專利名稱：城鎮污水污泥的減量化、資源化方法
技術領域：
本發明屬于固體廢物處理、處置技術領域，具體涉及一種城鎮污水污泥的減量化、資源化方法。
背景技術：
我國每年產生大量污泥，按2006年生活污水排放量300億噸，處理率40％，污泥(含水率99％)產生量為污水處理量的1％計，則產生剩余污泥約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營養物及難降解有機物、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環境造成污染。要妥善處理大量城鎮污水污泥，首先是減少污泥量，降低后續處理的負擔，其次是實現污泥的資源化處理和利用。
目前國內外實現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，實現污泥的體積減量，目前城鎮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、生產建材等后續處理；污泥消化包括好氧消化和厭氧消化，通過生化反應去除污泥中的有機質，實現污泥的質量減量，但污泥消化反應周期長(15～30天)，處理設施復雜，投資運行費用較高。為了改善污泥脫水效果，有研究采用破解預處理改變污泥絮體結構，然后脫水，以降低脫水泥餅含水率；為了提高污泥消化效率，有研究采用破解預處理促進污泥解體和有機質的溶出，然后進行消化，以加速反應過程，但這種方式的反應周期仍然較長(6～15天)，而且處理設施和運行管理更加復雜。
如果利用污泥破解促進污泥有機質大量溶出、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物，代替生物反應，就可以快速實現污泥的減量，促進污泥的脫水。污泥中含有大量有機質，以高分子有機物為主，包括蛋白質(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物以這些大分子有機物為主，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械處理、熱處理、酸堿處理、化學氧化和生物處理等，其中熱處理、化學氧化和生物處理都會使大分子有機物降解為小分子有機物，不利于有機物的分離，而堿處理具有破解效率高、工藝簡單的優點，而且氫氧化鈉對蛋白質、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物的降解，有利于采用超濾方式進行分離。在其它研究中，堿破解污泥主要是用于污泥消化的預處理，由于其目的在于輔助污泥水解，避免對后續消化產生不良影響，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。經研究發現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。
發明內容
根據上述對污泥特性和破解方法的分析，本發明的目的在于提供城鎮污水污泥的減量化、資源化方法。其特征在于，利用氫氧化鈉處理使污泥有機質溶出、采用超濾的物理方法實現有機質的分離去除，不僅可以大幅提高污泥減量的效率，還可以獲得高質量的液態肥料。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質大量溶出；(2)處理后污泥采用離心濃縮機進行分離，獲得濃縮污泥和含有大量高分子有機物的上清液；(3)濃縮污泥經酸中和后采用常規污泥脫水工藝脫水；(4)上清液經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物制肥，同時過濾液回流。
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％，在環境溫度下，處理4～6小時，使污泥破解后溶出大量有機質，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進行分離，分離因數為2000～3000轉/分，在環境溫度下，使氫氧化鈉處理后污泥中的殘余的懸浮固體物質形成濃縮污泥，而大部分的有機質溶出進入上清液，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行中和，然后采用常規污泥脫水方法進行調理脫水，濃縮污泥有機質含量大幅降低，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中，操作壓力0.3MPa，濃縮倍數為10～20倍，膜截留相對分子量為1000；經過二級超濾系統，上清液中腐殖酸等大分子有機物被分離、濃縮，腐殖酸最終含量在4～8wt％。
本發明的優點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質去除和穩定化的效率，一般消化需要15～30天，揮發性懸浮固體(VSS)降解率為30～45％，而采用本方法可以將處理時間縮短至4～6小時，且VSS降解率提高至50～60％。2、城鎮污水污泥脫水后泥餅含水率一般為80％，有機質含量在60～80wt％(取決于污泥來源)，經本方案處理后，脫水泥餅有機質含量減少為40～50wt％，同時由于有機質含量降低，污泥更易脫水，泥餅含水率降低至70％，總量減少2/3。3、脫水泥餅經本方案處理后，污泥中的大分子有機物可以得到回收利用，實現污泥的資源化處理。超濾截留的有機物以腐殖酸等大分子有機物為主，可以將其加工為有機液體肥，實現了污泥減量過程中的資源化利用。4、通過超濾系統獲得殘余堿液進行回流，實現了氫氧化鈉溶液的循環利用，降低了污泥處理成本。5、本方法先進實用，占地少，效率高，工藝簡單，運行可靠，具有明顯的環境效益、社會效益和經濟效益。
圖1是本發明堿處理實現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。
具體實施例方式
本發明提供城鎮污水污泥的減量化、資源化方法。圖1為本發明堿處理實現污泥減量和資源化的方法示意圖，結合圖1例舉下面實施例對本發明進行說明，某城鎮污水處理廠產生的脫水泥餅，其含水率為81％，有機質含量為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到12g/L，攪拌4小時，處理后的污泥進入離心機分離，分離因數3000轉/分，獲得含水率90％的濃縮污泥和上清液，上清液化學需氧量(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砂濾去除細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入濃縮污泥中，上清液中重金屬極少，再經過超濾處理，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，而且病原菌在強堿性條件下滅活，因此濃縮產品符合國家農業部肥料使用準則。滿足腐殖酸有機液體肥料對有機碳的含量要求，重金屬含量為Cd≤0.01wt％，As≤0.002wt％，Pb≤0.002wt％，符合國家農業部《肥料使用準則》。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行混合，然后按上述步驟重復進行。
權利要求
1.一種城鎮污水污泥的減量化、資源化方法，其特征在于，利用氫氧化鈉處理使污泥有機質溶出、采用超濾的物理方法實現有機質的分離去除，不僅可以大幅提高污泥減量的效率，還可以獲得高質量的液態肥料。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質大量溶出；(2)處理后污泥采用離心濃縮機進行分離，獲得濃縮污泥和含有大量高分子有機物的上清液；(3)濃縮污泥經酸中和后采用常規污泥脫水工藝脫水；(4)上清液經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物制肥，同時過濾液回流。
2.根據權利要求1所述城鎮污水污泥的減量化、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％，在環境溫度下，處理4～6小時，使污泥破解后溶出大量有機質，降低污泥懸浮固體含量。
3.根據權利要求1或2所述城鎮污水污泥的減量化、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，并補充少量氫氧化鈉，并保持氫氧化鈉濃度為10～12kg/m3。
4.根據權利要求1所述城鎮污水污泥的減量化、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進行分離，分離因數為2000～3000轉/分，在環境溫度下，使氫氧化鈉處理后污泥中的殘余的懸浮固體物質形成濃縮污泥，而大部分的有機質溶出進入上清液，其腐殖酸濃度為2000～4000mg/L。
5.根據權利要求1所述城鎮污水污泥的減量化、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行中和，然后采用常規污泥脫水方法進行調理脫水，濃縮污泥有機質含量大幅降低，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.根據權利要求1所述城鎮污水污泥的減量化、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中，操作壓力0.3MPa，濃縮倍數為10～20倍，膜截留相對分子量為1000；經過二級超濾系統，上清液中腐殖酸等大分子有機物被分離、濃縮，腐殖酸最終含量在4～8wt％。
7.根據權利要求1所述城鎮污水污泥的減量化、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污水廠污水處理后所產生的剩余活性污泥、消化污泥、混合污泥等有機質含量較高的污泥。
8.根據權利要求1所述城鎮污水污泥的減量化、資源化方法，其特征在于，所述采用常規污泥脫水方法進行調理脫水是采用1.6g/L的FeCl3調理，采用真空過濾脫水，獲得含水率70％泥餅。
全文摘要
本發明公開了屬于固體廢物處理、處置技術領域的城鎮污水污泥的減量化、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，使污泥中有機質大量溶出，經離心分離得到濃縮污泥和上清液，前者經中和、調理后脫水，后者經砂濾、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，回流進行循環利用。處理后脫水泥餅含水率降低至70％左右，相對于處理前有機質含量減少50％，總質量減少2/3；超濾后的濃縮液以腐殖酸等大分子有機物為主，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肥，符合農業部“肥料使用準則”。本發明適用于城鎮污水處理廠產生的剩余活性污泥、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 優先權日2007年3月5日
發明者聶永豐, 李歡, 金宜英, 王志玉 申請人:清華大學