CN102583937A - 利用高铁酸盐氧化使污泥减量化的污水处理新工艺 - Google Patents

Abstract

利用高铁酸盐氧化降使污泥减量化的污水处理新工艺，步骤包括：生化处理单元是在生化处理系统内，通过微生物有效去除有机污染物，将其转化为无机小分子物质，生化处理单元内维持一定的污泥浓度；沉淀单元是经生化处理单元处理后的污水进入二沉池，泥水分离，沉淀下来的污泥一部分为剩余污泥，其余为回流污泥，其中2/3的回流污泥直接进入生化处理单元；高铁酸盐氧化处理单元是1/3的回流污泥进入污泥反应罐，与投入的高铁酸盐反应10～30分钟，高铁酸盐与剩余污泥的质量比为0.2∶1；污泥脱水单元是剩余污泥采用压滤或离心脱水。本工艺可减少剩余污泥产量35～45％，具有设备简单、投资少、无污染、运行管理方便、运行成本低等优点，适合工业和城镇污水处理厂应用。

Description

利用高铁酸盐氧化使污泥减量化的污水处理新工艺

技术领域

本发明涉及一种利用高铁酸盐氧化使污泥减量化的污水处理工艺。该工艺能够在净化污水的同时，有效地降低剩余污泥的产量，减少剩余污泥后续处理与处置费用，可以用于工业和城市生活污水处理厂(站)。

背景技术

基于活性污泥的生物污水处理方法是目前世界上应用最广泛的污水生物处理技术，但它一直存在一个最大的弊端，就是会产生大量的剩余污泥。随着污水量的日益增加和污水处理率的不断提高，今后几年我国的污泥产量将会有大幅度的递增。虽然污泥量只占污水量的1～2％，但污泥处理设施投资在整个污水处理厂总投资中占约40～50％，污泥的处理与处置费用一般要占总运行费用的30～60％。污泥处置已从过去仅仅作为污水处理的一个单元，发展成了污水处理厂不得不优先考虑的重要环节，剩余污泥的处理与处置已成为污水处理厂运行中一个令人头疼的问题。高昂的处理费用和越来越严格的限制性法律法规使得剩余污泥的处置问题越发严重，污泥的出路也益发狭窄。目前，国外污水处理厂的运行重点已从过去的优质出水转向污泥产量的最小化。最理想的解决方案是开发出一种“零排放污泥“的无泥工艺，但是，由于污泥中存在难降解有机质和无机性物质，很难将剩余污泥完全彻底的生物降解掉。因此，现实的方法就是在污水处理的同时尽可能地降低污泥产量。从源头着手，在污水处理过程中减少剩余污泥产生符合“绿色生产”和“清洁生产”的思路方案。通过物理、化学、生物等手段，分解(或溶解)污泥固态有机质，再利用活性污泥中的生物(主要是微生物)氧化降解这些生物有机质，可降低污水处理设施向外排放的污泥生物量，达到污水和污泥的一体化处理目的，从而避免了剩余污泥“末端治理”所产生的各种弊端。

高铁酸盐是一种强氧化剂，其氧化还原电位为2.20V，酸性条件下氧化性甚至高于臭氧，足以氧化分解污泥，而且无二次污染，氧化反应产生的Fe³⁺是一种絮凝剂，可提高污泥的沉降性能，反应产生的氧气可提高污水的溶解氧，促进曝气。此工艺无需对现有的污水处理设备进行大的改型，运行成本较低。

涉及高铁酸盐处理污泥的研究，国内有一篇报道：《环境科学》2011，32(7)：2019-2022。该研究报道高铁酸盐能氧化水解剩余活性污泥，高铁投加量为m(Fe)/m(SS)＝0.40μg/mg时，溶出的SCOD、NH₄ ⁺-N、TP达到最大值。该研究报道描述了一种高铁酸盐氧化污泥方法，最终处理结果是污泥被氧化水解，但并未涉及相关污水和污泥处理工艺方面、以及污泥产率、污水处理效能、污泥脱水等内容。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种利用高铁酸盐氧化减少剩余污泥产量的污水处理新方法、新工艺，以较低的成本实现降低污水生物处理系统产生的污泥量。

为实现上述目的，本发明将污水生物处理系统(传统活性污泥工艺、A²/O活性污泥法、氧化沟活性污泥法等)与高铁酸盐氧化系统相结合，将剩余污泥用高铁酸盐氧化分解，破坏剩余污泥的细胞壁，氧化后的剩余污泥以有机质的形式进入到污水生物处理系统中，通过活性污泥的生物降解作用，将这部分有机质彻底分解转化为水和二氧化碳，从而降低系统所产生的污泥量。

本发明所述的利用高铁酸盐氧化使污泥减量化的污水处理新工艺，其特征在于包括以下步骤：

a、生化处理单元：在生化处理系统内，通过微生物有效去除有机污染物，将有机污染物转化为无机小分子物质，生化单元内维持一定的污泥浓度；

b、沉淀单元：经生化单元处理后的污水进入二沉池，经过1小时左右的停留沉淀后，上清水排出，沉淀下来的污泥一部分为剩余污泥，其余为回流污泥，其中2/3的回流污泥直接进入生化单元；

c、高铁酸盐氧化处理单元：1/3的回流污泥进入污泥反应罐，与投入的高铁酸盐反应10～30分钟，高铁酸盐的投加量为每公斤污泥固体0.2g(即高铁酸盐与剩余污泥的质量比为0.2∶1)；

d、污泥脱水单元：剩余污泥采用压滤或离心脱水。

所述的生化处理单元为传统活性污泥工艺，采用完全混合式曝气池，水力停留时间为6小时，污泥浓度维持在4000～4500mg/L。所述的生化处理单元为A²/O活性污泥法，采用厌氧池、缺氧池和好氧池，水力停留时间分别为2小时、2小时和6小时，污泥浓度分别维持在2000～2500mg/L、2000～2500mg/L和3000～3500mg/L。

本发明对现有的活性污泥工艺进行了改进，改进后的工艺可以减少剩余污泥的产量约35～45％。而且由于产生了絮凝剂Fe³⁺，污泥的沉降性能提高约30％，避免了污水处理厂经常发生的污泥膨胀问题。又由于Fe³⁺与PO₄ ^3-的反应，除磷效果提高，该工艺的其余运行性能与原有活性污泥工艺基本相同。该工艺具有设备简单、投资少、无污染、运行管理方便、运行成本低等优点，适合工业污水和城镇生活污水处理厂应用。

本发明的显著进步和优点在于：

(1)不仅污泥减量效果显著，而且污水除磷效率和污泥的沉降性大为提高。间接减少了化学和生物除磷费用，避免了磷排放的水体富营养化。沉降性能的提高可使污泥的脱水性改善，又进一步降低了污泥的体积和质量。

(2)投资与运行成本低。一般大型污水处理厂将污泥进行厌氧消化处理，目前我国的污泥厌氧消化处理设备绝大部分都是进口，设备的运行费用昂贵，管理复杂。本发明的新工艺，只需投资建设一个污泥反应罐，而且污泥在反应罐中只反应停留10～30分钟，氧化处理的污泥只有回流污泥量的1/3，罐小，建设费用低，一般小型污水处理厂都可以承受，且管理方便。相比于其他强氧化剂，如臭氧，高铁酸盐的价格较低，而且氧化处理的污泥只有污泥量的1/3，不需所有污泥都处理，运行成本低。

(3)环境、社会与经济效益三丰收。目前我国的中、小型污水处理厂难以实行污泥厌氧消化，大部分只是将污泥脱水后填埋，这必将对填埋地周围的整个生态环境造成严重影响，从而危害到整个社会的和谐稳定。经济较发达地区，也有采用焚烧的，但成本实在太高。本发明的新工艺，可减少剩余污泥约35～45％。一般污水处理厂每年可减少几千到几万吨的干污泥，污泥处理与处置理费用每年就能下降几百万元至几千万元不等(处理成本保守以500元/吨计)。

附图说明

图1是利用高铁酸盐氧化使污泥减量化的污水处理新工艺。

具体实施方案

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。以下实施例不对本发明的技术方案构成限定。

实施例1：本试验采用的污水生物处理系统为实验室规模的完全混合传统活性污泥工艺，不具生物脱氮除磷功能。曝气池有效容积为12.5L，沉淀池有效容积为2.2L。试验装置共2套，以相同速率(1.5升/小时)向曝气池输入相同水质的生活污水(COD为600mg/L，BOD₅为260mg/L，总氮浓度为80mg/L，氨氮浓度为40mg/L)，水力停留时间为6小时。曝气池连续曝气，曝气池中的泥水混合物进入沉淀池，沉淀池中的污泥全部回流进入曝气池中，使曝气池中污泥浓度(MLSS)逐渐增加。待曝气池中污泥浓度(混合液悬浮固体MLSS)超过4000mg/L，一部分污泥回流进入曝气池，使曝气池中污泥浓度维持在4000mg/L，多余部分污泥作为剩余污泥排放。这样两套装置连续运行2个月达到稳定后(即出水COD浓度连续15天小于100mg/L，肉眼观察污泥絮体明显，污泥沉降性能好，污泥体积沉降指数小于100，显微镜检查污泥发现出现相同类型的原生动物和后生动物，如钟虫、纤毛虫和轮虫等，表示污泥已经培养成熟)。然后其中一套装置作为对照，仍然继续按原样运行，而另一套装置作为试验装置，采用本发明的能降低剩余污泥产量的新型污水处理工艺，即为高铁酸盐氧化系统与污水生物处理系统相结合的联合工艺。1/3的回流污泥进入一个污泥反应罐，并与加入的高铁酸钾反应10分钟(高铁酸钾与剩余污泥的质量比为0.2∶1)，反应后的污泥再进入曝气池。其余的2/3回流污泥直接进入曝气池，其余运行参数均和对照的传统活性污泥工艺相同。两套装置所排放的剩余污泥烘干后，计算干重(克)，每天排放的剩余污泥干重累积计量。如此连续运行180天，得出180天的剩余污泥总量，再计算污泥产率(污泥总量/180，克/天)，同时在运行期间每隔三天测定两套装置的进水和出水TOC浓度、氨氮浓度、总磷浓度、污泥的体积沉降指数(SVI)，以比较两套装置的运行效能(即出水质量)和污泥的沉降性能(见表1)。本发明的新工艺的污泥产量比传统活性污泥工艺装置减少45％，两套装置的出水TOC浓度、氨氮浓度几乎相同。但新工艺的磷去除率提高73％，污泥的沉降性能比对照的传统工艺提高30％。

表1 2套工艺的运行效能比较

实施例2：与实施例1不同的是污水生物处理系统采用A²/O活性污泥工艺，具有生物脱氮除磷功能。厌氧池和缺氧池的有效容积均为2.5L，好氧池的有效容积为7.5L，沉淀池有效容积为3L。试验装置共2套，以相同速率(1.5升/小时)向厌氧池输入相同水质的生活污水(COD为600mg/L，BOD₅为260mg/L，总氮浓度为80mg/L，氨氮浓度为40mg/L)，水力停留时间为2小时，污泥浓度为2500mg/L。厌氧池出水进入缺氧池，水力停留时间为2小时，污泥浓度为2500mg/L。缺氧池出水进入好氧池，水力停留时间为6小时，污泥浓度为3500mg/L，好氧池连续曝气，好氧池中的泥水混合物进入沉淀池，沉淀池中的污泥一部分污泥回流进入厌氧池，多余部分污泥作为剩余污泥排放。这样两套装置连续运行2个月达到稳定后(即出水COD浓度连续15天小于100mg/L，肉眼观察污泥絮体明显，污泥沉降性能好，污泥体积沉降指数小于100，显微镜检查污泥发现出现相同类型的原生动物和后生动物，如钟虫、纤毛虫和轮虫等，表示污泥已经培养成熟)。然后其中一套装置作为对照，仍然继续按原样运行，而另一套装置作为试验装置，采用本发明的能降低剩余污泥产量的新型污水处理工艺，即为高铁酸盐氧化系统与污水生物处理系统相结合的联合工艺。1/3的回流污泥进入一个污泥反应罐，并与加入的高铁酸钾反应30分钟(高铁酸钾与剩余污泥的质量比为0.2∶1)，反应后的污泥再进入厌氧池。其余的2/3回流污泥直接进入厌氧池，其余运行参数均和对照的A²/O活性污泥工艺相同。两套装置所排放的剩余污泥烘干后，计算干重(克)，每天排放的剩余污泥干重累积计量。如此连续运行180天，得出180天的剩余污泥总量，再计算污泥产率(污泥总量/180，克/天)，同时在运行期间每隔三天测定两套装置的进水和出水TOC浓度、氨氮浓度、总磷浓度、污泥的体积沉降指数(SVI)，以比较两套装置的运行效能(即出水质量)和污泥的沉降性能(见表2)。本发明的新工艺的污泥产量比A²/O活性污泥工艺装置减少35％，两套装置的出水TOC浓度、氨氮浓度几乎相同。但新工艺的磷去除率提高16％，污泥的沉降性能与对照的传统工艺提高31％。

表2 2套工艺的运行效能比较

实施例3：一个日处理生活污水20万吨的城市污水处理厂，每天产生含水率为78％的污泥35吨。采用本发明的新型污水处理工艺，每天约三分之一的回流污泥与高铁酸钾氧化反应(高铁酸钾与污泥的质量比为0.2)，反应后的污泥再进入生物处理系统。剩余污泥量可比原来采用的活性污泥工艺减少40％，则每年废弃污泥产生量可以减少5000吨。建设费用中扣除增加污泥储罐和相应管路和泵的建设费用(约30万元)，运行费用中扣除投加高铁酸钾的费用和泵的用电费(约(15-20万元/年)。如果污泥采用厌氧消化处理，则投资费用可减少近800万元，每年污泥的处理与处置理费用就能减少约30万元。如果污泥采用压滤脱水处理后填埋，则投资费用可减少近400万元，每年处理与处置费用能减少约20万元。如果污泥采用压滤脱水处理后进行焚烧，则投资费用可减少近400万元(不考虑焚烧炉的建设费用)，每年处理与处置费用能减少约250万元。而且由此而减少的对环境的污染危害，是难以用金钱估量的。

Claims (7)

1.利用高铁酸盐氧化使污泥减量化的污水处理新工艺，其特征在于包括以下步骤：

(1)生化处理单元：在生化处理系统内，通过微生物有效去除有机污染物，将有机污染物转化为无机小分子物质，生化处理单元内维持一定的污泥浓度；

(2)沉淀单元：经生化处理单元处理后的污水进入二沉池，经过1小时左右的停留沉淀后，上清水排出，沉淀下来的污泥一部分为剩余污泥，其余为回流污泥，其中2/3的回流污泥直接进入生化处理单元；

(3)高铁酸盐氧化处理单元：1/3的回流污泥进入污泥反应罐，与投入的高铁酸盐反应10～30分钟，高铁酸盐的投加量为每公斤污泥固体0.2g(即高铁酸盐与剩余污泥的质量比为0.2∶1)；

(4)污泥脱水单元：剩余污泥采用压滤或离心脱水。

2.根据权利要求1所述的新工艺，其特征在于污泥与高铁酸盐固体在污泥反应罐中反应10～30分钟后，再进入生化处理单元中。

3.根据权利要求1所述的新工艺，其特征在于高铁酸盐与剩余污泥的质量比为0.2∶1。

4.根据权利要求1所述的新工艺，其特征在于新工艺中的高铁酸盐，可以是高铁酸钾，也可以是高铁酸钠。

5.根据权利要求1所述的新工艺，其特征在于1/3的回流污泥经过高铁酸盐的氧化处理。

6.根据权利要求1所述的新工艺，其特征在于新工艺中的污水生物处理系统可以是基于活性污泥的任何处理系统，传统活性污泥工艺、A²/O活性污泥法、氧化沟活性污泥法等均可。

7.根据权利要求1所述的新工艺，其特征在于原有的生化处理单元和二沉池均维持不变，污泥反应罐设置在污泥回流系统中。

Images