение рН с 2,0-2,8 до 4,5-6,0 и образование нерастворимых соединений тяжелых металлов. В случае необходимости, дальнейшее повышение рН смеси до точки полного выпадения гидроксидов тяжелых металлов (рН 8,0-9,0), осуществляют щелочными реагентами (Са(ОН)₂, NaOH). Помимо гидроксидов тяжелых металлов происходит образование карбонатов тяжелых металлов, благодаря наличию в сливной воде высоких концентрацией карбонат- и бикарбонат-ионов. Образование карбонатных солей тяжелых металлов улучшает седиментационные характеристики осадка, его уплотняемость и обезвоживаемость.Variant 1. The initial precipitate 1 is mixed with washing water 2, the mixture is sent to seal 3 with separation of it into condensed precipitate 4 and drain water 5, the condensed precipitate is subjected to a reagent or reagent-biological acid treatment 6, when This heavy metal ions pass into the liquid phase of the precipitate. The treated precipitate is separated into a solid phase 7 and a liquid phase 8 containing heavy metal ions. The neutralized solid phase 7 is removed from the technological cycle, and the liquid phase 8 is partially neutralized by draining water 5 from the condensation stage of sediment 3, which has a high alkalinity (10-20 mg.eq / l) and is used as a neutralizing agent. Mixing the liquid phase 8 with drain water in a ratio of 1: 1 to 1: 3 provides an increase in pH from 2.0-2.8 to 4.5-6.0 and the formation of insoluble compounds of heavy metals. If necessary, a further increase in the pH of the mixture to the point of complete precipitation of heavy metal hydroxides (pH 8.0-9.0) is carried out with alkaline reagents (Ca (OH) ₂ , NaOH). In addition to heavy metal hydroxides, the formation of heavy metal carbonates occurs due to the presence of high concentrations of carbonate and bicarbonate ions in the drain water. The formation of carbonate salts of heavy metals improves the sedimentation characteristics of the precipitate, its compactibility and dehydration.

Однако осаждение тяжелых металлов в виде гидроксидов и карбонатов не может обеспечить достаточно высокую эффективность очистки жидкой фазы из-за образования аммиачных комплексов тяжелых металлов в щелочной среде. However, the deposition of heavy metals in the form of hydroxides and carbonates cannot provide a sufficiently high efficiency of purification of the liquid phase due to the formation of ammonia complexes of heavy metals in an alkaline medium.

Предпочтительно, жидкую фазу 8 перед смешением со сливной водой 5 делят на два потока 9 и 10, поток 9 (30-50% по объему) подвергают анаэробной обработке 11 в присутствии сульфатредуцирующих бактерий. Прошедший анаэробную обработку поток 9, несущий в своем составе биомассу, сульфиды тяжелых металлов. FeS и растворенный сероводород, подвергают отстаиванию 12 с отделением легко оседающих частиц анаэробного ила и их рециркуляции 13 на стадию анаэробной обработки 11, после чего частично осветленный поток 9 смешивают с потоком 10 и со сливной водой 5. При смешении потоков происходит повышение рН до 5,0-6,0 и выше, выпадение сульфидов, карбонатов и гидроксидов тяжелых металлов. В качестве органического субстрата для поддержания жизнедеятельности сульфатредуцирующих бактерий используют осадок первичных отстойников или его смесь с активным илом, который предпочтительно предварительно используют в качестве биосорбента для более глубокой очистки осветленной жидкой фазы от ионов тяжелых металлов. Отделение шлама 15, содержащего тяжелые металлы, от осветленной жидкой фазы 16 ведут отстаиванием 14, предпочтительно осветленную жидкую фазу 16 использовать в качестве промывной воды 2. Preferably, the liquid phase 8 is divided into two streams 9 and 10 before being mixed with drainage water 5, stream 9 (30-50% by volume) is subjected to anaerobic treatment 11 in the presence of sulfate-reducing bacteria. Passed anaerobic treatment stream 9, which contains biomass, sulfides of heavy metals. FeS and dissolved hydrogen sulfide are subjected to sedimentation 12 with separation of easily settled particles of anaerobic sludge and their recirculation 13 to the anaerobic treatment stage 11, after which the partially clarified stream 9 is mixed with stream 10 and drain water 5. When the flows are mixed, the pH rises to 5, 0-6.0 and above, the precipitation of sulfides, carbonates and hydroxides of heavy metals. As an organic substrate for maintaining the activity of sulfate-reducing bacteria, a sediment of primary sedimentation tanks or a mixture of it with activated sludge is used, which is preferably previously used as a biosorbent for deeper purification of the clarified liquid phase from heavy metal ions. The separation of sludge 15 containing heavy metals from the clarified liquid phase 16 is carried out by settling 14, it is preferable to use the clarified liquid phase 16 as wash water 2.

Предпочтительно кислотную обработку осадков ведут при аэрировании в присутствии ацидофильных микроорганизмов. Preferably, acid treatment of the precipitates is carried out by aeration in the presence of acidophilic microorganisms.

Промывка сброженного осадка позволяет снизить его щелочность, что сокращает потребность в кислотных реагентах при кислотной обработке осадка на 40-50% получить сливную воду с высокой щелочностью, которая может быть использована в качестве нейтрализующего агента для осаждения ионов тяжелых металлов из жидкой фазы обработанного осадка, что позволяет сократить расход щелочного реагента и провести осаждение тяжелых металлов в форме карбонатов для сокращения объема образующегося шлама. Анаэробная обработка части потока жидкой фазы, содержащей ионы тяжелых металлов, в присутствии сульфатредуцирующих бактерий позволяет получить сульфид-ионы, для осаждения ионов тяжелых металлов в форме сульфидов, что повышает степень очистки жидкой фазы и снижает потребность в щелочном реагенте. Применение осветленной жидкой фазы в качестве промывной воды позволяет снизить нагрузку на очистные сооружения станции аэрации по взвешенным веществам и аммонийному азоту. Washing the fermented sludge reduces its alkalinity, which reduces the need for acid reagents during acid treatment of the sludge by 40-50% to obtain drainage water with high alkalinity, which can be used as a neutralizing agent for the precipitation of heavy metal ions from the liquid phase of the treated sludge, which allows to reduce the consumption of alkaline reagent and to carry out the deposition of heavy metals in the form of carbonates to reduce the volume of sludge formed. Anaerobic treatment of a part of the liquid phase stream containing heavy metal ions in the presence of sulfate-reducing bacteria makes it possible to obtain sulfide ions to precipitate heavy metal ions in the form of sulfides, which increases the degree of purification of the liquid phase and reduces the need for an alkaline reagent. The use of clarified liquid phase as washing water reduces the load on the treatment plant of the aeration station for suspended solids and ammonia nitrogen.

В а р и а н т 2. Исходный осадок 1 подвергают анаэробному сбраживанию 2, сброженный осадок 3 смешивают с промывной водой 4, смесь направляют на уплотнение 5 с разделением ее на уплотненный осадок 6 и сливную воду 7, уплотненный осадок 6 подают на первую ступень кислотной обработки, где осуществляют его смешение с промывной водой 4 в соотношении 1:3 и кислотой 8 для доведения рН смеси до 3,0-4,0, кислую смесь 9 направляют на уплотнение 10 с разделением ее на уплотненный кислый осадок 11 и кислую сливную воду 12, содержащую ионы S^2-, Cr³⁺, Fe²⁺ и др. уплотненный кислый осадок 11 направляют на вторую ступень кислотной обработки 13, где его аэрируют в присутствии ацидофильных микроорганизмов и/или смешивают с кислотой и окислителем. Обработанный осадок 14 разделяют на твердую фазу 15 и жидкую фазу 16, содержащую ионы тяжелых металлов. Обезвреженную твердую фазу 15 выводят из технологического цикла, а жидкую фазу 16 смешивают с кислой сливной водой 12 с первой ступени кислотной обработки и с нейтрализующим агентом для доведения рН до 6-7, при более высоких значениях рН происходит выпадение Fе(OH)₂, что нежелательно. В качестве нейтрализующего агента используют щелочные реагенты (СaO, NaOH и/или сливную воду 7 со стадии уплотнения осадка 5, которая имеет высокую щелочность (10-20 мг^.экв/л). Смешение жидкой фазы 16 с кислой сливной водой 12 и со сливной водой 7 в соотношении 1:3:3 без применения щелочных реагентов обеспечивает рН смеси 50,0-6,5 и образование нерастворимых соединений тяжелых металлов в форме сульфидов (ZnS, CuS, CdS, NiS и т.д.) и гидроксидов (Cr(OH)₃) в виде скоагулированного шлама. Смесь разделяют путем отстаивания 17 с отделением шлама 18, содержащего тяжелые металлы, от осветленной жидкой фазы 19, предпочтительно осветленную жидкую фазу 19 использовать в качестве промывной воды.Variant 2. The initial sludge 1 is subjected to anaerobic digestion 2, the fermented sludge 3 is mixed with washing water 4, the mixture is sent to seal 5 with separation of it into compacted sludge 6 and drain water 7, compacted sludge 6 is fed to the first stage acid treatment, where it is mixed with wash water 4 in a ratio of 1: 3 and acid 8 to bring the pH of the mixture to 3.0-4.0, the acid mixture 9 is sent to the seal 10 with its separation into a compacted acid precipitate 11 and an acid drain water 12 containing ions of S ^2- , Cr ³⁺ , Fe ²⁺ and other compacted acid The precipitate 11 is sent to the second stage of acid treatment 13, where it is aerated in the presence of acidophilic microorganisms and / or mixed with an acid and an oxidizing agent. The treated precipitate 14 is separated into a solid phase 15 and a liquid phase 16 containing heavy metal ions. The neutralized solid phase 15 is removed from the technological cycle, and the liquid phase 16 is mixed with acidic drain water 12 from the first stage of acid treatment and with a neutralizing agent to bring the pH to 6-7, at higher pH values, Fe (OH) ₂ precipitates, which undesirable. As the neutralizing agent is caustic (SaO, NaOH and / or drain water from step 7 precipitate seal 5, which has a high alkalinity (10-20 ^mg. Eq / l). Mixing of the liquid phase 16 with acidic drain water from the drain 12 and water 7 in a ratio of 1: 3: 3 without the use of alkaline reagents provides a pH of a mixture of 50.0-6.5 and the formation of insoluble compounds of heavy metals in the form of sulfides (ZnS, CuS, CdS, NiS, etc.) and hydroxides (Cr (OH) ₃ ) in the form of a coagulated sludge The mixture is separated by settling 17 to separate heavy metal containing sludge 18 In the case of clarified liquid phase 19, it is preferable to use the clarified liquid phase 19 as wash water.

Анаэробное сбраживание ведут для повышения содержания сульфид-ионов в среде осадка, которые отделяются от него на первой ступени кислотной обработки и используются в качестве осаждающего реагента на стадии отделения ионов тяжелых металлов из жидкой фазы обработанного осадка. Промывка сброженного осадка позволяет снизить щелочность осадка, что сокращает потребность в кислотных реагентах на стадиях кислотной обработки на 40-50% получить сливную воду с высокой щелочностью, которая может быть использована в качестве нейтрализующего агента для осаждения ионов тяжелых металлов из жидкой фазы обработанного осадка. Ведение кислотной обработки в две ступени позволяет на первой ступени отделить от твердой фазы осадка ионы, подвижные в среде с низким окислительно-восстановительным потенциалом (S^2-, Cr³⁺, As³⁺ и др.), а на второй ступени ионы, подвижные в среде с высоким окислительно-восстановительным потенциалом (Cu, Cd и др.). Смешение жидкой фазы обработанного осадка с кислой сливной водой приводит к образованию сульфидов тяжелых металлов (CuS, CdS и др.), а введение нейтрализующего агента для доведения рН смеси до 6-7 приводит к выпадению сульфидов ZnS, NiS и Cr(OH)₃. Применение осветленной жидкой фазы в качестве промывной воды позволяет использовать содержащиеся в ней ионы Fe²⁺, (до 50 мг/л) в качестве коагулянта для снижения выноса взвешенных веществ со сливной водой на стадии уплотнения осадка и позволяет снизить нагрузку на очистные сооружения станции аэрации по взвешенным веществам и аммонийному азоту.Anaerobic digestion is carried out to increase the content of sulfide ions in the sediment medium, which are separated from it at the first stage of acid treatment and are used as a precipitating reagent at the stage of separation of heavy metal ions from the liquid phase of the treated precipitate. Washing the fermented sludge reduces the alkalinity of the sludge, which reduces the need for acid reagents at the stages of acid treatment by 40-50% to obtain drainage water with high alkalinity, which can be used as a neutralizing agent for the precipitation of heavy metal ions from the liquid phase of the treated sludge. Conducting the acid treatment in two steps allows one to separate ions from the solid phase of the precipitate from the solid phase of the precipitate in a medium with a low redox potential (S ^2- , Cr ³⁺ , As ³⁺ , etc.), and ions that are mobile in the second step in an environment with a high redox potential (Cu, Cd, etc.). Mixing the liquid phase of the treated precipitate with acidic drainage water leads to the formation of heavy metal sulfides (CuS, CdS, etc.), and the introduction of a neutralizing agent to adjust the pH of the mixture to 6-7 leads to the precipitation of ZnS, NiS, and Cr (OH) ₃ sulfides. The use of a clarified liquid phase as a wash water allows the use of Fe ²⁺ ions contained in it (up to 50 mg / l) as a coagulant to reduce the suspension of suspended solids with drain water at the stage of sediment compaction and reduces the load on the treatment facilities of the aeration station by suspended substances and ammonium nitrogen.

Таким образом, при использовании предлагаемого способа сокращается или полностью исключается (в зависимости от характеристик исходного осадка) расход щелочных реагентов, снижается расход кислотных реагентов, повышается степень удаления тяжелых металлов из твердой и жидкой фаз осадка, снижается нагрузка по взвешенным веществам и аммонийному азоту на очистные сооружения станции аэрации. Thus, when using the proposed method, the consumption of alkaline reagents is reduced or completely eliminated (depending on the characteristics of the initial sludge), the consumption of acid reagents is reduced, the degree of removal of heavy metals from the solid and liquid phases of the sludge is increased, and the load on suspended solids and ammonium nitrogen on the treatment plants is reduced aeration station facilities.

Claims

1. A method of treating sewage sludge with the removal of heavy metals, including acid treatment of sludge, separation into a solid phase and a liquid phase containing heavy metal ions, mixing the liquid phase with a neutralizing agent, followed by separation of the mixture into a sludge containing heavy metals and a clarified liquid phase characterized in that before the acid treatment, the precipitates are mixed with washing with water, the resulting mixture is separated by densification into drain water and a compacted precipitate, which is subjected to acid treatment, and drain w water is used as a neutralizing agent.

2. The method according to p. 1, characterized in that the clarified liquid phase is used as washing water.

3. The method according to claim 1, characterized in that the liquid phase containing heavy metal ions is divided into two streams before mixing with drain water, one of which is subjected to anaerobic treatment in the presence of sulfate-reducing bacteria, and, together with the other stream, is directed to mixing with drain water.

4. The method according to PP. 1 to 3, characterized in that the acid treatment of the sediments is carried out during aeration in the presence of acidophilic microorganisms.

5. A method of treating sewage sludge with the removal of heavy metals, including acid treatment of sludge, separation into a solid phase and a liquid phase containing heavy metal ions, mixing the liquid phase with a neutralizing agent, followed by separation of the mixture into a sludge containing heavy metals and a clarified liquid phase characterized in that before the acid treatment the sediments are subjected to anaerobic digestion, followed by mixing with wash water and compaction to form drain water and a compacted precipitate, and the acid sample The compacted sludge is run in two stages, in the first of which the compacted sludge is mixed with washing water and acid, followed by separation of acidic drainage water from the compacted sludge, and in the second stage, the deflated acidic sludge is aerated in the presence of acidophilic microorganisms and / or mixed with acid and oxidizing agent, and when mixing the liquid phase with a neutralizing agent, acidic drain water is introduced.

6. The method according to p. 5, characterized in that the clarified liquid phase is used as washing water.

7. The method according to p. 5, characterized in that the drainage water is sent to mix with acidic drainage water, a liquid phase containing heavy metal ions, and an alkaline reagent.