申请日2010.07.06
公开(公告)日2010.11.24
IPC分类号C02F11/02; C02F101/20; C02F11/12; C02F11/06
摘要
本发明涉及一种生物淋滤—类Fenton氧化耦合去除剩余污泥中重金属的方法，属于污水污泥处理技术领域。在投加足量底物的条件下，从污泥中培养驯化土著生物淋滤细菌作为接种液;将接种液加入到剩余污泥中，在有氧、搅拌和适量底物条件下对污泥进行生物淋滤，至污泥的pH为2-3;在Fe2+和Fe3+催化作用下，H2O2产生强氧化性自由基等来氧化污泥;向处理后的污泥中加入Ca(OH)2溶液，调节污泥的pH至6-7;采用板框压滤或离心脱水方法对处理后的污泥脱水，得到含水率在65-75%的脱水污泥。经过污泥生物淋滤-类Fenton氧化耦合处理，污泥中镉、汞、铅、铬、砷、镍、锌和铜的溶出率分别达到50-65%、50-70%、15-35%、55-70%、70-80%、65-80%、60-85%和60-80%，污泥中的重金属含量低于中华人民共和国国家标准城镇污水处理厂污泥处置农用泥质(CJT309-2009)和城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质(GB/T 23486-2009)的要求。
翻译权利要求书
1.一种生物淋滤-类Fenton氧化耦合去除剩余污泥中重金属的方法，其特征在于通过生物淋滤和类Fenton氧化耦合，两个过程相互补充，并充分发挥两个过程溶出重金属的优势，辅以适当的pH调节、机械脱水和重金属沉淀分离，有效去除剩余污泥中的重金属，减小剩余污泥的毒性。
2.根据权利要求1所述去除剩余污泥中的重金属的方法，其特征在于该方法由以下步骤组成：
(1)污泥生物淋滤：将培养驯化的接种液加入到含固率为2-4%的剩余污泥中，对污泥进行生物淋滤。生物淋滤条件为：接种污泥量，20-30%(体积比);温度，室温(20-30℃);搅拌速度，180r/min;鼓入空气量，0.5L/(min·L污泥);单质硫投加量，6-10g/L污泥;Fe(SO4)·7H2O投加量，8-12g/L污泥。
(2)污泥类Fenton氧化：生物淋滤后的污泥pH降至2-3，在Fe2+和Fe3+共同催化作用下进行类Fenton氧化。类Fenton氧化的条件为：温度，室温(20-30℃);搅拌速度，180r/min;H2O2投加量，8-10g/L污泥;Fe(SO4)·7H2O投加量，0-6g/L污泥;反应时间，40-60min。
(3)污泥pH调节：向处理后的污泥中加入Ca(OH)2溶液，调节污泥的pH至6-7。
(4)污泥机械脱水：采用板框压滤或离心脱水方法对处理后的污泥脱水，得到含水率在65-75%的脱水污泥。
(5)液相中重金属的沉淀去除：向液相中加入适量Na2S用来沉淀重金属，通过沉淀实现固液分离。
3.利用权利要求2所述去除剩余污泥中的重金属的方法，其特征在于经过该方法处理后，污泥中镉、汞、铅、铬、砷、镍、锌和铜的溶出率分别达到50-65%、50-70%、15-35%、55-70%、70-80%、65-80%，60-85%和60-80%，污泥中的重金属含量低于中华人民共和国国家标准城镇污水处理厂污泥处置农用泥质(CJT309-2009)和城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质(GB/T 23486-2009)的要求。
说明书
一种生物淋滤—类Fenton氧化耦合去除剩余污泥中重金属的方法
技术领域
本发明属于污水污泥处理技术领域，采用生物淋滤-类Fenton氧化耦合去除剩余污泥中的重金属，使处理污泥达到农业用泥或林业用泥标准，为污泥的后续资源化利用奠定基础。
背景技术
随着经济发展和人们生活水平的提高，公众对环境质量的要求日渐提高。为防止水域污染、改善生态环境，我国大部分城市建设了集中式生活污水处理厂。现在通行的污水处理技术通过微生物代谢作用及其它物理化学方法，将污水中的污染物大量转移到剩余污泥中，其实质是污染物的相转移，水污染问题被转换成污泥的处理处置问题。目前，污泥农业利用被认为是可持续的污泥处置方法。但污泥中常含有较多的重金属，在农田施用过程中会导致土壤中重金属的积累，使农作物遭受污染，最后通过食物链进入人体。所以，如何降低或去除污泥中的重金属成为污泥土地利用必须解决的问题。
去除污泥中重金属的方法一般有化学法、微生物法以及植物修复法等。污泥Fenton氧化是H2O2在Fe2+的催化下发生复杂反应，产生氧化性极强的·OH将污泥中较稳定的有机结合态和以硫化物形式存在的重金属氧化，并释放到液相，通过固液分离实现污泥中重金属的去除。而污泥生物淋滤是近年兴起的一项非常有前景的金属浸提技术，利用嗜酸性硫杆菌的生物氧化与产酸作用，将难溶性的重金属从固相溶出而进入液相成为可溶性的金属离子，通过污泥脱水达到脱出污泥中重金属的目的。
污泥Fenton氧化，需要在低pH下才能取得好的效果，因此首先需要投加无机酸酸化污泥，使得污泥处理运行费用高昂。而生物淋滤的周期比较长，给实际的应用带来一定困难。耦合生物淋滤和Fenton氧化过程，污泥生物淋滤可以为Fenton氧化提供合适的pH，节约耗酸量，降低处理费用;而通过与Fenton氧化联合，不仅可以强化重金属的去除效果，而且可以缩短污泥生物淋滤及总的反应时间，从而提高反应效率。生物淋滤过程中生成的Fe3+和Fenton氧化过程中加入的Fe2+共同催化分解H2O2产生·OH自由基，因此在生物淋滤和Fenton氧化耦合时，Fenton氧化过程属于类Fenton氧化。在污泥淋滤和类Fenton氧化耦合过程中，污泥中的其它有害物质也可以进一步削减，如持久性有机物、致病菌、臭味等，从而改善了污泥品质，同时可以显著提高污泥脱水性能，为污泥的后续资源化利用提供良好的基础。
发明内容
1.发明目的
本发明目的在于通过生物淋滤和类Fenton氧化联用处理剩余污泥，改善污泥脱水性能，为污泥的后续处理和利用提供基础。生物淋滤和类Fenton氧化联用可以提高反应效率、缩短反应时间、增加处理能力、减少污泥处理成本。
本发明通过生物淋滤和类Fenton氧化耦合处理剩余污泥，去除污泥中的重金属，为污泥的农业或林业利用奠定基础。生物淋滤和类Fenton氧化耦合可以减少污泥处理成本、缩短反应时间、提高反应效率、增加处理能力。
2.技术方案
本发明提供一种生物淋滤-类Fenton氧化耦合去除城市污泥重金属的方法。主要技术方案如下：
(1)污泥生物淋滤接种液培养：在1L含固率为1-2%污泥中，分别按10g/L和20g/L加入单质硫和Fe(SO4)·7H2O作为底物，以0.5L/min从底部鼓入空气，在25-28℃和180r/min的搅拌条件下驯化培养污泥，至污泥pH降至2.0以下。取驯化培养的淋滤污泥，按5-10%的体积比继续接种到1L含固率为1-2%污泥中，继续按10g/L和20g/L分别投加单质硫和Fe(SO4)·7H2O，在相同的条件下驯化培养，直至pH值降至2.0以下。然后采用同样的方法再培养驯化一次，培养驯化的淋滤污泥作为生物淋滤的接种液。当进行第三次培养驯化时，培养驯化时间缩短到2天以下。
(2)污泥生物淋滤：将驯化培养的接种液加入到含固率为2-4%的剩余污泥中进行生物淋滤，生物淋滤条件为：接种污泥量，20%-30%(体积比);温度，室温(20-30℃);搅拌速度，180r/min;鼓入空气量，0.5L/(min·L污泥);单质硫投加量，6-10g/L;Fe(SO4)·7H2O投加量，8-12g/L。经过2-3天生物淋滤，污泥的pH降至2-3。
(3)污泥的类Fenton氧化：生物淋滤后的污泥pH降至2-3，在Fe2+和Fe3+共同催化作用下进行类Fenton氧化。类Fenton氧化的条件为：温度，室温(20-30℃);搅拌速度，180r/min;H2O2投加量，8-10g/L;Fe(SO4)·7H2O投加量，0-6g/L;反应时间，40-60min。
(4)污泥pH调整：向处理后的污泥中加入Ca(OH)2饱和溶液，调节污泥的pH至6-7，减少淋滤污泥的腐蚀性。
(5)污泥机械脱水：采用板框压滤或离心脱水方法对处理后的污泥脱水，得到含水率在65-75%的脱水污泥，污泥体积大大减小。
(6)液相中重金属的沉淀去除：向液相中加入适量Na2S用来沉淀重金属，通过沉淀实 现固液分离，去除重金属的污水重新返回污水处理系统。
3.本发明的有益成果
(1)本发明的生物淋滤-类Fenton氧化耦合过程，充分结合污泥生物淋滤和类Fenton氧化的特点，两个反应过程相互促进，减少处理费用、提高处理效率。经过污泥生物淋滤-类Fenton氧化耦合，污泥中镉、汞、铅、铬、砷、镍、锌和铜的溶出率分别达到50-65%、50-70%、15-35%、55-70%、70-80%、65-80%，60-85%和60-80%。污泥中的重金属含量低于中华人民共和国国家标准城镇污水处理厂污泥处置农用泥质(CJT309-2009)和城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质(GB/T 23486-2009)的要求。
(2)本发明的生物淋滤-类Fenton氧化耦合去除城市污泥重金属工艺过程简单、工艺流程简短、易于控制、投资费用低、易于实现，为我国污泥处理处置提供一条新思路。
(2)本发明处理后的污泥，不仅重金属含量可达农用标准，而且污泥有毒有害物质和病原体含量低、脱水性能好。污泥经脱水后可直接农用，在实际应用中具有良好的意义。