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申请日2013.11.26
公开(公告)日2014.03.12
IPC分类号C02F11/00
摘要
本发明涉及一种利用剩余污泥碱中和能力调节碱预处理污泥pH的方法。该方法为，将碱预处理污泥或碱预处理污泥的上清液，与0.5-3.5倍体积的浓度为10-40g/L的剩余污泥混合，搅拌反应0.5-1h后，碱预处理污泥或碱预处理污泥的上清液的pH降低至7.5-10.0。本发明利用剩余污泥的碱中和能力，通过在碱预处理污泥中投加剩余污泥来调节pH，以节省加酸的药剂消耗，降低了处理成本。本发明的技术所处理后的碱预处理污泥或碱预处理污泥的上清液的pH降低至7.5-10.0范围，可以满足后续磷酸铵镁法回收磷氮和厌氧消化产甲烷的要求。
权利要求书
1.一种利用剩余污泥碱中和能力调节碱预处理污泥pH的方法，其特征在于，将碱预处理污泥或碱预处理污泥的上清液，与0.5-3.5倍体积的浓度为10-40 g/L的剩余污泥混合，搅拌反应0.5-1h后，碱预处理污泥或碱预处理污泥的上清液的pH降低至7.5-10.0。
2.根据权利要求1所述的一种利用剩余污泥碱中和能力调节碱预处理污泥pH的方法，其特征在于，所述碱预处理污泥的pH值为10.0-13.0;所述碱预处理污泥的上清液的pH值为10.0-13.0。
3.根据权利要求1所述的一种利用剩余污泥碱中和能力调节碱预处理污泥pH的方法，其特征在于，所述碱预处理污泥是将剩余污泥通过碱预处理的方式得到的，其中碱预处理的方式为与碱联合/组合/耦合处理的方式，包括单独碱处理、热-碱处理、超声波-碱处理和微波-碱处理任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种利用剩余污泥碱中和能力调节碱预处理污泥pH的方法，其特征在于，所述混合的方式是将剩余污泥与碱预处理污泥直接混合。
5.根据权利要求1所述的一种利用剩余污泥碱中和能力调节碱预处理污泥pH的方法，其特征在于所述混合的方式是将剩余污泥与碱预处理污泥的上清液混合，混合方式为二级的梯度混合、三级梯度混合或连续混合。
6.根据权利要求1所述的一种利用剩余污泥碱中和能力调节碱预处理污泥pH的方法，其特征在于，所述碱预处理污泥由以下具体方法制备：将剩余污泥经过重力浓缩或稀释后，控制浓度在10-40 g/L，相当于含水率96%-99%，后于50-350 rpm搅拌的同时投加碱调节pH至10.0-13.0，反应0.5-8h，得到碱预处理污泥。
7.根据权利要求1或6所述的一种利用剩余污泥碱中和能力调节碱预处理污泥pH的方法，其特征在于，所述碱预处理污泥的上清液由以下具体方法制备：将权利要求6所得的碱预处理污泥，采用离心、带式压滤或板框压滤的方式分离出上清液即碱预处理污泥的上清液，所述离心转速为2000-6000 rpm。
8.根据权利要求1所述的一种利用剩余污泥碱中和能力调节碱预处理污泥pH的方法，其特征在于，所述碱预处理污泥或碱预处理污泥上清液与剩余污泥混合反应后的pH为7.5-10.0，当用于厌氧消化产甲烷时pH控制在7.5-8.0;当用于磷酸铵镁法回收磷氮时pH控制在9.0-10.0;当用于生产挥发性脂肪酸时pH控制在8.0-9.0;当用于生产氢气时pH控制在9.5-10.0;当用作碳源时pH控制在7.5-9.0。
9.根据权利要求1所述的一种利用剩余污泥碱中和能力调节碱预处理污泥pH的方法，其特征在于，所述的剩余污泥为城市污水处理厂或工业废水处理站的剩余活性污泥、浓缩池污泥、脱水污泥或厌氧消化污泥中的一种以上;所述剩余污泥包括经过处理的剩余污泥;所述处理包括酸处理、超声处理、热处理和臭氧处理中的一种以上。
10.根据权利要求6所述的一种利用污泥碱中和能力调节碱预处理污泥pH技术，其特征在于，所述的碱包括氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙;所述投加的形式为固态或溶液，其中溶液浓度在1-20 M。
说明书
一种利用剩余污泥碱中和能力调节碱预处理污泥pH的方法
技术领域
本发明涉及一种污泥的预处理技术，特别涉及一种利用剩余污泥碱中和能力调节碱预处理污泥pH的方法，属于水处理领域的污泥处理处置与资源化利用方法。
背景技术
在污水和废水的处理过程中，产生了大量的污泥。传统的污泥处理技术路线是先对污泥厌氧消化，使污泥稳定化，然后通过调理脱水措施降低污泥的含水率，进而减少污泥容积，以便于后续的运输和填埋处置。将污泥厌氧消化产沼气，不但能够利用其中的有机物质回收能源，而且还可以实现一定程度的污泥减量，有助于解决污水处理厂污泥处理处置的难题。但由于污泥微生物细胞难以被厌氧消化，导致厌氧消化水力停留时间长、构筑物投资巨大。通过对污泥的破胞预处理，能够使胞内物释放至水相，大大提高厌氧消化效率，尽可能地缩短了水力停留时间，大大降低了厌氧构筑物的投资费用。
同时，由于可持续发展的社会需求和政府的政策扶持，当今固体废物处理的重点已从污染控制转向资源化利用。越来越多的人认识到污泥也是一种资源，尤其是其中蕴藏的磷。由于磷在生物圈中是一种单向流动的元素，随着磷矿大量被开采，可利用的磷资源日益匮乏。通过预处理破解污泥絮体结构和微生物细胞，能够释放出大量的无机磷、有机磷。通过进一步的转化和沉淀分离，可以实现磷的回收利用。
目前报道的污泥预处理方法有高压均质法、超声波法、珠磨法、微波法、加热法、冻融法、盐法、臭氧氧化法、氯气和二氧化氯氧化法、湿式氧化法、碱法、酸法和生物破解法即酶法等。方法众多，各有特点。但复杂的设备要求，操作和安全隐患的存在，及高能耗、药耗等问题，使得很多技术难以大规模的工程应用。其中，碱法被实践证明为最具有经济可行性的一种方法。但碱法处理污泥后的一个重大缺陷是pH高，不利于后续的处理。
发明内容
本发明提供一种利用剩余污泥碱中和能力调节碱预处理污泥pH的方法，解决碱预处理污泥后的pH值不适于后续处理的问题，提供一种经济、环境友好的降低碱预处理污泥pH的方法。
为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：
本发明提出的利用剩余污泥的pH碱中和能力调节碱预处理污泥pH的方法，以城市污水处理厂(或工业废水处理站)产生的剩余污泥为对象，经过重力浓缩或稀释后达到浓度为10-40 g/L，然后投加碱调节pH至10.0-13.0范围，搅拌反应0.5-8h，使细胞破碎释放出胞内物，包括蛋白质、多糖和磷等，即为碱预处理污泥。再取剩余污泥，经过重力浓缩或稀释后达到浓度为10-40 g/L，与碱预处理污泥或碱预处理污泥的上清液充分混合，混合时两者的体积比为0.5-3.5，混合搅拌反应0.5-1h后，使碱预处理污泥的pH降至7.5-10.0范围。
本发明主要通过以下方法实现
将碱预处理污泥或碱预处理污泥的上清液，与0.5-3.5倍体积的浓度为10-40 g/L的剩余污泥混合，搅拌反应0.5-1h后，碱预处理污泥或碱预处理污泥的上清液的pH降低至7.5-10.0。
进一步的，所述碱预处理污泥的pH值范围在10.0-13.0;所述碱预处理污泥的上清液的pH值范围在10.0-13.0。
进一步的，所述碱预处理污泥是将剩余污泥通过碱预处理的方式得到的，其中碱预处理的方式为与碱联合/组合/耦合处理的方式，包括单独碱处理、热-碱处理、超声波-碱处理和微波-碱处理任意一种。
进一步的，所述混合的方式是将剩余污泥与碱预处理污泥直接混合。
进一步的，所述混合的方式是将剩余污泥与碱预处理污泥的上清液混合，混合方式为二级的梯度混合、三级梯度混合或连续混合; 二级梯度混合工艺流程图见图1(详细操作步骤见实施例1);三级梯度混合是在二级梯度混合的基础上再增加一个碱解反应器C，污泥流向和上清液流向不变;连续混合是采用一个高径比的碱解反应器，污泥从此反应器的上端进、下端出，上清液从反应器的下端进、上端出。
进一步的，所述碱预处理污泥由以下具体方法制备：将剩余污泥经过重力浓缩或稀释后，控制浓度在10-40 g/L，相当于含水率96%-99%，后于50-350 rpm搅拌的同时投加碱调节pH至10.0-13.0，反应0.5-8h，得到碱预处理污泥。
进一步的，所述碱预处理污泥的上清液由以下具体方法制备：将上述所得的碱预处理污泥，采用离心、带式压滤或板框压滤的方式分离出上清液即碱预处理污泥的上清液，所述离心转速为2000-6000 rpm。
进一步的，所述碱预处理污泥或碱预处理污泥上清液与剩余污泥混合反应后的pH为7.5-10.0，当用于厌氧消化产甲烷时pH控制在7.5-8.0;当用于磷酸铵镁法回收磷氮时pH控制在9.0-10.0;当用于生产挥发性脂肪酸时pH控制在8.0-9.0;当用于生产氢气时pH控制在9.5-10.0;当用作碳源时pH控制在7.5-9.0。
进一步的，所述的剩余污泥为城市污水处理厂或工业废水处理站的剩余活性污泥、浓缩池污泥、脱水污泥或厌氧消化污泥中的一种以上;所述剩余污泥包括经过处理的剩余污泥;所述处理包括酸处理、超声处理、热处理和臭氧处理中的一种以上。
进一步的，所述的碱包括氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙;所述投加的形式为固态或溶液，其中溶液浓度在1-20 M。
本发明主要是利用了剩余污泥自身的碱中和能力来调节pH。其基本原理如下：剩余污泥胞外聚合物和胞内物中，含有大量的蛋白质和脂肪酸等有机物，通过水解和中合作用，与氢氧根离子发生一系列化学反应，降低有效氢氧根离子的浓度，从而起到调节pH的作用。
由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益效果：
(1)对碱预处理污泥或碱预处理污泥的上清液的高pH，不需要投加酸，仅利用剩余污泥自身的碱中和能力，即可使pH降低至7.5-10.0从而有利于后续处理，省去了酸消耗。
(2)调节pH后的碱预处理污泥或碱预处理污泥的上清液，含有较高浓度的氨氮(20-150 mg/L)和正磷酸盐(30-180 mg/L)，不需要再加酸调节pH，仅投加适量镁盐，即可自发产生磷酸铵镁沉淀，回收利用磷氮元素。
(3)调节pH后的碱预处理污泥或碱预处理污泥的上清液，含有高浓度的有机物(SCOD达到2000-10000 mg/L)，不需要再加酸调节pH，即可回流至原生物处理系统补充碳源，或厌氧消化产甲烷，同时可补充厌氧单元需要的碱度，具有经济和环境效益。
(4)二级梯度混合处理可使剩余污泥的TSS和VSS减量20%-60%和30%-80%，达到了稳定化效果，有利于后续处理处置。
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