一种低温水热协同高级氧化调理污泥的处理方法
阅读说明：本技术 一种低温水热协同高级氧化调理污泥的处理方法 (Treatment method for conditioning sludge through cooperation of low-temperature hydrothermal and advanced oxidation ) 是由 于洋 李盼盼 余冉 孙正佳 朱冰星 方娅楠 于 2021-06-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种低温水热协同高级氧化调理污泥的处理方法,提高脱水率,解决污泥脱水困难、脱水成本高、能耗大的难题。该处理方法包括以下步骤：步骤10)在水热反应釜内加入待处理的市政污泥；步骤20)在水热反应初始阶段,向市政污泥中加入铁屑,并在升温阶段加入过二硫酸盐,制得水热调理后的污泥；步骤30)将所述水热调理后的污泥进行机械脱水,制得脱水泥饼；步骤40)将步骤20)水热反应产生的水解液和步骤30)污泥脱水所得的滤液,混合输入厌氧消化系统,进行沼气发酵；步骤50)将步骤30)制得的脱水泥饼进行焚烧处理。(The invention discloses a treatment method for conditioning sludge through low-temperature hydrothermal and advanced oxidation, which improves the dehydration rate and solves the problems of difficult sludge dehydration, high dehydration cost and high energy consumption. The processing method comprises the following steps: step 10), adding municipal sludge to be treated into a hydrothermal reaction kettle; step 20) adding scrap iron into the municipal sludge in the initial stage of the hydrothermal reaction, and adding peroxodisulfate in the temperature rising stage to prepare sludge after hydrothermal conditioning; step 30) mechanically dehydrating the sludge after hydrothermal conditioning to prepare a dehydrated mud cake; step 40) mixing the hydrolysate generated by the hydrothermal reaction in the step 20) and the filtrate obtained by sludge dehydration in the step 30), inputting the mixture into an anaerobic digestion system, and performing biogas fermentation; step 50) burning the dehydrated mud cakes prepared in the step 30).)
技术领域
本发明属于固废资源化
技术领域
，具体来说，涉及一种低温水热协同高级氧化调理污泥的处理方法。背景技术
随着我国污水处理设施的普及、处理率的提高和处理程度的深化，剩余污泥的产生量已呈现爆发性增长的趋势，预计2020年，我国的污泥年产量将突破8000万吨(按含水率80％计)。“水十条”中明确指出污泥处理是未来全面控制污染物排放的重要内容。污泥脱水是实现污泥减量化、资源化和无害化的重要步骤，决定了最终的污泥处理费用及最终处置方式的选择，是污泥处理过程中最重要的工艺环节。由于污泥是一种以胞外聚合物(extracellular polymeric substance,EPS)为骨架，由微生物、有机物、无机物通过空间位阻的作用与水分子相结合，絮凝聚合形成的菌胶团，具有高度亲水性。
目前，机械脱水是污水处理厂污泥脱水最常规的使用技术之一，由于污泥的压缩性能差，若不经过调理直接脱水，泥饼的含水率仍在90％以上，故需在压滤前对污泥进行化学调理，常用的化学调理剂有无机絮凝剂FeCl3和有机絮凝剂聚丙烯酰胺(PAM)等，但化学药剂的投加在改善污泥脱水性能同时，带来药剂用量大、费用高、易产生二次污染以及后续泥饼资源化处置困难等问题。此外，热干化脱水也被用于污泥脱水处理，但由于能耗过高无法得到广泛应用。故发展经济高效的污泥脱水技术对污泥的处理处置具有重要意义，是实现污泥减量化的重要保障。
污泥水热处理技术是近年兴起的一种污泥预处理技术，是指在一定的压力和温度条件下，使污泥直接生成气、液、固三态产物的过程。水热处理后的污泥絮体结构被破坏：细胞壁/细胞膜破裂，污泥胶体结构遭到破坏，细胞内水分被释放，进而提高污泥的沉降性能和脱水性能。同时，在污泥水热过程中大分子碳水化合物、蛋白质和脂肪释放并水解成小分子单糖、氨基酸、脂肪酸等，从而提高污泥可生化性，为后续厌氧发酵资源化利用提供基础。故该技术具有不需要预脱水、反应效率高、产品附加值高等优势，被视为一种可有效改善污泥脱水性能并提高污泥资源化利用潜力的预处理技术。高温水热处理消耗大量的能源从而会与污泥后续厌氧消化处置产生的能源相互抵消，极大地降低污泥资源化潜力。
发明内容
技术问题：本发明要解决的技术问题是提供一种低温水热协同高级氧化调理污泥的处理方法，提高脱水率，解决污泥脱水困难、脱水成本高、能耗大的难题。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明实施例采用以下技术方案：
一种低温水热协同高级氧化调理污泥的处理方法，所述方法包括以下步骤：
步骤10)在水热反应釜内加入待处理的市政污泥；
步骤20)在水热反应初始阶段，向市政污泥中加入铁屑，并在升温阶段加入PDS，制得水热调理后的污泥；
步骤30)将所述水热调理后的污泥进行机械脱水，制得脱水泥饼；
步骤40)将步骤20)水热反应产生的水解液和步骤30)污泥脱水所得的滤液，混合输入厌氧消化系统，进行沼气发酵；
步骤50)将步骤30)制得的脱水泥饼进行焚烧处理。
优选的，所述步骤20)中，水热反应过程中，持续进行机械搅拌，机械搅拌转速为60rpm。
优选的，所述步骤20)中，所述升温阶段是从室温升至目标反应温度，所述目标反应温度为120～140℃，升温速率为10℃/min。
优选的，所述步骤20)中，升温至目标反应温度后，保持目标反应温度30～60min。
优选的，所述步骤40)中，厌氧消化系统为UASB、AFB、EGSB、厌氧MBR中任一种。
优选的，所述步骤10)中，所述市政污泥为初沉污泥、剩余污泥、初沉污泥和剩余污泥的混合物、浓缩污泥或脱水污泥。
优选的，所述步骤10)中，市政污泥的含水率为80％～98％。
优选的，所述步骤10)中，市政污泥的pH值4～9。
优选的，所述步骤20)中，PDS投加配比为0.2～0.8mmol/g-VS，所述PDS与铁屑的摩尔比例为1︰0.8～1.4。
有益效果：与现有技术相比，本发明的一种低温水热协同高级氧化调理污泥的处理方法，提高脱水率，解决污泥脱水困难、脱水成本高、能耗大的难题。该方法包括以下步骤：步骤10)在水热反应釜内加入待处理的市政污泥；步骤20)在水热反应初始阶段，向市政污泥中加入铁屑，并在升温阶段加入PDS，制得水热调理后的污泥；步骤30)将所述水热调理后的污泥进行机械脱水，制得脱水泥饼；步骤40)将步骤20)水热反应产生的水解液和步骤30)污泥脱水所得的滤液，混合输入厌氧消化系统，进行沼气发酵；步骤50)将步骤30)制得的脱水泥饼进行焚烧处理。本方法引入过二硫酸盐高级氧化技术，采用低温水热铁屑/过二硫酸盐协同强化污泥EPS的分解过程，有效改善污泥脱水性能。
附图说明
图1是本发明实施例的流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明实施例的一种低温水热协同高级氧化调理污泥的处理方法，所述方法包括以下步骤：
步骤10)在水热反应釜内加入待处理的市政污泥；
步骤20)在水热反应初始阶段，向市政污泥中加入铁屑(ZVI或Fe0)，并在升温阶段加入过二硫酸盐(文中简称：PDS)，制得水热调理后的污泥，实现了水热反应和高级氧化过程的协同作用；
步骤30)将所述水热调理后的污泥进行机械脱水，制得脱水泥饼；
步骤40)将步骤20)水热反应产生的水解液和步骤30)污泥脱水所得的滤液，混合输入厌氧消化系统，进行沼气发酵；
步骤50)将步骤30)制得的脱水泥饼进行焚烧处理。
上述实施例的方法中，低温水热是指水热反应升温至120～140℃。相对于现有技术水热反应升温至160～180℃，本实施例的温度较低。本实施例协同调理后的污泥，进行机械压滤脱水，脱水后泥饼含水率不高于55％，继而进行焚烧处理。污泥水热后所得的水解液进入厌氧消化系统进行厌氧发酵。该技术可有效提高剩余污泥的固液分离性能，增加后续焚烧技术的能源回收效率；经水热协同处理的污泥可生化性亦得到提高了，提升了厌氧发酵的甲烷转化效率。本技术具有能耗低、处理效率高、处理设备简单，低二次污染等优势。
优选的，所述步骤20)中，水热反应过程中，持续进行机械搅拌，机械搅拌转速为60rpm这可实现反应物均匀混合。
优选的，所述步骤20)中，所述升温阶段是从室温升至目标反应温度，所述目标反应温度为120～140℃，升温速率为10℃/min。在水热反应中，温度从室温升温至120～140℃。
优选的，所述步骤20)中，升温至目标反应温度后，保持目标反应温度30～60min。
优选的，所述步骤40)中，厌氧消化系统为上流式厌氧污泥床(Up Flow AnaerobicSludge Blanket,简称UASB)、厌氧流化床(Anaerobic Fluidized Bed，简称AFB)、膨胀颗粒污泥床(Expanded Granular Sludge Blanket，简称EGSB)、厌氧膜生物反应器(AnaerobicMembrane Bioreactor，简称AMBR)中任一种。
优选的，所述步骤10)中，所述市政污泥为初沉污泥、剩余污泥、初沉污泥和剩余污泥的混合物、浓缩污泥或脱水污泥。
优选的，所述步骤10)中，市政污泥的含水率为80％～98％。市政污泥的pH值4～9。目前，市政污泥的含水率为基本为80％～98％，pH值为4～9。
优选的，所述步骤20)中，PDS投加配比为0.2～0.8mmol/g-VS，所述PDS与铁屑的摩尔比例为1︰0.8～1.4。
目前污泥水热处理过程能耗高，易产生有毒有机物的普遍性特点。本方法引入过二硫酸盐高级氧化技术，采用低温水热铁屑/过二硫酸盐协同强化污泥EPS的分解过程，有效改善污泥脱水性能。本发明引入ZVI作为一种缓释活化剂，与低温水热协同活化PDS，同时通过调控反应温度提高ZVI对PDS的活化效能，避免大量铁盐的添加及大量阴离子的引入。在工艺选取上，低温水热处理可以有效避免有毒有机物的二次污染问题，并且降低设备要求及运行能耗，为污泥的调理提供了一种极具应用潜力的新型技术。在后续厌氧发酵过程中，ZVI可持续为嗜氢产甲烷菌提供底物，直接或间接促进后续厌氧发酵甲烷增产，相比传统污泥处理药剂更加经济环保。
本实施例的方法釆用水热反应和ZVI/PDS协同处理，通过热水解和高级氧化作用强化对剩余污泥内有机物溶出。该方法采用低温水热，因其能耗低，处理设备简单，无二次污染等优点而在污泥脱水预处理中具有技术优势。
本实施例的方法采用改进的污泥水热处理与ZVI活化PDS高级氧化技术的协同效应，有效提高污泥的固液分离性能及可生化特性。经过该方法处理以后，提高污泥的脱水性能和后续资源化特性。
过二硫酸盐高级氧化技术相较于传统芬顿/类芬顿氧化技术具有更高的氧化还原电位(2.5-3.1eV)、更长的自由基寿命(30-40μs)以及更广泛的pH适用范围，被视为一种极具应用潜力的新型高级氧化技术。该技术以硫酸根自由基(SO4 ·-)为主要活性基团，通过热、光、过渡金属等活化过二硫酸盐(S2O8 2-,PDS)或过一硫酸盐(HSO5 -，PMS)活化产生。在过二硫酸盐高级氧化中涉及的一系列自由基反应会导致EPS中蛋白质及碳水化合物的O-H，C-C和O＝C-NH-键断裂，从而破坏污泥EPS成分及结构特性，进而改善污泥脱水性能。铁屑作为催化剂，引入反应体系可作为过二硫酸盐活化过程的缓释剂，并且避免大量铁盐的添加及大量阴离子的引入。主要反应如下：
Fe0+0.5O2+H2O→2Fe2++4OH-
Fe0+2S2O8 2-→Fe2++2SO4·-+2SO4 2-
Fe0+2Fe3+→3Fe2+
本实施例的方法是可以实现高效节能的污泥调理新工艺，降低后续资源化处理费用与困难，为缓解污泥处理处置压力提供一条高效经济的解决途径，进而达到防范环境风险、促进社会经济与资源环境协同发展的最终目的。
下面例举实施例和对比例，说明采用本方法可以获得更好的脱水率。
对比例1：
某污水处理厂剩余污泥，测得含水率为96％，污泥处理工艺为“浓缩+离心脱水”后外运至焚烧厂处置。主要通过使用絮凝剂PAM对污泥调理，其最佳投加量为1.6m3/h(浓度0.35％)，再使用脱水设备进行泥水分离，此时得到泥饼含水率为78％。
实施例1：
某污水处理厂市政污泥，测得含水率为96％，将储泥罐中的50kg污泥放入有效容积为75L的水热反应釜内胆中，设定温度为PDS投加配比为0.2mmol/g-VS，所述的PDS与ZVI的摩尔比例为1：1.2。达到设定温度后维持60min，水蒸气回收并用于预热储泥罐污泥，经板框压滤脱水后得到滤液25kg，泥饼25kg，泥饼含水率为50％，滤液进入UASB厌氧消化进水储水池进行后续沼气回收，多批次产生的泥饼共同进行焚烧处理。
实施例2：
某污水处理厂市政污泥，测得含水率为90％，将储泥罐中的50kg污泥放入有效容积为75L的水热反应釜内胆中，设定温度为PDS投加配比为0.6mmol/g-VS，所述的PDS与ZVI的摩尔比例为1:1.4。达到设定温度后维持60min，水蒸气回收并用于预热储泥罐污泥，经板框压滤脱水后得到滤液21.5kg，泥饼28.5kg，测得水热改性后的污泥含水率降为43％，滤液进入厌氧MBR系统进水储水池进行后续沼气回收，多批次产生的泥饼共同进行焚烧处理。
实施例3：
某污水处理厂市政污泥，测得含水率为87％，将储泥罐中的50kg污泥放入有效容积为75L的水热反应釜内胆中，设定温度为PDS投加配比为0.8mmol/g-VS，所述的氧化剂过PDS与ZVI的摩尔比例为1:0.8。达到设定温度后维持60min，水蒸气回收并用于预热储泥罐污泥，经板框压滤脱水后得到滤液23.5kg，泥饼26.5kg，泥饼含水率降为47％，滤液进入AFB系统进水储水池进行后续沼气回收，多批次产生的泥饼共同进行焚烧处理。
上述实施例1至实施例3中，对泥饼进行脱水后，泥饼含水率为43～50％。对比例1和实施例1中，处理对象均为含水率为96％的污泥。但是实施例1的方法，泥饼含水率为50％；对比例1的方法，泥饼含水率为78％。相比较对比例1，实施例1至实施例3，采用本专利的方法可以获得更高的污泥脱水率。
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