申请日2014.03.14
公开(公告)日2014.07.30
IPC分类号C02F11/00; C02F11/02; C02F11/14; C02F11/12; C02F11/04
摘要
本发明涉及一种污泥减量及干化联用方法。将二沉池的含水率为99%的污泥输入内部设置填料层的污泥水解消解反应器，在充分搅拌的反应条件下，打开污泥胶羽细胞壁，使污泥液化，实现泥水分离，从填料层顶端排出的酸化液回流至污水厂进水，回收碳源，污泥减量率达到20～60%;减量化后的污泥经一次脱水后，进行污泥改性，实现细胞破壁，之后进行二次压榨脱水，最终持续干化反应使污泥的含水率将至20%～30%。本发明从源头减少污泥的产出，节省污泥干化处置费用，干化处理的污泥不易腐烂变质，稳定化效果好，可广泛应用于污水厂剩余污泥的处理与处置，最终实现剩余污泥的减量化与资源化利用。
权利要求书
1.一种污泥减量及干化联用方法，包括污泥减量与污泥干化，其特征是： 污泥先经过水解消解反应，污泥减量率为20～60%;再进行干化，使污泥含水率 从95～97%降至20%～60%;
首先，进行污泥减量处理：将城市污水厂含水率为99%的二沉污泥输入水解 消解反应器中，水解消解反应器内部设置填料层，再调整水解消解反应器中污泥 的浓度为30～50g/L，充分搅拌下，污泥中的非水溶性高分子有机物，被污水生 物处理过程中留在污泥中的微生物水解酶水解成溶解性的物质，水解后的物质在 兼性菌和厌氧菌的作用下，转化成短链脂肪酸，乙醇、二氧化碳，将水力停留时 间控制为24～32h，污泥经水解酸化反应后污泥胶羽细胞壁打开，污泥液化，泥 水分离，从填料层顶端上排出的酸化液回流至污水厂进水，解决污水处理中脱氮 除磷所需的碳源不足的问题，将填料层底端下面的污泥停留时间控制为3～5d， 经过检测，污泥水解消解反应器出来的污泥含水率为95～97%，污泥中VSS/SS <40%，污泥减量率为20～60%;最后，进入下一步的污泥干化处理;
上述水解消解反应器内部设置填料层的填料为市售的PP或PE材质的球形 或圆柱形填料;
污泥干化处理分为一次脱水、污泥改性、二次压榨脱水、持续干化反应共四 段过程;
第一段，污泥一次脱水，先将水解消解反应器出来的污泥输入脱水设备中， 将市售PAM加入脱水设备中，PAM的加入量为污泥绝干量的0.2～0.4%质量百分 比，搅拌均匀，得到脱水污泥，经检测一次脱水后的脱水污泥的含水率为75～85%;
上述脱水设备为市售的带式压滤机、离心脱水机、板框压滤机、叠螺脱水机;
第二段，污泥改性，将一次脱水后的脱水污泥输入混合传输装置中，将复合 改性剂加入其中，复合改性剂投加量为脱水污泥绝干量的10～40%质量百分比， 经过复合改性剂与脱水污泥的均匀混合，破坏脱水污泥原有胶态结构，减少泥水 间的亲和力，改变污泥中水分的存在形式及性质，最终得到脱水性高、稳定性好 的改性污泥;
上述复合改性剂为石灰与铝或镁的氧化物的混合物，石灰与铝或镁的氧化物 质量比为8:2～9.5:0.5;
第三段，二次压榨脱水，将改性污泥输入上海申耀环保工程有限公司TJSD 型带式固体压榨机，该压榨机的滤带材质为不锈钢或尼龙，改性污泥经过二次压 榨，污泥的含水率降低到45～60%，脱水效果显著，经二次压榨脱水的污泥基本 无臭，性质稳定，污泥失去了亲水性，遇水不还原;
第四段，持续干化反应，复合改性剂与污泥的反应为放热反应，二次压榨脱 水后的污泥，在压滤后1～2小时内，继续反应放热，导致污泥温度持续升温到 55℃以上，并可维持5小时以上，一方面利用释放出的大量热能杀死病原体，降 低恶臭并钝化金属，另一方面，污泥在自然状态下存放1～5d后，一部分与污泥 结合的游离水被蒸发，污泥含水率降低至20～30%。
2.根据权利要求1所述的一种污泥减量及干化联用方法，其特征是：所述 的第二段的污泥改性中所用的混合传输装置是发明名称为《一种用于污泥处理的 混合传输装置》，其专利号为ZL201320555506X，由驱动机构，进料口，加药口， 观察口，出料口，搅拌轴，搅拌桨和横截面为W形的筒体构成;筒体内的搅拌轴 中段设有搅拌桨，两端设有旋转方向相反的前螺旋叶片和后螺旋叶片，螺距均为 5-20cm;搅拌桨由桨叶，桨叶柄组成，通过螺母及垫片将搅拌桨与搅拌轴固定连 接，桨叶与搅拌轴的夹角可调。
说明书
一种污泥减量及干化联用方法
技术领域
本发明涉及一种污泥减量及干化联用方法，该方法可实现污泥的减量化与资 源化利用，属于污泥处理处置技术领域。
背景技术
伴随着我国各地污水处理厂的建成投入运行，产生的污泥也大量增加，以含 水率80%计，截至2012年底全国年污泥总产生量突破3000万吨。按照预测，到 2020年污泥量将突破年6000万吨。由于废水中所含的有机物、重金属、致病微 生物等有害物质在处理后可能立即被浓缩于污泥中，若污泥未能获得良好处置， 必然会对环境造成更严重的污染。另外，在污水生物处理过程中，微生物群与污 水中的有机物接触，摄取水中生物可以分解的成份进行生长繁殖，在该过程中增 生的胶羽形成菌会与自身分泌的胞外聚合物、水相中的剩余悬浮固体、丝状菌、 真菌、原生动物、以及二价钙、镁离子，共同聚集连结成大小约数百微米的污泥 胶羽，其结构疏松，含水率极高，并有巨大表面积与高度亲水性，带有大量结合 水，导致污泥处理难度增大。
我国《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)规定，城市污水厂 污泥只有在处理后含水率降到60%以下，才可进入填埋场。但目前我国城市污水 厂普遍采用机械方式进行污泥脱水，脱水污泥含水率一般在75%～85%，显然不 能满足上述规定。
为了减轻污泥脱水任务，污泥减量技术(在保证污水处理效果的前提下，采 用适当的措施使处理相同量的污水所产生的污泥量降低)被广泛使用。中国专利 CN1405103A提供一种污泥经过重力浓缩—化学氧化—厌氧消化，使污泥达到无 害化、减量化，然后采用机械脱水，达到我国《生活垃圾填埋场污染控制标准》 (GB16889-2008)规定，容许进入填埋场，使污泥资源化。其中化学氧化采用 湿式氧化法，氧化剂采用H2O2、Cu(NO3)2或CuCl2。
中国专利CN1416408A提供了一种溶解过量污泥的方法和装置，通过向过 量的污泥中添加一种溶解药剂，使用超声波，经过减压膨胀后的污泥回到微生物 处理，并提出了溶药装置和减压膨胀装置，从而减少过量污泥。中国专利 CN102010109A提出一种生物酶催化在剩余污泥处理处置中的应用，利用生物酶 高效的生物催化功能处理剩余污泥，达到污泥消臭、杀菌、稳定重金属离子、污 泥产量的减少，并提高污泥肥效和缩短发酵周期的效果，实现污泥无害化和减量 化处理。
除了上述超声波法和投加酶法，目前污泥减量化的技术还有投加氧化剂法、 代谢解偶联法、高温中温好氧法、厌氧消解法及微型动物捕食法等，虽然这些方 法从污泥的不同特性出发，达到了污泥减量化的作用，但是也都存在技术复杂、 投入高、运营成本高等问题，甚至还存在环境安全问题等，应用有限。
在污泥脱水方面，我国污水厂现行污泥处理方式仍以浓缩后再进行带式压滤 脱水或离心脱水为主。调查表明，污水处理厂出厂污泥的含水率一般都在80% 以上，含水率80%的污泥进入填埋场，易造成滑坡现象，甚至导致环境的恶化。 为了进一步降低污泥的含水率，人们设计了多种污泥脱水的方法。中国专利 CN101570286A提出一种碱式污泥处理方法，将脱水污泥(含水率为80～85%) 与生石灰按1:0.2～1的重量比在料仓内混合，向料仓内继续加一定比例的硫酸铝 和硫酸铁溶液，充分反应后，若出料含水率高于20%，将出料重复回到料仓，重 新加药反应，使出料含水率低于20%。中国专利CN101591133A提出一种剩余 活性污泥脱水方法，沉淀浓缩后含水率99%的剩余污泥通过管道进入浮选装置， 经浮选装置进一步浓缩后含水率降低至95%。该浮选装置代替了污泥脱水中的絮 凝药剂投加装置，消除了剩余污泥处理处置过程次生污染问题。专利 CN102311215A提出一种城市生活污泥就地自循环综合利用装置及方法，该方法 通过就地自循环综合利用装置，利用污泥焚烧产生的热量使污泥脱水干化，实现 系统热量自循环、污泥减量化。该装置包括污泥造粒机、污泥干燥机、给料机、 布风板、旋风分离器、小灰斗、返料装置、排灰装置、引灰机、进风泵、空气预 热器、下游烟道、布袋除尘器、烟囱、循环流化床锅炉。中国专利CN102674644A 公开一种污泥调理脱水处理处置系统，该系统向无数处理厂排出的污泥中添加调 理剂，污泥经调理后送入高压过滤装置，处理后产生的泥饼送入水泥厂掺烧后制 成水泥，不仅降低了污泥的含水率，而且达到污泥的资源化利用。
目前，应用较广的高压板框式污泥深度脱水工艺能将80%的污泥进一步脱 水，使含水率降至60%以下。美国国家环保局《污泥处理处置工艺设计手册》(1979 年版)对该技术就有详尽的介绍。高压板框式污泥深度脱水工艺的基本原理是， 在污泥含水率为95-97%左右(液态)的条件下，先将调质剂(生石灰+氯化铁) 与污泥进行混合，对污泥进行改性，再采用间歇式板框高压压滤设备进行处理， 可使污泥含水率从95%左右降低到60%以内。在国内“化学调质+高压板框式污 泥深度脱水工艺”的处理流程分为两类。其一是，“机械浓缩+化学调质+高压板 框压滤”。其二是，“一次脱水+稀释+化学调质+高压板框压滤”。，但该工艺存在 设备占地面积大、系统复杂、压榨时间较长、不能连续出料、场地要求高(需设 平台抬高)、氯化铁腐蚀等缺点。
以上污泥处理处置方法、装置都解决的污泥产量大和污泥含水率高的问题， 但是剩余污泥的减量与干化仍需考虑环境是否友好、成本、能耗、占地以及处理 效果等，所以，选择既经济又环境友好型的污泥减量及干化技术是污泥处理处置 的关键，使污泥含水率进一步降低至60%以下，以便实现资源化利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种既经济高效又环境友好的用于污泥处理的减量及 干化联用方法，该方法的核心是污泥先经过减量，再进行干化，其中，污泥减量 包括污泥水解消解，污泥干化包括一次脱水，污泥改性和二次压榨等。
为了达到上述目的，本发明经过对污泥厌氧消化研究发现：整个消化反应需 经过三个复杂过程才能完成，这三个过程依次为A，水解、酸化阶段;B，乙酸 化阶段;C，甲烷化阶段。在A阶段，污泥中的非水溶性高分子有机物，如碳水 化合物、蛋白质、脂肪、纤维素等在微生物水解酶的作用下水解成溶解性的物质。 水解后的物质在兼性菌和厌氧菌的作用下，转化成短链脂肪酸，如乙酸、丙酸、 丁酸等，还有乙醇、二氧化碳。在B阶段，主要是乙酸菌将水解酸化产物、有 机物、乙醇等转变为乙酸，该过程中乙酸菌和甲烷菌是共生的。为此，本发明采 用污泥水解消解反应器将反应控制在水解、酸化阶段和乙酸化阶段，通过污泥进 行水解酸化开发生物脱氮除磷所需的碳源，可解决碳源不足的问题，同时实现污 泥一定程度的减量化与资源化。
具体工艺如下：
包括污泥减量与污泥干化，污泥先经过水解消解反应，污泥减量率为 20～60%;再进行干化处理，使污泥含水率从95～97%降至45%～60%，之后进行 二次压榨脱水，最终持续干化反应实现污泥的含水率为20%～30%。
首先，进行污泥减量处理：先将城市污水厂含水率为99%的二沉污泥输入水 解消解反应器中，水解消解反应器内部设置填料层，再调整水解消解反应器中污 泥的浓度为30～50g/L，充分搅拌下，污泥中的非水溶性高分子有机物，被污水 生物处理过程中留在污泥中的微生物水解酶水解成溶解性的物质，水解后的物质 在兼性菌和厌氧菌的作用下，转化成短链脂肪酸，乙醇、二氧化碳，将水力停留 时间控制为24～32h，污泥经水解酸化反应后污泥胶羽细胞壁打开，污泥液化， 泥水分离，从填料层顶端上排出的酸化液回流至污水厂进水，解决污水处理中脱 氮除磷所需的碳源不足的问题，将填料层底端下面的污泥停留时间控制为3～5d， 经过检测，污泥水解消解反应器出来的污泥含水率为95～97%，污泥中VSS/SS <40%，污泥减量率为20～60%;最后，进入下一步的污泥干化处理;
上述水解消解反应器内部设置填料层的填料为市售的PP或PE材质的球形 或圆柱形填料。
污泥干化处理分为一次脱水、污泥改性、二次压榨脱水、持续干化反应共四 段过程;
第一段，污泥一次脱水，先将水解消解反应器出来的污泥输入脱水设备中， 将市售PAM加入脱水设备中，PAM的加入量为污泥绝干量的0.2～0.4%质量百分 比，搅拌均匀，得到脱水污泥，经检测一次脱水后的脱水污泥的含水率为75～85%;
上述脱水设备为市售的带式压滤机、离心脱水机、板框压滤机、叠螺脱水机;
第二段，污泥改性，将一次脱水后的脱水污泥输入混合传输装置中，复合改 性剂加入其中，复合改性剂投加量为脱水污泥绝干量的10～40%，经过复合改性 剂与脱水污泥的均匀混合，破坏脱水污泥原有胶态结构，减少泥水间的亲和力， 改变污泥中水分的存在形式及性质，最终得到脱水性高、稳定性好的改性污泥;
上述复合改性剂为石灰与铝或镁的氧化物的混合物，石灰与铝或镁的氧化物 质量比为8:2～9.5:0.5。
第三段，二次压榨脱水，将改性污泥输入上海申耀环保工程有限公司TJSD 型带式固体压榨机，该压榨机的滤带材质为不锈钢或尼龙，改性污泥经过二次压 榨，污泥的含水率降低到45～60%，脱水效果显著，经二次压榨脱水的污泥基本 无臭，性质稳定;
第四段，持续干化反应，复合改性剂与污泥的反应为放热反应，二次压榨脱 水后的污泥，在压滤后1～2小时，继续放热反应，导致污泥温度持续升温到55℃ 以上，并可维持5小时以上，一方面利用释放出的大量热能杀死病原体，降低恶 臭并钝化金属，另一方面，污泥在自然状态下存放1～5d后，一部分结合了污泥 中的游离水被蒸发，污泥含水率降低至20～30%。
所述的第二段的污泥改性中所用的混合传输装置是发明名称为《一种用于污 泥处理的混合传输装置》，其专利号为ZL201320555506X，由驱动机构，进料口， 加药口，观察口，出料口，搅拌轴，搅拌桨和横截面为W形的筒体构成;筒体 内的搅拌轴中段设有搅拌桨，两端设有旋转方向相反的前螺旋叶片和后螺旋叶 片，螺距均为5-20cm;搅拌桨由桨叶，桨叶柄组成，通过螺母及垫片将搅拌桨 与搅拌轴固定连接，桨叶与搅拌轴的夹角可调。
本发明具有以下优点和效果：
1.由于本发明在污泥减量处理时采用了水解消解反应，而且在水解消解反 应器中设置填料层，达到泥水分离的目的，分离的上清液(酸化液)回流至污水 处理工艺进水，可解决污水处理中碳源不足的问题，如此，实现污泥减量率达 20～60%同时，可系统耦合污泥减量工艺和污水处理工艺，从源头上大幅度削减 污水厂污泥产量，投资少、运行费用低廉，实现低碳运行目的。
2.由于本发明在污泥减量处理时采用了水解消解反应，污泥减量系统出泥的 VSS/SS降至40%以下，提高了污泥的脱水性能，减少了后续处理中药剂的投加 量，降低了运行费用;
3.由于本发明采用连续污泥深度脱水压滤系统，在一次脱水后进行污泥改 性，综合利用了物理-化学和动力学等手段的协同作用，破坏污泥原有胶态结构， 促使污泥中亲水性有机胶体物质分解，减少泥水间的亲和力，改变污泥中水分的 存在形式及性质，最终使污泥达到“改变亲水性、提高脱水性和改善稳定性”等 效果，污泥的含水率可以降低到45～60%，出泥基本无臭，性质稳定，遇水不还 原。
4.由于本发明最后的持续干化反应，因此，与现有的高压板框式污泥深度脱 水工艺得到的干化污泥相比，污泥基本无臭，杀菌效果好，并得到含水率为 20～30%污泥，且不易腐烂变质，达到了良好的稳定化效果，并为污泥的后续处 置和资源化利用创造了更为有利的条件。
5.本发明在减量化与干化协同作用下，与现有的减量化与干化方法相比，既 减少了PAM单位药剂量20～40%，污泥含水率从50～60%降至20～30%，实现污 泥产量减少40～60%，大幅度的降低了污泥处理处置费。