一種廢水生物處理后剩余污泥的處理方法
【專利摘要】本發明提供了一種廢水生物處理后剩余污泥的處理方法，通過加入硫酸亞鐵溶液、過硫酸鈉溶液或過硫酸鉀溶液和工業粉煤灰，處理污泥，得到濾餅和濾液。跟現有技術相比，本發明通過添加二價鐵鹽和加熱協同激發過硫酸鹽產生強氧化性硫酸根自由基，利用硫酸根自由基高效破解污泥微生物細胞，使微生物失去活性，顯著減弱與胞外聚合物間的附著作用，從而剝離胞外聚合物，釋放出鍵合態水，改變污泥絮體的結構和表面疏水性；加入工業粉煤灰劑后，增加了濾餅通透性，能起到助濾劑的作用。本方法可使污泥比阻低至(0.2～0.5)×108S2/g，脫水后濾餅的含水率低至40～60％，減少常規絮凝劑例如聚丙烯酰胺產生的二次污染，降低了污泥脫水運行成本、對原先工藝設備不需要改造就可實施，運行方便，脫水污泥可以直接填埋或用作生產陶粒或建筑材料。
【專利說明】一種廢水生物處理后剩余污泥的處理方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及剩余污泥的處理方法，特別是涉及一種廢水生物處理后剩余污泥的處 理方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，我國的污水處理工作的迅速發展很大程度上緩解了我國水污染的危機， 然而活性污泥法及衍生工藝作為廢水處理應用最廣泛的生物處理技術，其最大弊端是產生 大量的剩余污泥。隨著廢水處理標準越來越嚴格，剩余污泥的產量也大幅度地增長，伴隨而 來的污泥的的污染問題也日益突出，已經引起了社會各界的高度關注。當前剩余污泥經過 厭氧/好氧消化后，主要是向污泥中投加聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺等有機高分 子聚合物使污泥顆粒絮凝、增強結構以便于機械脫水。但絮凝劑只能相對提高污泥的脫水 速率，不能改善污泥的脫水程度，脫水后污泥含水率只能降至78%?85%，不能滿足焚燒 和填埋的要求，因此高含水率的剩余污泥的處理處置已經成為污水處理發展的關鍵問題， 尋求經濟有效的減量化、穩定化以及資源化污泥處理處置技術具有重要的現實意義。
[0003] 污泥中的水分按其存在狀態共分為四種：污泥顆粒周圍游離水的孔隙水，占污泥 總含水量的70?80%左右；占總水量的10?20%左右在顆粒裂隙中由于毛細作用形成毛 細水和由于表面張力的作用吸附在污泥顆粒表面的吸附水，毛細水和吸附水結合力強；包 含在污泥中微生物細胞體內的結合水，占總水量5%?8%。大量的研究表明污泥顆粒表面 吸附有各種荷電離子及胞外聚合物，其中胞外聚合物主要是細菌，分泌于體外的一些高分 子聚合物，具有親水性和粘性的多聚糖、蛋白質、核酸、脂質和DNA等高分子物質組成，其包 圍在細胞周圍能為微生物提供良好的生存環境，其質量（包括其結合水）約占污泥固體質 量的80%，不能用單純的機械法除掉，因此污泥脫水的關鍵在于改變污泥表面的電性以及 破解污泥中胞外聚合物，使污泥更容易團聚，將鍵合態的水釋放。
[0004] 當前用超聲，電解，堿熱，尤其是Fenton等系列高級氧化技術預調理污泥深度脫 水已取得了一定的成果。李娟等（環境科學，2009年第30卷第2期，475-479)發現用Fenton 試劑能有效破解活性污泥的胞外聚合物，氧化處理后，污泥顆粒的平均粒徑明顯減小，均勻 性提高，使污泥的無機化程度和疏水性提高，并增加脫水后泥餅的含固率，有利于污泥的減 量化和資源化，然而實踐表明Fenton及類似工藝處理污泥成本較高阻礙了該技術的工程 化應用。
[0005] 硫酸根自由基（Sulfate radicals, S<V ·)是一種高活性的自由基，氧化還原電勢 為2. 5?3. IV，可通過光輻射、熱、過渡金屬（Co2+，Ag+，Fe2+等）等活化過硫酸鹽分解產生， S04_ ·能激發產生其他的中間體高活性氧化物種（例如· 0H)，啟動一序列自由基的擴散和 終止鏈式反應，能部分甚至完全氧化分解降解污染物，活化過程如方程（1?4)所示。
[0006] S2082 +heat/hv - S04 · (1)
[0007] S2082 +e - S04 · +S042 (2)
[0008] S2082、Mn+ - M(n+1)++S0, · +S0廣 （3)
[0009] SO, · +H20 - · OH+HSCV (4)。
【發明內容】
[0010] 為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供以一種廢水生物處理后剩余污泥的 處理方法。
[0011] 本發明提供的一種廢水生物處理后剩余污泥的處理方法，包括以下步驟：
[0012] (1)、將城市污水剩余污泥配制成混合液懸浮固體濃度為8000?11000mg/L，加入 反應槽內，90-150轉/分鐘快速攪拌下，用酸溶液調節pH至2. 0?4. 0 ;
[0013] (2)、將步驟（1)處理后的混合液加熱至50?70°C，加入硫酸亞鐵溶液、過硫酸鈉 溶液或過硫酸鉀溶液和工業粉煤灰，以40-60轉/分鐘攪拌反應4-7小時；
[0014] (3)、用堿溶液調節pH至9. 0,絮凝沉淀排出上清液，將底部濃縮的污泥進行機械 或真空脫水，得到濾餅和濾液。
[0015] 步驟（2)中所述硫酸亞鐵溶液，質量-體積濃度為8-12% ;過硫酸鈉溶液或過硫 酸鉀溶液質量-體積濃度為8-12%;工業粉煤灰的處理方法為：在90-1KTC下烘干，過200 目篩，去掉塊狀物及渣子，干燥備用。
[0016] 步驟（2)中硫酸亞鐵溶液中的硫酸亞鐵、過硫酸鈉溶液或過硫酸鉀溶液中的過硫 酸鈉或過硫酸鉀、工業粉煤灰和污泥固含物重量比為〇· 07-0. 15:0. 4-0. 6:0. 2-0. 4:1。
[0017] 步驟⑵中所述酸溶液為硫酸或鹽酸溶液，濃度為0. 2mol/L?0. 4mol/L。
[0018] 步驟⑶中所述堿溶液為氫氧化鈉或氫氧化鈣溶液，濃度為0. 2mol/L?0. 4mol/ L〇
[0019] 跟現有技術相比，本發明通過添加二價鐵鹽和加熱協同激發過硫酸鈉產生強氧化 性硫酸根自由基，利用硫酸根自由基高效破解污泥微生物細胞，使大量的蛋白質和多糖得 到釋放并轉移到液相，失去活性的微生物與胞外聚合物間的附著作用顯著減弱，導致胞外 聚合物從污泥絮體表面剝離，一部分結合水轉化成易被脫除的自由水，從而改變污泥絮體 的結構和表面疏水性；加入工業粉煤灰劑后，通過兩者合用獲得了更好的效果，即硫酸根自 由基可降低脫水后濾餅的水分含量，污泥經過工業粉煤灰的調理，使污泥細小顆粒聚集形 成絮凝體，顯著加大絮凝體的粒徑，使絮凝體結實致密，不僅增加了濾餅的通透性，能起到 助濾劑的作用。本技術可使污泥比阻低至（〇. 2?0. 5) X 108S2/g、脫水后濾餅的含水率低 至40?60%。同時方法成本低、減少常規絮凝劑例如聚丙烯酰胺（PAM)產生的二次污染， 降低了污泥脫水運行成本、對原先工藝設備不需要改造就可實施，運行方便，脫水污泥可以 直接填埋或用作生產陶粒或建筑材料。
【具體實施方式】
[0020] 下面通過具體實施例來進一步說明本發明技術方案。
[0021 ] 實施例所用剩余污泥取自蕪湖某污水處理廠生化池剩余污泥。
[0022] 實施例1
[0023] (1)、將城市污水剩余污泥配制成混合液懸浮固體濃度為9486mg/L，取500ml加入 反應槽內，100轉/分鐘快速攪拌下，用鹽酸調節pH至2. 0 ;
[0024] (2)、將步驟（1)處理后的混合液加熱至50°C，加入硫酸亞鐵溶液、過硫酸鈉溶 液或過硫酸鉀溶液和工業粉煤灰，以40轉/分鐘攪拌反應4小時；所述硫酸亞鐵溶液，質 量-體積濃度為10% ;過硫酸鈉溶液或過硫酸鉀溶液質量-體積濃度為10% ;工業粉煤灰 的處理方法為：在105°C下烘干，過200目篩，去掉塊狀物及渣子，干燥備用；其中，硫酸亞鐵 溶液中的硫酸亞鐵〇. 43g、過硫酸鈉溶液中的過硫酸鈉2. 31g、工業粉煤灰1. 58g。
[0025] (3)、用氫氧化鈉溶液調節pH至9. 0,絮凝沉淀排出上清液，將底部濃縮的污泥進 行機械或真空脫水，得到濾餅和濾液，濾餅含水率54. 2 %。
[0026] 污泥比阻測定：污泥2min重力排水后，直至不再出水，真空度為35kPa，100ml污泥 倒入口徑8cm的布氏漏斗，預濕潤定量濾紙，工作10?20min，記錄過濾時間t和相應時刻 的濾液量V以及濾液總體積，進行計算的出污泥比阻（SRF)。公式如下：
[0027] SRF = 2bPA2/ μ c
[0028] 其中：Α是過濾面積m2 ;b是過濾時間/濾液體積（t/V)和濾液體積（V)的斜率 (S ·πΓ6) ;C :單位體積濾出液所得濾餅干重kg/m3 ;P :過濾壓力；μ :濾出液粘度N 〇2。泥 餅含水率測定：用城市污水處理廠污泥檢驗方法（CJ/T221-2005)中含水率的測定（重量 法）
[0029] 相對疏水性測定：向圓底玻璃試管（酸處理，d = 10mm)內加入30ml活性污泥（pH 調節到7. 0)，超聲分散（50w)2min，再加入15mL正己烷作為有機相，用玻璃小塞封口，室溫 (25±2°C )劇烈振蕩5min，把混合相倒入分液漏斗中靜置lOmin分層，液相流入到另外一個 玻璃器皿中，然后分別測定萃取后液相中的MLSS濃度（MLSSJ和原MLSS濃度（MLSSJ分別 表示，相對疏水性RH按下公式表示 ：
[0030] RH(%) = [l-MLSSVMLSSj X100
[0031] 污泥比阻測定、泥餅含水率測定和污泥比阻測定，結果如下表1。
[0032] 實施例2
[0033] (1)、將城市污水剩余污泥配制成混合液懸浮固體濃度為10108mg/L，取500ml加 入反應槽內，110轉/分鐘快速攪拌下，用鹽酸調節pH至2. 0 ;
[0034] (2)、將步驟（1)處理后的混合液加熱至60°C，加入硫酸亞鐵溶液、過硫酸鈉溶 液或過硫酸鉀溶液和工業粉煤灰，以50轉/分鐘攪拌反應5小時；所述硫酸亞鐵溶液，質 量-體積濃度為8%;過硫酸鈉溶液或過硫酸鉀溶液質量-體積濃度為11 %;工業粉煤灰的 處理方法為：在90°C下烘干，過200目篩，去掉塊狀物及渣子，干燥備用；其中，硫酸亞鐵溶 液中的硫酸亞鐵〇. 465g、過硫酸鈉溶液中的過硫酸鈉2. 4g、工業粉煤灰1. 6g。
[0035] (3)、用氫氧化鈣溶液調節pH至9. 0,絮凝沉淀排出上清液，將底部濃縮的污泥進 行機械或真空脫水，得到濾餅和濾液，濾餅含水率58. 2 %。
[0036] 按照實施例1所述的方法進行污泥比阻測定、泥餅含水率測定和污泥比阻測定， 結果如下表1。
[0037] 實施例3
[0038] (1)、將城市污水剩余污泥配制成混合液懸浮固體濃度為l〇525mg/L，取500ml加 入反應槽內，l〇〇r/min快速攪拌下，用鹽酸調節pH至3. 0 ;
[0039] (2)、將步驟（1)處理后的混合液加熱至58°C，加入硫酸亞鐵溶液、過硫酸鈉溶 液或過硫酸鉀溶液和工業粉煤灰，以50轉/分鐘攪拌反應6小時；所述硫酸亞鐵溶液，質 量-體積濃度為10% ;過硫酸鈉溶液或過硫酸鉀溶液質量-體積濃度為12% ;工業粉煤灰 的處理方法為：在90°C下烘干，過200目篩，去掉塊狀物及渣子，干燥備用；其中，硫酸亞鐵 溶液中的硫酸亞鐵〇. 41、過硫酸鉀溶液中的過硫酸鉀2. 3g、工業粉煤灰1. 7g。
[0040] (3)、用氫氧化鈉溶液調節pH至9. 0,絮凝沉淀排出上清液，將底部濃縮的污泥進 行機械或真空脫水，得到濾餅和濾液，濾餅含水率59. 6 %。
[0041] 按照實施例1所述的方法進行污泥比阻測定、泥餅含水率測定和污泥比阻測定， 結果如下表1。
[0042] 實施例4
[0043] (1)、將城市污水剩余污泥配制成混合液懸浮固體濃度為10930mg/L，取500ml力口 入反應槽內，120轉/分鐘快速攪拌下，用鹽酸調節pH至4. 0 ;
[0044] (2)、將步驟（1)處理后的混合液加熱至70°C，加入硫酸亞鐵溶液、過硫酸鈉溶 液或過硫酸鉀溶液和工業粉煤灰，以50轉/分鐘攪拌反應4小時；所述硫酸亞鐵溶液，質 量-體積濃度為10% ;過硫酸鈉溶液或過硫酸鉀溶液質量-體積濃度為10% ;工業粉煤灰 的處理方法為：在105°C下烘干，過200目篩，去掉塊狀物及渣子，干燥備用；其中，硫酸亞鐵 溶液中的硫酸亞鐵〇. 475g、過硫酸鈉溶液中的過硫酸鈉2. 45g、工業粉煤灰1. 8g。
[0045] (3)、用氫氧化鈉溶液調節pH至9. 0,絮凝沉淀排出上清液，將底部濃縮的污泥進 行機械或真空脫水，得到濾餅和濾液，濾餅含水率55. 3 %。
[0046] 按照實施例1所述的方法進行污泥比阻測定、泥餅含水率測定和污泥比阻測定， 結果如下表1。
[0047] 實施例5
[0048] (1)、將城市污水剩余污泥配制成混合液懸浮固體濃度為8862mg/L，取500ml加入 反應槽內，110轉/分鐘快速攪拌下，用鹽酸調節pH至3. 0 ;
[0049] (2)、將步驟（1)處理后的混合液加熱至65°C，加入硫酸亞鐵溶液、過硫酸鈉溶 液或過硫酸鉀溶液和工業粉煤灰，以60轉/分鐘攪拌反應4小時；所述硫酸亞鐵溶液，質 量-體積濃度為10% ;過硫酸鈉溶液或過硫酸鉀溶液質量-體積濃度為10% ;工業粉煤灰 的處理方法為：在105°C下烘干，過200目篩，去掉塊狀物及渣子，干燥備用；其中，硫酸亞鐵 溶液中的硫酸亞鐵〇. 464g、過硫酸鉀溶液中的過硫酸鉀2. 26g、工業粉煤灰1. 78g。
[0050] (3)、用氫氧化鈉溶液調節pH至9. 0,絮凝沉淀排出上清液，將底部濃縮的污泥進 行機械或真空脫水，得到濾餅和濾液，濾餅含水率54. 6 %。
[0051] 按照實施例1所述的方法進行污泥比阻測定、泥餅含水率測定和污泥比阻測定， 結果如下表1。
[0052] 表1實施例1-5污泥測定結果
[0053]
【權利要求】
1. 一種廢水生物處理后剩余污泥的處理方法，其特征在于，所述處理方法包括以下步 驟： (1) 、將城市污水剩余污泥配制成混合液懸浮固體濃度為8000?11000mg/L，加入反應 槽內，90-150轉/分鐘快速攪拌下，用酸溶液調節pH至2. 0?4. 0 ; (2) 、將步驟（1)處理后的混合液加熱至50?70°C，加入硫酸亞鐵溶液、過硫酸鈉溶液 或過硫酸鉀溶液和工業粉煤灰，以40-60轉/分鐘攪拌反應4-7小時； (3) 、用堿溶液調節pH至9. 0,絮凝沉淀排出上清液，將底部濃縮的污泥進行機械或真 空脫水，得到濾餅和濾液。
2. 根據權利要求1所述的處理方法，其特征在于，步驟（2)中硫酸亞鐵溶液中的硫酸亞 鐵、過硫酸鈉溶液或過硫酸鉀溶液中的過硫酸鈉或過硫酸鉀、工業粉煤灰和污泥固含物重 量比為 〇· 07-0. 15:0. 4-0. 6:0. 2-0. 4:1。
3. 根據權利要求1或2所述的處理方法，其特征在于，所述硫酸亞鐵溶液，質量-體積 濃度為8-12%。
4. 根據權利要求1或2所述的處理方法，其特征在于，所述過硫酸鈉溶液或過硫酸鉀溶 液質量-體積濃度為8-12%。
5. 根據權利要求1或2所述的處理方法，其特征在于，所述工業粉煤灰的處理方法為： 在90-11(TC下烘干，過200目篩，去掉塊狀物及渣子，干燥備用。
6. 根據權利要求1所述的處理方法，其特征在于，步驟（2)中所述酸溶液為硫酸或鹽酸 溶液，濃度為〇· 2mol/L?0· 4mol/L。
7. 根據權利要求1所述的處理方法，其特征在于，步驟（3)中所述堿溶液為氫氧化鈉或 氫氧化鈣溶液，濃度為〇· 2mol/L?0· 4mol/L。
【文檔編號】C02F11/00GK104193127SQ201410490022
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月23日 優先權日:2014年9月23日
【發明者】唐海, 沙俊鵬 申請人:安徽工程大學