專利名稱：一種生物酸化-類Fenton氧化聯(lián)用改善剩余污泥脫水性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于剩余污泥處理技術(shù)領(lǐng)域，采用生物酸化-類Fenton氧化聯(lián)用技術(shù)改善 剩余污泥脫水性能，為污泥的后續(xù)處理處置和資源化利用奠定基礎(chǔ)。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活水平提高，我國(guó)大部分城市建設(shè)了集中式污水處理廠。 污水處理廠運(yùn)行對(duì)改善我國(guó)水環(huán)境、保護(hù)人類健康發(fā)揮了巨大作用。在污水處理過(guò)程中產(chǎn) 生了大量剩余污泥，而且我國(guó)的污泥產(chǎn)量呈逐年持續(xù)高速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。剩余污泥含有大量 水分，其含水率一般在98%以上，因此具有龐大的體積；剩余污泥還含有細(xì)菌、病毒及吸附 的寄生蟲(chóng)、有毒有害物質(zhì)等。剩余污泥的處理，國(guó)外一般采用濃縮、厭氧消化、調(diào)理、機(jī)械脫 水、干化、焚燒等一系列過(guò)程，最大限度地達(dá)到污泥的減量化和無(wú)害化。我國(guó)污泥處理起步 較晚，由于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)和法律等多方面的原因，剩余污泥一般經(jīng)過(guò)濃縮和機(jī)械脫 水后，含水率80 % -85 %的脫水污泥被直接送入垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行衛(wèi)生填埋，此方法不僅占 用填埋場(chǎng)場(chǎng)地，還會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的二次污染。由于經(jīng)一般脫水方法污泥脫水后含水率仍然很 高，體積龐大，嚴(yán)重影響了污泥的后續(xù)處理與資源化。針對(duì)我國(guó)污泥特性，開(kāi)發(fā)安全、高效、 經(jīng)濟(jì)的污泥調(diào)理技術(shù)改善污泥脫水性能非常重要。 改善污泥脫水性能， 一般采用化學(xué)法、淘洗法、加熱法和冷凍法等。隨著科學(xué)技術(shù) 的發(fā)展，高能量微電子輻射、微波加熱、超聲、化學(xué)氧化、生物酶等技術(shù)也用于改善污泥的脫 水性能。污泥Fenton氧化是H202在Fe2+的催化下產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的OH 自由基等引起污泥 絮體表面成分的部分氧化和重組，促使污泥中的結(jié)合水和吸附水被釋放，與壓縮雙電層作 用一起改善污泥的脫水性能。而污泥生物酸化是在有氧及含單質(zhì)硫或Fe2+的條件下，由嗜 酸性硫桿菌等通過(guò)直接作用或其代謝產(chǎn)物的間接作用，氧化還原態(tài)的硫或鐵獲得生長(zhǎng)所需 的能量；伴隨著這一過(guò)程，污泥體系pH值降低。生物酸化主要用于溶出污泥中的重金屬以 及殺滅病原菌，使污泥脫毒。伴隨著污泥生物酸化和污泥Fenton氧化，污泥多方面性能均 得到一定程度改善，如污泥的穩(wěn)定性、病原菌、有毒有害物質(zhì)、污泥惡臭等。
污泥Fenton氧化，需要在低pH下才能取得好的效果，因此首先需要投加無(wú)機(jī)酸酸 化污泥，使得污泥處理運(yùn)行費(fèi)用高昂。而污泥生物酸化過(guò)程中污泥停留時(shí)間較長(zhǎng)，達(dá)數(shù)天甚 至十?dāng)?shù)天，嚴(yán)重影響了其實(shí)際應(yīng)用。聯(lián)用生物酸化和Fenton氧化過(guò)程，污泥生物酸化可以 為Fenton氧化提供合適的pH，節(jié)約耗酸量，降低處理費(fèi)用；而通過(guò)與Fenton氧化聯(lián)用，可 以縮短污泥生物酸化及總的反應(yīng)時(shí)間，從而提高反應(yīng)效率。生物酸化過(guò)程中生成的Fe3+和 Fenton氧化過(guò)程中加入的Fe2+共同催化分解H202，產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的OH 自由基等，因此在 生物酸化和Fenton氧化過(guò)程聯(lián)用時(shí)，F(xiàn)enton氧化過(guò)程屬于類Fenton氧化。生物酸化和類 Fenton氧化聯(lián)用能夠改善污泥脫水性能，為污泥的后續(xù)處理和利用提供基礎(chǔ)，具有良好的 應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
1.發(fā)明目的 本發(fā)明目的在于通過(guò)生物酸化和類Fenton氧化聯(lián)用處理剩余污泥，改善污泥脫 水性能，為污泥的后續(xù)處理和利用提供基礎(chǔ)。生物酸化和類Fenton氧化聯(lián)用可以提高反應(yīng) 效率、縮短反應(yīng)時(shí)間、增加處理能力、減少污泥處理成本。
2.技術(shù)方案 本發(fā)明提供一種生物酸化-類Fenton氧化聯(lián)用改善污泥脫水性能的方法。主要 技術(shù)方案如下 (1)污泥生物酸化接種液培養(yǎng)在含固率為1_3%的污泥中，分別按10和20g/ L投加硫粉和FeS04 7H20作為底物，以0. 5L/(min L污泥)從底部鼓入空氣，在28。C和 180r/min的攪拌條件下培養(yǎng)馴化污泥，至污泥pH降至2. 0以下。取馴化培養(yǎng)的酸化污泥， 按5-10%的體積比接種到含固率為1_3%的污泥中，投加與上步等量的硫粉和FeS04 7H20 作為底物，，并在相同的條件下培養(yǎng)馴化，直至pH值降至2.0以下。然后再重復(fù)上步操作一 次，所得酸化污泥作為生物酸化的接種液。當(dāng)進(jìn)行第三次培養(yǎng)馴化時(shí)，培養(yǎng)馴化時(shí)間縮短到 2天左右。 (2)污泥生物酸化將培養(yǎng)馴化的接種液加入到含固率為1. 5-3%的剩余污泥 中，對(duì)污泥進(jìn)行生物酸化。生物酸化條件為接種污泥量，10-20% (體積比)；溫度，室 溫(20-30 °C );攪拌速度，180r/min ;鼓入空氣量，0. 5L/ (min L污泥)；硫粉投加量， 0. 10-0. 15g/ (g干污泥);Fe2+投加量，0-0. 15g/ (g干污泥)。經(jīng)過(guò)1. 0-2. 0天的生物酸化， 污泥的pH降至2-3，氧化還原電位升至400-500mV。 (3)污泥的類Fenton氧化生物酸化后的污泥pH降至2-3，在Fe2+和Fe3+催化作 用下，加入的^02產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的011*自由基等，氧化酸化污泥。類Fenton氧化的條件為 溫度，室溫(20-30°C);攪拌速度，180r/min;H202投加量，0. 20-0. 25g/(g干污泥);Fe2+投 加量，O. 10-0. 15g/(g干污泥)；Fe3+濃度，0-0. 10g/(g干污泥)；反應(yīng)時(shí)間，40-60min。
(4)污泥pH調(diào)整向處理后的污泥中加入10%的Ca(0H)2溶液，調(diào)節(jié)污泥的pH至 6-7，減少酸化污泥的腐蝕性。 一般Ca (OH) 2投加量為0. 05-0. 08g/ (g干污泥)。
(5)污泥機(jī)械脫水采用板框壓濾或離心脫水方法對(duì)處理后的污泥脫水，得到含 水率在65-75 %的脫水污泥，污泥體積大大減小。
3.本發(fā)明的有益效果 (1)本發(fā)明的生物酸化_類Fenton氧化聯(lián)用過(guò)程，充分結(jié)合污泥生物酸化和污泥 類Fenton氧化的特點(diǎn)，兩個(gè)反應(yīng)過(guò)程相互促進(jìn)，減少處理費(fèi)用、提高處理效率。經(jīng)過(guò)生物酸 化-類Fenton氧化-pH調(diào)節(jié)之后，污泥的脫水性能提高95-99% ，污泥達(dá)到易脫水程度，污 泥比阻低于4X 108s2/g，脫水后污泥的含水率降至65-75%，污泥體積大大減小，有利于污 泥的運(yùn)輸、處理處置和資源化利用。脫出的水可以返回污水處理過(guò)程和污水處理廠進(jìn)水一 起處理。 (2)本發(fā)明聯(lián)用生物酸化_類Fenton氧化改善污泥脫水性能，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、工藝 流程簡(jiǎn)短、易于控制、投資費(fèi)用低、易于實(shí)現(xiàn)，為我國(guó)污泥處理處置提供一條新思路。
(3)本發(fā)明處理后的污泥含水率低、有毒有害物質(zhì)和病原體含量低，可以用于堆肥 或直接用于改良土壤，為污泥的后續(xù)處理和利用提供基礎(chǔ)，在實(shí)際應(yīng)用中具有良好的意義。


圖1生物酸化-類Fenton氧化聯(lián)用改善污泥脫水性能工藝流程圖
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1. 采用本工藝在實(shí)驗(yàn)室對(duì)污泥進(jìn)行批式處理。所處理的污泥為氧化溝工藝處理城 市生活污水產(chǎn)生的剩余污泥，污泥主要特性為pH，6. 83 ;總固體含量，15461mg/L ;揮發(fā)性 固體含量，10248mg/L，污泥比阻，6. 45X 1(Ts7g，濾餅含水率(0. 03Mpa真空抽濾條件下)， 91. 4%。 具體步驟請(qǐng)參照?qǐng)D1 : (1)污泥生物酸化接種液培養(yǎng)將100ml含固率1. 5%的污泥裝入250ml的錐形 瓶中，按10和20g/L投加硫粉和FeS04 7H20，作為酸化細(xì)菌的能源物質(zhì)，錐形瓶置于水浴 恒溫振蕩器中振蕩培養(yǎng)，控制溫度為28t:，振蕩速度為180r/min。待污泥體系pH低于2 時(shí)，吸取此酸化污泥10ml加入到90ml含固率1. 5%的污泥中，并投加與上步等量的硫粉和 FeS04 71120，在相同條件下繼續(xù)富集培養(yǎng)。待污泥體系pH低于2時(shí)，再次重復(fù)上步操作一 次。經(jīng)過(guò)三次培養(yǎng)后，酸化細(xì)菌的活性到達(dá)要求，所得酸化污泥即為接種物。
(2)污泥生物酸化在500ml錐形瓶中加入270ml含固率1. 5%的污泥，按10%體 積比加入接種物，并分別按O. 15和0. 10g/(g干污泥)投加硫粉和Fe"。將錐形瓶置于28t: 水浴恒溫振蕩器中振蕩，并控制振蕩速度為180r/min，經(jīng)過(guò)1天的生物酸化，污泥體系pH降 至2. 8，氧化還原電位升高至430mV，污泥的脫水性能提高75%，污泥比阻為1. 60X10 2/ g。 (3)污泥的類Fenton氧化在生物酸化后的污泥中，按O. 20和0. 10g/(g干污 泥)分別加入H202和Fe2+，在28t:水浴恒溫振蕩器中振蕩，控制振蕩速度為180r/min，經(jīng)過(guò) 60min的類Fenton氧化反應(yīng)，污泥的脫水性能提高99%，污泥比阻為3. 55Xl()8s7g，屬于 易脫水污泥。 (4)污泥pH調(diào)整和污泥機(jī)械脫水用10%的Ca(OH)2溶液調(diào)節(jié)污泥的pH至6. 5， 石灰用量約為0. 05g/ (g干污泥)。然后在0. 03Mpa條件下對(duì)污泥進(jìn)行真空抽濾，脫水后污 泥濾餅的含水率為72%。
實(shí)施例2. 采用本工藝對(duì)污泥進(jìn)行擴(kuò)大中試處理。所處理的污泥為A70工藝處理城市生活 污水后的剩余濃縮污泥，污泥特性為pH，7. 05 ;總固體含量，23485mg/L ;揮發(fā)性固體含量， 15689mg/L，污泥比阻，5. 16X 101Qs7g，濾餅含水率(0. 03Mpa真空抽濾)，90. 5% 。具體步驟 請(qǐng)參照?qǐng)D1 : (1)污泥生物酸化接種液培養(yǎng)在5L含固率為2. 3%污泥中，按10和20g/L分別 投加硫粉和FeS04 7H20作為酸化細(xì)菌的能源物質(zhì)，以0. 5L/(min L污泥)從反應(yīng)器底部 鼓入空氣，在28t:和180r/min的攪拌條件下培養(yǎng)馴化污泥，至污泥pH降至2. 0以下。取培 養(yǎng)馴化的酸化污泥，按5X的體積比接種到5L含固率為2.3X的污泥中，投加與上步等量的 硫粉和FeS04 71120，在相同的條件下培養(yǎng)馴化，直至pH值降至2. 0以下。然后重復(fù)上步操作一次，所得酸化污泥作為接種液。 (2)污泥生物酸化在30L的反應(yīng)器中序批式酸化處理污泥，按20%體積比加入接 種物和濃縮污泥，污泥總體積為25L，分別按0. 15和0. 10g/ (g干污泥)投加硫粉和Fe2+。在 室溫(25°C )下，以0. 5L/(min *L污泥)向污泥中鼓入空氣，并以180r/min的轉(zhuǎn)速攪拌，經(jīng) 過(guò)l天的生物酸化，污泥體系pH降至2. 5，氧化還原電位升高至450mV。按此步相同的條件， 對(duì)下一批次污泥進(jìn)行生物酸化處理，循環(huán)該過(guò)程。酸化后污泥的脫水性能平均提高64% ，污 泥比阻為1.86X1010s2/g (3)污泥的類Fenton氧化在生物酸化后的污泥中，按0. 23和0. 15g/(g干污泥) 分別加入H202和Fe2+，在室溫(25°C )下，以180r/min的轉(zhuǎn)速攪拌，經(jīng)過(guò)60min的類Fenton 氧化反應(yīng)，污泥的脫水性能提高99%，污泥比阻為3. 90X 1()8s7g，屬于易脫水污泥。
(4)污泥pH調(diào)整和污泥機(jī)械脫水用10%的Ca(0H)2溶液調(diào)節(jié)污泥的pH至7. 0， 石灰用量約為0. 07g/(g干污泥)。采用離心脫水機(jī)進(jìn)行污泥脫水，脫水后污泥的含水率為 68%。
權(quán)利要求
一種生物酸化一類Fenton氧化聯(lián)用改善剩余污泥脫水性能的方法，其特征在于聯(lián)用生物酸化和類Fenton氧化，使其發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，并輔以適當(dāng)?shù)膒H調(diào)節(jié)和機(jī)械脫水，有效地改善剩余污泥的脫水性能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述改善剩余污泥脫水性能的方法，其特征在于該方法由以下步驟 組成(1) 污泥生物酸化將培養(yǎng)馴化的接種液加入到含固率為1.5-3%的剩余污泥中，對(duì)污泥進(jìn)行生物酸化。生物酸化條件為接種污泥量，10_20% (體積比)；溫度，室溫(20-30 °C );攪拌速度，180r/min ;鼓入空氣量，0. 5L/ (min L污泥)；硫粉投加量， 0. 10-0. 15g/ (g干污泥)；Fe2+投加量，0-0. 15g/ (g干污泥)。(2) 污泥類Fenton氧化生物酸化后的污泥pH降至2-3，在Fe2+和Fe3+催化作用下，通 過(guò)類Fenton氧化污泥。類Fenton氧化的條件為溫度，室溫(20_30°C );攪拌速度，180r/ min ;!1202投加量，0. 20-0. 25g/(g干污泥)；Fe2+投加量，0. 10-0. 15g/(g干污泥)；Fe3+濃度， 0-0. 10g/(g干污泥)；反應(yīng)時(shí)間，40-60min。(3) 污泥pH調(diào)節(jié)向處理后的污泥中加入10X的Ca(0Hh溶液，調(diào)節(jié)污泥的pH至6-7。 Ca (OH) 2投加量為0. 05-0. 08g/ (g干污泥)。(4) 污泥機(jī)械脫水采用板框壓濾或離心脫水方法對(duì)處理后的污泥脫水，得到含水率 在65-75 %的脫水污泥。
3. 利用權(quán)利要求2所述污泥酸化接種液的培養(yǎng)馴化方法，其特征在于在含固率為 1_3%的剩余污泥中，分別按10和20g/L投加硫粉和FeS04 *71120作為底物，以0. 5L/(min *L 污泥)從底部鼓入空氣，在28t:和180r/min的攪拌條件下培養(yǎng)馴化污泥，至污泥pH降至 2.0以下。取培養(yǎng)馴化的酸化污泥，按5-10%的體積比接種到含固率為1_3%的污泥中，投 加與上步等量的硫粉和FeS04 7H20作為底物，并在相同條件下繼續(xù)培養(yǎng)馴化，直至污泥pH 值降至2.0以下。然后再重復(fù)上述步驟一次，所得酸化污泥作為生物酸化的接種液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生物酸化-類Fenton氧化聯(lián)用改善剩余污泥脫水性能的方法，屬于污泥處理技術(shù)領(lǐng)域。在投加足量底物的條件下，從污泥中培養(yǎng)馴化土著酸化細(xì)菌作為接種液；將接種液加入到剩余污泥中，在有氧、攪拌和適量底物條件下對(duì)污泥進(jìn)行生物酸化，至污泥的pH為2-3；在Fe2+和Fe3+催化作用下，H2O2產(chǎn)生強(qiáng)氧化性自由基等類Fenton氧化污泥；向處理后的污泥中加入Ca(OH)2溶液，調(diào)節(jié)污泥的pH至6-7；采用板框壓濾或離心脫水方法對(duì)處理后的污泥脫水，得到含水率在65-75％的脫水污泥。聯(lián)用生物酸化-類Fenton氧化改善污泥脫水性能，可以提高反應(yīng)效率、縮短反應(yīng)時(shí)間、增加處理能力、減少污泥處理成本。
文檔編號(hào)C02F11/06GK101759337SQ201010000269
公開(kāi)日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2010年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月7日
發(fā)明者劉昌庚, 張光明, 張盼月, 曾光明, 肖凌鵬 申請(qǐng)人:北京林業(yè)大學(xué)