CN101823768B

CN101823768B - 用含藻污泥制备絮凝剂、复合肥和甲烷的方法

Info

Publication number: CN101823768B
Application number: CN2010101574448A
Authority: CN
Inventors: 潘碌亭; 吴锦峰; 张亚雷; 王文蕾; 余波
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2010-04-27
Filing date: 2010-04-27
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2030-04-27
Also published as: CN101823768A

Abstract

用含藻污泥制备絮凝剂、复合肥和甲烷的方法，涉及到一种含藻污泥资源化工艺。先采用水热氧化技术，将含藻污泥中有机物和无机物在150-180℃，压力为0.8-1MPa的条件下，进行分离，得到黄褐色有机残留废液和含铝铁无机物的固体污泥，再将固体污泥烘干，研磨，过筛，然后将盐酸加入筛下物中，于90-100℃下反应1～2h，静置，将上清液的pH调至2.5～4，在50～60℃熟化12h，得到聚合氯化铝铁液体产品，干燥，即得聚合氯化铝铁固体产品；将有机残留废液pH调节至8-9后入上流式厌氧污泥床反应器中，35℃下反应24h，得颗粒有机肥和甲烷含量为65％的可燃气体。本发明工艺简单，成本低廉，经济与社会效益高，能广泛适用于处理受藻类污染的湖泊污水的污水厂含藻污泥零排放及清洁生产。

Description

用含藻污泥制备絮凝剂、复合肥和甲烷的方法

技术领域

用含藻污泥制备絮凝剂、复合肥和甲烷的方法，涉及一种污泥资源化处理与处置方法。属于污泥资源化处置技术领域

背景技术

水体富营养化带来的一个突出问题是蓝藻水华的爆发。所谓水华(waterblooms)，就是淡水水体中藻类大量繁殖的一种自然生态现象，是水体富营养化的一种特征，主要由于生活及工农业生产中含有大量氮、磷的污水进入水体后，蓝藻(严格意义上应称为蓝细菌)、绿藻、硅藻等藻类成为水体中的优势种群，大量繁殖后使水体呈现蓝色或绿色的一种现象。大规模的蓝藻水华降低了水资源利用效能，引起严重的生态破坏及巨大的经济损失，而蓝藻毒素的产生给公众健康带来极大隐患。目前蓝藻水华的治理方法包括：化学法、物理法和生物方法。

化学法是通过筛选和合成化学药剂(统称杀藻剂)来控制水中藻类的繁殖。其机理一方面通过金属离子抑制藻类的正常代谢而达到杀灭藻类的目的，另一方面则通过金属离子的絮凝作用沉降藻类而达到去除藻类的目的。有机溴杀藻剂、铜盐(硫酸铜、氯化铜)、高锰酸钾等是应用较多的杀藻剂。其中硫酸铜是最为常见的杀藻剂，铜离子作用于蓝藻藻胆体抑制其对光能的吸收和传递，具有较强的杀藻效果。但铜离子容易富集并且硫酸铜能使藻毒素从藻细胞内释放入水中。铝离子和铁离子都有较强的絮凝作用。化学除藻法能立杆见影，但它不可避免地将造成环境污染或破坏生态平衡，所产生的负面效应非常严重，而且难以消除，可以说这是一种短视行为或是一种权宜之计且在水源水体中施用杀藻剂后，死藻仍留在水体中，营养物质不能移出水体，必须连续间歇加注，因此耗药量大，且费时费力。

物理法主要采取截流、疏浚、稀释和污水分流等措施。物理方法有费时、费钱、操作困难的缺点。解层作用、光调节、水位调节、高压放电、超声波等物理方法效果也明显，但不易普遍和大规模实施。向水中播洒粘土清除蓝藻水华也是比较有效的方法。

生物法主要从生态的角度，通过生物间的营养竞争和牧食关系来控制蓝藻水华。生物方法强调的是整个生态***的管理，从营养环节来控制蓝藻，使水体的营养素转变为人类需要的终产品，具有经济、高效、合理的优点。目前主要采用微生物防治、食藻生物、水生植物抑制等方法。利用微生物溶解蓝藻是微生物治理蓝藻水华的主要研究内容；食藻生物防治是在水体中引入鱼类、贝类等其他生物，他们直接或间接以藻类为食，从而抑制藻类的过度生长；水生植物则是从营养竞争、沉降污染和释放抑藻素三个方面来控制蓝藻水华的爆发。

总之，水体中大量营养物质的积累及蓝藻的生态竞争优势导致了蓝藻水华在全球范围内普遍爆发，蓝藻水华造成的危害是多方位和多层次的。化学方法见效快，却不可避免会造成二次污染；物理方法投资大，由于蓝藻与水体分离技术瓶颈长期不能突破，致使物理打捞的工作事倍功半，难以奏效；生物方法从生态的角度治理蓝藻水华，具有经济、高效、合理的优点，已受到越来越广泛的重视。

目前，对处理废水时产生的含有大量超标重金属、病原微生物、有机质及丰富的氮、磷、钾等营养物质的含水量高、易腐烂、有恶臭的污泥主要用填埋、焚烧和堆肥进行处理。污泥填埋是一项比较成熟的技术，然而，填埋处的地质，水文和土壤条件以及环境卫生问题，填坑铺设防渗的材料，渗滤液收集装置及净化设施等造成了费用高昂和工艺复杂等问题。污泥焚烧有两种方法：一种是脱水污泥直接焚烧，该法处置工艺环节少，流程简单，二次污染可能性小，但处理所需的燃料量大，费用较高，同时运输费用也高；另一种是脱水污泥经过干化或者半干化处理后焚燃，它使焚烧相对简单，运输费用减少，但是需要污水厂有配套的干化设备，导致干化费用较高。然而污泥焚烧又以一次性投资大、设备投资高、运转费用高、有机物燃烧温度低于850℃时产生二恶英等剧毒物质，需要对烟气进行处理，焚烧灰需要再处理等限制了其使用。污泥堆肥是利用污泥的微生物进行发酵的过程。但堆肥处理后的污泥产品中病原体仍有可能存活，且产品的高含水率(30％-40％)可使病原体复活，故堆肥法不足以保证安全性，如直接应用于农业会造成土壤以及水体的二次污染：(1)污泥中重金属会造成地下水、土壤及作物的二次污染；(2)污泥中病原体会对环境造成影响；(3)氮、磷等物质浓度过高会对地下水造成污染。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本低廉的含藻污泥处理方法，用该方法能有效利用作为原料的含藻污泥中的无机物和有机物，将含藻污泥最终处置成为絮凝剂、甲烷和具有实用效果好的颗粒有机肥。

为实现上述目的，本发明通过对蓝藻水华和含藻污泥进行实验分析发现，蓝藻水华中含有较丰富的营养成分，主要成分是藻胆蛋白、多糖、脂肪、氨基酸和不饱和脂肪酸等，此外还有抗病毒、抗肿瘤和抗菌活性成分及酶抑制剂，从资源化角度来看，蓝藻是巨大的资源库；另外，由于含藻污水在处理过程中投加大量的铝系和铁系絮凝剂，他们沉淀在含藻污泥中，经检测，含藻污泥中氧化铝含量一般在28％以上，铁含量在3％以上，可以作为聚合氯化铝铁的原料。含藻污泥中有机物含量约75％，无机物含量约25％。含藻污泥的有机物经检测总氮含量为1mg/g，总磷含量为0.1mg/g。本发明采用水热氧化技术对含藻污泥进行处理，使藻泥中有机物和无机物有效分离，然后一方面将分离后的无机物进行改性，制备絮凝剂，另一方面将分离后的有机物通过高效厌氧生产颗粒有机肥和甲烷，最后实现资源化。

具体工艺如下：

A，污泥水热氧化：将污水处理厂含水率96％-99％的含藻污泥，放在水热反应器中，再加入市售的浓度为30％质量百分比的过氧化氢，过氧化氢的加入量为50mg/L，在压力为0.8-1MPa下，加热至150-180℃，反应1.5-2.5h。反应结束后，静置30min，黄褐色液体为有机残留废液，其COD在10000-20000mg/L，剩余的固体污泥是含铝铁无机物的固体污泥。

B，絮凝剂制备：先将剩余的固体污泥在120℃烘干，研磨，过100目筛，筛下物为粒径小于100目的污泥粉末；然后往筛下物中加入摩尔浓度为5mol/L的盐酸，盐酸的加入量是按照污泥粉末∶盐酸＝1∶3～5质量比进行，于90-100℃反应1～2h，反应完毕后，静置30min后取上清液；用碱将上清液的pH调至2.5～4，在50～60℃下熟化12h，得到聚合氯化铝铁液体产品，将液体产品在90-100℃下干燥，即得聚合氯化铝铁固体产品。经检测，固体产品中三氧化二铝含量大于30％，盐基度达45％以上，铁含量3％左右，不溶物含量低于0.5％，其他各项指标均符合聚合氯化铝絮凝剂国家标准。

C，复合肥和甲烷制备

首先将A步的有机残留废液pH值调节至8-9，然后用计量泵按照0.002m³/d流量将其泵入2L上流式厌氧污泥床反应器中，控制反应器的温度为35℃，厌氧反应24h后，得颗粒有机肥和可燃气体，经检测反应产生的可燃气体中甲烷含量为65％，颗粒有机肥是含氮量46％，含磷量5％的复合肥。

本发明的优点如下：

1.由于本发明采用污泥水热氧化将含藻污泥分成有机残留废液和含铝铁无机物的剩余固体，因此为达到了含藻污泥资源化，变废为宝的目的作出了保证。

2.本发明实现了含藻污泥多途径资源化，剩余固体制备得到絮凝剂，有机残留废液厌氧反应后得复合肥和可燃气体，促进了循环经济，缓解了全球资源、能源紧缺压力。

另一方面，对推动适合我国国情的投资少、见效快的新型强化处理技术在我国受污染湖泊中应用推广起到进一步的促进作用。

3.由于本发明采用水热氧化技术处理含藻污泥，含藻污泥不需经过脱水、干燥等预处理，水热氧化具有反应速度快，易分解难降解的化学物质，能耗低甚至可回收热能等特点，同时水热氧化技术适合处理含高浓度有机污染物的含藻污泥，因此，反应温度低，工艺简单，容易推广。

4.本发明为污水厂含藻污泥多途径资源化，实现污水厂含藻污泥零排放及清洁生产，污泥最终处置提供出路，也为其他种类污水处理产生的化学污泥的资源化利用具有借鉴作用。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图

具体实施方式

实施例1

A，将污水处理厂含水率96％-99％的含藻污泥，加入到水热反应器中，然后加入市售的浓度为30％质量百分比的过氧化氢，过氧化氢的加入量为50mg/L含藻污泥体积，在压力为0.8-1MPa下，加热至150-180℃，反应1.5-2.5h。反应结束后，静置30min，黄褐色液体为有机残留废液，其COD在10000-20000mg/L，剩余固体是含铝铁无机物的固体污泥。

B，絮凝剂制备，先将固体污泥在120℃烘干，研磨，过100目筛，筛下物为粒径小于100目的污泥粉末；然后往筛下物中加入摩尔浓度为5mol/L的盐酸，盐酸加入量按污泥粉末∶盐酸＝1∶3～5质量比，于90-100℃反应1～2h，反应完毕后，静置30min后取上清液；用碱将上清液的pH调至2.5～4，50～60℃熟化12h，得到聚合氯化铝铁液体产品，将液体产品干燥后即得聚合氯化铝铁固体产品。

经检测固体产品中三氧化二铝含量大于30％，盐基度达45％以上，铁含量3％左右，不溶物含量低于0.5％，其他各项指标均符合聚合氯化铝絮凝剂国家标准。

C，首先将有机残留废液pH值调节至8-9，然后调节计量泵，使流量＝0.002m³/d，打入有效容积为2L的上流式厌氧污泥床反应器中(UASB反应器)，控制反应器的温度为35℃，停留时间24h，得颗粒有机肥和可燃气体。UASB反应器的反应区内径72mm，外径120mm，内外径之间中空部分为保温的循环热水，反应区高度500mm。反应器上部为沉淀区，内设三相分离器，其内径100mm，高度300mm。反应器总高度800mm，总容积3.17L，有效容积2L。由此，可得有机残留废液的有机负荷为10kgCOD/(m³·d)，反应器容积产气率为0.75m³/(m³·d)，颗粒有机肥的产量为0.05kg/(m³·d)，经检测，反应产生的气体甲烷含量为65％，颗粒有机肥为含氮量46％，含磷量5％的复合肥。

实施例2

用实施例1制备的聚合氯化铝铁絮凝剂对污水进行处理，并用某污水厂生化出水做混凝实验。将本发明的聚合氯化铝铁和市售PAC作对比，证实本发明的絮凝剂的混凝效果比市售PAC优越。

污水厂生化出水的水质情况为：COD为80mg/L、TP为3mg/L、浊度为25NTU。采用不同混凝剂进行混凝实验(平均水温为20℃、水样pH约为6.5)，分别测定处理后水样的COD和浊度，比较最佳投药量(60mg/L)下的处理效果：市售PAC对生化出水COD、TP和浊度的去除率分别约为COD45％、TP75％、浊度80％；而本发明以含藻污泥为原料合成的聚合氯化铝铁混凝剂对生化出水COD、TP和浊度的去除率分别约为COD60％、TP83％、浊度84％。从而证实了本发明的混凝效果比市售PAC好。

Claims

1.用含藻污泥制备絮凝剂、复合肥和甲烷的方法，其特征在于：

A，污泥水热氧化

先将污水处理厂含水率为96％-99％的含藻污泥，加入到水热反应器中，再加入市售的浓度为30％质量百分比的过氧化氢，过氧化氢的加入量为50mg/L，在0.8-1MPa和150-180℃下，反应1.5-2.5h，静置30min，得到黄褐色的COD浓度为10000mg/L-20000mg/L的有机残留废液和含铝铁无机物的固体污泥；

B，絮凝剂制备

先将固体污泥在120℃下烘干，研磨，过100目筛，筛下物为粒径小于100目的污泥粉末；然后量取污泥粉末∶盐酸＝1∶3～5份质量比，将盐酸加入筛下物中，于90-100℃下反应1～2h，然后静置30min后取上清液；用碱将上清液的pH调至2.5～4，在50～60℃下熟化12h，得到聚合氯化铝铁液体产品，将液体产品在90-100℃下干燥，即得聚合氯化铝铁固体产品；经检测，固体产品中三氧化二铝含量大于30％，盐基度达45％以上，铁含量3％，不溶物含量低于0.5％，其他各项指标均符合聚合氯化铝絮凝剂国家标准；上述盐酸的摩尔浓度为5mol/L；

C，复合肥和甲烷制备

首先将A步的有机残留废液的pH值调节至8-9，然后用计量泵按照0.002m³/d流量将其泵入上流式厌氧污泥床反应器中，控制反应器的温度为35℃，厌氧反应24h后，得颗粒有机肥和可燃气体，经检测，反应产生的可燃气体中甲烷含量为65％，颗粒有机肥是含氮量46％，含磷量5％的复合肥。