專利名稱：一種城市污泥的處理方法以及用于處理城市污泥的系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種城市污泥的處理方法以及用于處理城市污泥的系統。
背景技術：
污泥是污水處理的必然產物。^一五”期間，在污水處理廠建設和污水處理量攀升的同時，也帶來了污泥量的大幅增長。據報道，目前我國處于運營狀態的污水廠有2000 余座，日處理水量為8000多萬立方米。以污泥(含水率為98質量％ )占污水的質量比例為O. 6質量％計算，每天產生污泥的產量為48萬立方米。“十二五”期間，隨著在建污水處理廠大批投運，城鎮污水處理廠污泥的年均增長量將達到15重量％。
污水處理廠產生的污泥包括初沉污泥和剩余污泥。初沉污泥和剩余污泥及其混合物被稱為城市污泥。城市污泥的水含量高且含有有機殘片和細菌菌體，未經恰當處理的城市污泥進入環境后，將直接給水體和大氣帶來二次污染，不但降低了污水處理系統的有效處理能力，而且對生態環境和人類的活動構成了嚴重的威脅。
向城市污泥中加入堿性物質(如氫氧化鈉)，并在較高的溫度下(如30 300°C ) 對其進行處理，稱為城市污泥的熱堿處理；相應地，經過熱堿處理的城市污泥，稱為熱堿污泥。將城市污泥進行熱堿處理可以破碎微生物細胞，將城市污泥中微生物細胞外部和細胞內部的有機物溶解出來，轉化為在水相可溶的物質，從而減少城市污泥的量，是一種城市污泥減量化和無害化的有效方法。此外，在對城市污泥進行熱堿處理時，污泥中含有的大部分磷將轉化成為例如PO/-、HPO42-和H2PO4-的含磷無機酸根離子。
但是，熱堿污泥在進行過濾脫水時，極易發生堵塞濾布的現象，降低脫水效率，需要進行多次脫水才能將熱堿污泥中的水脫除，得到低含水率的脫水污泥。 發明內容
本發明的目的是提供一種城市污泥的處理方法，該方法采用熱堿處理方法來將城市污泥中的微生物內的有機物溶解出來，從而使城市污泥減量化和無害化；更重要的是，該方法能夠有效地提聞熱喊污泥的脫水效率。
本發明的發明人在研究過程中驚訝地發現，向熱堿污泥中添加水溶性鐵鹽、水溶性亞鐵鹽或水溶性鋁鹽能夠顯著改善熱堿污泥的脫水性能，提高脫水效率。由此完成了本發明。
本發明提供了一種城市污泥的處理方法，該方法包括
在熱堿解條件下，使所述城市污泥與堿接觸，以得到熱堿污泥，所述熱堿污泥含有選自PO/-、HPO42-和H2PO4-中的一種或多種含磷無機酸根離子；
向所述熱堿污泥中添加選自水溶性鐵鹽、水溶性亞鐵鹽和水溶性鋁鹽中的一種或多種金屬鹽，并將所述熱堿污泥與所述金屬鹽混合，以得到改性熱堿污泥；以及
將所述改性熱堿污泥進行脫水。
本發明還提供了一種處理城市污泥的系統，該系統包括熱堿處理裝置、后處理裝置、脫水裝置、以及用于連接所述脫水裝置與污水處理系統的污水輸送管道；所述熱堿處理裝置與所述后處理裝置連通，所述脫水裝置與所述后處理裝置連通，所述后處理裝置用于使來自所述熱堿處理裝置的熱堿污泥與選自水溶性鐵鹽、水溶性亞鐵鹽和水溶性鋁鹽中的一種或多種金屬鹽混合，以得到改性熱堿污泥。
根據本發明的方法能夠顯著減少污泥的總量，改善熱堿污泥的脫水性能，提高脫水效率。根據本發明的方法，得到的污泥的量能夠比直接對城市污泥進行脫水而得到的污泥的量減少80重量％以上。
并且，本發明的方法中，添加的選自水溶性鐵鹽、水溶性亞鐵鹽和水溶性鋁鹽中的一種或多種金屬鹽能夠與熱堿污泥中的含磷無機酸根離子(包括磷酸根離子、磷酸一氫根離子和磷酸二氫根離子)發生反應形成磷酸鹽沉淀，使得熱堿污泥中以無機酸根離子形式存在的磷沉淀出來，在后續的脫水過程中，上述沉淀物保留在泥相中，能夠有效地降低將熱堿污泥進行脫水而得到的濾液中的磷含量，從而減輕后續的污水處理的工作量。即，根據本發明的方法在改善熱堿污泥的脫水性能的同時，還能夠降低得到的污水中的磷含量。
另外，根據本發明的方法簡便易行。
附圖是用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式
一起用于解釋本發明，但并不構成對本發明的限制。在附圖中
圖1是根據本發明的處理城市污泥的系統的一種實施方式的示意圖2是根據本發明的處理城市污泥的系統的另一種實施方式的示意圖；
圖3是根據本發明的處理城市污泥的系統的熱堿處理裝置中，堿加料口的位置的示意圖；以及
圖4是根據本發明的處理城市污泥的系統的后處理處理裝置中，用于添加金屬鹽的加料口的位置的示意圖。
具體實施方式
本發明提供了一種城市污泥的處理方法，該方法包括在熱堿解條件下，使所述城市污泥與堿接觸，以得到熱堿污泥，所述熱堿污泥含有選自P043-、HP0421PH2P04-中的一種或多種含磷無機酸根離子。
根據本發明，所述城市污泥可以為污水處理過程中產生的初沉污泥，也可以為污水處理過程中產生的剩余污泥，還可以為所述初沉污泥和所述剩余污泥的混合物。
根據本發明的方法，所述堿可以為本領域通常用于對城市污泥進行熱堿處理的堿。例如，所述堿可以為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氧化鈉和氧化鉀中的一種或多種。
根據本發明的方法，所述堿的用量可以根據所述城市污泥的來源進行適當的選擇。一般地，所述堿與以干基計的所述城市污泥的質量比可以為0.01 1: 100，優選為 O. 05 O. 8 100。
根據本發明的方法，所述堿可以直接添加到所述城市污泥中，也可以配制成水溶液后再添加到城市污泥中。在將堿配制成水溶液后再添加到城市污泥中時，所述水溶液的濃度可以為本領域的常規選擇，沒有特別限定。
根據本發明的方法，所述熱堿解條件可以為本領域的常規條件。一般地，所述熱堿解條件包括溫度可以為30 300°C，優選為100 200°C ;所述城市污泥在熱堿反應器中的水力停留時間可以為5分鐘至3小時。
本發明中，所述水力停留時間是指反應器的容積與污泥的進料流量的比值。
根據本發明的方法，所述城市污泥通常含有大量水，根據其來源不同，所述城市污泥的固含量可能存在差別。優選地，所述城市污泥的固含量為2 10重量％。在所述城市污泥的固含量為2 10重量％時，不僅能夠使得堿與所述城市污泥的接觸更為充分，從而更為有效地對城市污泥進行破解；還能夠有效地減輕熱堿處理步驟以及后續步驟的處理量。
本發明中，所述固含量是采用干燥失重法測定的，是將質量為Hi1的污泥在105°C的溫度下干燥至恒重(記為m2)，m2與Hl1的百分比為固含量。
根據本發明，在所述城市污泥的固含量低于2重量％或高于10重量％時，盡管可以直接將該城市污泥送入所述熱堿反應器中，但是從減輕熱堿處理步驟以及后續步驟的處理量的角度出發，在所述城市污泥的固含量為低于2重量％時，根據本發明的方法優選還包括將在所述城市污泥送入所述熱堿反應器之前，將所述城市污泥進行濃縮，使城市污泥的固含量為2 10重量在所述城市污泥的固含量為高于10重量％時，根據本發明的方法優選還包括將在所述城市污泥送入所述熱堿反應器之前，將所述城市污泥進行稀釋，使城市污泥的固含量為2 10重量％。
根據本發明的方法，可以采用本領域常用的方法來對固含量為低于2重量％的城市污泥進行濃縮，以使濃縮后的城市污泥的固含量為2 10重量％。例如，可以采用靜置、 過濾或離心分離的方法，將所述城市污泥進行固液分離，以將所述城市污泥分離成為固相和水相，并分出所述水相，從而使得到的城市污泥的固含量為2 10重量％。
根據本發明的方法，所述過濾可以在本領域常用的過濾設備上進行，所述過濾設備的實例可以為但不限于板框式壓濾機和帶壓式壓濾機。
根據本發明的方法，將城市污泥進行濃縮而得到的水相可以送到污水處理裝置中進行處理后排出。
根據本發明的方法，經熱堿處理得到的熱堿污泥含有磷，其中，至少部分磷以選自 PO/-、HPO42-和H2PO4-中的一種或多種含磷無機酸根離子的形式存在。即，所述熱堿污泥含有選自PO43' ΗΡ042_和h2po4_中的一種或多種含磷無機酸根離子。
根據本發明的方法，所述熱堿污泥中含磷無機酸根離子的含量隨進行熱堿處理的城市污泥的來源以及熱堿處理的條件而變化，沒有特別限定。一般地，所述熱堿污泥中，含磷無機酸根尚子的含量為O. 4 6克/100克干泥。
根據本發明的方法，由于城市污泥與堿的接觸通常在升高溫度的條件下進行，因此所述熱堿污泥通常溫度較高。從進一步降低根據本發明的方法的能耗的角度出發，根據本發明的方法優選包括在將待處理的城市污泥與堿接觸之前，與所述熱堿污泥進行換熱， 這樣一方面可以降低熱堿污泥的溫度，另一方面則可以提高待處理的城市污泥的溫度，降低用于冷卻熱堿污泥和加熱城市污泥的能源消耗量。
在根據本發明的方法包括將城市污泥進行濃縮或者稀釋，并將濃縮后或者稀釋后的城市污泥與堿接觸時，根據本發明的方法還包括將濃縮后或者稀釋后的城市污泥與熱堿污泥進行換熱。
本發明對于所述換熱的方法沒有特別限定，可以為本領域的常規選擇。本文不再贅述。
根據本發明的方法還包括向所述熱堿污泥中添加選自水溶性鐵鹽、水溶性亞鐵鹽和水溶性鋁鹽的金屬鹽，并將所述熱堿污泥與所述金屬鹽混合，以得到改性熱堿污泥。
根據本發明的方法，所述金屬鹽的添加量以能夠使得得到的改性熱堿污泥具有改進的脫水性能為準。
一般地，以摩爾計，所添加的金屬鹽的總量與所述熱堿污泥中含磷無機酸根離子總量的比值可以為O. 2 5 1，優選為O. 5 3 I。在所述金屬鹽與所述含磷無機酸根離子的摩爾比為O. 5 3 I時，能夠在基本使所述熱堿污泥中的含磷無機酸根離子沉淀完全的前提下，進一步降低本發明的方法的成本。
根據本發明的方法，所述水溶性鐵鹽可以為各種能夠溶解于水中且陽離子含有鐵離子(Fe3+)的化合物；所述水溶性亞鐵鹽可以為各種能夠溶解于水中且陽離子含有亞鐵離子(Fe2+)的化合物；所述水溶性鋁鹽可以為各種能夠溶解于水中且陽離子含有鋁離子 (Al3+)的化合物、或者在水中能夠水解形成鋁離子的化合物。優選地，所述金屬鹽為硫酸鐵、 氯化鐵、硝酸鐵、檸檬酸鐵、硫酸亞鐵、氯化亞鐵、硝酸亞鐵、硫酸鋁、氯化鋁和硝酸鋁中的一種或多種。
根據本發明的方法，所述選自水溶性鐵鹽、水溶性亞鐵鹽和水溶性鋁鹽的一種或多種金屬鹽可以直接添加到熱堿污泥中，也可以各自配制成水溶液后再添加到熱堿污泥中。在將所述金屬鹽配制成水溶液再添加到熱堿污泥中時，所述金屬鹽在所述水溶液中的濃度沒有特別限定，只要能夠使所述金屬鹽溶解完全即可。
根據本發明的方法，對于將熱堿污泥與選自水溶性鐵鹽、水溶性亞鐵鹽和水溶性鋁鹽的一種或多種金屬鹽進行混合的方法和條件沒有特別限定，可以為本領域的常規選擇。
優選地，將所述熱堿污泥與所述金屬鹽進行混合的條件包括混合的溫度為10 IOO0C ;混合的時間為I秒至2小時(例如5分鐘至2小時)。在上述條件下進行混合，能夠進一步提高最終得到的改性熱堿污泥的脫水性能，并進一步降低對改性熱堿污泥進行脫水后得到的濾液中的磷含量。從平衡最終得到的改性熱堿污泥的脫水性能、降低對改性熱堿污泥進行脫水后得到的濾液中的磷含量與能源消耗的角度出發，所述混合的溫度更優選為20 60°C;所述熱堿污泥在所述后處理反應器中的水力停留時間更優選為5 30分鐘。
本發明的方法對于所述熱堿污泥的固含量沒有特別限定。本發明的發明人在研究過程中發現，在熱堿污泥的固含量為2 10重量％時，采用本發明的方法對所述熱堿污泥進行處理得到的改性熱堿污泥具有更好的脫水性能，而且還不會加重后續的脫水步驟的負擔。
在本發明的一種優選的實施方式中，在所述熱堿污泥的固含量為2重量％以下時，根據本發明的方法包括在將熱堿污泥與選自水溶性鐵鹽、水溶性亞鐵鹽和水溶性鋁鹽的一種或多種金屬鹽混合之前，將所述熱堿污泥進行濃縮，以使濃縮后的熱堿污泥的固含量為2 10重量％。
所述濃縮的方法在前文已經進行了詳細的描述，在此不再贅述。
在該優選的實施方式中，所述濃縮優選在絮凝劑的存在下進行，這樣能夠進一步提高濃縮的效率。本發明對于所述絮凝劑的用量和種類沒有特別限定，可以為本領域的常規選擇。優選地，所述絮凝劑與以干基計的所述熱堿污泥的質量比為O. 001 O.1 I。所述絮凝劑的實例可以為但不限于羧酸鹽系絮凝劑、磺酸鹽系絮凝劑、陰離子聚丙烯酰胺、 一級胺、二級胺、三級胺、四級銨、四級硫、陽離子聚丙烯酰胺、聚酯系絮凝劑、聚醇系絮凝劑和非離子型聚丙烯酰胺。
在本發明的另一種優選的實施方式中，在所述熱堿污泥的固含量為10重量％以上時，根據本發明的方法包括在將熱堿污泥與選自水溶性鐵鹽、水溶性亞鐵鹽和水溶性鋁鹽的一種或多種金屬鹽混合之前，將所述熱堿污泥進行稀釋，以使稀釋后的熱堿污泥的固含量為2 10重量％。
根據本發明的方法還包括將所述改性熱堿污泥進行脫水。
根據本發明的方法可以采用本領域常用的各種方法來對所述改性熱堿污泥進行脫水。例如可以采用靜置、過濾或離心分離的方法，將所述改性熱堿污泥進行固液分離，將所述改性熱堿污泥分離成為固相和水相，并分出所述水相，從而脫除所述改性熱堿污泥中的水。
根據本發明的方法，所述過濾可以在本領域常用的過濾設備上進行，所述過濾設備的實例可以為但不限于板框式壓濾機和帶壓式壓濾機。
根據本發明的方法，脫水后的改性熱堿污泥的固含量可以根據具體的應用場合進行適當的選擇，優選為20重量％以上，例如可以為20 40重量％。
根據本發明的方法，將改性污泥進行脫水而獲得的水相可以進入污水處理系統中進行處 理后排放。
根據本發明的方法，通過將熱堿污泥與選自水溶性鐵鹽、水溶性亞鐵鹽和水溶性鋁鹽的一種或多種金屬鹽混合后進行脫水，能夠顯著降低得到的水相中的磷含量。一般地， 根據本發明的方法得到的水相中的磷含量能夠為250mg/L以下，優選條件下能夠為70mg/L 以下。
本發明還提供了一種處理城市污泥的系統，如圖1所示，該系統包括熱堿處理裝置2、后處理裝置7、脫水裝置9、以及用于連接所述脫水裝置9與污水處理系統的污水輸送管道12 ;所述熱堿處理裝置2與所述后處理裝置7連通，所述脫水裝置9與所述后處理裝置7連通。
根據本發明的系統，所述熱堿處理裝置2包括熱堿反應器20，所述熱堿處理裝置2 用于使所述城市污泥與堿在熱堿解條件下在熱堿反應器20中進行接觸，以得到熱堿污泥。 本發明對于所述熱堿處理裝置2沒有特別限定，可以為本領域的常規選擇。
根據本發明，所述熱堿反應器20用于為城市污泥與堿的接觸提供場所，可以為本領域的常規選擇，本文不再贅述。
根據本發明，所述熱堿處理裝置2還包括用于將待處理的城市污泥送入所述熱堿反應器20內的城市污泥輸入管道13、用于將經熱堿處理的熱堿污泥輸出的熱堿污泥輸出管道14、用于對所述熱堿反應器20進行加熱的加熱單元3、以及用于將所述熱堿反應器20 的內部空間與環境隔離的反應器蓋(未示出)。所述城市污泥輸入管道13、熱堿污泥輸出管道14、加熱單元3和反應器蓋均可以為本領域的常規選擇。
根據本發明的系統，所述熱堿處理裝置2優選包括位于所述熱堿反應器20內部的攪拌器16，以將所述城市污泥與堿混合均勻，并防止由于局部反應速度過快而引起的局部過熱。
根據本發明的系統，所述熱堿反應裝置2優選還包括溫度控制單元(未示出)。所述溫度控制單元一方面用于檢測所述熱堿反應器20內的溫度，另一方面則根據檢測到的所述熱堿反應器20內的溫度來控制所述加熱單元3進行加熱、以及加熱的溫度。
根據本發明的系統，所述熱堿反應裝置2還包括用于輸入待處理的城市污泥的污泥進料口 17。所述污泥進料口 17優選位于所述熱堿反應器20的上部(例如在所述熱堿反應器20的高度為H1時，以所述熱堿反應器20的底部為基準，所述污泥進料口 17的位置優選為7丑I 了丑I )。3 4
根據本發明的系統，所述熱堿反應裝置2還包括用于添加堿的堿加料口，所述堿加料口的位置可以根據具體的反應器的類型進行適當的選擇。一般地，所述堿加料口可以設置在所述熱堿反應器的外部，例如設置在城市污泥輸入管道13上(如圖3中所示出的A 點)；或者設置在位于所述熱堿反應裝置2的污泥進料口 17上(如圖3中所示出的BA)。 所述堿加料口還可以設置在所述熱堿反應器20的內部，例如可以設置密封穿過所述反應器蓋的兩端開口的管道(如圖1中的加料單元4)，所述管道的一端端口與堿儲罐(未示出) 相連，另一端端口位于所述熱堿反應器20的內部(如圖3中示出的C點)。位于所述熱堿反應器內部的端口的位置優選不高于所述污泥進料口，例如在所述熱堿反應器20的高度為H1時，以所述 熱堿反應器20的底部為基準，所述加料單元4的位于所述熱堿反應器20內部的端口的位置優選為 ，且所述加料單元4的位于所述熱堿反應器20內部的端口低于所述污泥進料口。
根據本發明的系統，所述后處理裝置用于將熱堿污泥與選自水溶性鐵鹽、水溶性亞鐵鹽和水溶性鋁鹽中的一種或多種的金屬鹽進行混合，以得到改性熱堿污泥。
根據本發明的系統，所述后處理裝置7包括用于為所述熱堿污泥與所述金屬鹽進行混合提供場所的后處理反應器21，所述后處理反應器21可以為能夠實現上述功能的各種反應器，沒有特別限定。
根據本發明的系統，所述后處理裝置7還包括用于將改性熱堿污泥輸出的改性污泥輸出管道15、以及用于將所述后處理反應器21的內部空間與所述環境隔離的后處理反應器蓋(未示出)。所述改性污泥輸出管道15以及后處理反應器蓋各自可以為本領域的常規選擇，沒有特別限定，本文不再贅述。
根據本發明的系統，所述后處理裝置7還包括位于所述后處理反應器21內的攪拌器18，用于將所述熱堿污泥與所述金屬鹽混合均勻。
根據本發明的系統，所述后處理系統7還包括用于輸入熱堿污泥的熱堿污泥進料口 19。所述熱堿污泥進料口 19優選位于所述后處理反應器21的上部(例如在所述后處理反應器21的高度為H2時，以所述后處理反應器21的底部為基準，所述熱堿污泥進料口I9的位置優選為晏丑2 吞i/d。3 4
根據本發明的系統，所述后處理裝置7還包括用于添加所述金屬鹽以及任選的絮凝劑的加料口。本發明對于所述加料口的位置沒有特別限定，可以根據具體的后處理反應器的類型進行適當的選擇。
在本發明的一種實施方式中，用于添加所述金屬鹽以及任選的絮凝劑的加料口設置在所述后處理反應器21的外部，例如設置在熱堿污泥輸入管道14上(如圖4中所示出的D點)；或者設置在位于所述后處理反應裝置7的熱堿污泥進料口 19上(如圖4中所示出的E點)。
在本發明的另一種實施方式中，用于添加所述金屬鹽以及任選的絮凝劑的加料口設置在所述后處理反應器21的內部，例如可以設置密封穿過所述反應器蓋的兩端開口的管道，所述管道的一端端口與儲罐(未示出)相連，另一端端口位于所述后處理反應器21 的內部(如圖4中示出的F點和圖1示出的加料單元8)。根據本發明，所述管道的數量可以根據需要添加的物料的種類進行選擇，例如所述管道可以包括用于輸送所述金屬鹽的管道和用于輸送絮凝劑的管道。另外，也可以僅設置一個管道，先后將物料送入所述后處理反應器21的內部。位于所述后處理反應器21內部的端口的位置優選不低于所述熱堿污泥進料口 19，例如所述后處理反應器21的高度為H2時，以所述后處理反應器21的底部為基準，位于所述后處理反應器21內部的端口的位置優選為|丑2 ，且位于所述后處理3 4反應器21內部的端口的位置低于所述熱堿污泥進料口 19。
根據本發明的系統還包括所述脫水裝置9，所述脫水裝置9用于將所述改性熱堿污泥進行脫水，脫水產生的水相進入所述污水輸送管道12，輸送至污水處理系統。所述脫水裝置可以為本領域的常規選擇，本文不再贅述。
如圖1和2所示，在本發明的一種優選的實施方式中，根據本發明的系統還包括初級處理裝置1、以及用于連接所述初級處理裝置和污水處理系統的污水輸送管道10，所述初級處理裝置I與所述熱堿處理裝置2連通。
所述初級處理裝置I用于將所述城市污泥進行濃縮或稀釋，濃縮或稀釋后的城市污泥輸送至所述熱堿處理裝置2中，濃縮產生的水相進入所述污水輸送管道10，輸送至所述污水處理系統。
根據本發明，所述初級處理裝置I可以為本領域的常規選擇，本領域不再贅述。
如圖2所示，在本發明的另一種優選的實施方式中，該系統還包括二次濃縮裝置 6、以及用于連接所述二次濃縮裝置6和污水處理系統的污水輸送管道11，所述二次濃縮裝置6與所述熱堿處理裝置2和所述后處理裝置7連通。
所述二次濃縮裝置6用于將通過熱堿污泥輸送管道22而進入所述二次濃縮裝置 6的熱堿污泥進行濃縮，并將濃縮后的熱堿污泥通過濃縮熱堿污泥輸送管道14而進入所述后處理裝置7中，濃縮產生的水相進入所述污水輸送管道11，輸送至所述污水處理系統。
如圖1和2所示，根據本發明的系統，由于熱堿處理系統2中輸出的熱堿污泥的溫度較高，從進一步降低能耗的角度出發，根據本發明的系統還包括換熱裝置5，所述換熱裝置5用于將所述城市污泥與所述熱堿處理裝置2輸出的熱堿污泥進行換熱，或者所述換熱裝置5用于將所述濃縮后的城市污泥與所述熱堿處理裝置2輸出的熱堿污泥進行換熱。本發明對于所述換熱裝置5沒有特別限定，可以為本領域常用的能夠實現上述功能的各種換熱裝置，本文不再贅述。
如圖2所示，本發明的用于處理城市污泥的系統的一種優選的運行流程為將城市污泥送入初級處理裝置I中，濃縮或稀釋成為固含量為2 10重量％ ;濃縮得到的水相通過污水輸送管道10進入污水處理系統進行凈化，濃縮或稀釋得到的城市污泥通過城市污泥輸入管道13進入熱堿反應裝置2的熱堿反應器20中，伴隨攪拌，將堿通過設置在所述熱堿反應器20內部的堿加料單元4送入所述熱堿反應器20中，通過加熱單元3將所述熱堿反應器20內的溫度加熱至30 300°C (優選100 200°C )，以使城市污泥與堿接觸反應，從而得到熱堿污泥，所述城市污泥在所述熱堿反應器20內的水力停留時間為5分鐘至3 小時。所述熱堿污泥在換熱器5中與待處理的城市污泥進行換熱后,通過熱堿污泥輸入管道22進入所述二次濃縮裝置6中進行濃縮，濃縮得到的水相通過污水輸送管道11進入污水處理系統中進行凈化，濃縮得到的熱堿污泥的固含量優選為2 10重量％。濃縮后的熱堿污泥通過與后處理反應裝置6相連的熱堿污泥輸入管道14進入所述后處理反應器21， 伴隨攪拌，通過位于所述后處理反應器21內的加料單元8將選自水溶性鐵鹽、水溶性亞鐵鹽和水溶性鋁鹽中的一種或多種金屬鹽送入所述后處理反應器21中，并與熱堿污泥混合， 接著加入絮凝劑，得到改性熱堿污泥。所述熱堿污泥在所述后處理反應器21中的水力停留時間為I秒鐘至2小時。得到的改性熱堿污泥通過改性熱堿污泥輸送管道15進入脫水裝置9中，進行脫水，得到脫水的污泥，其中，脫水的污泥的固含量為60 80重量％，脫除的水相通過污水輸送管道12輸送至污水處理裝置中進行凈化。
以下結合實施例詳細說明本發明。
以下實施例中，采用GB11893-89中規定的鑰酸銨分光光度法來測定熱堿污泥中的含磷無機酸根離子的含量。
以下實施例中，固含量的測試方法為將質量為Hi1的污泥在105°C的溫度下干燥至恒重(記為m2), m2與Iii1的百分比為固含量。
實施例1
本實施例用來說明根據本發明的城市污泥處理方法和城市污泥處理系統。
(I)如圖2所示,將40噸城市污泥(固含量為I重量％ )送入初級處理裝置I中， 經過濃縮的城市污泥的固含量為3重量％。濃縮得到的水相通過污水輸送管道輸送至污水處理裝置中進行凈化。
(2)濃縮后的城市污泥經過換熱裝置5，與經熱堿處理的熱堿污泥進行換熱，換熱后的城市污泥的溫度為130°C。
(3)將換熱后的城市污泥送入熱堿反應裝置2的熱堿反應器20中，伴隨攪拌，同時通過堿加料單元4向所述熱堿反應器20中投加氫氧化鈉，氫氧化鈉與熱堿反應器20中的以干基計的城市污泥的重量比為1: 100，并且加熱單元3將熱堿反應器20中的城市污泥加熱至溫度為2 00°C，進行熱堿處理，以得到熱堿污泥。其中，城市污泥在熱堿反應器20中的水力停留時間為Ih ;熱堿污泥中，含磷無機酸根離子(包括？043_、即042_和H2PO4O的總量為300mg/L。熱堿污泥的固含量為1. 2重量％。
(4)由熱堿反應裝置2輸出的熱堿污泥經換熱裝置5，與經初次濃縮的城市污泥進行換熱后，熱堿污泥的溫度為60°C。
(5)將換熱后的熱堿污泥送入二次濃縮裝置6中，熱堿污泥在二次濃縮裝置6中的水力停留時間為lh，濃縮后的熱堿污泥的固含量為5重量％ ;二次濃縮得到的水相通過污水輸送管道輸送至污水處理裝置中進行凈化。
(6)濃縮后的熱堿污泥進入后處理反應裝置7的后處理反應器21中，伴隨攪拌，加料單元8向后處理反應器內的熱堿污泥中投加氯化鐵和陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑(商購自鞏義佳恒公司，牌號為C1650),使后處理反應器21中的熱堿污泥中,Fe3+與熱堿污泥中的含磷無機酸根離子(包括P043_、HP0423PH2P04_)的總量的摩爾比為1: 1，絮凝劑的用量與以干基計的熱堿污泥的重量比為O. 02 I。熱堿污泥在后處理反應器21中的水力停留時間為30min，后處理反應器21內的溫度為45°C。·
(7)得到的改性熱堿污泥進入脫水裝置9中，采用板框式壓濾機進行一次脫水，脫水過程中沒有發生濾布堵塞的現象，過濾時間為10分鐘。脫水得到的水相通過污水輸送管道進入污水處理裝置中進行凈化。其中，脫水得到的水相中，磷含量為35mg/L ;得到的脫水污泥的固含量為30重量％ ,脫水污泥重量為O. 53噸。
對比例I
采用與實施例1相同的方法對城市污泥進行處理，不同的是，不進行步驟￠)，步驟(4)得到的熱堿污泥直接進入脫水裝置9中進行脫水，采用板框式壓濾機進行一次脫水， 脫水過程中濾布發生堵塞，過濾時間為I小時。脫水得到的水相中，磷含量為300mg/L ;得到的脫水污泥的固含量為5重量％，脫水污泥重量為3. 2噸。
實施例2
本實施例用來說明根據本發明的城市污泥處理方法和城市污泥處理系統。
采用與實施例1相同的方法對城市污泥進行處理，不同的是，步驟出)中，依次由加料單元8向后處理反應器21內的熱堿污泥中投加硫酸鐵和絮凝劑，使后處理反應器21 中的熱堿污泥中，Fe3+與熱堿污泥中的含磷無機酸根離子(包括Ρ0/_、ΗΡ0廣和H2PO4O的總量的摩爾比為O. 5 I。脫水過程中沒有發生濾布堵塞的現象，過濾時間為15分鐘，脫水得到的水相中，磷含量為100mg/L ;得到的脫水污泥的固含量為20重量％，重量為O. 8噸。
實施例3
本實施例用來說明根據本發明的城市污泥處理方法和城市污泥處理系統。
采用與實施例1相同的方法對城市污泥進行處理，不同的是，步驟￠)中，依次由加料單元8向后處理反應器21內的熱堿污泥中投加氯化鋁和絮凝劑，使后處理反應器21 中的熱堿污泥中，Al3+與熱堿污泥中的含磷無機酸根離子(包括Ρ043_、ΗΡ0廣和H2PO4O的總量的摩爾比為5 I。脫水過程中沒有發生濾布堵塞的現象，過濾時間為8分鐘，脫水得到的水相中，磷含量為2mg/L ;得到的脫水污泥的固含量為39重量％，重量為O. 41噸。
實施例4
本實施例用來說明根據本發明的城市污泥處理方法和城市污泥處理系統。
采用與實施例1相同的方法對城市污泥進行處理，不同的是，步驟￠)中，依次由加料單元8向后處理反應器21內的熱堿污泥中投加氯化鋁和絮凝劑，使后處理反應器21 中的熱堿污泥中，Al3+與熱堿污泥中的含磷無機酸根離子(包括Ρ043_、ΗΡ0廣和H2PO4O的總量的摩爾比為3 I。脫水過程中沒有發生濾布堵塞的現象，過濾時間為8分鐘，脫水得到的水相中，磷含量為2. 5mg/L ;得到的脫水污泥的固含量為35重量重量為O. 46噸。
實施例5
本實施例用來說明根據本發明的城市污泥處理方法和城市污泥處理系統。
(I)如圖1所示,將40噸城市污泥(固含量為O. 8重量％ )送入初級處理裝置I, 經過濃縮的城市污泥的固含量為2. 5重量％。濃縮得到的水相通過污水輸送管道輸送至污水處理裝置中進行凈化。
(2)濃縮后的城市污泥經過換熱裝置5，與經熱堿處理的熱堿污泥進行換熱，換熱后的城市污泥的溫度為100 °c。
(3)將換熱后的城市污泥送入熱堿反應裝置2的熱堿反應器20中，伴隨攪拌，同時通過加料單元4向所述熱堿反應器20中投加氫氧化鉀，氫氧化鉀與熱堿反應器20中的以干基計的城市污泥的重量比為O. 8 100,并且加熱單元3將熱堿反應器20中的城市污泥加熱至溫度為160°C，進行熱堿處理，以得到熱堿污泥。其中，城市污泥在熱堿反應器20中的水力停留時間為45min ;熱堿污泥中，含磷無機酸根離子(包括PO43' ΗΡ042_和H2PO4O的總量為400mg/L。熱堿污泥的固含量為1.1重量％。
(4)由熱堿反應裝置2輸出的熱堿污泥經換熱裝置5，與經初次濃縮的城市污泥進行換熱后，熱堿污泥的溫度為50°C。
(5)濃縮后的熱堿污泥進入后處理反應裝置7的后處理反應器21中，伴隨攪拌，依次由加料單元8向后處理反應器21內的熱堿污泥中投加硫酸鋁和陽離子聚丙烯酰胺(商購自鞏義佳恒公司，牌號為C1650)，使后處理反應器21中的熱堿污泥中，Al3+與熱堿污泥中的含磷無機酸根離子(包括P043_、HP0423PH2P04_)的總量的摩爾比為2 1，絮凝劑的用量與以干基計的熱堿污泥的重量比為O. 02 I。熱堿污泥在后處理反應器21中的水力停留時間為I小時，后處理反應器21內的溫度為30°C。
(6)得到的改性熱堿污泥進入脫水裝置9中，采用板框式壓濾機進行一次脫水，脫水過程中沒有發生濾布堵塞的現象，過濾時間為9分鐘。脫水得到的水相通過污水輸送管道進入污水處理裝置中進行凈化。其中，脫水得到的水相中，磷含量為15mg/L ;得到的脫水污泥的固含量為31重量％ ,脫水污泥重量為O. 45噸。
實施例6
本實施例用來說明根據本發明的城市污泥處理方法和城市污泥處理系統。
(I)如圖2所示,將40噸城市污泥(固含量為I重量％ )送入初級處理裝置I中， 經過濃縮的城市污泥的固含量為3重量％。濃縮得到的水相通過污水輸送管道輸送至污水處理裝置中進行凈化。
(2)濃縮后的城市污泥經過換熱裝置5，與經熱堿處理的熱堿污泥進行換熱，換熱后的城市污泥的溫度為130°C。
(3)將換熱后的城市污泥送入熱堿反應裝置2的熱堿反應器20中，伴隨攪拌，同時通過堿加料單元4向所述熱堿反應器20中投加氫氧化鈉，氫氧化鈉與熱堿反應器20中的以干基計的城市污泥的重量比為O. 8 100,并且加熱單元3將熱堿反應器20中的城市污泥加熱至溫度為180°C，進行熱堿處理，以得到熱堿污泥。其中，城市污泥在熱堿反應器20 中的水力停留時間為O. Sh ;熱堿污泥中，含磷無機酸根離子的總量為350mg/L。熱堿污泥的固含量為1. 3重量％。
(4)由熱堿反應裝置2輸出的熱堿污泥經換熱裝置5，與經初次濃縮的城市污泥進行換熱后，熱堿污泥的溫度為55°C。
(5)將換熱后的熱堿污泥送入二次濃縮裝置6中，熱堿污泥在二次濃縮裝置6中的水力停留時間為1. 2h，濃縮后的熱堿污泥的固含量為4重量％ ;二次濃縮得到的水相通過污水輸送管道輸送至污水處理裝置中進行凈化。
(6)濃縮后的熱堿污泥進入后處理反應裝置7的后處理反應器21中，伴隨攪拌，加料單元8向后處理反應器內的熱堿污泥中投加硫酸亞鐵，使后處理反應器21中的熱堿污泥中，Fe2+與熱堿污泥中的含磷無機酸根離子(包括Ρ0/_、ΗΡ0廣和H2PO4O的總量的摩爾比為 3 I。熱堿污泥在后處理反應器21中的水力停留時間為20min，后處理反應器21內的溫度為40V。
(7)得到的改性熱堿污泥進入脫水裝置9中，采用板框式壓濾機進行一次 脫水，脫水過程中沒有發生濾布堵塞的現象，過濾時間為13分鐘。脫水得到的水相通過污水輸送管道進入污水處理裝置中進行凈化。其中，脫水得到的水相中，磷含量為20mg/L ;得到的脫水污泥的固含量為32重量％ ,脫水污泥重量為O. 54噸。
權利要求
1.一種城市污泥的處理方法，該方法包括在熱堿解條件下，使所述城市污泥與堿接觸，以得到熱堿污泥，所述熱堿污泥含有選自 PO43' HPO廣和H2PCV中的一種或多種含磷無機酸根離子；向所述熱堿污泥中添加選自水溶性鐵鹽、水溶性亞鐵鹽和水溶性鋁鹽中的一種或多種金屬鹽，并將所述熱堿污泥與所述金屬鹽混合，以得到改性熱堿污泥；以及將所述改性熱堿污泥進行脫水。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，以摩爾計，所述金屬鹽的總量與所述熱堿污泥中的含磷無機酸根離子的總量的比值為0.2 5 I。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，以摩爾計，所述金屬鹽的總量與所述熱堿污泥中的含磷無機酸根離子的總量的比值比為0.5 3 I。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，所述熱堿污泥與所述金屬鹽進行混合的溫度為 10 100°C，所述熱堿污泥的水力停留時間為I秒至2小時。
5.根據權利要求4所述的方法，其中，所述熱堿污泥與所述金屬鹽進行混合的溫度為 20 60°C，所述熱堿污泥的水力停留時間為5分鐘至30分鐘。
6.根據權利要求1 5中任意一項所述的方法，其中，所述金屬鹽為硫酸鐵、氯化鐵、硝酸鐵、檸檬酸鐵、硫酸亞鐵、氯化亞鐵、硝酸亞鐵、硫酸鋁、氯化鋁和硝酸鋁中的一種或多種。
7.根據權利要求1所述的方法，其中，所述堿與以干基計的所述城市污泥的質量比為O.01 1: 100。
8.根據權利要求1或7所述的方法，其中，所述堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氧化鈉和氧化鉀中的一種或多種。
9.根據權利要求1所述的方法，其中，所述熱堿解條件包括溫度為30 300°C，所述城市污泥的水力停留時間為5分鐘至3小時。
10.根據權利要求1所述的方法，其中，該方法還包括將所述城市污泥與所述熱堿污泥進行換熱，并將換熱后的城市污泥在熱堿解條件下與堿接觸。
11.根據權利要求1 5和10中任意一項所述的方法，其中，所述熱堿污泥的固含量為 2 10重量％。
12.根據權利要求1 5和10中任意一項所述的方法，其中，所述熱堿污泥的固含量為低于2重量％，該方法還包括在向所述熱堿污泥中添加所述金屬鹽之前，將所述熱堿污泥進行濃縮，以使濃縮后的熱堿污泥的固含量為2 10重量％ ;或者所述熱堿污泥的固含量為高于10重量％，該方法還包括在向所述熱堿污泥中添加所述金屬鹽之前，將所述熱堿污泥進行稀釋，以使稀釋后的熱堿污泥的固含量為2 10重量％。
13.根據權利要求12所述的方法，其中，所述濃縮在絮凝劑的存在下進行，所述絮凝劑與以干基計的所述熱堿污泥的質量比為O. 001 O.1 I。
14.根據權利要求1所述的方法，其中，脫水后的改性熱堿污泥的固含量為20質量％以上。
15.一種處理城市污泥的系統，該系統包括熱堿處理裝置(2)、后處理裝置(7)、脫水裝置(9)、以及用于連接所述脫水裝置(9)與污水處理系統的污水輸送管道(12);所述熱堿處理裝置(2)與所述后處理裝置(7)連通，所述脫水裝置(9)與所述后處理裝置(7)連通，所述后處理裝置(7)用于使來自所述熱堿處理裝置(2)的熱堿污泥與選自水溶性鐵鹽、水溶性亞鐵鹽和水溶性鋁鹽的一種或多種金屬鹽混合，以得到改性熱堿污泥。
16.根據權利要求15所述的系統，其中，該系統還包括初級處理裝置(I)、以及用于連接所述初級處理裝置(I)和污水處理系統的污水輸送管道(10)，所述初級處理裝置(I)與所述熱堿處理裝置(2)連通，所述初級處理裝置(I)用于將所述城市污泥進行濃縮或稀釋， 并將濃縮或稀釋后的城市污泥輸送至所述熱堿處理裝置(2)中。
17.根據權利要求15或16所述的系統，其中，該系統還包括換熱裝置(5)，所述換熱裝置(5)用于將所述城市污泥與所述熱堿處理裝置(2)輸出的熱堿污泥進行換熱；或者所述換熱裝置(5)用于將所述濃縮或稀釋后的城市污泥與所述熱堿處理裝置(2)輸出的熱堿污泥進行換熱。
18.根據權利要求15或16所述的系統，其中，該系統還包括二次濃縮裝置(6)、以及用于連接所述二次濃縮裝置(6)與污水處理系統的污水輸送管道(11)，所述二次濃縮裝置 (6)與所述熱堿處理裝置(2)以及所述后處理裝置(7)連通，所述二次濃縮裝置(6)用于將來自所述熱堿處理裝置(2)的熱堿污泥進行濃縮，并將濃縮后的熱堿污泥輸送至所述后處理裝置(7)中。
全文摘要
本發明提供了一種城市污泥的處理方法，該方法包括向經熱堿處理的熱堿污泥中添加選自水溶性鐵鹽、水溶性亞鐵鹽和水溶性鋁鹽中的一種或多種金屬鹽，并將所述熱堿污泥與所述金屬鹽混合，以得到改性熱堿污泥；以及將所述改性熱堿污泥進行脫水。本發明還提供了一種處理城市污泥的系統，該系統包括后處理裝置(7)，用于使來自熱堿處理裝置(2)的熱堿污泥與選自水溶性鐵鹽、水溶性亞鐵鹽和水溶性鋁鹽的一種或多種金屬鹽混合，以得到改性熱堿污泥。本發明的方法能夠顯著減少污泥的總量，改善熱堿污泥的脫水性能，提高脫水效率，同時還能夠降低得到的污水中的磷含量。
文檔編號C02F11/14GK103011534SQ20111028559
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月23日 優先權日2011年9月23日
發明者張超 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院