CN103771671B - 一种剩余污泥处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种剩余污泥处理方法，包括如下步骤：将剩余污泥加入反应桶内，在15～50℃高速搅拌下，向反应筒内加入表面活性剂和过碳酸钠，反应0.5～5h后加入纳米零价铁，在15～50℃下反应1～8h后将污泥送入磁分离机分离去除污泥中的含有重金属的纳米零价铁；将处理后的污泥进行机械脱水，分别得到净化污泥和水。本发明方法处理后的剩余污泥含水率低、重金属去除率高，处理后的水COD值降低。本发明方法成本低、绿色无二次污染，可以为农业或林业用泥或为其他资源化方法奠定基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种污泥的处理方法，特别是涉及一种采用表面活性剂-纳米零价铁-磁力分离-机械脱水组合工艺处理污泥的方法。
背景技术
随着城市污水处理标准越来越严格，城市污水处理过程中污泥的产量也大幅度地增长，随着污泥量的不断增加，伴随而来的是污泥的处置问题，其处置方式主要有填埋、焚烧、倒海和农业利用等。无论采取哪种处置方式，减少污泥含水率是基础。如何有效减少污泥含水率以利于后续处理，研发经济有效的改善污泥脱水性能的新技术将是目前污泥处理的研究重点。对于污泥的资源化利用，目前认为最有潜力的污泥处置方式就是土地利用，该方法不但可以有效利用污泥中有用的营养物质，使其重新参与生态系统的物质循环，而且费用低廉，消纳量也很大。但重金属却成为了污泥农用的主要限制因子，无论是将污泥直接经过简单处理施入农田，还是将污泥发酵作为有机原料，生产有机肥或有机无机复合肥，都不可避免地将对环境有害的重金属带入环境。同时污泥中大量的重金属，在土地利用过程中容易对土壤、地下水和动植物造成二次污染，即使经过堆肥化也未能对重金属的问题有实质性的解决。
纳米零价铁（nZVI）是指粒径在1～100 nm之间、比表面积为10～70 m2/g的FeO粒子。由于比表面积较大、反应活性较强，在去污泥中一些重金属离子的过程中，纳米零价铁显示了优越的修复能力。采用纳米零价铁去除不同重金属离子时，根据φ0Fe2+/Fe和具体金属离子的标准电极电位的相对大小，去除机理可分为表面吸附-配合、表面还原、表面吸附-还原。由于纳米铁在去除污染物时，相比传统材料和方法其去除容量大而且所需时间短、效率高，因此倍受关注。
CN102500613A涉及一种纳米零价铁-电磁耙联合修复重金属污染土壤/污泥工艺，其具体步骤为：将受处理的土壤/污泥和纳米零价铁充分混合，土壤/污泥中重金属部分被nZVI还原、部分被吸附到nZVI的表面，反应后干净的土壤/污泥与nZVI通过电磁耙装置进行分离，电磁耙通过发出的磁场作用力吸附nZVI，使nZVI能够被固定在磁耙柱上，进行有效分离。具有操作简单、效果显著，成本低，修复效率高等特点。该发明中只是通过简单的震荡混合方式将污泥结合态重金属部分溶出到水中，效果较差，且处理后的污泥含水率较高，占地面积大，不利于农用等进一步资源化方式。
鹿雯等（环境科学与技术，2008年第31卷第6期，36）报道了“阳离子表面活性剂对污泥脱水性能影响研究”，研究了两种含有不同长度疏水链的阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTMAB）和四甲基溴化铵（TMAB）对活性污泥脱水性能的影响，探讨了两种表面活性剂的作用机理。在同样的投加量下，CTMAB 比 TMAB 能更有效地改善污泥的脱水性能。但单纯的投加表面活性剂对污泥的溶胞作用不够理想，单独使用时用量较大。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种剩余污泥减量化无害化处理的方法。剩余污泥采用本发明方法处理后重金属去除率高、含水率低。
本发明提供一种剩余污泥处理方法，包括如下步骤：
（1）将剩余污泥加入反应桶内，在15～50℃高速搅拌下，向反应筒内加入阳离子表面活性剂和过碳酸钠，反应0.5～5h；
（2）向步骤（1）得到的污泥中加入纳米零价铁，在15～50℃下反应1～8h；
（3）将步骤（2）所得的污泥送入磁分离设备，经磁分离去除污泥中的含有重金属的纳米零价铁；
（4）将经过步骤（3）处理后的污泥进行机械脱水，得到净化污泥和水。
本发明方法中，所述阳离子表面活性剂为季铵盐阳离子表面活性剂，具体可以是十二烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基二甲基苄基溴化铵、十三烷基二甲基苄基溴化铵、十四烷基二甲基苄基溴化铵、十五烷基二甲基苄基溴化铵、十六烷基二甲基苄基溴化铵、十七烷基二甲基苄基溴化铵或十八烷基二甲基苄基溴化铵。
本发明方法中，步骤（1）中，表面活性剂的加入量与污泥固含物的重量比为1:50～1:10，过碳酸钠的加入量与污泥固含物的重量比为1:50～1:10。
本发明方法中，步骤（2）中，纳米零价铁的加入量与污泥固含物的重量比为1:20～1:1，所述纳米零价铁的平均粒径为40～80nm，比表面积为20～40m2/g，具有吸附和还原双重功能。
本发明方法中，所述机械脱水方式包括机离心脱水机、板框压滤机、叠式污泥脱水机、带式压滤机中的一种或几种。
本发明方法中，所述磁分离设备可以为永磁磁分离机。
本发明方法中，经过步骤（3）磁分离处理后得到的含有重金属的纳米零价铁可以送入重金属回收池进行回收。经过步骤（4）处理后所得的水，返回污水处理厂进一步处理或回用，净化污泥可作为农业或林业用泥或为其他资源化方法。
与现有技术相比，本发明方法具有如下优点：
（1）本发明方法通过表面活性剂的“两亲性”和“增溶”作用，使得大量的污泥絮体表面的胞外聚合物（EPS）溶出，污泥的絮体结构被破坏，污泥表面絮体结构分散解体，释放出原絮体内部的结合水，使高度水和的EPS脱落下来。通过在表面活性剂中加入助剂过碳酸钠，能够使污泥溶液呈碱性，降低污泥絮凝程度，加快污泥表面絮体的分散，碱性环境也有益于污泥的破壁，使污泥细胞壁溶解并进一步分散，降低了结合水含量，使得污泥中更多的结合水变成易被脱除的自由水，污泥表面絮体内及细胞内的重金属离子也随之溶出到水中，能够提高后续纳米零价铁除去重金属离子的效果。
（2）本发明方法将表面活性剂和过碳酸钠的协同作用，对污泥中的微生物细胞具有一定的破坏作用，能够使微生物的细胞壁破解，使微生物细胞内的水及重金属溶出，重金属离子溶出到自由水中，流动性更好，更有利于提高后续采用纳米零价铁除去除重金属离子的效率，重金属去除更加彻底。
（3）本发明方法中，所加入的助剂过碳酸钠不仅对污泥溶胞有积极促进作用还具有杀菌、消毒、脱色效果，能大大降低处理后分离所得水中的COD，剩余污泥经该套处理方法成本低，绿色无二次污染，处理后含水率低，重金属去除率高，出水COD较低，可为农业或林业用泥或为其他资源化方法奠定基础。
具体实施方式
下面通过具体实施例来进一步说明本发明技术方案。
实施例1
实施例所用剩余污泥取自抚顺某污水处理厂生化池剩余污泥，含水率为97.5wt%。污泥离心后上清液COD为2870mg/L。含量为分析样品在105℃下干燥至恒重后的成分分析，具体结果见表1。
表1 样品成分分析
| 成分 | Cu | Ni | Zn | Cr | Cd | Pb |
| 含量，mg/Kg | 360 | 256.5 | 981.3 | 822.5 | 255.4 | 753.7 |
本实施例中所用阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。
将上述剩余污泥10kg加入反应桶内，在28℃下，以5000rpm的搅拌速率搅拌，同时向反应筒内加入15g表面活性剂和10g过碳酸钠，反应4h；然后向反应筒中加入纳米零价铁25g，在28℃下反应6h，将所得的污泥送入永磁磁分离机去除污泥中的含有重金属的纳米零价铁，吸附后的重金属移至重金属回收池进行回收，将经磁分离机分离后的污泥进行离心脱水，得到净化污泥和水，离心后泥饼含水率为56.2%，水中COD含量为870mg/L。其中，污水返回污水处理厂进一步处理，所得净化污泥的性质见表2。
表2 实施例1产品成分分析
| 成分 | Cu | Ni | Zn | Cr | Cd | Pb |
| 含量，mg/Kg | 11 | 13 | 1 | 0.8 | 0.2 | 1.0 |
实施例2
与实施例1采用相同的原料，但在第一步处理过程中不加入过碳酸钠，其余工艺条件与实施例1一样。
本实施例中所用表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。
将上述剩余污泥10kg加入反应桶内，在28℃下，以5000rpm的搅拌速率搅拌，同时向反应筒内加入15g表面活性剂，反应4h；然后向反应筒中加入纳米零价铁25g，在28℃下反应6h，将所得的污泥送入永磁磁分离机去除污泥中的含有重金属的纳米零价铁，吸附后的重金属移至重金属回收池进行回收，将经磁分离机分离后的污泥进行离心脱水，得到净化污泥和水，离心后泥饼含水率为68.8%，水中COD含量为1680mg/L。其中，污水返回污水处理厂进一步处理，所得净化污泥的性质见表4。
表3 实施例1产品成分分析
| 成分 | Cu | Ni | Zn | Cr | Cd | Pb |
| 含量，mg/Kg | 28 | 31 | 5 | 1.2 | 0.8 | 1.2 |
通过表2、3数据分析可知，经过处理后污泥中重金属含量均优于农用污泥中污染物控制标准（GB4284-1984），含水率大大降低，可以作为农业用肥进行利用。
Claims (9)
1.一种剩余污泥处理方法，包括如下步骤：
（1）将剩余污泥加入反应桶内，在15～50℃高速搅拌下，向反应筒内加入阳离子表面活性剂和过碳酸钠，反应0.5～5h；
（2）向步骤（1）得到的污泥中加入纳米零价铁，在15～50℃下反应1～8h；
（3）将步骤（2）所得的污泥送入磁分离设备，经磁分离去除污泥中的含有重金属的纳米零价铁；
（4）将经过步骤（3）处理后的污泥进行机械脱水，得到净化污泥和水。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：阳离子表面活性剂为季铵盐阳离子表面活性剂。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于：季铵盐阳离子表面活性剂为十二烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基二甲基苄基溴化铵、十三烷基二甲基苄基溴化铵、十四烷基二甲基苄基溴化铵、十五烷基二甲基苄基溴化铵、十六烷基二甲基苄基溴化铵、十七烷基二甲基苄基溴化铵或十八烷基二甲基苄基溴化铵。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：表面活性剂的加入量与污泥固含物的重量比为1:50～1:10，过碳酸钠的加入量与污泥固含物的重量比为1:50～1:10。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：纳米零价铁的加入量与污泥固含物的重量比为1:20～1:1，纳米零价铁的平均粒径为40～80nm，比表面积为20～40m2/g。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：机械脱水方式采用离心脱水机、板框压滤机、带式压滤机、叠式污泥脱水机中的一种或几种。
7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：磁分离设备为永磁磁分离机。
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：经过步骤（4）处理后所得的水回用或去污水处理厂进一步处理。
9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：净化污泥可作为农业、林业用泥。
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