專利名稱：城鎮(zhèn)污水污泥的減量化、資源化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于固體廢物處理、處置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種城鎮(zhèn)污水污泥的減量化、資源化方法。
背景技術(shù)：
我國每年產(chǎn)生大量污泥，按2006年生活污水排放量300億噸，處理率40％，污泥(含水率99％)產(chǎn)生量為污水處理量的1％計(jì)，則產(chǎn)生剩余污泥約1.2億噸，隨著我國城市生活污水排放量的增加和處理率的提高，污泥產(chǎn)生量還將不斷增長。大量積累的污泥不僅占用土地，而且污泥含有大量有機(jī)營養(yǎng)物及難降解有機(jī)物、微量元素、病原微生物和寄生蟲卵、重金屬等成分，均有可能通過不同途徑對生態(tài)環(huán)境造成污染。要妥善處理大量城鎮(zhèn)污水污泥，首先是減少污泥量，降低后續(xù)處理的負(fù)擔(dān)，其次是實(shí)現(xiàn)污泥的資源化處理和利用。
目前國內(nèi)外實(shí)現(xiàn)污泥減量的主要工藝包括濃縮、脫水和消化，前兩者主要是去除污泥中的水分，實(shí)現(xiàn)污泥的體積減量，目前城鎮(zhèn)污水污泥脫水泥餅含水率一般在80％以上，仍然較高，不利于填埋、生產(chǎn)建材等后續(xù)處理；污泥消化包括好氧消化和厭氧消化，通過生化反應(yīng)去除污泥中的有機(jī)質(zhì)，實(shí)現(xiàn)污泥的質(zhì)量減量，但污泥消化反應(yīng)周期長(15～30天)，處理設(shè)施復(fù)雜，投資運(yùn)行費(fèi)用較高。為了改善污泥脫水效果，有研究采用破解預(yù)處理改變污泥絮體結(jié)構(gòu)，然后脫水，以降低脫水泥餅含水率；為了提高污泥消化效率，有研究采用破解預(yù)處理促進(jìn)污泥解體和有機(jī)質(zhì)的溶出，然后進(jìn)行消化，以加速反應(yīng)過程，但這種方式的反應(yīng)周期仍然較長(6～15天)，而且處理設(shè)施和運(yùn)行管理更加復(fù)雜。
如果利用污泥破解促進(jìn)污泥有機(jī)質(zhì)大量溶出、改善污泥脫水性能的特性，直接采用物理分離方法去除污泥中的有機(jī)物，代替生物反應(yīng)，就可以快速實(shí)現(xiàn)污泥的減量，促進(jìn)污泥的脫水。污泥中含有大量有機(jī)質(zhì)，以高分子有機(jī)物為主，包括蛋白質(zhì)(約46-52％)、腐殖酸(約18-23％)、多糖(約7％)、核酸和脂肪等，堿處理后分離得到的有機(jī)物以這些大分子有機(jī)物為主，便于采用超濾法提取，而且提取液適于制作腐殖酸液體肥。
破解污泥常用方法包括機(jī)械處理、熱處理、酸堿處理、化學(xué)氧化和生物處理等，其中熱處理、化學(xué)氧化和生物處理都會使大分子有機(jī)物降解為小分子有機(jī)物，不利于有機(jī)物的分離，而堿處理具有破解效率高、工藝簡單的優(yōu)點(diǎn)，而且氫氧化鈉對蛋白質(zhì)、多糖、DNA的水解程度有限，和腐殖酸生成腐殖酸鈉鹽，因此氫氧化鈉處理還可以減少大分子有機(jī)物的降解，有利于采用超濾方式進(jìn)行分離。在其它研究中，堿破解污泥主要是用于污泥消化的預(yù)處理，由于其目的在于輔助污泥水解，避免對后續(xù)消化產(chǎn)生不良影響，采用的堿濃度較低(0.08～0.16g/gDS)，在該濃度條件下，污泥的減量效果和同液分離性能不能滿足本方法的要求。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)只有采用較高濃度的氫氧化鈉處理，才可能保證污泥大幅減量，固液分離性能較好。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)上述對污泥特性和破解方法的分析，本發(fā)明的目的在于提供城鎮(zhèn)污水污泥的減量化、資源化方法。其特征在于，利用氫氧化鈉處理使污泥有機(jī)質(zhì)溶出、采用超濾的物理方法實(shí)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)的分離去除，不僅可以大幅提高污泥減量的效率，還可以獲得高質(zhì)量的液態(tài)肥料。具體包括如下步驟(1)脫水泥餅用氫氧化鈉溶液稀釋，利用其破解作用使污泥絮體中的有機(jī)質(zhì)大量溶出；(2)處理后污泥采用離心濃縮機(jī)進(jìn)行分離，獲得濃縮污泥和含有大量高分子有機(jī)物的上清液；(3)濃縮污泥經(jīng)酸中和后采用常規(guī)污泥脫水工藝脫水；(4)上清液經(jīng)砂濾后通過二級超濾分離，濃縮上清液中的腐殖酸等大分子有機(jī)物制肥，同時(shí)過濾液回流。
所述步驟1用濃度為10～12kg/m3的氫氧化鈉溶液稀釋污泥，稀釋后污泥含水率為96％，在環(huán)境溫度下，處理4～6小時(shí)，使污泥破解后溶出大量有機(jī)質(zhì)，降低污泥懸浮固體含量。
所述氫氧化鈉溶液來自于步驟4的過濾液，并補(bǔ)充少量氫氧化鈉，并保持氫氧化鈉濃度為10～12kg/m3。
所述步驟2是將步驟1氫氧化鈉處理后的污泥采用離心機(jī)進(jìn)行分離，分離因數(shù)為2000～3000轉(zhuǎn)/分，在環(huán)境溫度下，使氫氧化鈉處理后污泥中的殘余的懸浮固體物質(zhì)形成濃縮污泥，而大部分的有機(jī)質(zhì)溶出進(jìn)入上清液，其腐殖酸濃度為2000～4000mg/L。
所述步驟3是將濃縮污泥用硫酸或其它廢酸進(jìn)行中和，然后采用常規(guī)污泥脫水方法進(jìn)行調(diào)理脫水，濃縮污泥有機(jī)質(zhì)含量大幅降低，顆粒密度增大，脫水后的泥餅含水率可降至70％，總量減少2/3。
所述步驟4是將步驟2得到的上清液注入耐堿陶瓷超濾膜的超濾系統(tǒng)中，操作壓力0.3MPa，濃縮倍數(shù)為10～20倍，膜截留相對分子量為1000；經(jīng)過二級超濾系統(tǒng)，上清液中腐殖酸等大分子有機(jī)物被分離、濃縮，腐殖酸最終含量在4～8wt％。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1、采用氫氧化鈉處理代替生物處理，可以大幅提高污泥有機(jī)質(zhì)去除和穩(wěn)定化的效率，一般消化需要15～30天，揮發(fā)性懸浮固體(VSS)降解率為30～45％，而采用本方法可以將處理時(shí)間縮短至4～6小時(shí)，且VSS降解率提高至50～60％。2、城鎮(zhèn)污水污泥脫水后泥餅含水率一般為80％，有機(jī)質(zhì)含量在60～80wt％(取決于污泥來源)，經(jīng)本方案處理后，脫水泥餅有機(jī)質(zhì)含量減少為40～50wt％，同時(shí)由于有機(jī)質(zhì)含量降低，污泥更易脫水，泥餅含水率降低至70％，總量減少2/3。3、脫水泥餅經(jīng)本方案處理后，污泥中的大分子有機(jī)物可以得到回收利用，實(shí)現(xiàn)污泥的資源化處理。超濾截留的有機(jī)物以腐殖酸等大分子有機(jī)物為主，可以將其加工為有機(jī)液體肥，實(shí)現(xiàn)了污泥減量過程中的資源化利用。4、通過超濾系統(tǒng)獲得殘余堿液進(jìn)行回流，實(shí)現(xiàn)了氫氧化鈉溶液的循環(huán)利用，降低了污泥處理成本。5、本方法先進(jìn)實(shí)用，占地少，效率高，工藝簡單，運(yùn)行可靠，具有明顯的環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。


圖1是本發(fā)明堿處理實(shí)現(xiàn)污泥減量和資源化的方法示意圖，其中超濾為二級超濾系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供城鎮(zhèn)污水污泥的減量化、資源化方法。圖1為本發(fā)明堿處理實(shí)現(xiàn)污泥減量和資源化的方法示意圖，結(jié)合圖1例舉下面實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行說明，某城鎮(zhèn)污水處理廠產(chǎn)生的脫水泥餅，其含水率為81％，有機(jī)質(zhì)含量為64％，pH為6.86。
將脫水泥餅稀釋為含水率96％，投加氫氧化鈉使其濃度達(dá)到12g/L，攪拌4小時(shí)，處理后的污泥進(jìn)入離心機(jī)分離，分離因數(shù)3000轉(zhuǎn)/分，獲得含水率90％的濃縮污泥和上清液，上清液化學(xué)需氧量(COD)為10076mg/L，腐殖酸含量為2996mg/L。濃縮污泥用硫酸中和至pH＝7，并稀釋至含水率96％，然后采用1.6g/L的FeCl3調(diào)理，采用真空過濾脫水，獲得含水率70％泥餅。離心后的脫出液與洗滌液經(jīng)砂濾去除細(xì)小顆粒后通過兩級耐堿陶瓷超濾膜(截留相對分子量1000)處理，操作壓力為0.3MPa，濃縮倍數(shù)10倍，膜分離后得到的濃縮液顏色呈深紅褐色，腐殖酸含量為30.0g/L，總有機(jī)碳(TOC)大于8wt％，由于是在堿性條件下處理污泥，大部分重金屬沉淀進(jìn)入濃縮污泥中，上清液中重金屬極少，再經(jīng)過超濾處理，又有部分重金屬被截留，最終得到的腐殖酸液體肥中的重金屬含量是極低的，而且病原菌在強(qiáng)堿性條件下滅活，因此濃縮產(chǎn)品符合國家農(nóng)業(yè)部肥料使用準(zhǔn)則。滿足腐殖酸有機(jī)液體肥料對有機(jī)碳的含量要求，重金屬含量為Cd≤0.01wt％，As≤0.002wt％，Pb≤0.002wt％，符合國家農(nóng)業(yè)部《肥料使用準(zhǔn)則》。膜透過液透明、無色，殘余氫氧化鈉含量為10.8g/L，回流后與下一批待處理的脫水泥餅進(jìn)行混合，然后按上述步驟重復(fù)進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.一種城鎮(zhèn)污水污泥的減量化、資源化方法，其特征在于，利用氫氧化鈉處理使污泥有機(jī)質(zhì)溶出、采用超濾的物理方法實(shí)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)的分離去除，不僅可以大幅提高污泥減量的效率，還可以獲得高質(zhì)量的液態(tài)肥料。具體包括如下步驟(1)脫水泥餅用氫氧化鈉溶液稀釋，利用其破解作用使污泥絮體中的有機(jī)質(zhì)大量溶出；(2)處理后污泥采用離心濃縮機(jī)進(jìn)行分離，獲得濃縮污泥和含有大量高分子有機(jī)物的上清液；(3)濃縮污泥經(jīng)酸中和后采用常規(guī)污泥脫水工藝脫水；(4)上清液經(jīng)砂濾后通過二級超濾分離，濃縮上清液中的腐殖酸等大分子有機(jī)物制肥，同時(shí)過濾液回流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述城鎮(zhèn)污水污泥的減量化、資源化方法，其特征在于，所述步驟1用濃度為10～12kg/m3的氫氧化鈉溶液稀釋污泥，稀釋后污泥含水率為96％，在環(huán)境溫度下，處理4～6小時(shí)，使污泥破解后溶出大量有機(jī)質(zhì)，降低污泥懸浮固體含量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述城鎮(zhèn)污水污泥的減量化、資源化方法，其特征在于，所述氫氧化鈉溶液來自于步驟4的過濾液，并補(bǔ)充少量氫氧化鈉，并保持氫氧化鈉濃度為10～12kg/m3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述城鎮(zhèn)污水污泥的減量化、資源化方法，其特征在于，所述步驟2是將步驟1氫氧化鈉處理后的污泥采用離心機(jī)進(jìn)行分離，分離因數(shù)為2000～3000轉(zhuǎn)/分，在環(huán)境溫度下，使氫氧化鈉處理后污泥中的殘余的懸浮固體物質(zhì)形成濃縮污泥，而大部分的有機(jī)質(zhì)溶出進(jìn)入上清液，其腐殖酸濃度為2000～4000mg/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述城鎮(zhèn)污水污泥的減量化、資源化方法，其特征在于，所述步驟3是將濃縮污泥用硫酸或其它廢酸進(jìn)行中和，然后采用常規(guī)污泥脫水方法進(jìn)行調(diào)理脫水，濃縮污泥有機(jī)質(zhì)含量大幅降低，顆粒密度增大，脫水后的泥餅含水率可降至70％，總量減少2/3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述城鎮(zhèn)污水污泥的減量化、資源化方法，其特征在于，所述步驟4是將步驟2得到的上清液注入耐堿陶瓷超濾膜的超濾系統(tǒng)中，操作壓力0.3MPa，濃縮倍數(shù)為10～20倍，膜截留相對分子量為1000；經(jīng)過二級超濾系統(tǒng)，上清液中腐殖酸等大分子有機(jī)物被分離、濃縮，腐殖酸最終含量在4～8wt％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述城鎮(zhèn)污水污泥的減量化、資源化方法，其特征在于，所述減量化、資源化的污水污泥為城鎮(zhèn)污水廠污水處理后所產(chǎn)生的剩余活性污泥、消化污泥、混合污泥等有機(jī)質(zhì)含量較高的污泥。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述城鎮(zhèn)污水污泥的減量化、資源化方法，其特征在于，所述采用常規(guī)污泥脫水方法進(jìn)行調(diào)理脫水是采用1.6g/L的FeCl3調(diào)理，采用真空過濾脫水，獲得含水率70％泥餅。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于固體廢物處理、處置技術(shù)領(lǐng)域的城鎮(zhèn)污水污泥的減量化、資源化方法。包括如下步驟脫水泥餅用氫氧化鈉溶液稀釋、破解，使污泥中有機(jī)質(zhì)大量溶出，經(jīng)離心分離得到濃縮污泥和上清液，前者經(jīng)中和、調(diào)理后脫水，后者經(jīng)砂濾、二級超濾后得到濃縮液和透過液，后者含有大量殘余氫氧化鈉，回流進(jìn)行循環(huán)利用。處理后脫水泥餅含水率降低至70％左右，相對于處理前有機(jī)質(zhì)含量減少50％，總質(zhì)量減少2/3；超濾后的濃縮液以腐殖酸等大分子有機(jī)物為主，重金屬含量很低，病原菌被滅活，可以制成安全高效的液體有機(jī)肥，符合農(nóng)業(yè)部“肥料使用準(zhǔn)則”。本發(fā)明適用于城鎮(zhèn)污水處理廠產(chǎn)生的剩余活性污泥、消化污泥、混合污泥的減量和資源化處理。
文檔編號C05F11/02GK101037287SQ20071006416
公開日2007年9月19日 申請日期2007年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月5日
發(fā)明者聶永豐, 李歡, 金宜英, 王志玉 申請人:清華大學(xué)