CN102633414B - 一种利用微波处理污泥提取有机物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用微波处理污泥提取有机物的方法。该方法包括以下步骤：1)将浓缩后的污水处理厂二沉池的污泥在调节罐内加入碱性溶液，控制含水率在85-93％之间，pH值在8-11，搅拌混合10-30分钟，得污泥溶液；2)将步骤1)搅拌混合后的污泥溶液置于压力容器中，利用频率为915MHz-2.45GHz的微波发生器将其加热至温度为110-150℃，加热时间为40-60分钟，制得污泥混合液；3)将步骤2)制得的污泥混合液通过一个闪蒸步骤，将其温度降至70-90℃后，将固液进行分离。采用本发明方法提取蛋白反应快速，提取蛋白节能，提取蛋白低成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种污泥处理技术，特别是一种利用微波处理污泥提取有机物的方法。
背景技术
污水处理厂的活性污泥是污水处理的副产物，其含水量高，成分复杂，不仅含有大量的有机质、N、P、K等营养元素，还含有大量的病原微生物，并伴有恶臭，受工业废水影响，往往还有较多的重金属等有毒、有害物质，处理不当极易造成严重的二次污染。污泥产生量的与日俱增与污泥处理能力的严重不足、处理手段的严重落后形成尖锐的矛盾，大量的湿污泥随意外运、简单填埋或堆放，致使许多城市“污泥围城”。污泥处理问题已经成为我们无法回避的城市环境问题。
据国家环境保护部公布的数据：2008年全国新增城市污水处理能力1149万吨/日，而2009年全国新增城市污水处理能力达到4460万吨/日。污泥处理厂的剩余污泥量也同样逐年增加，据估算，2010年全国排放的污泥量(含水率为75％-80％)会达到1400万吨/年，且年增长率超过10％。
将污泥中有机质资源化加以利用，同时最终达到使污泥稳定化、减量化和无害化的目的，受到越来越广泛的重视。如何妥善地处置污水厂污泥，并将其作为一种新的资源加以有效利用，变废为宝，已成为城市污水厂和相关部门提高技术水平和管理水平的重要因素，也是全球共同关注的课题。
专利CN200610011413.5和专利CN2272015.4以一定强度的超声波降解工业废水的有机污染物，使污泥的减量化；专利200410083828.4以较低频率的超声波促进污泥脱水；增强活性污泥的生物活性，提高处理效率，改善出水水质。专利201010134033.7、专利200710051491.2、专利200910273153.2、专利02116227.1等以化学法高温提取污泥中微生物蛋白混合液和生物资源的利用；专利200710064167.4利用超声波处理污泥制取污泥有机肥。
但是，一般化学法需热源、耗能、工艺复杂；超声波处理污泥存在两个振子之间的距离以及污泥浓度的必须严格控制，大规模工业化生产难以操作。关于用微波处理污泥提取蛋白质等有机物混合液、并促使污泥全面减量化、资源化利用的集成技术专利文献尚未见发表。
发明内容
针对现有技术中结构上的不足，本发明的目的是提供一种利用微波处理污泥提取有机物的方法，用于处理污水处理厂剩余活性污泥，以利于达到快速、简便、低碳、可大规模工业化生产的深度处理活性污泥，使污水处理厂污泥减量化、资源化和综合利用，实现零排放。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种利用微波处理污泥提取有机物的方法，该方法包括以下步骤：
1)将浓缩后的污水处理厂二沉池的污泥在调节罐内加入碱性溶液，控制含水率在85-93％之间，pH值在8-11，搅拌混合10-30分钟，得污泥溶液；
2)将步骤1)搅拌混合后的污泥溶液置于压力容器中，利用频率为915MHz-2.45GHz的微波发生器将其加热至温度为110-150℃，加热时间为40-60分钟，制得污泥混合液；
3)将步骤2)制得的污泥混合液通过一个闪蒸步骤，将其温度降至70-90℃后，通过板框压滤将固液进行分离，分离得到含水率降低的剩余污泥残渣和含微生物蛋白(所述微生物蛋白为污泥中微生物及有机物水解释放出的蛋白质)的有机物混合溶液。(其中剩余污泥残渣含水率降至45-55％，有机物混合溶液中微生物蛋白的质量百分比为1-3％)。
优选地，所述的步骤1)为将浓缩后的污水处理厂二沉池的污泥在调节罐内加入碱性溶液，控制含水率在85-93％之间，pH值在8-11，再加入调节pH后混合液总重量0.2-1％石灰，搅拌混合10-30分钟，得污泥溶液。
优选地，所述的步骤1)中的碱性溶液为NaOH溶液或Ca(OH)2溶液中的一种或两种。
本发明还提供了一种污泥综合利用的集成方法，包括如下步骤：
1)将浓缩后的污水处理厂二沉池的污泥在调节罐内加入碱性溶液，控制含水率在85-93％之间，控制pH值在8-11，搅拌混合10-30分钟，得污泥溶液；
2)将步骤1)搅拌混合后的污泥溶液置于压力容器中，利用频率为915MHz-2.45GHz的微波发生器将其加热至温度为110-150℃，加热时间为40-60分钟，制得污泥混合液；
3)将步骤2)制得的污泥混合液通过一个闪蒸步骤，将其温度降至70-90℃后，通过板框压滤将固液进行分离，分离后，剩余污泥残渣含水率降至45-55％，液体部分为微生物蛋白含量为1-3％的有机物混合溶液。
4)用水洗涤步骤3)得到的剩余污泥残渣，将水洗后的剩余污泥残渣利用板框压滤压干，如果压干后的剩余污泥残渣不存在重金属等有毒有害物质的污染，则进一步风干或烘干后制作绿化种植土、花卉养植土及土壤改良剂制品；如果压干后的剩余污泥残渣存在重金属等有毒有害物质的污染，则进一步风干或烘干后制作植草砖、护坡砖等建材用品固定污染物质。
5)将步骤3)提取微生物蛋白的有机物混合溶液浓缩(可通过薄膜蒸发浓缩设备)至微生物蛋白浓度为15-30％，作为制作泡沫混凝土发泡剂或泡沫灭火剂制品的原料。
优选地，上述集成方法还包括如下步骤：将所述步骤4)的洗涤水洗涤后进入污水处理厂的水处理***，以促进水的有效利用。
更优选地，上述集成方法中，所述的步骤4)中的洗涤水为污水处理厂处理后达标排放水。污水处理厂处理后的达标排放水COD含量小于120mg/L，通过对剩余污泥残渣的洗涤，洗涤水COD含量增至3000mg/L以上，由于经微波处理后污泥内有机物进一步分解，生物可降解性提高，且碳氮比高，针对一般污水处理厂碳氮比低，无法充分进行生物处理的特点，洗涤水的回用可以增加可生物降解性碳源从而提高污水处理效率。
优选地，上述集成方法中，所述的步骤1)为将浓缩后的污水处理厂二沉池的污泥在调节罐内加入碱性溶液，控制含水率在85-93％之间，pH值在8-11，再加入调节pH后混合液总重量0.2-1％石灰，搅拌混合10-30分钟，得污泥溶液。
优选地，上述集成方法中，所述的步骤1)中的碱性溶液为NaOH溶液或Ca(OH)2溶液中的一种或两种。
所述的浓缩后的污水处理厂二沉池的污泥指的是经过斜板沉降等自然沉降方式浓缩后，经过板框压滤/带式压滤等物理压滤分离处理后，含水率达80-90％的活性污泥。
本发明污泥综合利用的集成方法针对含水率80-90％，有机物含量大于等于40％(干基)，蛋白含量大于30％(干基)的活性污泥效果更佳，更有利于综合利用。
本发明利用微波处理污泥提取有机物的方法的设计思想是基于对污泥进行减量化、资源化、高干化处理的集成技术，是微波处理与化学法、物理法的集成技术；是化学法中多种物质的协同的集成技术；是污泥提取蛋白工艺和污泥综合利用的集成技术；是污泥减量化处理工艺与水污染物减量化处理工艺的集成技术。
本发明中的高干化技术是指：污泥在合适的化学介质中，进行微波处理，微波处理与氢氧化钠和石灰的化学作用的集成技术提取微生物蛋白后，其污泥残渣压干后含水率≤55％。
本发明中的减量化技术是指：微波处理提取微生物蛋白后，即使污泥减量化40-50％；提取微生物蛋白混合液后的残渣，用污水处理厂处理后达标水洗涤，洗涤水COD含量增至3000mg/L以上，由于经微波处理后污泥内有机物进一步分解，生物可降解性提高，且碳氮比高，针对一般污水处理厂碳氮比低，无法充分进行生物处理的特点，洗涤水的回用可以增加可生物降解性碳源从而提高污水处理效率，从而提高污水处理效率。
利用微波处理污泥提取有机物的方法所得的产物是：蛋白质等有机物的混合物，其中：蛋白质约含40-60％；腐植酸约含15-30％；多糖、核酸和脂肪等约含8-15％左右。
本发明所具有的有益效果：
(1)采用本发明方法提取蛋白反应快速，一般化学法反应和分离时间需4小时以上；而本发明方法仅1小时左右；
(2)提取蛋白节能，一般化学法需要热源加温；而本发明方法无需热源；
(3)提取蛋白低成本，一般化学法设备投资和运行大；而本法仅为其二分之一左右；
(4)缩短了残渣制肥的发酵时间，一般污泥发酵时间需30-60天左右，而本发明方法的残渣发酵时间仅为15-30天左右。
(5)微波或超声波处理污泥后，其含水量≤55％；高度干化的污泥可以直接作各种用途；微波处理污泥后，洗涤水回用提高污水处理厂水处理效率，尤其是氨氮的达标率≥99％。
附图说明
图1为本发明利用微波处理活性污泥的流程图；
图2是是本发明活性污泥减量化、高干化资源化、零排放技术流程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明方案作进一步说明，但不限定本发明的保护范围。
实施例1
如图1、图2所示：一种污泥综合利用的集成方法(所述污泥为天津塘沽某生活污水处理厂污泥，污泥的检测指标见表1)，包括如下步骤：
(1)将污水处理厂的活性污泥进行沉降、进入污泥浓缩池，经板框压滤后得80％含水率污泥，将80％含水率污泥加入到调节罐中，加入同等重量的水，将污泥含水率调节到90％：；
(2)在污泥调节罐中，用40％(重量百分比)的氢氧化钠溶液调至pH＝10后，加入90％含水率污泥总重量0.6％的石灰；搅拌混合30分钟，进入2.45GHz微波反应器，功率15KW，反应时间60min，然后，闪蒸释放将其降温至70-90℃，采用板框压滤将固液进行分离，液体部分即微生物蛋白混合液；固体部分为提取蛋白后的残渣1#。此时污泥已减量化50％左右；
(3)提取蛋白后的残渣用污水处理厂处理后的达标水以1∶1配比(V/V)、洗涤、沉降，固体部分为洗涤后的残渣2#，上层水溶液COD高达3000mg/L以上，进入污水处理***，适当“增碳”、使水处理后COD≤60mg/L、氨氮5mg/L、P≤1mg/L。使污水中的污染物得到进一步的减量化；
(4)洗涤后残渣2#，由于细胞壁已破，用板框压滤机压干、得最后的污泥残渣水分≤55％；
(5)步骤(4)得到的污泥残渣根据其重金属和PoPs含量的不同，制作农用生物有机肥、林业、园林用生物有机肥料、土壤改良剂或建材等产品。提取的蛋白混合液用于制作混凝土发泡剂、泡沫灭火剂、叶面肥、生物农药等微生物制品。
表1有关污泥重金属含量一览表
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种污泥综合利用的集成方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)将浓缩后的污水处理厂二沉池的污泥在调节罐内加入碱性溶液，控制含水率在85-93%之间，控制pH值在8-11，搅拌混合10-30分钟，得污泥溶液；
2)将步骤1）搅拌混合后的污泥溶液置于压力容器中，利用频率为915MHz-2.45GHz的微波发生器将其加热至温度为110-150℃，加热时间为40-60分钟，制得污泥混合液；
3）将步骤2）制得的污泥混合液通过一个闪蒸步骤，将其温度降至70-90℃后，通过板框压滤将固液进行分离，分离后剩余污泥残渣含水率降至45-55%，液体部分为微生物蛋白含量（质量）为1-3%的有机物混合溶液；
4）用水洗涤步骤3）得到的剩余污泥残渣，将水洗后的剩余污泥残渣利用板框压滤压干，如果压干后的剩余污泥残渣不存在重金属等有毒有害物质的污染，则进一步风干或烘干后制作绿化种植土、花卉养植土及土壤改良剂制品；如果压干后的剩余污泥残渣存在重金属等有毒有害物质的污染，则进一步风干或烘干后制作植草砖、护坡砖建材用品固定污染物质；
5)将步骤3)提取微生物蛋白的有机物混合溶液浓缩至微生物蛋白浓度为15-30%，作为制作泡沫混凝土发泡剂或泡沫灭火剂制品的原料。
2.根据权利要求1所述的一种污泥综合利用的集成方法，其特征在于：所述集成方法还包括如下步骤：将所述步骤4)的洗涤水洗涤后进入污水处理厂的水处理***，以促进水的有效利用。
3.根据权利要求1或2所述的一种污泥综合利用的集成方法，其特征在于：所述的步骤4)中的洗涤水为污水处理厂处理后达标排放水。
4.根据权利要求1或2所述的一种污泥综合利用的集成方法，其特征在于：所述的步骤1)为将浓缩后的污水处理厂二沉池的污泥在调节罐内加入碱性溶液，控制含水率在85-93%之间，pH值在8-11，再加入调节pH后混合液总重量0.2-1%石灰，搅拌混合10-30分钟，得污泥溶液。
5.根据权利要求4所述的一种污泥综合利用的集成方法，其特征在于：上述集成方法中，所述的步骤1）中的碱性溶液为NaOH溶液或Ca（OH）2溶液中的一种或两种。
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