类Fenton氧化联用改善剩余污泥脱水性能的方法

　　申请日2010.01.07

　　公开(公告)日2010.06.30

　　IPC分类号C02F11/02; C02F11/06

　　摘要

　　本发明涉及一种生物酸化-类Fenton氧化联用改善剩余污泥脱水性能的方法，属于污泥处理技术领域。在投加足量底物的条件下，从污泥中培养驯化土著酸化细菌作为接种液;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酸化，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类Fenton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。联用生物酸化-类Fenton氧化改善污泥脱水性能，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。

　　发明名称 --- 一种生物酸化-类Fenton氧化联用改善剩余污泥脱水性能的方法

　　申请号CN201010000269

　　申请日2010.01.07

　　公开(公告)号CN101759337B

　　公开(公告)日2011.12.14

　　IPC分类号C02F11/02; C02F11/06

　　申请(专利权)人北京林业大学;

　　发明人张盼月;张光明;刘昌庚;肖凌鹏;曾光明;

　　优先权号

　　优先权日

　　申请人地址北京市海淀区清华东路35号;

　　申请人邮编100083;

　　CPC分类号

　　摘要

　　翻译

　　摘要附图

　　摘要

　　翻译

　　摘要附图

　　CN101759337A[中文]

　　CN101759337B[中文]

　　翻译权利要求书

　　1.一种生物酸化一类Fenton氧化联用改善剩余污泥脱水性能的方法，其特征在于联用生物酸化和类Fenton氧化，使其发挥各自的优势，并辅以适当的pH调节和机械脱水，有效地改善剩余污泥的脱水性能。

　　2.根据权利要求1所述改善剩余污泥脱水性能的方法，其特征在于该方法由以下步骤组成：

　　(1)污泥生物酸化：将培养驯化的接种液加入到含固率为1.5-3%的剩余污泥中，对污泥进行生物酸化。生物酸化条件为：接种污泥量，10-20%(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);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)污泥类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，通过类Fenton氧化污泥。类Fenton氧化的条件为：温度，室温(20-30℃);搅拌速度，180r/min;H2O2投加量，0.20-0.25g/(g干污泥);Fe2+投加量，0.10-0.15g/(g干污泥);Fe3+浓度，0-0.10g/(g干污泥);反应时间，40-60min。

　　(3)污泥pH调节：向处理后的污泥中加入10%的Ca(OH)2溶液，调节污泥的pH至6-7。Ca(OH)2投加量为0.05-0.08g/(g干污泥)。

　　(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。

　　3.利用权利要求2所述污泥酸化接种液的培养驯化方法，其特征在于在含固率为1-3%的剩余污泥中，分别按10和20g/L投加硫粉和FeSO4·7H2O作为底物，以0.5L/(min·L污泥)从底部鼓入空气，在28℃和180r/min的搅拌条件下培养驯化污泥，至污泥pH降至2.0以下。取培养驯化的酸化污泥，按5-10%的体积比接种到含固率为1-3%的污泥中，投加与上步等量的硫粉和FeSO4·7H2O作为底物，并在相同条件下继续培养驯化，直至污泥pH值降至2.0以下。然后再重复上述步骤一次，所得酸化污泥作为生物酸化的接种液。

　　说明书

　　一种生物酸化-类Fenton氧化联用改善剩余污泥脱水性能的方法

　　技术领域

　　本发明属于剩余污泥处理技术领域，采用生物酸化-类Fenton氧化联用技术改善剩余污泥脱水性能，为污泥的后续处理处置和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提高，我国大部分城市建设了集中式污水处理厂。污水处理厂运行对改善我国水环境、保护人类健康发挥了巨大作用。在污水处理过程中产生了大量剩余污泥，而且我国的污泥产量呈逐年持续高速增长的趋势。剩余污泥含有大量水分，其含水率一般在98%以上，因此具有庞大的体积;剩余污泥还含有细菌、病毒及吸附的寄生虫、有毒有害物质等。剩余污泥的处理，国外一般采用浓缩、厌氧消化、调理、机械脱水、干化、焚烧等一系列过程，最大限度地达到污泥的减量化和无害化。我国污泥处理起步较晚，由于技术、经济、环境、社会和法律等多方面的原因，剩余污泥一般经过浓缩和机械脱水后，含水率80%-85%的脱水污泥被直接送入垃圾填埋场进行卫生填埋，此方法不仅占用填埋场场地，还会导致严重的二次污染。由于经一般脱水方法污泥脱水后含水率仍然很高，体积庞大，严重影响了污泥的后续处理与资源化。针对我国污泥特性，开发安全、高效、经济的污泥调理技术改善污泥脱水性能非常重要。

　　改善污泥脱水性能，一般采用化学法、淘洗法、加热法和冷冻法等。随着科学技术的发展，高能量微电子辐射、微波加热、超声、化学氧化、生物酶等技术也用于改善污泥的脱水性能。污泥Fenton氧化是H2O2在Fe2+的催化下产生强氧化性的OH·自由基等引起污泥絮体表面成分的部分氧化和重组，促使污泥中的结合水和吸附水被释放，与压缩双电层作用一起改善污泥的脱水性能。而污泥生物酸化是在有氧及含单质硫或Fe2+的条件下，由嗜酸性硫杆菌等通过直接作用或其代谢产物的间接作用，氧化还原态的硫或铁获得生长所需的能量;伴随着这一过程，污泥体系pH值降低。生物酸化主要用于溶出污泥中的重金属以及杀灭病原菌，使污泥脱毒。伴随着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，如污泥的稳定性、病原菌、有毒有害物质、污泥恶臭等。

　　污泥Fenton氧化，需要在低pH下才能取得好的效果，因此首先需要投加无机酸酸化污泥，使得污泥处理运行费用高昂。而污泥生物酸化过程中污泥停留时间较长，达数天甚至十数天，严重影响了其实际应用。联用生物酸化和Fenton氧化过程，污泥生物酸化可以为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氧化联用，可以缩短污泥生物酸化及总的反应时间，从而提高反应效率。生物酸化过程中生成的Fe3+和Fenton氧化过程中加入的Fe2+共同催化分解H2O2，产生强氧化性的OH·自由基等，因此在生物酸化和Fenton氧化过程联用时，Fenton氧化过程属于类Fenton氧化。生物酸化和类Fenton氧化联用能够改善污泥脱水性能，为污泥的后续处理和利用提供基础，具有良好的应用前景。

　　发明内容

　　1.发明目的

　　本发明目的在于通过生物酸化和类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。生物酸化和类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。

　　2.技术方案

　　本发明提供一种生物酸化-类Fenton氧化联用改善污泥脱水性能的方法。主要技术方案如下：

　　(1)污泥生物酸化接种液培养：在含固率为1-3%的污泥中，分别按10和20g/L投加硫粉和FeSO4·7H2O作为底物，以0.5L/(min·L污泥)从底部鼓入空气，在28℃和180r/min的搅拌条件下培养驯化污泥，至污泥pH降至2.0以下。取驯化培养的酸化污泥，按5-10%的体积比接种到含固率为1-3%的污泥中，投加与上步等量的硫粉和FeSO4·7H2O作为底物，，并在相同的条件下培养驯化，直至pH值降至2.0以下。然后再重复上步操作一次，所得酸化污泥作为生物酸化的接种液。当进行第三次培养驯化时，培养驯化时间缩短到2天左右。

　　(2)污泥生物酸化：将培养驯化的接种液加入到含固率为1.5-3%的剩余污泥中，对污泥进行生物酸化。生物酸化条件为：接种污泥量，10-20%(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);硫粉投加量，0.10-0.15g/(g干污泥);Fe2+投加量，0-0.15g/(g干污泥)。经过1.0-2.0天的生物酸化，污泥的pH降至2-3，氧化还原电位升至400-500mV。

　　(3)污泥的类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H2O2产生强氧化性的OH·自由基等，氧化酸化污泥。类Fenton氧化的条件为：温度，室温(20-30℃);搅拌速度，180r/min;H2O2投加量，0.20-0.25g/(g干污泥);Fe2+投加量，0.10-0.15g/(g干污泥);Fe3+浓度，0-0.10g/(g干污泥);反应时间，40-60min。

　　(4)污泥pH调整：向处理后的污泥中加入10%的Ca(OH)2溶液，调节污泥的pH至6-7，减少酸化污泥的腐蚀性。一般Ca(OH)2投加量为0.05-0.08g/(g干污泥)。

　　(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。

　　3.本发明的有益效果

　　(1)本发明的生物酸化-类Fenton氧化联用过程，充分结合污泥生物酸化和污泥类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。经过生物酸化-类Fenton氧化-pH调节之后，污泥的脱水性能提高95-99%，污泥达到易脱水程度，污泥比阻低于4×108s2/g，脱水后污泥的含水率降至65-75%，污泥体积大大减小，有利于污泥的运输、处理处置和资源化利用。脱出的水可以返回污水处理过程和污水处理厂进水一起处理。

　　(2)本发明联用生物酸化-类Fenton氧化改善污泥脱水性能，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。

　　(3)本发明处理后的污泥含水率低、有毒有害物质和病原体含量低，可以用于堆肥或直接用于改良土壤，为污泥的后续处理和利用提供基础，在实际应用中具有良好的意义。