CN103771681B - 一种提取回用造纸废水生化污泥氮磷并实现污泥脱水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提取回用造纸生化污泥氮磷并实现污泥脱水的方法，属于制浆造纸环保领域。本发明针对造纸废水碳源丰富，氮、磷缺乏，而生化污泥中微生物体内又富含氮磷，部分生化污泥最终作为剩余污泥排出水处理***，且脱水困难的现状。采用超声波破碎+絮凝+机械压滤的方法，首先通过超声波的作用将微生物体破碎，使其内部物质释放出来，再通过絮凝及机械作用达到固液分离，液体回用到造纸废水处理过程，处理每t生化污泥可以回收N和P达0.45kg和0.1kg以上，有效减少造纸废水生化处理所投加的氮磷；同时污泥干度可达50％以上，热值达6MJ/kg以上，可在生物质锅炉中直接焚烧。使造纸生化污泥实现综合利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种提取回用造纸废水生化污泥氮磷并实现污泥脱水的方法，属于制浆造纸环保技术领域。
背景技术
造纸过程中除了会产生大量的废水外，还有大量的固体废弃物产生，前者目前因受到国家有关部门和社会的广泛关注，也已经采取了很多有效的治理措施，特别在“十一五”期间，相关政策标准的实施，以及企业技术设备的更新，96％以上的废水实现达标排放，废水污染物减排取得显著成效。废水经物理、生物及化学处理后，最终以初沉污泥、生化污泥及化学污泥的形式与水体分离，随着废水排放标准的提高、监控执行力度的强化及造纸产业规模的不断扩大，这类污泥产量还将持续高速增加。尤其是废水经生物活性污泥法处理后，其体积的0.5％～1.0％以剩余活性污泥的形式沉淀下来。剩余活性污泥是由多种微生物形成的菌胶团与其吸附的有机物和无机物组成的集合体，另外还含有难降解的有机物、氮磷、重金属和盐类，以及少量的病原微生物和寄生虫卵等。这类污泥含水率很高，一般都在95％～99.5％之间，难以处理，其投资和运行费用较大，可占到整个污水处理厂投资及运行费用的25％～65％，成为废水处理厂沉重的经济负担。造纸废水处理的污泥产生量大，一般是同等规模市政污水处理厂的5～10倍。如此大量的造纸污泥如不进行妥善的处理，将会造成二次污染。造纸污泥的无害化处理与处置已成为亟待解决的环境问题，因此，如何经济合理地处理和利用这些污泥成了人们极为关心的问题。污泥处理的关键是脱水，这是因为其含水率与其体积成非线性关系。污泥脱水可以有效降低需要处理处置的污泥体积，是污泥减量化中最为经济的一种方法，也是污泥最终处置如焚烧、堆肥等必不可少的环节。
另外，造纸废水中碳源丰富，但氮、磷缺乏，因此在生化处理过程中需要向废水中投加营养盐(氮肥和磷肥)。如日处理水量为30000m3的造纸废水处理站，进生化池COD为900mg·L-1，按COD∶N∶P＝350∶5∶1比例投加营养盐，需投加含氮量46.4％的尿素(每袋40kg)和含有效磷(以P2O5计)45％的磷酸二铵(每袋50kg)分别为17.2袋和7.9袋。营养盐的购买成本相当可观。营养盐的投加有机械投加法和人工投加法。如此大量的营养盐添加所投入的人力物力也相当可观。而造纸废水处理的生化污泥主要成分是微生物。碳、氮、磷是构成微生物的必备营养元素。如果能将微生物体中的氮磷进行有效的利用，即可节省部分营养盐的投入。
如何有效将制浆造纸废水处理生化污泥中的氮磷利用起来，节省制浆造纸废水中氮磷营养盐的投加，从而降低成本，同时实现造纸废水生化污泥的深度脱水，提高其利用率至关重要。传统的浓缩/机械脱水工艺只能去除大部分呈自由状态的孔隙水和部分毛细水，很难使污泥实现深度脱水，同时也难以将生化污泥的微生物体内的氮磷释放出来，并将其利用。
发明内容
本发明提供了一种提取回用造纸废水生化污泥氮磷并实现污泥脱水的方法。针对造纸废水碳源丰富，氮、磷缺乏，而生化污泥中微生物体内又富含氮磷，且一部分生化污泥最终作为剩余污泥排出水处理***，且脱水困难的现状。采用超声波破碎+絮凝剂+机械压滤的方法，首先通过超声波的作用将微生物体破碎，使其内部物质释放出来，再通过絮凝剂的电中和、吸附架桥、网扑等作用使碎片絮聚，最后通过机械压滤的作用达到固液分离，液体回用到造纸废水处理过程中，回用氮磷，有效减少造纸废水生化处理所投加的氮磷，同时固体干度可以达到50％以上，实现污泥的深度脱水，可以在生物质锅炉中直接焚烧。
为实现上述目的，本发明的具体解决方案是：
(1)造纸废水生化污泥的预处理
取150ml的造纸废水处理生化污泥，将功率为400～500W，频率为20～25kHz的超声换能头，伸入污泥中对其处理8～12s，在超声波的机械效应、空化效应作用下实现对生化污泥中微生物的破碎。将胞内物质及水分释放出来，使部分胞内水转化为吸附水。
(2)絮凝处理
经步骤(1)得到的污泥混合物，在搅拌速度为300～400rpm的条件下，添加干基质量分数为8～14％的聚合氯化铝铁，30s后将搅拌速度调为50～80rpm，添加干基质量分数为0.1-0.5％的分子量为1200～1500万的阳离子型聚丙烯酰胺。通过电中和、吸附、架桥及网扑的作用使污泥碎片发生絮聚，减少污泥的吸附水，使部分吸附水转化为自由水。
(3)机械压滤
经步骤(1)及(2)处理后，采用板框压滤机进行压滤，使固液得到分离，所用压滤机的压力为1.8～2.2Mpa，压滤机滤布为两层，与污泥接触层的孔径为200目，支撑层的孔径为40目。在压滤机的作用下，污泥碎片截留在滤布上，干度可达50％以上，其发热量在6MJ/kg以上，可以直接送生物质锅炉焚烧，实现污泥的消减。自由水和吸附水通过压滤机滤布，该部分水中N、P浓度分别为4.6mg/L和1.0mg/L以上，而COD浓度为240mg/L左右，氮磷浓度远高于COD∶N∶P＝350∶5∶1的添加标准，将这部分水送回造纸废水生化处理段，可以节省生化段N、P的添加量。
附图说明
图1发明流程图；
图2预处理前污泥的扫描电镜图；
图3预处理后污泥的扫描电镜图。
具体实施方式
下面通过具体的实例进一步说明本发明的特点。
实施例1
污泥取自山东某大型制浆造纸综合工厂8万m3/d废水处理工程二沉池，通过如下步骤从中提取回用氮磷并实现深度脱水：
(1)造纸废水生化污泥的预处理
取150ml的造纸废水处理生化污泥，将功率为400w，频率为20kHz的超声换能头，伸入污泥中对其处理10s，在超声波的机械效应、空化效应作用下实现对生化污泥中微生物的破碎。将胞内物质及水分释放出来，使部分胞内水转化为吸附水。
(2)絮凝处理
经步骤(1)得到的污泥混合物，在搅拌速度为300rpm的条件下，添加干基质量分数为10％的聚合氯化铝铁，30s后将搅拌速度调为50rpm，添加干基质量分数为0.5％的分子量为1200万的阳离子型聚丙烯酰胺。通过电中和、吸附、架桥及网扑的作用使污泥碎片发生絮聚，减少污泥的吸附水，使部分吸附水转化为自由水。
(3)机械压滤
经步骤(1)及(2)处理后，采用板框压滤机进行压滤，使固液得到分离，所用压滤机的压力为1.8Mpa，压滤机滤布为两层，与污泥接触层的孔径为200目，支撑层的孔径为40目。在压滤机的作用下，污泥碎片截留在滤布上，干度可达53％以上，其发热量在6MJ/kg以上，可以直接送生物质锅炉焚烧，实现污泥的消减。自由水和吸附水通过压滤机滤布，该部分水中N、P浓度分别为4.6mg/L和1.0mg/L，而COD浓度为238mg/L，氮磷浓度远高于COD∶N∶P＝350∶5∶1的添加标准，将这部分水送回造纸废水生化处理段，按去除每公斤COD产生0.4kg生化污泥计，二沉池生化污泥浓度为0.91％计，处理后污泥的最终干度为50％以上，处理每t绝干生化污泥脱掉98t水以上，可回收N和P各0.45kg和0.1kg，8万m3/d的水处理工程，生化段进水COD为900mg/L，出水COD为240mg/L，每天产生化污泥绝干量约为21.12t，则可回用N、P分别为9.5kg和2kg，以8万m3/d水处理工程计算，每天可节约9.5kg氮及2kg磷，一年可节省N和P的量分别为3467.5kg和730kg。
实施例2
污泥取自河北以废旧箱板纸为原料生产包装纸的某小型造纸厂3万m3/d废水处理工程二沉池，通过如下步骤从中提取回用氮磷并实现深度脱水：
(1)造纸废水生化污泥的预处理
取150ml的造纸废水处理生化污泥，将功率为500w，频率为25kHz的超声换能头，伸入污泥中对其处理12s，在超声波的机械效应、空化效应作用下实现对生化污泥中微生物的破碎。将胞内物质及水分释放出来，使部分胞内水转化为吸附水。
(2)絮凝处理
经步骤(1)得到的污泥混合物，在搅拌速度为400rpm的条件下，添加干基质量分数为10％的聚合氯化铝铁，30s后将搅拌速度调为80rpm，添加干基质量分数为0.1％的分子量为1500万的阳离子型聚丙烯酰胺。通过电中和、吸附、架桥及网捕的作用使污泥碎片发生絮聚，减少污泥的吸附水，使部分吸附水转化为自由水。
(3)机械压滤
经步骤(1)及(2)处理后，采用板框压滤机进行压滤，使固液得到分离，所用压滤机的压力为2.2Mpa，压滤机滤布为两层，与污泥接触层的孔径为200目，支撑层的孔径为40目。在压滤机的作用下，污泥碎片截留在滤布上，干度可达54％以上，其发热量在6MJ/kg以上，可以直接送生物质锅炉焚烧，实现污泥的消减。自由水和吸附水通过压滤机滤布，该部分水中N、P浓度分别为5.2mg/L和1.1mg/L，而COD浓度为260mg/L，氮磷浓度远高于COD∶N∶P＝350∶5∶1的添加标准，将这部分水送回造纸废水生化处理段，按去除每kgCOD产生0.4kg生化污泥计，二沉池生化污泥浓度为0.91％计，处理后污泥的最终干度为50％以上，处理每t绝干生化污泥脱掉98t水以上，可回收N和P各0.51kg和0.11kg，3万m3/d的水处理工程，生化段进水COD为1000mg/L，出水COD为250mg/L，每天产生化污泥绝干量约为9t，则可回用N、P分别为4.6kg和1.0kg，以3万m3/d水处理工程计算，每天可节约4.6kg氮及1.0kg磷，一年可节省N和P的量分别为1679kg和365kg。
Claims (1)
1.一种提取回用造纸废水生化污泥氮磷并实现污泥脱水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)造纸废水生化污泥的预处理，取一定量的造纸废水处理生化污泥，将功率为400～500W， 超声频率为20～25kHz的超声换能头，伸入污泥中对其处理8～12s，在超声波的机械效应、空化效应作用下实现对生化污泥中微生物的破碎，将胞内物质及水分释放出来，使部分胞内水转化为吸附水，该部分水富含氮磷；
(2)絮凝处理，经步骤(1)得到的污泥混合物，在搅拌速度为300～400rpm的条件下，添加干基质量分数为8～14％的聚合氯化铝铁，30s后将搅拌速度调为50～80rpm，添加干基质量分数为0.1～0.5％的分子量为1200～1500万的阳离子型聚丙烯酰胺，通过电中和、吸附、架桥及网扑的作用使污泥碎片发生絮聚，减少污泥的吸附水，使部分吸附水转化为自由水；
(3)机械压滤，经步骤(1)及(2)处理后，采用板框压滤机进行压滤，使自由水及部分吸附水脱出来，该部分水包含步骤(1)中富含氮磷的水，将该部分水回用到造纸废水处理生化池替代部分氮磷营养盐，所用压滤机的压力为1.8～2.2Mpa，压滤机滤布为两层，与污泥接触层的孔径为200目，支撑层的孔径为40目，经压滤机压滤后的污泥干度可达50％以上，其发热量在6MJ/kg以上，可以直接送生物质锅炉焚烧，实现污泥的消减；
其中自由水和吸附水通过压滤机滤布，该部分水中N、P浓度分别为4.6mg/L和1.0mg/L以上，而COD浓度为240mg/L，氮磷浓度远高于COD∶N∶P＝350∶5∶1的添加标准，将这部分水送回造纸废水生化处理段，可以节省生化段N、P的添加量。
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