CN111995046A - 一种活化污泥及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种活化污泥的制备方法,所述方法包括:将待处理污泥加入反应池中,向反应池中投入氧化处理液,搅拌混合反应0.25‑3小时,得到活化污泥。所述的氧化处理液为同时有3价、4价、5价、6价铁离子的混合体系,对污泥的氧化速度要远远大于只含有6价铁离子的单纯体系。本发明制备的活化污泥可根据不同需求进行污水脱氮、污水脱磷或污泥减量。本发明还公开一种污泥处理方法,包括生物处理、沉淀处理、氧化处理、活化污泥回流再利用,将污水处理厂中的污泥变废为宝,节约污泥处理成本。
Description
技术领域
本发明属于环境保护领域中的污泥处理技术领域,具体涉及一种活化污泥及制备所述活化污泥的方法,以及所述活化污泥的用途。
背景技术
近年来,随着我国城市化、工业化的迅速发展,我国用水量大大增加,随之产生的污水量日益增加,需要更强更有效的污水处理能力。据统计资料显示,2008年全国污水处理厂共1519座,2014年全国污水处理厂达到3622座。污泥是污水处理的必然副产物,在污水处理量增加的同时会产生大量剩余污泥,通常污泥产量占污水处理量的0.1-0.2%。预计到2025年,我国市政污水和工业废水每年产生剩余污泥量将达到5000-6000万吨,污泥围城的环境压力空前巨大。
污泥不仅产量多,而且污泥处理需要花费的人力物力也相对较高。在发达国家,一个完善的污泥处理处置***的运行成本往往占整个污水厂总运行成本的50-70%,而由于我国长期的“重水轻泥”,认为污水处理好了就全好了,没有意识到其实大部分污染物进入到了污泥中,污泥才是污水处理的最后一环,因此对污泥问题比较轻视,导致污泥处理严重滞后,用于污泥处理处置的投资不到污水处理厂总投资的5%。由于资金、技术等因素的制约,大量污泥的主要出路是卫生填埋,但是由于污泥被填埋后会产生很多安全(山体滑坡等)和环境问题(渗滤液、恶臭、污染地下水等),因此现在很多城市已严禁污泥填埋。一部分污泥采取污泥焚烧的方式,不仅焚烧成本是卫生填埋的2-3倍,而且处理不当会产生大量的强致癌物-二噁英,严重影响人类身体健康,很多城市计划新修焚烧厂遭遇前所未有的居民阻力。因此,污泥处理成了一个老大难问题,被形象地称为环境定时炸弹。
目前,污泥处理已从过去仅仅作为污水处理的一个单元发展成了污水处理厂不得不优先考虑的重要环节,污泥处理已成为污水处理厂或水务集团在运行中一个令人头疼的问题。高昂的处理费用和越来越严格的限制性法律法规使得污泥处理问题越发严重。目前,国外污水处理厂的运行重点已从过去的优质出水转向污泥产量最小化。因此,提供一种处理成本低,处理效果好的污泥处理方案是解决当前问题的必要且迫切的途径。
专利文献201510757992.7公开了一种利用高铁酸盐对污水处理厂的污泥进行处理的方法,所述方法包括通过添加高铁酸盐使污泥和高铁酸盐进行反应,所述高铁酸盐选自高铁酸钠或高铁酸钾,所述技术方案中并没有公开高铁酸盐的来源或制备方法,处理之后的污泥有何用途,而且该方法没有与生化池的微生物联合反应,把处理后的污泥通过微生物的利用和分解作用变为氮气和二氧化碳等而实现减量。
专利文献CN201610021582.0公开了一种污泥调理剂及使用污泥调理剂的原位脱水处理方法,所述污泥调理剂的组分为高铁酸钠和柠檬酸,高铁酸钠与柠檬酸的质量比为9:1。实际上,本领域技术人员知晓,高铁酸钠由于在水中溶解度大,目前基本无市售高铁酸钠粉末类商品,而所述技术方案中也没有进一步公开其使用的高铁酸钠存在状态,我们无从知晓所述技术方案中高铁酸钠以何种形式与污泥进行氧化反应,而且该方法同样没有与生化池的微生物联合反应,把处理后的污泥通过微生物的利用和分解作用变为氮气和二氧化碳等而实现减量。
专利文献201210025439.0公开了一种利用高铁酸盐氧化使污泥减量化的污水处理工艺,所述工艺包括生化处理单元、沉淀单元、氧化处理单元和脱水单元。其中,氧化处理单元具体是回流污泥进入污泥反应罐,投入高铁酸盐反应10-30分钟,高铁酸盐的投入量为0.2g/公斤污泥,能有效降低污泥的体积和质量,所述技术方案中脱水后的污泥直接填埋,污泥氧化处理的工艺也到此为止。也有文献报道使用高铁酸盐氧化污泥中高铁投加量为m(Fe)/m(SS)=0.40μg/mg,而以这样的加入量投加高铁酸盐对污水处理厂来说是一笔不小的支出。而且该方法没有与生化池的微生物联合反应,把处理后的污泥通过微生物的利用和分解作用变为氮气和二氧化碳等而实现减量。
非专利文献“高铁酸盐污泥减量对SBF工艺运行效能的影响”中公开了高铁酸钠能够显著降低污泥产率,但是所述技术方案中的高铁酸钠采用电解的方法制备得到。电解的劣势:(1)浓度低,制备时间慢,跟不上实际需求;(2)电极易钝化,更换成本大。而且SBF工艺与目前污水处理厂采用的主流工艺存在显著的差异。
综上分析可以看出,目前污泥的处理办法是通过物理、化学、生物等手段分解或溶解污泥固态有机物,尤其是通过加入强氧化性物质,如高铁酸盐使污泥氧化分解,进而减小污泥产量。但是当前添加高铁酸盐氧化分解污泥的方法均是加入足量高铁酸盐使污泥中的细菌及有机物完全氧化,进而降低污泥产量。所述方法虽然行之有效,但污泥减量程度较小,与污水厂的微生物没有联动,没有契合到污水厂的现行主流工艺中,处理效率低,而且使用以上方法高铁酸盐的成本极为昂贵,污水处理厂承担不起。
发明内容
为了解决现有技术的缺陷,本发明提供一种污泥处理方法,所述方法通过控制反应参数使得氧化反应程度与氧化处理液的添加量之间达到平衡,通过氧化处理液和微生物的双重作用,既能实现污泥处理的目的,还能控制氧化处理液加入量控制成本。所述污泥处理方法已经在实际运营的大规模的污水处理厂中推广使用,如5万吨/天规模的新都工业东区污水厂,5万吨/天规模的双流航空港污水厂,10万吨/天规模的河北辛集污水厂以及四川郫县、广安等污水厂,市场接受程度很高,具有广阔的市场前景。
污水处理过程形成的待处理污泥中有丰富的微生物,所述微生物是一种优质碳源。而各微生物,如细菌结构的外层是细胞壁和细胞膜,里面是细胞液,细胞液由蛋白质、DNA等物质组成。现有技术中使用高铁酸盐氧化污泥的方法是通过加入足量的高铁酸盐将细菌的细胞壁破坏,待细胞液释放后开始氧化细胞液,最终将细菌全部氧化分解,污泥体积减少,这种方法通常被称为污泥减容,即单纯减少污泥的容积/体积。但是,按照上述方法进行处理势必要加入足量的高铁酸盐,导致处理成本过高。本发明的一个目的是提供一种污泥处理方法,所述方法通过添加氧化处理液使污泥中细菌的细胞壁破坏而不去氧化细胞液,细胞液流出后使污泥的中营养物质更加丰富,本发明将充满丰富细胞液的污泥称为活化污泥,所述活化污泥可根据不同的目的回流至不同的生化区,根据污泥的具体情况实现个性化处理污泥的目的。活化污泥通过生化池不同生活区的微生物被利用和分解为氮气和二氧化碳等等而被去除,让污水厂从工艺的源头上减少了污泥的产生,真正意义上实现了污泥减量,不仅是一种无任何污染且对环境友好的解决方案,而且弥补了目前污水厂现行工艺中存在的脱氮和脱磷碳源不足、BOD/COD较低的缺陷。本发明的另一个目的是提供一种所述活化污泥及其制备方法,本发明还有一个目的是提供一种所述活化污泥的用途。
第一方面,本发明提供一种活化污泥的制备方法,所述方法包括:将待处理污泥加入反应池中,向反应池中投入氧化处理液,搅拌混合反应0.25-3小时,得到活化污泥。
所述氧化处理液的投入量由氧化处理液与污泥混合后初始pH和反应结束体系pH共同决定,控制氧化处理液投入量使反应初始时体系pH为11.0-13.0,反应结束时体系pH不得低于10.5,优选控制在10.5-11.6之间。
本发明中涉及的氧化处理液的加入量并不是本领域技术人员能通过有限次实验得到的。起初,发明人在确定氧化处理液投入量时遇到了巨大的困难和挑战。因为,同一污水处理厂在不同时间形成的污泥成分千差万别,即使是对同一个污泥样进行氧化处理的结果可重复性也不好,而且每个污水厂的取泥点、污泥性质、含水率、MLSS含量、VSS含量等不同,完全不能精确地确定添加量,每次测试的人力成本、测试成本很高,更重要的是要测上述指标需要1-2天时间,严重滞后于氧化剂投入量要及时确定的需求。氧化剂最佳投入量难以确定的点在于:要么添加了氧化处理液但是加入量不够,没有达到预期效果,要么氧化处理液加入过量使成本急剧升高。本发明的发明人意外的发现,通过氧化处理液与污泥混合后初始pH和反应结束后pH共同决定氧化处理液加入量是最佳的控制方式,不仅省去了很多人工检测各项污泥指标的麻烦,而且能更准确的确定氧化处理液的加入量,不多不少,控制污泥处理成本。
本发明所述的氧化处理液通过如下方法制备得到:
S1:在反应釜中加入浓度为40-50%的液碱170-230份,再加入浓度为7-14%的液体次氯酸钠55-95份,搅拌使液碱与次氯酸钠充分混合,控制反应温度为25-45℃;
S2:缓慢加入浓度为25-45%的液体氯化铁15-50份,在缓慢加入液体氯化铁的同时,控制反应釜内搅拌器以800-2000转/min的速度搅拌,控制反应温度为25-50℃;
S3:搅拌反应0.5-4小时后停止搅拌,制备得到氧化处理液,并在4小时之内将氧化处理液投入反应池中,使氧化处理液与污泥混合反应。
在本发明的具体实施方式中,制备得到的氧化处理液最好在0.5小时内与污泥进行反应;更优选的,所述氧化处理液为现制现用。
优选的,所述步骤S2中搅拌速度为1000-1500转/min。
优选的,所述步骤S3中搅拌反应时间为0.5-2小时。
本发明制备的氧化处理液最好能做到现制现用,否则氧化效果会下降。如说明书附图2所示,本发明制备的新鲜氧化处理液是一种呈紫黑色的半透明液体,此时氧化能力最强,放置1小时后由于体系不断分解产生氧气,同时出现的沉淀在微小气泡的膨胀作用下使得体积增大,放置2小时后体积增大更明显,放置4小时后紫黑色慢慢变浅,产生沉淀量增大,上层出现泡沫,在放置12小时后,体系变成土褐色的浆糊类物质,出现明显沉淀分层,此时体系已基本丧失或只具备很弱的氧化能力。发明人分析之所以出现氧化处理液不能长期稳定的原因是因为,当反应体系中加入液碱、次氯酸钠和氯化铁进行反应后,有20-50%的3价铁被转化为6价铁,此时体系中同时存在3价铁离子和6价铁离子。虽然此时体系中的3价铁离子会导致体系不稳定,但是3价铁离子也是一种催化剂使体系中出现4价和5价铁离子。发明人惊奇地发现,上述同时有3价、4价、5价、6价铁离子的混合体系对污泥的氧化速度要远远大于只含有6价铁离子的单纯体系。对此,发明人将氧化处理液混合体系以4000转/min进行高速离心5分钟,分离得到的上清液即为只含有6价铁离子的单纯体系,并将单纯体系作为对照进行对比实验,具体见优化实施例3中氧化处理液与高铁酸钠对污泥氧化反应的对比实验。
本发明使用氯化铁的原因是:氯化铁是许多化工厂的工业废料,廉价易得,因此,将氯化铁作为制备氧化处理液的原料即能实现废物利用又能节约成本。同时避免了使用硝酸铁导致污水处理厂的总氮升高,使用硫酸铁导致污水厂在厌氧环境下产生硫化氢毒害生化池的微生物,使用氢氧化铁成本贵转化率低等问题。
第二方面,本发明提供一种通过如上所述的方法制备得到的活化污泥,所述活化污泥上清液化学需氧量(SCOD)为500-4000mg/L,SCOD是氧化处理前污泥的10-300倍。
优选的,所述活化污泥上清液SCOD为800-2500mg/L。
第三方面,本发明提供一种活化污泥在污水脱氮、污水脱磷和减小污泥量方面的用途。
具体的,将活化污泥投入厌氧池,活化污泥刺激厌氧池的微生物释放出磷,然后在好氧池中这些磷更大量和更容易地被聚磷细胞所聚集吸收,从而提高了脱磷效果;将活化污泥投入缺氧池,活化污泥会提供优质碳源给反硝化细菌将含氮物质转化为氮气,实现脱氮;将活化污泥投入好氧池,好氧池中的微生物大量分解活化污泥中的有机物质,不仅提高了好氧池的BOD/COD比,让好氧池的微生物生长更健康,处理污水效果更好之外,还实现污泥减量。
第四方面,本发明提供一种污泥处理方法,所述处理方法包括如下步骤:
(1)生物处理:将污水顺序流经厌氧池、缺氧池和好氧池,通过微生物去除污水中的有机污染物;
(2)沉淀处理:经过生物处理的污水流入沉淀池进行1-2小时沉淀,取外回流污泥体积的0.5-10%进行氧化处理;
(3)氧化处理:污泥流入反应池后加入氧化处理液,使体系初始pH为11.0-13.0,搅拌混合反应0.25-3小时,搅拌的同时实时监测体系pH变化,当pH低于10.5-11.0时补加氧化处理液,控制反应结束时体系pH为10.2-11.6,得到活化污泥;
(4)回流再利用:步骤(3)得到的活化污泥可根据污水处理厂不同需求回流至不同的生物处理池,若需要脱磷,则回流至厌氧池,或先回流至厌氧池或缺氧池,再回流至好氧池;若需要脱氮,则回流至缺氧池;若需要污泥减量,则回流至好氧池。
或者,所述活化污泥进入带式压滤机、板框压滤机或离心机,上清液根据需求排放,悬浮物脱水形成泥饼外运处理。
优选的,所述步骤(4)活化污泥回流再利用之前根据污水处理厂进水水质需要加入酸或强酸弱碱盐调节污泥pH为7.5-10.0。
在本发明的优选实施方式中,选择加入氯化铁、氯化铝、硫酸中的一种或两种以上的组合进行调节污泥pH。
本发明的一个最大优势是将污水处理厂中的污泥变废为宝。目前现实中的污水处理厂去处理污泥的目的就是单纯的污泥减容,减容后的污泥再想办法处理。与现有技术不同的是,本发明的目的是把污水处理厂中的污泥变为活化污泥,活化污泥中含有丰富的营养物质,是优质的碳源和氮源。例如,将活化污泥回流至缺氧池中会充分激发反硝化细菌,而很多污水处理厂为了激活反硝化细菌还需要额外购买昂贵的碳源如葡萄糖或醋酸钠等,而本发明可将自行制备的活化污泥直接用于激活反硝化细菌,进而达到脱氮的目的。将活化污泥回流至厌氧池中能刺激污泥释放磷,达到脱磷的目的。将活化污泥回流至好氧池中,好氧池中的微生物大量消耗污泥中的有机物,实现减少污泥产生量的目的。因此,本发明提供的污泥处理方法能根据污水处理厂不同的需求进行个性化脱磷、脱氮或减少污泥产生量。
其次,本发明中氧化处理液为现制现用,当氧化处理液体系中同时存在3价铁离子和6价铁离子时,在3价铁离子的催化作用下,6价铁离子部分被还原为5价和4价铁离子。发明人发现同时含有3价、4价、5价、6价铁离子的混合体系能大大缩短溶胞进程和时间,此时对污泥的氧化速度要远远大于只含有6价铁离子的氧化处理液。而且本发明制备的氧化处理液对于污泥的溶胞效果优于单纯使用常用氧化剂高铁酸钾。由于不同污水处理厂产生的污泥成分差异较大,为了达到最佳的氧化效果,本发明的发明人经过多次尝试,最终意外地发现,通过氧化处理液与污泥混合后初始pH和反应结束后体系pH确定氧化处理液的加入量是最佳的控制方式。本发明通过pH值控制氧化处理液加入量的方式既能避免氧化剂量过大,控制成本,还能使污泥中细胞的细胞壁刚好破裂又不至于氧化细胞液,从而形成含有大量细胞液营养物质的活化污泥。
在此,发明人需要强调的是,污水处理与污泥处理是两种完全不同的工艺,本领域技术人员无法将与污水处理相关的技术方法直接用于处理污泥。因为污水处理的目的是降解污水中的有机质,消除污水中的有害金属离子,污水处理的目的是希望水中COD(化学需氧量)、SS(悬浮物)值有所降低。污泥处理的目的是破坏污泥中微生物的细胞壁,使细胞中的有机物质外流作为优质碳源再次加以利用。所以,污泥处理不仅不希望COD值下降,反而希望COD值显著增加。在污水处理技术中,通过氧化剂氧化有机质的工艺简单,但是如何控制氧化剂只氧化破坏微生物细胞壁,而不氧化有机质才是污泥处理领域需要攻克的难题。
附图说明
图1污泥处理工艺流程图
图2氧化处理液体系随放置时间的状态变化图
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明的部分实施例,而不是全部。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
制备例1氧化处理液的制备
S1:向反应釜中加入170公斤浓度为50%的液碱,再加入55公斤浓度为14%的液体次氯酸钠,开始搅拌(可快可慢)使液碱与次氯酸钠充分混合,同时通过反应釜的夹套和盘管进行热交换(夹套和盘管连接冷机或冷水)控制反应釜中物料温度为40-42℃;
S2:缓慢加入15公斤浓度为35%的液体氯化铁,在开始缓慢加入液体三氯化铁时,反应釜内的搅拌器以1400转/min的速度搅拌,同时通过反应釜的夹套和盘管进行热交换控制反应釜中物料温度为35-40℃;
S3:搅拌0.5小时后停止搅拌,制备得到240公斤氧化处理液,呈半透明***液体,通过紫外分光光度计检测到体系中35%的3价铁转化为6价铁。
制备例2氧化处理液的制备
S1:向反应釜中加入200公斤浓度为50%的液碱,再加入70公斤浓度为12%的液体次氯酸钠,开始搅拌(可快可慢)使液碱与次氯酸钠充分混合,同时通过反应釜的夹套和盘管进行热交换(夹套和盘管连接冷机或冷水)控制反应釜中物料温度为40-42℃;
S2:缓慢加入30公斤浓度为40%的液体氯化铁,在开始缓慢加入液体三氯化铁时,反应釜内的搅拌器以1200转/min的速度搅拌,同时通过反应釜的夹套和盘管进行热交换控制反应釜中物料温度为40-42℃;
S3:搅拌1小时后停止搅拌,制备得到300公斤氧化处理液,呈半透明***液体,通过紫外分光光度计检测到体系中30%的3价铁转化为6价铁。
制备例3氧化处理液的制备
S1:向反应釜中加入230公斤浓度为40%的液碱,再加入95公斤浓度为10%的液体次氯酸钠,开始搅拌(可快可慢)使液碱与次氯酸钠充分混合,同时通过反应釜的夹套和盘管进行热交换(夹套和盘管连接冷机或冷水)控制反应釜中物料温度为40-42℃;
S2:缓慢加入50公斤浓度为30%的液体氯化铁,在开始缓慢加入液体三氯化铁时,反应釜内的搅拌器以1000转/min的速度搅拌,同时通过反应釜的夹套和盘管进行热交换控制反应釜中物料温度为32-35℃;
S3:搅拌2小时后停止搅拌,制备得到375公斤氧化处理液,呈半透明***液体,通过紫外分光光度计检测到体系中20%的3价铁转化为6价铁。
对比制备例1氧化处理液的制备
制备方法及原料同制备例1,区别仅在于将“55公斤浓度为14%的液体次氯酸钠”替换为“7.4公斤固体次氯酸钙”,保证对比制备例1中次氯酸根摩尔量与制备例1相同。最终制备得到192公斤氧化处理液,呈半透明***液体,通过紫外分光光度计检测到体系中21%的3价铁转化为6价铁。在搅拌制备的同时产生了大量白色片状沉淀Ca(OH)2,Ca(OH)2沉淀不仅会堵塞药剂输送管道,还会损坏药剂反应釜的搅拌器和输送泵等。
实施例1活化污泥的制备
检测A污水处理厂产生的待处理污泥上清液SCOD值为10mg/L,将待处理污泥1吨加入反应池中,向反应池中加入制备例1现制的氧化处理液,使初始反应体系pH为12.0-12.5,搅拌混合反应1小时,同时实时监测反应池中pH变化,若pH<10.5时补加氧化处理液,控制反应结束时体系pH为11.0-11.3,制备得到活化污泥,检测活化污泥上清液SCOD值为1500mg/L,氧化处理后污泥上清液SCOD值是处理前的150倍。
实施例2活化污泥的制备
检测A污水处理厂产生的待处理污泥上清液SCOD值为10mg/L,将待处理污泥1吨加入反应池中,向反应池中加入制备例2现制的氧化处理液,使初始反应体系pH为12.0-12.5,搅拌混合反应1小时,同时实时监测反应池中pH变化,若pH<11.0时补加氧化处理液,控制反应结束时体系pH为11.0-11.3,制备得到活化污泥,检测活化污泥上清液SCOD值为2000mg/L,氧化处理后污泥上清液SCOD值是处理前的200倍。
实施例3活化污泥的制备
检测A污水处理厂产生的待处理污泥上清液SCOD值为10mg/L,将待处理污泥1吨加入反应池中,向反应池中投入制备例3现制的氧化处理液,使初始反应体系pH为12.0-12.5,搅拌混合反应1小时,同时实时监测反应池中pH变化,若pH<10.5时补加氧化处理液,控制反应结束时体系pH为11.0-11.3,制备得到活化污泥,检测活化污泥上清液SCOD值为800mg/L,氧化处理后污泥上清液SCOD值是处理前的80倍。
对比实施例1活化污泥的制备
检测A污水处理厂产生的待处理污泥上清液SCOD值为10mg/L,将待处理污泥1吨加入反应池中,向反应池中加入对比制备例1现制的氧化处理液,使初始反应体系pH为12.0-12.5,由于氧化处理液中形成的Ca(OH)2会大量消耗液碱中的OH-,所以当控制反应体系pH达到12.0-12.5时消耗的氧化处理液的量比实施例1要大很多。其次,随着搅拌混合反应的进行,污泥量较实施例1显著增加,这也是因为氧化处理液中有Ca(OH)2沉淀导致的。另外,发明人发现,长期使用次氯酸钙制备的氧化处理液处理污泥依然会出现堵塞污泥反应罐的输送管道、损坏污泥反应罐搅拌泵的现象。因此,使用次氯酸钙制备氧化处理液后不仅会增加污泥反应罐的管道堵塞和泵损坏风险,而且徒增氧化处理液的使用量,且大大增加活化污泥***的污泥量,这都严重违背了本发明技术方案的初衷和出发点。
通过以上实验数据可以看出,本发明制备例2得到的氧化处理液对污泥的氧化效果最好,说明氧化处理液显著影响污泥的氧化效果。分析制备例1-3制备的氧化处理液,发明人认为反应原料的配比是影响氧化处理液氧化功效的重要因素,尤其是液碱的加入量。相比于制备例1和3,制备例2中的液碱加入比例更高,最终实现最好的氧化效果。发明人分析认为,污泥氧化处理的关键在于氧化使污泥中微生物细胞壁破裂,细胞质外流作为优质碳源再利用,此时,氧化处理液中碱的作用不仅能协同氧化剂氧化破坏细胞壁(使氧化剂稳定地与污泥反应,降低自身分解速率),而且能溶解污泥细胞壁。所以,制备氧化处理液过程中液碱的加入量是影响氧化处理液处理污泥的重要因素,这个发现是发明人经过无数次失败经历以及摸索和尝试得到的,通过控制液碱加入量优化得到氧化效果更好的氧化处理液是发明人意料不到的发现,在前现有技术从来没有公开过。
若没有特别说明,接下来试验涉及的氧化处理液均为制备例2所得。另外,上述实施例均在发明人的实际生产线进行实验,下面的优化实验均在实验室中进行。
污泥氧化反应优化实施例
1,氧化处理液投入量的优化
试验目的:确认氧化处理液的最佳投入量,使氧化处理后污泥的SCOD值最高。
试验方法:设置7组平行操作实验组A-G,分别向反应瓶中加入A污水处理厂产生的待处理污泥0.5公斤,边搅拌边向反应瓶中投入氧化处理液,确认反应初始pH,搅拌反应40分钟,期间实时监测体系pH变化,控制反应结束时pH值,具体如下:
A组:初始pH为10.0±0.3,结束pH为9.5±0.3;
B组:初始pH为10.5±0.3,结束pH为10.0±0.3;
C组:初始pH为11.0±0.3,结束pH为10.5±0.3;
D组:初始pH为11.5±0.3,结束pH为11.0±0.3;
E组:初始pH为12.0±0.3,结束pH为11.0±0.3;
F组:初始pH为13.0±0.3,结束pH为11.5±0.3;
G组:初始pH为14.0±0.3,结束pH为12.0±0.3;
反应结束后检测处理后污泥上清液SCOD值。
试验结果:记录氧化处理前后污泥上清液的SCOD值,结果如下表所示。
表1氧化处理前后污泥上清液的SCOD变化
从上表数据可以看出,C组、D组和E组的污泥处理效果相对较好,所以控制体系初始反应pH为11.0-12.3,反应结束后pH为10.5-11.3是氧化处理液最佳使用量。通过上表数据变化趋势可以看出,氧化处理液对污泥的氧化效果与氧化液加入量并不呈线性相关,前期(A组和B组)随着氧化处理液的加入量增加,污泥氧化后SCOD值增加倍数并不显著,但当达到某一点值后(C-E组)SCOD值增加倍数显著变大,在此基础上再增加氧化处理液的量,SCOD值增加趋势明显变缓。
具体分析,A组和B组由于氧化处理液的加入量不足,导致氧化处理后污泥上清液SCOD值增加并不显著,F组和G组的污泥氧化效果虽然比C-E组更好,但是相比之下并没有显著性提高,而氧化剂加入量却大大增加,徒增污泥处理成本。因此,氧化处理液过多或过少都不利。当氧化处理液剂量不够时,对于污泥的氧化效果与预期效果相差甚远,而当氧化处理液加入过量后,不仅成本增加了,而且活化污泥中的营养成分会被多余的氧化液氧化掉,降低活化污泥的利用价值。
2,氧化处理液放置时间的优化
试验目的:由于本发明中氧化处理液在制备完成后的使用时间也是其发挥氧化作用的关键因素,因此有必要通过试验得出最佳使用时间。
试验方法:设置5组平行操作实验组A-E,分别向反应瓶中加入A污水处理厂产生的待处理污泥0.5公斤,边搅拌边向反应瓶中投入氧化处理液,控制反应初始pH为12.0-12.5,搅拌反应40分钟,期间实时监测反应池中的pH变化,若pH<10.5时补加氧化处理液,控制反应结束时体系pH为11.0-11.3,反应结束后检测氧化处理后污泥上清液SCOD值。
A组的氧化处理液是制备例2现制氧化处理液。B组的氧化处理液是制备例2制备的氧化处理液放置0.5小时再投入进行反应。C组的氧化处理液是制备例2制备的氧化处理液放置1小时再投入进行反应。D组的氧化处理液是制备例2制备的氧化处理液放置2小时再投入进行反应。E组的氧化处理液是制备例2制备的氧化处理液放置4小时再投入进行反应。
试验结果:记录氧化处理前后污泥上清液的SCOD值,结果如下表所示。
表2氧化处理前后污泥上清液的SCOD变化
本发明现制的氧化处理液是一种呈***的半透明液体,如果不立即进行使用,随着放置时间增加,液体的***慢慢变浅,如说明书附图2所示,常温下放置4小时后***会慢慢变浅,沉淀量增大,体系上层出现泡沫,最终在12小时后变成土褐色浆糊类物质,出现明显分层。通过上表数据的变化趋势可以看出,随着放置时间延长,氧化处理液的氧化能力是逐渐减弱的,到放置4小时后已经丧失了大部分氧化能力。因此,本发明制备的氧化处理液最优选的使用时间是现制现用。在发明人所在的实际污泥处理工艺线上,我们的氧化处理液反应装置就设立在氧化反应池旁边,以实现现制现用,使氧化处理液发挥最佳氧化效果。
实施例4 A污水处理厂污泥处理工艺
(1)生物处理:将污水顺序流经厌氧池、缺氧池和好氧池,通过微生物去除污水中的有机污染物;
(2)沉淀处理:经过生物处理的污水流入沉淀池进行2-4小时沉淀,取外回流污泥体积的2%进行氧化处理;
(3)氧化处理:污泥流入反应池后边搅拌边向反应池中投入制备例2现制的氧化处理液,使初始反应体系pH为12.0-12.5,搅拌混合反应1.2小时,同时实时监测反应池中pH变化,若pH<10.5时补加氧化处理液,控制反应结束时体系pH为11.0-11.5,制备得到活化污泥;
(4)回流再利用:由于A污水处理厂需要脱磷,则将活化污泥回流至厌氧池。
实施例5 B污水处理厂污泥处理工艺
(1)生物处理:将污水顺序流经厌氧池、缺氧池和好氧池,通过微生物去除污水中的有机污染物;
(2)沉淀处理:经过生物处理的污水流入沉淀池进行2-3小时沉淀,取外回流污泥体积的2%进行氧化处理;
(3)氧化处理:污泥流入反应池后边搅拌边向反应池中投入制备例2现制的氧化处理液,使初始反应体系pH为12.0-12.5,搅拌混合反应1.2小时,同时实时监测反应池中pH变化,若pH<10.5时补加氧化处理液,控制反应结束时体系pH为11.0-11.8,制备得到活化污泥;
(4)回流再利用:由于B污水处理厂需要脱氮,则将活化污泥回流至缺氧池。
实施例6 C污水处理厂污泥处理工艺
(1)生物处理:将污水顺序流经厌氧池、缺氧池和好氧池,通过微生物去除污水中的有机污染物;
(2)沉淀处理:经过生物处理的污水流入沉淀池进行1-2小时沉淀,取外回流污泥体积的2%进行氧化处理;
(3)氧化处理:污泥流入反应池后边搅拌边向反应池中投入制备例2现制的氧化处理液,使初始反应体系pH为12.0-12.5,搅拌混合反应1.2小时,同时实时监测反应池中pH变化,若pH<10.5时补加氧化处理液,控制反应结束时体系pH为11.0-11.3,得到活化污泥,加硫酸或三氯化铁将污泥pH调至8.0左右;
(4)回流再利用:由于C污水处理厂需要污泥减量,则将活化污泥回流至至好氧池。
效果实施例
1,氧化处理液与高铁酸钠和高铁酸钾氧化能力比较
试验目的:对比本发明制备的氧化处理液与现有技术中公开的高铁酸钠和高铁酸钾的氧化能力。
试验方法:设置3组平行操作实验组A-C,分别向反应瓶中加入A污水处理厂产生的待处理污泥0.5公斤,边搅拌边向反应瓶中投入氧化处理液,A组使用的氧化处理液为制备例2制备的氧化处理液;B组使用的氧化处理液为高铁酸钠溶液,具体是制备例2制备的氧化处理液以4000转/min高速离心5分钟分离得到的上清液,然后加入酸调节pH到8.0-9.0,制备得到高铁酸钠溶液;C组使用的氧化处理液为市售高铁酸钾加蒸馏水配制的高铁酸钾溶液;上述A-C组通过氧化处理液加入量控制反应初始pH为12.0-12.5,搅拌反应40分钟,期间实时监测反应池中的pH变化,若pH<10.5时补加氧化处理液,控制反应结束时体系pH为11.0-11.3,反应结束后检测氧化处理后污泥上清液SCOD值。
高铁酸钾溶液加入量与B组高铁酸钠加入量相同。
试验结果:记录氧化处理前后污泥上清液的SCOD值,结果如下表所示。
表3氧化处理前后污泥上清液的SCOD变化
从上表数据可以看出,本发明制备的氧化处理液对污泥的氧化效果要远远优于高铁酸钠和高铁酸钾。虽然现有技术公开了使用高铁酸钠或高铁酸钾对污泥进行氧化处理,但是经过发明人实际经验证明,高铁酸钠或高铁酸钾的纯体系对污泥的氧化效果均不如意。发明人分析,之所以会产生上述结果的根本原因是,本发明制备的氧化处理液体系是一个混合液体,体系中除了6价铁离子之外还含有3价铁离子,3价铁离子作为催化剂使体系中出现4价和5价铁离子,实验结果证明,这种同时有3价、4价、5价、6价铁离子的混合体系能大大缩短溶胞进程和时间,对污泥的氧化速度要远远大于只含有6价铁离子的纯体系。
2,污泥处理工艺中污泥氧化成本优势
位于成都新都工业东区的污水处理厂每天处理污水量为50000吨/天,每天产生的外回流污泥量为55000吨左右,取约1%(550吨)进行氧化处理。
按照传统工艺采用高铁酸钾进行氧化,处理1吨污泥需要加入高铁酸钾量为0.5公斤,高铁酸钾购买成本为35000-40000元/吨高铁酸钾,综合计算,使用高铁酸钾进行污泥处理的花费是9625-11000元/天。
按照本发明提供的污泥处理工艺,处理1吨污泥需要加入的氧化处理液量为1.5公斤,氧化处理液的原料及合成成本为1500元/吨,综合计算,使用本发明提供的污泥处理工艺进行污泥处理的花费是1237.5元/天。
3,污泥处理工艺中活化污泥回流成本优势
位于河北石家庄辛集市的污水处理厂每天处理污水量为30000-90000吨/天,每天产生的外回流污泥量为30000-50000吨左右。按照污水处理厂原来的处理措施,没有使用任何氧化剂对回流污泥进行氧化,导致每天的污泥产量(含水率60%)50吨左右,每日污泥处理的成本在20000元左右。使用本发明制备的氧化处理液后污泥产量减少到(含水率60%)35吨左右,每天污泥处理的成本减少到14000元以下。
另外,由于污水进水TN含量较高(50-120ppm),污水处理厂的主要诉求是污水脱氮,为了达到排放标准需要购买氮源,以50000吨/天的处理量,污水厂每天购买碳源的花费为40000-50000元。使用本发明所述的污泥处理工艺后根本无需花钱购买碳源,将本工艺线制备的活化污泥回流至缺氧池,活化污泥中的营养物质能有效激活池中的反硝化细菌发挥脱N的效果。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种活化污泥的制备方法,所述方法包括:将待处理污泥加入反应池中,向反应池中投入氧化处理液,搅拌混合反应0.25-3小时,得到活化污泥;
所述的氧化处理液通过如下方法制备得到:
S1:在反应釜中加入浓度为40-50%的液碱170-230份,再加入浓度为7-14%的液体次氯酸钠55-95份,搅拌使液碱与次氯酸钠充分混合,控制反应温度为25-45℃;
S2:缓慢加入浓度为25-45%的液体氯化铁15-50份,在缓慢加入液体氯化铁的同时,控制反应釜内搅拌器以800-2000转/min的速度搅拌,控制反应温度为25-50℃;
S3:搅拌反应0.5-4小时后停止搅拌,制备得到氧化处理液。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤S2中搅拌速度为1000-1500转/min;所述步骤S3中搅拌反应时间为0.5-2小时。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,氧化处理液制备完成后在4小时之内投入反应池中,使氧化处理液与污泥混合反应。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,氧化处理液制备完成后在0.5小时之内与污泥进行反应。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述氧化处理液为现制现用。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述氧化处理液的投入量由氧化处理液与污泥混合后初始pH和反应结束体系pH共同决定,控制氧化处理液投入量使反应初始时体系pH为11.0-13.0,反应结束时体系pH不得低于10.5。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,反应结束时体系pH控制在10.5-11.6之间。
8.一种通过权利要求1-7任一所述的方法制备得到的活化污泥,所述活化污泥上清液化学需氧量(SCOD)为500-4000mg/L,SCOD是氧化处理前污泥的10-300倍。
9.一种权利要求1-7任一所述的方法制备得到的活化污泥在污水脱氮、污水脱磷和减小污泥量方面的用途。
10.一种污泥处理方法,所述处理方法包括如下步骤:
(1)生物处理:将污水顺序流经厌氧池、缺氧池和好氧池,通过微生物去除污水中的有机污染物;
(2)沉淀处理:经过生物处理的污水流入沉淀池进行1-2小时沉淀,取外回流污泥体积的0.5-10%进行氧化处理;
(3)氧化处理:污泥流入反应池后加入氧化处理液,使体系初始pH为11.0-13.0,搅拌混合反应0.25-3小时,搅拌的同时实时监测体系pH变化,当pH低于10.5-11.0时补加氧化处理液,控制反应结束时体系pH为10.2-11.6,得到活化污泥;
(4)回流再利用:步骤(3)得到的活化污泥可根据污水处理厂不同需求回流至不同的生物处理池,若需要脱磷,则回流至厌氧池,或先回流至厌氧池或缺氧池,再回流至好氧池;若需要脱氮,则回流至缺氧池;若需要污泥减量,则回流至好氧池。
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