CN101948225B - 一种初沉污泥快速脱水并有效脱除重金属的方法 - Google Patents
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Abstract
一种初沉污泥快速脱水并有效脱除重金属的方法，包括以下步骤：(1)初沉污泥酸化处理，制成浆液；(2)微波加热：将浆液加热到30℃～90℃；(3)机械过滤；(4)浆液用石灰调节pH值至6.0～8.5，加入8～12g CaS并搅拌25～35min以析出重金属，然后进行机械过滤分离，得清液和滤渣，清液可作为循环用水回用至污泥酸化制浆液与机械过滤分离洗涤，回用后余下的部分清液可送回污水处理厂的污水处理系统。本发明实现了对污水处理厂产生的初沉污泥，直接进行快速脱水，不再经过二沉、浓缩、消化等工艺，可节约大量资源，有利于环境保护。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理厂的初沉污泥脱除重金属的水处理的方法，具体为一种初沉污泥快速脱水并有效脱除重金属的方法。
背景技术
随着国民经济的迅速发展、人们生活质量的提升、环保标准要求的提高，城镇污水处理程度和数量也大幅提高，产生的污泥数量也大大增加。国家城镇污水处理十一五规划，到2010年末，城镇的污水处理率要达到1亿m3/d，全国污水量每年将达到365亿m3，污泥也将远远超过3000万t。2009年有1300多座污水处理厂的稳定运行，全国新增城市污水日处理能力1330万t，全国废水排放总量为589.2亿t。
根据2009年环保部门的测算，全国每年产生含水率80％的污泥约3800万t左右，并且以15～20％的速度逐年递增。目前，多数污泥没有得到妥善的处置，随意抛弃、倾倒的现象还普遍存在，由此引起的二次污染问题已不容忽视，在一定程度上甚至抵消了污染减排的成果。一些地区还因污泥处置不当，引发了环境污染事件。在我国污水处理能力不断增长的同时，城镇污水处理产生的污泥也不断增长。
污(废)水处理的污泥中，有机物含量高，容易腐化发臭；颗粒较细，密度较小，含水率高且不易去除水。污泥中还含有氮、磷、钾等植物营养素，可以作为肥料。干燥污泥具有较高热值，可以燃烧。由于城市污水中混有医院排水和某些工业废水，污泥中常常含有寄生虫卵、细菌和重金属等有害物质。对环境和人类以及动物健康、生态平衡会造成较大危害。
污泥是在污水处理系统的各个单元中所产生的固液混合物，是污水处理过程的附属产物，是一种有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。其基本特性如下：
1)污泥除含有灰分外，含有大量有机质、病原体、寄生虫及有毒有害物(如重金属铜、汞、锌、铬等)，盐类以及多氯联苯、二恶英、放射性核素等难降解的有毒有害物质。在处理过程中很难将细菌、病原体彻底消除，也很难将各种重金属去除。
2)污泥含水率高，初沉污泥含水率达97～99.5％，浓缩处理后仍然含水达80～85％，体积较大，运输不便，填埋不便，带来严重的二次污染和潜在污染。
3)伴有恶臭，易腐败，很难去除臭味。一般污泥处理基地都回避了这个问题。
污泥问题是每个污水处理厂的运营商都会遇到的。但没有从根本上解决污泥的无害化和资源化问题。污泥依然在某处堆着，从环保的严格意义上来讲，建立污水处理厂不过是将污染进行了减量和形态转变，并没有完全地消除，在某种情况下，这种转变甚至可能使某些有害污染物(如重金属离子)富集，会造成二次污染和潜在污染。例如一个日处理25万m3的中型污水处理厂，每天可产生200t污泥，按照常规的卫生填埋与转运，由于其体积较大，需要300t位的车载运输；填埋1m3污泥需要占用3m3的相对场地，并由于其含有毒有害成分以水、空气、蚊蝇鼠类动物、固体生化分解等载体进行渗透、扩散、游离等方式造成严重的二次污染和潜在的污染；如通过焚烧(掺烧)，每1t污泥(干基)的辅助燃料需消耗304～565L重油，能耗大，并产生SO2、二恶英、氮氧化物及烟尘等大气污染物，剩余物仍难以处置。造成这种局面的原因与国际上现有的污泥处理处置技术不适合我国国情有关，也由于生活污水和工业废水合并处理，从而使污泥的成分非常复杂，难以处理。
随着污水处理设施的普及、处理率的提高和处理程度的深化，污水处理产生的污泥量也有较大幅度增长；而相对污水处理，目前污泥处理处置的保障率低，大部分污水处理厂的污泥没有得到真正有效的处置，从而造成污染的转移，各地频频告急，甚至引发一些不可调和的社会矛盾。
污泥最显著的特征是含水率高，因此体积庞大，为污泥的长距离转运和后续处理处置带来了经济上、环境上、安全上和技术上的巨大困难。目前，国内污泥脱水的处理技术与方法主要有污泥初沉(二沉)、浓缩、消化、机械脱水、物理干化等工艺。而通过实际应用发现，这些工艺投资大，占地大，能耗大，运行成本高，需要添加多种大量的絮凝(混凝)剂且给后续工艺处理带来难度，依然存在脱水难度很大。一般经脱水后的污泥仍然含水60-85％。
经脱水后的污泥用途广发，可用于制肥、饲料、建材、燃料等。因此，研究开发利用一种初沉污泥快速脱水并有效脱除重金属的新方法，能过实现快速脱水，为污泥的减量化、无害化、资源化、低碳化处理是十分必要的，具有很好的社会效益、经济效益和环境效益。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种初沉污泥快速脱水并有效脱除重金属的方法，以解决背景技术中的问题：
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种初沉污泥快速脱水并有效脱除重金属的方法，包括以下步骤：
(1)初沉污泥酸化处理：取城镇污水处理厂的初沉污泥，含水率97～99.5％，按水与初沉污泥的质量比按0.2∶1～1∶1的比例加入水，按质量浓度为93％～98％工业级硝酸与初沉污泥的质量比按0.02∶1～0.2∶1的比例加入工业级硝酸，搅拌5～10min后，按含量92％～98％工业级氢氧化钠与初沉污泥的质量比按0.02∶1～0.2∶1的比例加入工业级氢氧化钠，搅拌反应5～10min，制成浆液；
(2)微波加热：将浆液加热到30℃～90℃，加热时间15～120min；
(3)机械过滤：对微波加热处理后的浆液进行固液分离并用水洗涤，得干污泥渣和浆液，洗涤水用量与初沉污泥的质量比0.3∶1～1∶1，初沉污泥中的重金属通过反应进入浆液中；
(4)浆液用石灰调节pH值至6.0～8.5，加入8～12g CaS并搅拌25～35min以析出重金属，然后进行机械过滤分离，得清液和滤渣，清液可作为循环用水回用至污泥酸化制浆液与机械过滤分离洗涤，回用后余下的部分清液可送回污水处理厂的污水处理系统。
有益效果
1、本发明实现了对污水处理厂产生的初沉污泥，直接进行快速脱水，不再经过二沉、浓缩、消化等工艺，可节约大量投资、用地及其运行成本。
2、本发明采取酸化处理后，实现了重金属离子反应的目的，为最终的脱除重金属提供了条件。
3、本发明采取微波加热方式，实现了重金属充分反应的目的。
4、本发明处理的初沉污泥，能快速脱水，由其原含水率97％～99.5％下降到10％～20％，同时为污泥的后续加工和产品化提供便利的前提条件。
5、本发明所需的设备设施，可以直接安装在污水处理厂进行生产。
6、本发明可采用化工生产的常规设备设施，一次性投资少，建设周期短，生产成本低，工作环境良好，操作人数少，容易掌握操作。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1初沉污泥样品取自湖南星沙某污水处理厂，含水率为97.5％，固含量为2.5％。分析用样品在95～110℃下，干燥至恒重，其重金属成分分析如表1：
表1初沉污泥样品(于基)的成分分析(mg/Kg)
| 成分 | Cu | Pb | Zn | Ni | Hg | Cd | Cr | As |
| 含量 | 280 | 195 | 3676 | 85 | 4.7 | 2.6 | 160 | 41 |
取初沉污泥2.0Kg置于烧杯中，加水0.8L，加质量浓度为93％的工业级硝酸0.04L，搅匀，送入微波装置中加热，使浆液温度达到70℃并维持20min，然后将浆液进行固液分离，并用0.5L水进行洗涤，得干污泥渣和浆液。
得到的干污泥渣，可根据当地实际自行深加工制造产品，也可送往其他加工基地制造产品。
浆液用石灰调节pH值至6.0，加入10g CaS并搅拌25min以析出重金属，然后进行机械过滤分离，得清液和滤渣，清液可作为循环用水回用至污泥酸化制浆液与机械过滤分离洗涤，回用后余下的部分清液可送回污水处理厂的污水处理系统。
连续3次实验得到的干污泥渣的湿重和干重如表2。
连续3次实验得到的干污泥渣中重金属平均含量如表3。
表2连续3次实验得到的干污泥渣的湿重和干重(Kg)
| 序号 | 初沉污泥来源 | 初沉污泥湿重 | 干污泥渣湿重 | 干污泥渣干重 |
| 1 | 污水处理厂 | 2.0 | 0.722 | 0.431 |
| 2 | 污水处理厂 | 2.0 | 0.713 | 0.425 |
| 3 | 污水处理厂 | 2.0 | 0.687 | 0.424 |
表3连续3次实验得到的干污泥渣中重金属含量及对比(mg/Kg)
| 成分 | Cu | Pb | Zn | Ni | Hg | Cd | Cr | As |
| 处理前含量 | 280 | 195 | 3676 | 85 | 4.7 | 2.6 | 160 | 41 |
| 处理后含量 | 0.32 | 0.78 | 3.82 | 0.62 | 0.38 | 0.56 | 0.91 | 0.25 |
| CJ-3025-93 | 250 | 300 | 500 | 100 | 5 | 5 | 600 | 75 |
由表3可知，初沉污泥采用本方法处理后，产生的干污泥渣，重金属含量远远低于城市污水处理厂污水污泥排放标准中要求的最高限定值，该干污泥渣可以进行后续产品深加工处理。
实施例2初沉污泥样品取自湖南开福某污水处理厂，含水率为98.4％，固含量为2.4％。处理方法如同实施例1，其重金属成分分析如表4，并通过化学分析方法，得出其化学组成如表5。
表4初沉污泥样品(干基)的成分分析(mg/Kg)
| 成分 | Cu | Pb | Zn | Ni | Hg | Cd | Cr | As |
| 含量 | 320 | 210.2 | 3780 | 218 | 5.6 | 3.2 | 128 | 21.5 |
表5初沉污泥样品的化学组成
处理方法如同实施例1，同样取初沉污泥2.0Kg用于实验。连续3次实验得到的干污泥渣的湿重和干重如表6。连续3次实验得到的干污泥渣中重金属平均含量如表7。
表6连续3次实验得到的干污泥渣的湿重和干重(Kg)
| 序号 | 初沉污泥来源 | 初沉污泥湿重 | 干污泥渣湿重 | 干污泥渣干重 |
| 1 | 污水处理厂 | 2.0 | 0.713 | 0.409 |
| 2 | 污水处理厂 | 2.0 | 0.872 | 0.416 |
| 3 | 污水处理厂 | 2.0 | 0.653 | 0.382 |
表7连续3次实验得到的干污泥渣中重金属含量及对比(mg/Kg)
| 成分 | Cu | Pb | Zn | Ni | Hg | Cd | Cr | As |
| 处理前含量 | 320 | 210.2 | 3780 | 218 | 5.6 | 3.2 | 128 | 21.5 |
| 处理后含量 | 0.38 | 0.80 | 3.85 | 0.72 | 0.28 | 0.66 | 0.71 | 0.17 |
| CJ-3025-93 | 250 | 300 | 500 | 100 | 5 | 5 | 600 | 75 |
由表7可知，初沉污泥采用本方法处理后，产生的干污泥渣，重金属含量远远低于城市污水处理厂污水污泥排放标准中要求的最高限定值，该干污泥渣可以进行后续产品深加工处理。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (1)
1.一种初沉污泥快速脱水并有效脱除重金属的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)初沉污泥酸化处理：取城镇污水处理厂的初沉污泥，含水率97％～99.5％，按水与初沉污泥的质量比按0.2∶1～1∶1的比例加入水，按质量浓度为93％～98％工业级硝酸与初沉污泥的质量比按0.02∶1～0.2∶1的比例加入工业级硝酸，搅拌5～10min后，按含量92％～98％工业级氢氧化钠与初沉污泥的质量比按0.02∶1～0.2∶1的比例加入工业级氢氧化钠，搅拌反应5～10min，制成浆液；
(2)微波加热：将浆液加热到30℃～90℃，加热时间15～120min；
(3)机械过滤：对微波加热处理后的浆液进行固液分离并用水洗涤，得干污泥渣和浆液，洗涤水用量与初沉污泥的质量比0.3∶1～1∶1，初沉污泥中的重金属通过反应进入浆液中；
(4)浆液用石灰调节pH值至6.0～8.5，加入8～12gCaS并搅拌25～35min以析出重金属，然后进行机械过滤分离，得清液和滤渣，清液可作为循环用水回用至污泥酸化制浆液与机械过滤分离洗涤，回用后余下的部分清液可送回污水处理厂的污水处理系统。
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