申請(qǐng)日2010.04.27
公開(公告)日2010.09.08
IPC分類號(hào)C01G49/10; C02F1/52; C02F11/06; C12M1/107; C05G1/00
摘要
用含藻污泥制備絮凝劑、復(fù)合肥和甲烷的方法,涉及到一種含藻污泥資源化工藝。先采用水熱氧化技術(shù),將含藻污泥中有機(jī)物和無機(jī)物在150-180℃,壓力為0.8-1MPa的條件下,進(jìn)行分離,得到黃褐色有機(jī)殘留廢液和含鋁鐵無機(jī)物的固體污泥,再將固體污泥烘干,研磨,過篩,然后將鹽酸加入篩下物中,于90-100℃下反應(yīng)1~2h,靜置,將上清液的pH調(diào)至2.5~4,在50~60℃熟化12h,得到聚合氯化鋁鐵液體產(chǎn)品,干燥,即得聚合氯化鋁鐵固體產(chǎn)品;將有機(jī)殘留廢液pH調(diào)節(jié)至8-9后入上流式厭氧污泥床反應(yīng)器中,35℃下反應(yīng)24h,得顆粒有機(jī)肥和甲烷含量為65%的可燃?xì)怏w。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單,成本低廉,經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益高,能廣泛適用于處理受藻類污染的湖泊污水的污水廠含藻污泥零排放及清潔生產(chǎn)。
摘要附圖
權(quán)利要求書
1.用含藻污泥制備絮凝劑、復(fù)合肥和甲烷的方法,其特征在于:
A,污泥水熱氧化
先將污水處理廠含水率為96%-99%的含藻污泥,加入到水熱反應(yīng)器中,再加入市售的濃度為30%質(zhì)量百分比的過氧化氫,過氧化氫的加入量為50mg/L,在0.8-1MPa和150-180℃下,反應(yīng)1.5-2.5h,靜置30min,得到黃褐色的COD濃度為10000mg/L-20000mg/L的有機(jī)殘留廢液和含鋁鐵無機(jī)物的固體污泥;
B,絮凝劑制備
先將固體污泥在120℃下烘干,研磨,過100目篩,篩下物為粒徑小于100目的污泥粉末;然后量取污泥粉末∶鹽酸=1∶3~5份質(zhì)量比,將鹽酸加入篩下物中,于90-100℃下反應(yīng)1~2h,然后靜置30min后取上清液;用堿將上清液的pH調(diào)至2.5~4,在50~60℃下熟化12h,得到聚合氯化鋁鐵液體產(chǎn)品,將液體產(chǎn)品在90-100℃下干燥,即得聚合氯化鋁鐵固體產(chǎn)品;經(jīng)檢測(cè),固體產(chǎn)品中三氧化二鋁含量大于30%,鹽基度達(dá)45%以上,鐵含量3%左右,不溶物含量低于0.5%,其他各項(xiàng)指標(biāo)均符合聚合氯化鋁絮凝劑國(guó)家標(biāo)準(zhǔn);
上述鹽酸的摩爾濃度為5mol/L;
C,復(fù)合肥和甲烷制備
首先將A步的有機(jī)殘留廢液的pH值調(diào)節(jié)至8-9,然后用計(jì)量泵按照0.002m3/d流量將其泵入上流式厭氧污泥床反應(yīng)器中,控制反應(yīng)器的溫度為35℃,厭氧反應(yīng)24h后,得顆粒有機(jī)肥和可燃?xì)怏w,經(jīng)檢測(cè),反應(yīng)產(chǎn)生的可燃?xì)怏w中甲烷含量為65%,顆粒有機(jī)肥是含氮量46%,含磷量5%的復(fù)合肥。
說明書
用含藻污泥制備絮凝劑、復(fù)合肥和甲烷的方法
技術(shù)領(lǐng)域
用含藻污泥制備絮凝劑、復(fù)合肥和甲烷的方法,涉及一種污泥資源化處理與處置方法。屬于污泥資源化處置技術(shù)領(lǐng)域
背景技術(shù)
水體富營(yíng)養(yǎng)化帶來的一個(gè)突出問題是藍(lán)藻水華的爆發(fā)。所謂水華(waterblooms),就是淡水水體中藻類大量繁殖的一種自然生態(tài)現(xiàn)象,是水體富營(yíng)養(yǎng)化的一種特征,主要由于生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中含有大量氮、磷的污水進(jìn)入水體后,藍(lán)藻(嚴(yán)格意義上應(yīng)稱為藍(lán)細(xì)菌)、綠藻、硅藻等藻類成為水體中的優(yōu)勢(shì)種群,大量繁殖后使水體呈現(xiàn)藍(lán)色或綠色的一種現(xiàn)象。大規(guī)模的藍(lán)藻水華降低了水資源利用效能,引起嚴(yán)重的生態(tài)破壞及巨大的經(jīng)濟(jì)損失,而藍(lán)藻毒素的產(chǎn)生給公眾健康帶來極大隱患。目前藍(lán)藻水華的治理方法包括:化學(xué)法、物理法和生物方法。
化學(xué)法是通過篩選和合成化學(xué)藥劑(統(tǒng)稱殺藻劑)來控制水中藻類的繁殖。其機(jī)理一方面通過金屬離子抑制藻類的正常代謝而達(dá)到殺滅藻類的目的,另一方面則通過金屬離子的絮凝作用沉降藻類而達(dá)到去除藻類的目的。有機(jī)溴殺藻劑、銅鹽(硫酸銅、氯化銅)、高錳酸鉀等是應(yīng)用較多的殺藻劑。其中硫酸銅是最為常見的殺藻劑,銅離子作用于藍(lán)藻藻膽體抑制其對(duì)光能的吸收和傳遞,具有較強(qiáng)的殺藻效果。但銅離子容易富集并且硫酸銅能使藻毒素從藻細(xì)胞內(nèi)釋放入水中。鋁離子和鐵離子都有較強(qiáng)的絮凝作用;瘜W(xué)除藻法能立桿見影,但它不可避免地將造成環(huán)境污染或破壞生態(tài)平衡,所產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)非常嚴(yán)重,而且難以消除,可以說這是一種短視行為或是一種權(quán)宜之計(jì)且在水源水體中施用殺藻劑后,死藻仍留在水體中,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不能移出水體,必須連續(xù)間歇加注,因此耗藥量大,且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。
物理法主要采取截流、疏浚、稀釋和污水分流等措施。物理方法有費(fèi)時(shí)、費(fèi)錢、操作困難的缺點(diǎn)。解層作用、光調(diào)節(jié)、水位調(diào)節(jié)、高壓放電、超聲波等物理方法效果也明顯,但不易普遍和大規(guī)模實(shí)施。向水中播灑粘土清除藍(lán)藻水華也是比較有效的方法。
生物法主要從生態(tài)的角度,通過生物間的營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)和牧食關(guān)系來控制藍(lán)藻水華。生物方法強(qiáng)調(diào)的是整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的管理,從營(yíng)養(yǎng)環(huán)節(jié)來控制藍(lán)藻,使水體的營(yíng)養(yǎng)素轉(zhuǎn)變?yōu)槿祟愋枰慕K產(chǎn)品,具有經(jīng)濟(jì)、高效、合理的優(yōu)點(diǎn)。目前主要采用微生物防治、食藻生物、水生植物抑制等方法。利用微生物溶解藍(lán)藻是微生物治理藍(lán)藻水華的主要研究?jī)?nèi)容;食藻生物防治是在水體中引入魚類、貝類等其他生物,他們直接或間接以藻類為食,從而抑制藻類的過度生長(zhǎng);水生植物則是從營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)、沉降污染和釋放抑藻素三個(gè)方面來控制藍(lán)藻水華的爆發(fā)。
總之,水體中大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累及藍(lán)藻的生態(tài)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)導(dǎo)致了藍(lán)藻水華在全球范圍內(nèi)普遍爆發(fā),藍(lán)藻水華造成的危害是多方位和多層次的;瘜W(xué)方法見效快,卻不可避免會(huì)造成二次污染;物理方法投資大,由于藍(lán)藻與水體分離技術(shù)瓶頸長(zhǎng)期不能突破,致使物理打撈的工作事倍功半,難以奏效;生物方法從生態(tài)的角度治理藍(lán)藻水華,具有經(jīng)濟(jì)、高效、合理的優(yōu)點(diǎn),已受到越來越廣泛的重視。
目前,對(duì)處理廢水時(shí)產(chǎn)生的含有大量超標(biāo)重金屬、病原微生物、有機(jī)質(zhì)及豐富的氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含水量高、易腐爛、有惡臭的污泥主要用填埋、焚燒和堆肥進(jìn)行處理。污泥填埋是一項(xiàng)比較成熟的技術(shù),然而,填埋處的地質(zhì),水文和土壤條件以及環(huán)境衛(wèi)生問題,填坑鋪設(shè)防滲的材料,滲濾液收集裝置及凈化設(shè)施等造成了費(fèi)用高昂和工藝復(fù)雜等問題。污泥焚燒有兩種方法:一種是脫水污泥直接焚燒,該法處置工藝環(huán)節(jié)少,流程簡(jiǎn)單,二次污染可能性小,但處理所需的燃料量大,費(fèi)用較高,同時(shí)運(yùn)輸費(fèi)用也高;另一種是脫水污泥經(jīng)過干化或者半干化處理后焚燃,它使焚燒相對(duì)簡(jiǎn)單,運(yùn)輸費(fèi)用減少,但是需要污水廠有配套的干化設(shè)備,導(dǎo)致干化費(fèi)用較高。然而污泥焚燒又以一次性投資大、設(shè)備投資高、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高、有機(jī)物燃燒溫度低于850℃時(shí)產(chǎn)生二惡英等劇毒物質(zhì),需要對(duì)煙氣進(jìn)行處理,焚燒灰需要再處理等限制了其使用。污泥堆肥是利用污泥的微生物進(jìn)行發(fā)酵的過程。但堆肥處理后的污泥產(chǎn)品中病原體仍有可能存活,且產(chǎn)品的高含水率(30%-40%)可使病原體復(fù)活,故堆肥法不足以保證安全性,如直接應(yīng)用于農(nóng)業(yè)會(huì)造成土壤以及水體的二次污染:(1)污泥中重金屬會(huì)造成地下水、土壤及作物的二次污染;(2)污泥中病原體會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響;(3)氮、磷等物質(zhì)濃度過高會(huì)對(duì)地下水造成污染。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本低廉的含藻污泥處理方法,用該方法能有效利用作為原料的含藻污泥中的無機(jī)物和有機(jī)物,將含藻污泥最終處置成為絮凝劑、甲烷和具有實(shí)用效果好的顆粒有機(jī)肥。
為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明通過對(duì)藍(lán)藻水華和含藻污泥進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn),藍(lán)藻水華中含有較豐富的營(yíng)養(yǎng)成分,主要成分是藻膽蛋白、多糖、脂肪、氨基酸和不飽和脂肪酸等,此外還有抗病毒、抗腫瘤和抗菌活性成分及酶抑制劑,從資源化角度來看,藍(lán)藻是巨大的資源庫(kù);另外,由于含藻污水在處理過程中投加大量的鋁系和鐵系絮凝劑,他們沉淀在含藻污泥中,經(jīng)檢測(cè),含藻污泥中氧化鋁含量一般在28%以上,鐵含量在3%以上,可以作為聚合氯化鋁鐵的原料。含藻污泥中有機(jī)物含量約75%,無機(jī)物含量約25%。含藻污泥的有機(jī)物經(jīng)檢測(cè)總氮含量為1mg/g,總磷含量為0.1mg/g。本發(fā)明采用水熱氧化技術(shù)對(duì)含藻污泥進(jìn)行處理,使藻泥中有機(jī)物和無機(jī)物有效分離,然后一方面將分離后的無機(jī)物進(jìn)行改性,制備絮凝劑,另一方面將分離后的有機(jī)物通過高效厭氧生產(chǎn)顆粒有機(jī)肥和甲烷,最后實(shí)現(xiàn)資源化。
具體工藝如下:
A,污泥水熱氧化:將污水處理廠含水率96%-99%的含藻污泥,放在水熱反應(yīng)器中,再加入市售的濃度為30%質(zhì)量百分比的過氧化氫,過氧化氫的加入量為50mg/L,在壓力為0.8-1MPa下,加熱至150-180℃,反應(yīng)1.5-2.5h。反應(yīng)結(jié)束后,靜置30min,黃褐色液體為有機(jī)殘留廢液,其COD在10000-20000mg/L,剩余的固體污泥是含鋁鐵無機(jī)物的固體污泥。
B,絮凝劑制備:先將剩余的固體污泥在120℃烘干,研磨,過100目篩,篩下物為粒徑小于100目的污泥粉末;然后往篩下物中加入摩爾濃度為5mol/L的鹽酸,鹽酸的加入量是按照污泥粉末∶鹽酸=1∶3~5質(zhì)量比進(jìn)行,于90-100℃反應(yīng)1~2h,反應(yīng)完畢后,靜置30min后取上清液;用堿將上清液的pH調(diào)至2.5~4,在50~60℃下熟化12h,得到聚合氯化鋁鐵液體產(chǎn)品,將液體產(chǎn)品在90-100℃下干燥,即得聚合氯化鋁鐵固體產(chǎn)品。經(jīng)檢測(cè),固體產(chǎn)品中三氧化二鋁含量大于30%,鹽基度達(dá)45%以上,鐵含量3%左右,不溶物含量低于0.5%,其他各項(xiàng)指標(biāo)均符合聚合氯化鋁絮凝劑國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
C,復(fù)合肥和甲烷制備
首先將A步的有機(jī)殘留廢液pH值調(diào)節(jié)至8-9,然后用計(jì)量泵按照0.002m3/d流量將其泵入2L上流式厭氧污泥床反應(yīng)器中,控制反應(yīng)器的溫度為35℃,厭氧反應(yīng)24h后,得顆粒有機(jī)肥和可燃?xì)怏w,經(jīng)檢測(cè)反應(yīng)產(chǎn)生的可燃?xì)怏w中甲烷含量為65%,顆粒有機(jī)肥是含氮量46%,含磷量5%的復(fù)合肥。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下:
1.由于本發(fā)明采用污泥水熱氧化將含藻污泥分成有機(jī)殘留廢液和含鋁鐵無機(jī)物的剩余固體,因此為達(dá)到了含藻污泥資源化,變廢為寶的目的作出了保證。
2.本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了含藻污泥多途徑資源化,剩余固體制備得到絮凝劑,有機(jī)殘留廢液厭氧反應(yīng)后得復(fù)合肥和可燃?xì)怏w,促進(jìn)了循環(huán)經(jīng)濟(jì),緩解了全球資源、能源緊缺壓力。
另一方面,對(duì)推動(dòng)適合我國(guó)國(guó)情的投資少、見效快的新型強(qiáng)化處理技術(shù)在我國(guó)受污染湖泊中應(yīng)用推廣起到進(jìn)一步的促進(jìn)作用。
3.由于本發(fā)明采用水熱氧化技術(shù)處理含藻污泥,含藻污泥不需經(jīng)過脫水、干燥等預(yù)處理,水熱氧化具有反應(yīng)速度快,易分解難降解的化學(xué)物質(zhì),能耗低甚至可回收熱能等特點(diǎn),同時(shí)水熱氧化技術(shù)適合處理含高濃度有機(jī)污染物的含藻污泥,因此,反應(yīng)溫度低,工藝簡(jiǎn)單,容易推廣。
4.本發(fā)明為污水廠含藻污泥多途徑資源化,實(shí)現(xiàn)污水廠含藻污泥零排放及清潔生產(chǎn),污泥最終處置提供出路,也為其他種類污水處理產(chǎn)生的化學(xué)污泥的資源化利用具有借鑒作用。