一種利用剩余污泥堿中和能力調(diào)節(jié)堿預(yù)處理污泥pH的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種利用剩余污泥堿中和能力調(diào)節(jié)堿預(yù)處理污泥pH的方法。該方法為，將堿預(yù)處理污泥或堿預(yù)處理污泥的上清液，與0.5-3.5倍體積的濃度為10-40g/L的剩余污泥混合，攪拌反應(yīng)0.5-1h后，堿預(yù)處理污泥或堿預(yù)處理污泥的上清液的pH降低至7.5-10.0。本發(fā)明利用剩余污泥的堿中和能力，通過(guò)在堿預(yù)處理污泥中投加剩余污泥來(lái)調(diào)節(jié)pH，以節(jié)省加酸的藥劑消耗，降低了處理成本。本發(fā)明的技術(shù)所處理后的堿預(yù)處理污泥或堿預(yù)處理污泥的上清液的pH降低至7.5-10.0范圍，可以滿(mǎn)足后續(xù)磷酸銨鎂法回收磷氮和厭氧消化產(chǎn)甲烷的要求。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種利用剩余污泥堿中和能力調(diào)節(jié)堿預(yù)處理污泥PH的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種污泥的預(yù)處理技術(shù)，特別涉及一種利用剩余污泥堿中和能力調(diào)節(jié)堿預(yù)處理污泥pH的方法，屬于水處理領(lǐng)域的污泥處理處置與資源化利用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在污水和廢水的處理過(guò)程中，產(chǎn)生了大量的污泥。傳統(tǒng)的污泥處理技術(shù)路線(xiàn)是先對(duì)污泥厭氧消化，使污泥穩(wěn)定化，然后通過(guò)調(diào)理脫水措施降低污泥的含水率，進(jìn)而減少污泥容積，以便于后續(xù)的運(yùn)輸和填埋處置。將污泥厭氧消化產(chǎn)沼氣，不但能夠利用其中的有機(jī)物質(zhì)回收能源，而且還可以實(shí)現(xiàn)一定程度的污泥減量，有助于解決污水處理廠污泥處理處置的難題。但由于污泥微生物細(xì)胞難以被厭氧消化，導(dǎo)致厭氧消化水力停留時(shí)間長(zhǎng)、構(gòu)筑物投資巨大。通過(guò)對(duì)污泥的破胞預(yù)處理，能夠使胞內(nèi)物釋放至水相，大大提高厭氧消化效率，盡可能地縮短了水力停留時(shí)間，大大降低了厭氧構(gòu)筑物的投資費(fèi)用。[0003]同時(shí)，由于可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)需求和政府的政策扶持，當(dāng)今固體廢物處理的重點(diǎn)已從污染控制轉(zhuǎn)向資源化利用。越來(lái)越多的人認(rèn)識(shí)到污泥也是一種資源，尤其是其中蘊(yùn)藏的磷。由于磷在生物圈中是一種單向流動(dòng)的元素，隨著磷礦大量被開(kāi)采，可利用的磷資源日益匱乏。通過(guò)預(yù)處理破解污泥絮體結(jié)構(gòu)和微生物細(xì)胞，能夠釋放出大量的無(wú)機(jī)磷、有機(jī)磷。通過(guò)進(jìn)一步的轉(zhuǎn)化和沉淀分離，可以實(shí)現(xiàn)磷的回收利用。
[0004]目前報(bào)道的污泥預(yù)處理方法有高壓均質(zhì)法、超聲波法、珠磨法、微波法、加熱法、凍融法、鹽法、臭氧氧化法、氯氣和二氧化氯氧化法、濕式氧化法、堿法、酸法和生物破解法即酶法等。方法眾多，各有特點(diǎn)。但復(fù)雜的設(shè)備要求，操作和安全隱患的存在，及高能耗、藥耗等問(wèn)題，使得很多技術(shù)難以大規(guī)模的工程應(yīng)用。其中，堿法被實(shí)踐證明為最具有經(jīng)濟(jì)可行性的一種方法。但堿法處理污泥后的一個(gè)重大缺陷是pH高，不利于后續(xù)的處理。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種利用剩余污泥堿中和能力調(diào)節(jié)堿預(yù)處理污泥pH的方法，解決堿預(yù)處理污泥后的PH值不適于后續(xù)處理的問(wèn)題，提供一種經(jīng)濟(jì)、環(huán)境友好的降低堿預(yù)處理污泥pH的方法。
[0007]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明所采用的解決方案是:
本發(fā)明提出的利用剩余污泥的PH堿中和能力調(diào)節(jié)堿預(yù)處理污泥pH的方法，以城市污水處理廠(或工業(yè)廢水處理站)產(chǎn)生的剩余污泥為對(duì)象，經(jīng)過(guò)重力濃縮或稀釋后達(dá)到濃度為10-40 g/L，然后投加堿調(diào)節(jié)pH至10.0-13.0范圍，攪拌反應(yīng)0.5-8h，使細(xì)胞破碎釋放出胞內(nèi)物，包括蛋白質(zhì)、多糖和磷等，即為堿預(yù)處理污泥。再取剩余污泥，經(jīng)過(guò)重力濃縮或稀釋后達(dá)到濃度為10-40 g/L，與堿預(yù)處理污泥或堿預(yù)處理污泥的上清液充分混合，混合時(shí)兩者的體積比為0.5-3.5，混合攪拌反應(yīng)0.5-lh后，使堿預(yù)處理污泥的pH降至7.5-10.0范圍。[0008]本發(fā)明主要通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn)
將堿預(yù)處理污泥或堿預(yù)處理污泥的上清液，與0.5-3.5倍體積的濃度為10-40 g/L的剩余污泥混合，攪拌反應(yīng)0.5-lh后，堿預(yù)處理污泥或堿預(yù)處理污泥的上清液的pH降低至
7.5-10.0。
[0009]進(jìn)一步的，所述堿預(yù)處理污泥的pH值范圍在10.0-13.0 ;所述堿預(yù)處理污泥的上清液的PH值范圍在10.0-13.0。
[0010]進(jìn)一步的，所述堿預(yù)處理污泥是將剩余污泥通過(guò)堿預(yù)處理的方式得到的，其中堿預(yù)處理的方式為與堿聯(lián)合/組合/耦合處理的方式，包括單獨(dú)堿處理、熱-堿處理、超聲波-堿處理和微波-堿處理任意一種。
[0011]進(jìn)一步的，所述混合的方式是將剩余污泥與堿預(yù)處理污泥直接混合。
[0012]進(jìn)一步的，所述混合的方式是將剩余污泥與堿預(yù)處理污泥的上清液混合，混合方式為二級(jí)的梯度混合、三級(jí)梯度混合或連續(xù)混合；二級(jí)梯度混合工藝流程圖見(jiàn)圖1 (詳細(xì)操作步驟見(jiàn)實(shí)施例1);三級(jí)梯度混合是在二級(jí)梯度混合的基礎(chǔ)上再增加一個(gè)堿解反應(yīng)器C，污泥流向和上清液流向不變；連續(xù)混合是采用一個(gè)高徑比的堿解反應(yīng)器，污泥從此反應(yīng)器的上端進(jìn)、下端出，上清液從反應(yīng)器的下端進(jìn)、上端出。
[0013]進(jìn)一步的，所述堿預(yù)處理污泥由以下具體方法制備:將剩余污泥經(jīng)過(guò)重力濃縮或稀釋后，控制濃度在10-40 g/L，相當(dāng)于含水率96%-99%，后于50-350 rpm攪拌的同時(shí)投加堿調(diào)節(jié)PH至10.0-13.0,反應(yīng)0.5-8h，得到堿預(yù)處理污泥。
[0014]進(jìn)一步的，所述堿預(yù)處理污泥的上清液由以下具體方法制備:將上述所得的堿預(yù)處理污泥，采用離心、帶式壓濾或板框壓濾的方式分離出上清液即堿預(yù)處理污泥的上清液，所述離心轉(zhuǎn)速為2000-6000 rpm。
[0015]進(jìn)一步的，所述堿預(yù)處理污泥或堿預(yù)處理污泥上清液與剩余污泥混合反應(yīng)后的pH為7.5-10.0，當(dāng)用于厭氧消化產(chǎn)甲烷時(shí)pH控制在7.5-8.0 ;當(dāng)用于磷酸銨鎂法回收磷氮時(shí)pH控制在9.0-10.0 ;當(dāng)用于生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸時(shí)pH控制在8.0-9.0 ;當(dāng)用于生產(chǎn)氫氣時(shí)pH控制在9.5-10.0 ;當(dāng)用作碳源時(shí)pH控制在7.5-9.0。
[0016]進(jìn)一步的，所述的剩余污泥為城市污水處理廠或工業(yè)廢水處理站的剩余活性污泥、濃縮池污泥、脫水污泥或厭氧消化污泥中的一種以上；所述剩余污泥包括經(jīng)過(guò)處理的剩余污泥；所述處理包括酸處理、超聲處理、熱處理和臭氧處理中的一種以上。
[0017]進(jìn)一步的，所述的堿包括氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化鈣；所述投加的形式為固態(tài)或溶液，其中溶液濃度在1-20 M0
[0018]本發(fā)明主要是利用了剩余污泥自身的堿中和能力來(lái)調(diào)節(jié)pH。其基本原理如下:剩余污泥胞外聚合物和胞內(nèi)物中，含有大量的蛋白質(zhì)和脂肪酸等有機(jī)物，通過(guò)水解和中合作用，與氫氧根離子發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，降低有效氫氧根離子的濃度，從而起到調(diào)節(jié)PH的作用。
[0019]由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下有益效果:
(I)對(duì)堿預(yù)處理污泥或堿預(yù)處理污泥的上清液的高PH，不需要投加酸，僅利用剩余污泥自身的堿中和能力，即可使PH降低至7.5-10.0從而有利于后續(xù)處理，省去了酸消耗。
[0020](2)調(diào)節(jié)pH后的堿預(yù)處理污泥或堿預(yù)處理污泥的上清液，含有較高濃度的氨氮(20-150 mg/L)和正磷酸鹽(30-180 mg/L)，不需要再加酸調(diào)節(jié)pH，僅投加適量鎂鹽，即可自發(fā)產(chǎn)生磷酸銨鎂沉淀，回收利用磷氮元素。
[0021](3)調(diào)節(jié)pH后的堿預(yù)處理污泥或堿預(yù)處理污泥的上清液，含有高濃度的有機(jī)物(SC0D達(dá)到2000-10000 mg/L)，不需要再加酸調(diào)節(jié)pH，即可回流至原生物處理系統(tǒng)補(bǔ)充碳源，或厭氧消化產(chǎn)甲烷，同時(shí)可補(bǔ)充厭氧單元需要的堿度，具有經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。
[0022](4 )二級(jí)梯度混合處理可使剩余污泥的TSS和VSS減量20%_60%和30%_80%，達(dá)到了穩(wěn)定化效果，有利于后續(xù)處理處置。
[0023]【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
圖1為實(shí)施例1二級(jí)梯度混合工藝流程圖。
[0024]
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明:
實(shí)施例1
將剩余污泥與堿預(yù)處理污泥的上清液混合的“二級(jí)梯度混合”工藝流程，如圖1所示。剩余污泥經(jīng)過(guò)重力濃縮和稀釋后，控制濃度在20g/L，相當(dāng)于含水率98%。主體裝置是第一、二級(jí)堿解反應(yīng)器(帶攪拌裝置)，梯度實(shí)現(xiàn)堿預(yù)處理污泥和調(diào)節(jié)PH作用。系統(tǒng)啟動(dòng)和運(yùn)行兩個(gè)階段的具體 操作為:(I)啟動(dòng)在第一級(jí)堿解反應(yīng)器A中，注入X體積的剩余污泥1，于150rpm攪拌的同時(shí)以10 M的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至10.0，堿解反應(yīng)lh。然后離心排出上清液，即第一級(jí)堿解出水6，排出系統(tǒng)；離心后的殘固，即第一級(jí)堿解殘固2，注入第二級(jí)堿解反應(yīng)器中。在第二級(jí)堿解反應(yīng)器B中，注入3/7X體積的水，于150rpm攪拌的同時(shí)以IOM的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)PH13.0，繼續(xù)堿解反應(yīng)lh。然后離心得到上清液，即二級(jí)堿解上清液5，注入第一級(jí)堿解的反應(yīng)器中；離心后的殘固，即二級(jí)堿解殘固3，排除系統(tǒng)。(2)運(yùn)行在第一級(jí)堿解反應(yīng)器A中，注入X體積的剩余污泥1，于150rpm攪拌，堿解反應(yīng)lh。然后離心排出上清液，即第一級(jí)堿解出水6，排出系統(tǒng)；離心后的殘固，即第一級(jí)堿解殘固2，注入第二級(jí)堿解反應(yīng)器中。在第二級(jí)堿解反應(yīng)器B中，注入3/7X體積的水，于150rpm攪拌的同時(shí)以IOM的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH13.0，繼續(xù)堿解反應(yīng)lh。然后離心得到上清液，即二級(jí)堿解上清液5，注入第一級(jí)堿解的反應(yīng)器中；離心后的殘固，即二級(jí)堿解殘固3，排除系統(tǒng)。重復(fù)循環(huán)，連續(xù)運(yùn)行。整個(gè)操作過(guò)程中，最終排出系統(tǒng)的是殘固(污泥流向標(biāo)識(shí)為實(shí)線(xiàn))，加入的水和堿最終以出水排出系統(tǒng)(上清液流向標(biāo)識(shí)為虛線(xiàn))。此時(shí)，上清液5中，正磷酸鹽和氨氮的濃度在62-64 mg/L和62.5-64.5 mg/L，適用于磷酸銨鎂沉淀；有機(jī)物濃度高(SCOD2650-2680 mg/L)，適用于作碳源或厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷；殘固3的TSS和VSS較之剩余污泥，降低了 30%-40%和40%-50%，達(dá)到了穩(wěn)定化效果，有利于后續(xù)處理處置。在第一級(jí)堿解反應(yīng)器A中，對(duì)已知體積的二級(jí)堿解上清液5，調(diào)整注入的剩余污泥I的體積，可以調(diào)控混合后的第一級(jí)堿解出水6的pH值，具體實(shí)施條件和效果，見(jiàn)表1。從表1可見(jiàn),利用剩余污泥自身的堿中和能力可以顯著調(diào)節(jié)堿預(yù)處理污泥上清液的PH，混合反應(yīng)后的堿預(yù)處理污泥上清液的pH值在7.5-10.0范圍，完全可以滿(mǎn)足磷酸銨鎂法回收磷氮和厭氧產(chǎn)甲烷等后續(xù)處理對(duì)pH的要求。本工藝的特點(diǎn)是:不僅省去了酸消耗，還可以相對(duì)于實(shí)施例2減少單位污泥的堿消耗 15%-50%。
[0026]表1:剩余污泥與堿預(yù)處理污泥的上清液混合調(diào)節(jié)pH的實(shí)施條件和效果
【權(quán)利要求】
1.一種利用剩余污泥堿中和能力調(diào)節(jié)堿預(yù)處理污泥PH的方法，其特征在于，將堿預(yù)處理污泥或堿預(yù)處理污泥的上清液，與0.5-3.5倍體積的濃度為10-40 g/L的剩余污泥混合，攪拌反應(yīng)0.5-lh后，堿預(yù)處理污泥或堿預(yù)處理污泥的上清液的pH降低至7.5-10.0。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用剩余污泥堿中和能力調(diào)節(jié)堿預(yù)處理污泥PH的方法，其特征在于，所述堿預(yù)處理污泥的PH值為10.0-13.0 ;所述堿預(yù)處理污泥的上清液的pH值為 10.0-13.0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用剩余污泥堿中和能力調(diào)節(jié)堿預(yù)處理污泥pH的方法，其特征在于，所述堿預(yù)處理污泥是將剩余污泥通過(guò)堿預(yù)處理的方式得到的，其中堿預(yù)處理的方式為與堿聯(lián)合/組合/耦合處理的方式，包括單獨(dú)堿處理、熱-堿處理、超聲波-堿處理和微波-堿處理任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用剩余污泥堿中和能力調(diào)節(jié)堿預(yù)處理污泥PH的方法，其特征在于，所述混合的方式是將剩余污泥與堿預(yù)處理污泥直接混合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用剩余污泥堿中和能力調(diào)節(jié)堿預(yù)處理污泥PH的方法，其特征在于所述混合的方式是將剩余污泥與堿預(yù)處理污泥的上清液混合，混合方式為二級(jí)的梯度混合、三級(jí)梯度混合或連續(xù)混合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用剩余污泥堿中和能力調(diào)節(jié)堿預(yù)處理污泥PH的方法，其特征在于，所述堿預(yù)處理污泥由以下具體方法制備:將剩余污泥經(jīng)過(guò)重力濃縮或稀釋后，控制濃度在10-40 g/L，相當(dāng)于含水率96%-99%，后于50-350 rpm攪拌的同時(shí)投加堿調(diào)節(jié)pH至10.0-13.0，反應(yīng)0.5-8h，得到堿預(yù)處理污泥。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種利用剩余污泥堿中和能力調(diào)節(jié)堿預(yù)處理污泥pH的方法，其特征在于，所述堿預(yù)處理污泥的上清液由以下具體方法制備:將權(quán)利要求6所得的堿預(yù)處理污泥，采用離心、帶式壓濾或板框壓濾的方式分離出上清液即堿預(yù)處理污泥的上清液，所述離心轉(zhuǎn)速為2000-6000 rpmo
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用剩余污泥堿中和能力調(diào)節(jié)堿預(yù)處理污泥PH的方法，其特征在于，所述堿預(yù)處理污泥或堿預(yù)處理污泥上清液與剩余污泥混合反應(yīng)后的pH為7.5-10.0，當(dāng)用于厭氧消化產(chǎn)甲烷時(shí)pH控制在7.5-8.0 ;當(dāng)用于磷酸銨鎂法回收磷氮時(shí)pH控制在9.0-10.0 ;當(dāng)用于生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸時(shí)pH控制在8.0-9.0 ;當(dāng)用于生產(chǎn)氫氣時(shí)pH控制在9.5-10.0 ;當(dāng)用作碳源時(shí)pH控制在7.5-9.0。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用剩余污泥堿中和能力調(diào)節(jié)堿預(yù)處理污泥pH的方法，其特征在于，所述的剩余污泥為城市污水處理廠或工業(yè)廢水處理站的剩余活性污泥、濃縮池污泥、脫水污泥或厭氧消化污泥中的一種以上；所述剩余污泥包括經(jīng)過(guò)處理的剩余污泥；所述處理包括酸處理、超聲處理、熱處理和臭氧處理中的一種以上。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種利用污泥堿中和能力調(diào)節(jié)堿預(yù)處理污泥pH技術(shù)，其特征在于，所述的堿包括氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化鈣；所述投加的形式為固態(tài)或溶液，其中溶液濃度在1-20 M0
【文檔編號(hào)】C02F11/00GK103626365SQ201310604906
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】胡勇有, 李義勇, 于子淇, 畢薇, 畢琪 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)