CN105417928B - 一种利用Fenton污泥对市政污泥原位脱水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用Fenton污泥对市政污泥原位脱水的方法。本发明将污泥经过污水处理厂压滤并脱水后加入硫酸活化，使铁元素以离子形态存在于污泥中，在市政污泥场中打入塑料排水板进行脱水预处理，将水分采用常规真空预压排水法排出，将用硫酸活化过的Fenton污泥加入预处理后的市政污泥中搅拌均匀，投加生石灰，进行搅拌，使污泥与氧化钙迅速混合均匀，调节pH、除臭和消毒，达到深度脱水和稳定化的目的。本发明克服了以往污泥处理的运行和处置成本高的缺陷。本发明采用Fenton氧化法的产物含大量铁元素的污泥作为市政污泥固化处理的混凝剂，其活化后含有大量的Fe3+离子，高价铁盐可以作为浸出剂将污泥中的重金属离子浸出，排出污泥。

Description

一种利用Fenton污泥对市政污泥原位脱水的方法
技术领域
本发明属于资源环境保护技术领域，尤其涉及一种利用Fenton污泥对市政污泥原位脱水的方法。
背景技术
目前，全国累计建成城镇污水处理厂3622座，污水处理能力达到1.53亿m3/d。截至2015年，全国全年城镇污水处理厂湿污泥(含水率80％)产生量将达到3359万t。由于我国很多污水处理厂的规划设计存在“重水轻泥”的现象，对污泥处理处置的资金投入远远跟不上对污水处理的资金投入，成千上万吨的污泥常常得不到妥善处理，这导致了非法偷排污泥的案例在全国各地层出不穷。
我国城市污水处理厂污泥处置的现状是有相当一部分污泥没有经过稳定化、无害化处理，就通过多渠道偷排到农田、林地以及湖泊河流中，未经处理的污泥对植物的生长有一定的抑制作用，严重时会导致植物死亡，造成严重的短期环境危害和长期潜在风险。对偷排污泥来说，由于其隐蔽性而造成的危害更大，处理难度也更大。污泥随意排放，自然发酵产生恶臭，污染水源，影响空气质量，增加大规模传染病的发生概率，严重影响人类的生命健康。同时，由于污泥运出污水处理厂时其含水率一般在80％左右，在运输过程中污泥的泄露会对道路和周边环境造成影响。有些污水处理厂将污泥处置业务外包，不管承包商有没有相关资质，只要能把污泥拉走，怎么处置并无追踪监管。偷倒污泥事件频发，对污泥倾倒点周边环境造成严重污染，影响当地居民的生活，并造成巨大经济损失。如果这类事件得不到遏制，那么再高标准的污水处理效果对环境保护来说也只是徒劳无功。
在提标改造之前，大多工业污水处理厂采用传统芬顿(Fenton)氧化法对废水进行深度处理，但是芬顿氧化法在处理过程中会产生一定量的化学污泥，如果不妥善处理会产生危害，比如：占用大量土地；污泥堆放经过风吹雨淋会产生高温或者其他的化学反应，会破坏土壤的结构；直接排放游积河床、严重污染水体；污泥被微生物氧化分解后释放出有害气体、尘埃等，会加重大气的污染。
在本发明作出之前，我国污泥处理总体是处于起步阶段，缺少成熟的处理路线，没能从根本上解决污泥无害化处理问题。污泥处理的运行和处置成本高，以及对污泥处理的认识不足和相关政策的缺失，严重制约了污泥处理的发展。
污泥中含有很多有用的物质，例如：污泥中含有丰富的磷，可以用酸和碱回收污泥中的磷。Fenton氧化法处理污水和混凝法处理废水沉淀池底泥一般都含有较多的氢氧化铁沉淀物，氢氧化铁的存在往往给污泥脱水带来困难。在含有铁盐沉淀污泥中加入一定量的酸，使污泥的pH值降低，此时污泥中的氧氧化铁会溶解在水中。可以用酸化、碱化等方法回收污泥中的混凝剂。
污泥的资源化处理才是最佳的处理方法，其主流方向就是减量化、无害化、稳定化处理。如何妥善地处置污水厂处理后的污泥，特别是相当一部分弃置的污泥，并将其变废为宝，已成为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。
发明内容
本发明的目的就在于克服上述缺陷，研制一种利用Fenton污泥对市政污泥原位脱水的方法。
本发明的技术方案为：
一种利用Fenton泥对市政污泥原位脱水的方法，其主要技术在于步骤如下：(1)将Fenton氧化深度处理工业废水后产生的含大量铁元素的污泥经过污水处理厂压滤后，再经自然风干或机械脱水后，加入硫酸活化，使其中的铁元素以离子形态存在于污泥中；
(2)在大量堆放的市政污泥场中打入塑料排水板对市政污泥进行脱水预处理，降下述步骤中产生的水分采用常规真空预压排水法排出，使市政污泥预先减量化和稳定化：
(3)将用硫酸活化过的Fenton污泥加入预处理后的市政污泥中，搅拌使其混合均匀，其原理是使其水合后形成正电荷，以中和污泥颗粒的负电荷，使之深度絮凝，污泥中的二价碳酸盐也能与Fe3+形成氢氧化铁，提供絮凝作用；
(4)投加生石灰，采用双轴多叶片搅拌装置进行搅拌，使污泥与氧化钙迅速混合均匀，目的是调节pH、除臭和消毒，此外可增强颗粒结构，提供空隙，减少污泥的压缩性，产生的热量也可将部分水分蒸发，达到深度脱水和稳定化的目的。
所述的Fenton污泥为污水处理厂采用Fenton氧化法深度处理产生的化学污泥，其所含的重金属浓度均小于GB4284-84中的要求。
所述步骤(1)中，所用的Fenton污泥含水率为75％～85％，经自然风干或机械脱水后含固率大于40％，加入硫酸活化，硫酸投加量按摩尔比H2SO4∶Fe＝0.25～1∶1，优选为H2SO4∶Fe＝0.5∶1。
所述步骤(2)中，所用的市政污泥含水率为75％～85％，堆放后由于地表水作用含水量升高为78％～90％，优选含水量为78％～85％。
所述步骤(3)中，由真空排水法排出的废水经简单处理后返回城市污水处理厂进行处理。
所述步骤(4)中，搅拌方式可选择机械搅拌或人工翻混的方式，投加的Fenton污泥和市政污泥的质量比为1∶5～20，混合后的污泥中，铁元素的质量含量在1％～4％之间，反应时间不小于4小时；Fenton污泥和市政污泥的质量比优选为1∶15，反应时间优选为24小时。
所述步骤(4)中，生石灰投加量以步骤(3)中湿污泥质量的10％～40％进行投加，养护时间不小于2天。生石灰的优选投加量为20％；污泥的养护时间优选为7天。
有益效果：本发明与现有的污泥处置方法相比，具有以下优势：
1、本发明采用Fenton氧化法的产物含大量铁元素的污泥作为市政污泥固化处理的混凝剂，其活化后含有大量的Fe3+离子，高价铁盐可以作为浸出剂将污泥中的重金属离子浸出，脱除稳定后的污泥中的重金属，同时可与污泥中的二价碳酸盐形成氢氧化铁，对污泥具有絮凝作用，高效脱除其中的水分；
2、本发明采用Fenton污泥和市政污泥协同处置，可同时对两种难处理的污泥进行稳定化处理，Fenton污泥本身就是固体废物，可以达到以废治废的目的；
3、本发明采用Fenton污泥和石灰作为固化材料，来源广泛，处理成本低，具有良好的可操作性、经济效益和环境效益；
4、污泥原位处置修复技术无需对大面积弃置的污泥场地进行开挖运输，避免了异位处置时的臭气和渗漏等污染问题的产生；
5、处理后的污泥场地无需翻晒养护，内部强度可逐渐提高，内外均呈黄土状态，无臭味，遇水浸泡不会泥化，具有较好的土工性能，能充分满足填埋或一般回填土的土工强度要求，也可作为轻质陶粒和路基混凝土骨料及地下管道的衬垫材料；
6、对重金属类污染物具有良好的稳定作用，处理后的污泥中的重金属多以稳定态存在，上部可进行复耕和生态修复，还原为绿化用地。
具体实施方式
采用的Fenton污泥为污水处理厂采用Fenton氧化法深度处理工业废水后产生的含大量铁元素的污泥，烘干后测得干泥中Fe2O3的含量在50％-65％之间，其性质如表1和表2所示。
表1该污水厂Fenton污泥的基本性质
颜色 气味 状态 有机质含量％
红褐色 无 糊状 20～30％
表2该污水厂Fenton污泥的重金属含量(mg/kg污泥干重)
Zn Pb Cr Cd As
75 127 36 5 63
由表1，该Fenton污泥为红褐色、糊状，无特殊气味，有机质含量在20％-30％之间；由表2，其所含的重金属浓度均小于GB4284-84中的要求。因此，采用该Fenton污泥对市政弃置污泥进行原位脱水处理，不会产生二次污染，不会对环境造成额外的负荷，具有可行性。
实施例1：
所述的Fenton污泥为污水处理厂采用Fenton氧化法深度处理产生的化学污泥，其所含的重金属浓度均小于GB4284-84中的要求。该实施例采用的Fenton污泥烘干后测得干泥中Fe2O3的含量为52.7％。
具体步骤：
(1)将Fenton氧化深度处理工业废水后产生的含大量铁元素的污泥经过污水处理厂压滤后，再经自然风干或机械脱水后，加入硫酸活化，使其中的铁元素以离子形态存在于污泥中；
(2)在大量堆放的市政污泥场中打入塑料排水板对市政污泥进行脱水预处理，将下述步骤中产生的水分采用常规真空预压排水法排出，使市政污泥预先减量化和稳定化；
(3)将用硫酸活化过的Fenton污泥加入预处理后的市政污泥中，搅拌使其混合均匀，其原理是使其水合后形成正电荷，以中和污泥颗粒的负电荷，使之深度絮凝，污泥中的二价碳酸盐也能与Fe3+形成氢氧化铁，提供絮凝作用；
(4)投加生石灰，采用双轴多叶片搅拌装置进行搅拌，使污泥与氧化钙迅速混合均匀，目的是调节pH、除臭和消毒，此外可增强颗粒结构，提供空隙，减少污泥的压缩性，产生的热量也可将部分水分蒸发，达到深度脱水和稳定化的目的。
所述步骤(1)中，所用的Fenton污泥经过污水处理厂压滤后，含水率为85％，经自然风干或机械脱水后含固率为40％，加入硫酸活化，硫酸投加量按摩尔比H2SO4∶Fe＝1∶1。
所述步骤(2)中，所用的市政污泥为市政污水厂脱水后的污泥，含水率为75％。
所述步骤(3)中，由真空排水法排出的废水经简单处理后返回城市污水处理厂进行处理。
所述步骤(4)中，搅拌方式选择机械搅拌的方式，投加的Fenton污泥和市政污泥的质量比为1∶5，反应时间4小时。
所述步骤(5)中，生石灰投加量以步骤(3)中湿污泥质量的40％进行投加，采用双轴多叶片搅拌装置进行搅拌，反应7天后，经真空排水，测得污泥含水率为55％。
取样测无侧限抗压强度和抗剪强度试验，以及固化后的混合污泥重金属浸出量。固化后的混合污泥无侧限抗压强度达到350kPa，剪切强度达到39kPa，污泥经过处理以后，能够满足填埋的土工力学强度要求，也可作为一般回填土。固化后的混合污泥中重金属浸出浓度如表3所示。
表3Fenton污泥的重金属含量(mg/L)
Zn Pb Cr Cd As
原污泥 5.520 0.002 0.010 0.001 0.006
固化后污泥1 2.340 未检出 0.007 0.001 0.006
由表3，固化后的混合污泥中Zn、Pb和Cr的浸出浓度有所降低，Cd和As的浸出浓度没有变化，均小于GB4284-84中的要求。
实施例2：
该实施例采用的Fenton污泥烘干后测得干泥中Fe2O3的含量在49.7％。
具体步骤：
(1)将Fenton氧化深度处理工业废水后产生的含大量铁元素的污泥经过污水处理厂压滤后，再经自然风干或机械脱水后，加入硫酸活化，使其中的铁元素以离子形态存在于污泥中；
(2)在大量堆放的市政污泥场中打入塑料排水板对市政污泥进行脱水预处理，将下述步骤中产生的水分采用常规真空预压排水法排出，使市政污泥预先减量化和稳定化；
(3)将用硫酸活化过的Fenton污泥加入预处理后的市政污泥中，搅拌使其混合均匀，其原理是使其水合后形成正电荷，以中和污泥颗粒的负电荷，使之深度絮凝，污泥中的二价碳酸盐也能与Fe3+形成氢氧化铁，提供絮凝作用；
(4)拔加生石灰，采用双轴多叶片搅拌装置进行搅拌，使污泥与氧化钙迅速混合均匀，目的是调节pH、除臭和消毒，此外可增强颗粒结构，提供空隙，减少污泥的压缩性，产生的热量也可将部分水分蒸发，达到深度脱水和稳定化的目的。
所述步骤(1)中，所用的Fenton污泥经过污水处理厂压滤后，含水率为81％，经自然风干或机械脱水后含固率为45％，加入硫酸活化，硫酸投加量按摩尔比H2SO4∶Fe＝0.75∶1。
所述步骤(2)中，所用的市政污泥为市政污水厂脱水后的污泥，含水率为78％。
所述步骤(3)中，由真空排水法排出的废水经简单处理后返回城市污水处理厂进行处理。
所述步骤(4)中，搅拌方式选择机械搅拌的方式，投加的Fenton污泥和市政污泥的质量比为1∶10，反应时间24小时。
所述步骤(5)中，生石灰投加量以步骤(3)中湿污泥质量的30％进行投加，采用双轴多叶片搅拌装置进行搅拌，反应5天后，经真空排水，测得污泥含水率为58％。
取样测无侧限抗压强度和抗剪强度试验，以及固化后的混合污泥重金属浸出量。固化后的印染污泥无侧限抗压强度达到310kPa，剪切强度达到37kPa，污泥经过处理以后，能够满足填埋的土工力学强度要求，也可作为一般回填土。固化后的混合污泥的重金属浸出浓度如表4所示。
表4Fenton污泥的重金属含量(mg/L)
Zn Pb Cr Cd As
原污泥 5.350 0.002 0.009 0.001 0.005
固化后污泥1 2.190 0.001 0.007 0.001 0.004
由表4，固化后的混合污泥中Zn、Pb、Cr和As的浸出浓度有所降低，Cd的浸出浓度没有变化，均小于GB4284-84中的要求。
实施例3：
该实施例采用的Fenton污泥烘干后测得干泥中Fe2O3的含量在45.2％。
具体步骤：
(1)将Fenton氧化深度处理工业废水后产生的含大量铁元素的污泥经过污水处理厂压滤后，再经自然风干或机械脱水后，加入硫酸活化，使其中的铁元素以离子形态存在于污泥中；
(2)在大量堆放的市政污泥场中打入塑料排水板对市政污泥进行脱水预处理，将下述步骤中产生的水分采用常规真空预压排水法排出，使市政污泥预先减量化和稳定化；
(3)将用硫酸活化过的Fenton污泥加入预处理后的市政污泥中，搅拌使其混合均匀，其原理是使其水合后形成正电荷，以中和污泥颗粒的负电荷，使之深度絮凝，污泥中的二价碳酸盐也能与Fe3+形成氢氧化铁，提供絮凝作用；
(4)投加生石灰，采用双轴多叶片搅拌装置进行搅拌，使污泥与氧化钙迅速混合均匀，目的是调节pH、除臭和消毒，此外可增强颗粒结构，提供空隙，减少污泥的压缩性，产生的热量也可将部分水分蒸发，达到深度脱水和稳定化的目的。
所述步骤(1)中，所用的Fenton污泥经过污水处理厂压滤后，含水率为78％，经自然风干或机械脱水后含固率为49％，加入硫酸活化，硫酸投加量按摩尔比H2SO4∶Fe＝0.5∶1。
所述步骤(2)中，所用的市政污泥为市政污水厂脱水后的污泥，含水率为81％。
所述步骤(3)中，由真空排水法排出的废水经简单处理后返回城市污水处理厂进行处理。
所述步骤(4)中，搅拌方式选择机械搅拌的方式，投加的Fenton污泥和市政污泥的质量比为1∶15，反应时间36小时。
所述步骤(5)中，生石灰投加量以步骤(3)中湿污泥质量的20％进行投加，采用双轴多叶片搅拌装置进行搅拌，反应3天后，经真空排水，测得污泥含水率为63％。
取样测无侧限抗压强度和抗剪强度试验，以及固化后的印染污泥重金属浸出量，固化后的印染污泥无侧限抗压强度达到280kPa，剪切强度达到35kPa，污泥经过处理以后，能够满足填埋的土工力学强度要求，也可作为一般回填土。固化后的混合污泥的重金属浸出浓度如表5所示。
表5Fenton污泥的重金属含量(mg/L)
Zn Pb Cr Cd As
原污泥 4.950 0.002 0.011 0.002 0.009
固化后污泥1 2.050 未检出 0.008 0.001 0.008
由表5，固化后的混合污泥中Zn、Pb、Cr、Cd和As的浸出浓度均有所降低，均小于GB4284-84中的要求。
实施例4：
该实施例采用的Fenton污泥烘干后测得干泥中Fe2O3的含量在54.1％。
具体步骤：
(1)将Fenton氧化深度处理工业废水后产生的含大量铁元素的污泥经过污水处理厂压滤后，再经自然风干或机械脱水后，加入硫酸活化，使其中的铁元素以离子形态存在于污泥中；
(2)在大量堆放的市政污泥场中打入塑料排水板对市政污泥进行脱水预处理，将下述步骤中产生的水分采用常规真空预压排水法排出，使市政污泥预先减量化和稳定化；
(3)将用硫酸活化过的Fenton污泥加入预处理后的市政污泥中，搅拌使其混合均匀，其原理是使其水合后形成正电荷，以中和污泥颗粒的负电荷，使之深度絮凝，污泥中的二价碳酸盐也能与Fe3+形成氢氧化铁，提供絮凝作用；
(4)投加生石灰，采用双轴多叶片搅拌装置进行搅拌，使污泥与氧化钙迅速混合均匀，目的是调节pH、除臭和消毒，此外可增强颗粒结构，提供空隙，减少污泥的压缩性，产生的热量也可将部分水分蒸发，达到深度脱水和稳定化的目的。
所述步骤(1)中，所用的Fenton污泥经过污水处理厂压滤后，含水率为75％，经自然风干或机械脱水后含固率为50％，加入硫酸活化，硫酸投加量按摩尔比H2SO4∶Fe＝0.25∶1。
所述步骤(2)中，所用的市政污泥为市政污水厂脱水后的污泥，含水率为81％。
所述步骤(3)中，由真空排水法排出的废水经简单处理后返回城市污水处理厂进行处理。
所述步骤(4)中，搅拌方式选择机械搅拌的方式，投加的Fenton污泥和市政污泥的质量比为1∶20，反应时间48小时。
所述步骤(5)中，生石灰投加量以步骤(3)中湿污泥质量的20％进行投加，采用双轴多叶片搅拌装置进行搅拌，反应2天后，经真空排水，测得污泥含水率为68％。
取样测无侧限抗压强度和抗剪强度试验，以及固化后的混合污泥重金属浸出量，固化后的混合污泥无侧限抗压强度达到240kPa，剪切强度达到33kPa，污泥经过处理以后，能够满足填埋的土工力学强度要求，也可作为一般回填土。固化后的混合污泥的重金属浸出浓度如表6所示。
表6Fenton污泥的重金属含量(mg/L)
Zn Pb Cr Cd As
原污泥 5.100 0.002 0.011 0.002 0.009
固化后污泥1 2.150 0.001 0.008 未检出 0.005
由表6，固化后的混合污泥中Zn、Pb、Cr、Cd和As的浸出浓度均有所降低，均小于GB4284-84中的要求。

Claims (6)

1.一种利用Fenton污泥对市政污泥原位脱水的方法，其特征在于步骤如下：
(1)将Fenton氧化深度处理工业废水后产生的含大量铁元素的污泥经过污水处理厂压滤后，再经自然风干或机械脱水后，加入硫酸活化，使其中的铁元素以离子形态存在于污泥中；
(2)在大量堆放的市政污泥场中打入塑料排水板对市政污泥进行脱水预处理，将上述步骤中产生的水分采用常规真空预压排水法排出，使市政污泥预先减量化和稳定化；
(3)将用硫酸活化过的Fenton污泥加入预处理后的市政污泥中，搅拌使其混合均匀，其原理是使其水合后形成正电荷，以中和污泥颗粒的负电荷，使之深度絮凝，污泥中的二价碳酸盐也能与Fe3+形成氢氧化铁，提供絮凝作用；
(4)投加生石灰，采用双轴多叶片搅拌装置进行搅拌，使污泥与氧化钙迅速混合均匀，目的是调节pH、除臭和消毒，此外可增强颗粒结构，提供空隙，减少污泥的压缩性，产生的热量也可将部分水分蒸发，达到深度脱水和稳定化的目的。
2.根据权利要求1所述的一种利用Fenton污泥对市政污泥原位脱水的方法，其特征在于所述的Fenton污泥为污水处理厂采用Fenton氧化法深度处理产生的化学污泥，其所含的重金属浓度均小于GB4284-84中的要求。
3.根据权利要求1所述的一种利用Fenton污泥对市政污泥原位脱水的方法，其特征在于步骤(1)中，所用的Fenton污泥含水率为75％～85％，经自然风干或机械脱水后含固率大于40％，加入硫酸活化，硫酸投加量按摩尔比H2SO4∶Fe＝0.25～1∶1。
4.根据权利要求1所述的一种利用Fenton污泥对市政污泥原位脱水的方法，其特征在于步骤(3)中，由真空排水法排出的废水经简单处理后返回城市污水处理厂进行处理。
5.根据权利要求1所述的一种利用Fenton污泥对市政污泥原位脱水的方法，其特征在于步骤(4)中，搅拌方式可选择机械搅拌或人工翻混的方式，投加的Fenton污泥和市政污泥的质量比为1∶5～20，混合后的污泥中，铁元素的质量含量在1％～4％之间，反应时间不小于4小时。
6.根据权利要求1所述的一种利用Fenton污泥对市政污泥原位脱水的方法，其特征在于步骤(4)中，生石灰投加量以步骤(3)中湿污泥质量的10％～40％进行投加，养护时间不小于2天。
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