專利名稱：一種生物淋濾—類Fenton氧化耦合去除剩余污泥中重金屬的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于污水污泥處理技術(shù)領(lǐng)域，采用生物淋濾_類Fenton氧化耦合去除剩余 污泥中的重金屬，使處理污泥達(dá)到農(nóng)業(yè)用泥或林業(yè)用泥標(biāo)準(zhǔn)，為污泥的后續(xù)資源化利用奠
定基石出。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活水平的提高，公眾對(duì)環(huán)境質(zhì)量的要求日漸提高。為防止 水域污染、改善生態(tài)環(huán)境，我國大部分城市建設(shè)了集中式生活污水處理廠?，F(xiàn)在通行的污水 處理技術(shù)通過微生物代謝作用及其它物理化學(xué)方法，將污水中的污染物大量轉(zhuǎn)移到剩余污 泥中，其實(shí)質(zhì)是污染物的相轉(zhuǎn)移，水污染問題被轉(zhuǎn)換成污泥的處理處置問題。目前，污泥農(nóng) 業(yè)利用被認(rèn)為是可持續(xù)的污泥處置方法。但污泥中常含有較多的重金屬，在農(nóng)田施用過程 中會(huì)導(dǎo)致土壤中重金屬的積累，使農(nóng)作物遭受污染，最后通過食物鏈進(jìn)入人體。所以，如何 降低或去除污泥中的重金屬成為污泥土地利用必須解決的問題。去除污泥中重金屬的方法一般有化學(xué)法、微生物法以及植物修復(fù)法等。污泥 Fenton氧化是H2O2在Fe2+的催化下發(fā)生復(fù)雜反應(yīng)，產(chǎn)生氧化性極強(qiáng)的·0Η將污泥中較穩(wěn)定 的有機(jī)結(jié)合態(tài)和以硫化物形式存在的重金屬氧化，并釋放到液相，通過固液分離實(shí)現(xiàn)污泥 中重金屬的去除。而污泥生物淋濾是近年興起的一項(xiàng)非常有前景的金屬浸提技術(shù)，利用嗜 酸性硫桿菌的生物氧化與產(chǎn)酸作用，將難溶性的重金屬從固相溶出而進(jìn)入液相成為可溶性 的金屬離子，通過污泥脫水達(dá)到脫出污泥中重金屬的目的。污泥Fenton氧化，需要在低ρΗ下才能取得好的效果，因此首先需要投加無機(jī)酸酸 化污泥，使得污泥處理運(yùn)行費(fèi)用高昂。而生物淋濾的周期比較長(zhǎng)，給實(shí)際的應(yīng)用帶來一定困 難。耦合生物淋濾和Fenton氧化過程，污泥生物淋濾可以為Fenton氧化提供合適的ρΗ， 節(jié)約耗酸量，降低處理費(fèi)用；而通過與Fenton氧化聯(lián)合，不僅可以強(qiáng)化重金屬的去除效果， 而且可以縮短污泥生物淋濾及總的反應(yīng)時(shí)間，從而提高反應(yīng)效率。生物淋濾過程中生成的 Fe3+和Fenton氧化過程中加入的Fe2+共同催化分解H2O2產(chǎn)生·0Η自由基，因此在生物淋濾 和Fenton氧化耦合時(shí)，F(xiàn)enton氧化過程屬于類Fenton氧化。在污泥淋濾和類Fenton氧 化耦合過程中，污泥中的其它有害物質(zhì)也可以進(jìn)一步削減，如持久性有機(jī)物、致病菌、臭味 等，從而改善了污泥品質(zhì)，同時(shí)可以顯著提高污泥脫水性能，為污泥的后續(xù)資源化利用提供 良好的基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
1.發(fā)明目的本發(fā)明目的在于通過生物淋濾和類Fenton氧化聯(lián)用處理剩余污泥，改善污泥脫 水性能，為污泥的后續(xù)處理和利用提供基礎(chǔ)。生物淋濾和類Fenton氧化聯(lián)用可以提高反應(yīng) 效率、縮短反應(yīng)時(shí)間、增加處理能力、減少污泥處理成本。
本發(fā)明通過生物淋濾和類Fenton氧化耦合處理剩余污泥，去除污泥中的重金屬， 為污泥的農(nóng)業(yè)或林業(yè)利用奠定基礎(chǔ)。生物淋濾和類Fenton氧化耦合可以減少污泥處理成 本、縮短反應(yīng)時(shí)間、提高反應(yīng)效率、增加處理能力。2.技術(shù)方案本發(fā)明提供一種生物淋濾-類Fenton氧化耦合去除城市污泥重金屬的方法。主 要技術(shù)方案如下(1)污泥生物淋濾接種液培養(yǎng)在IL含固率為1-2%污泥中，分別按10g/L和 20g/L加入單質(zhì)硫和Fe (SO4) · 7H20作為底物，以0. 5L/min從底部鼓入空氣，在25_28°C和 180r/min的攪拌條件下馴化培養(yǎng)污泥，至污泥pH降至2. O以下。取馴化培養(yǎng)的淋濾污泥， 按5-10%的體積比繼續(xù)接種到IL含固率為1-2%污泥中，繼續(xù)按10g/L和20g/L分別投加 單質(zhì)硫和Fe(SO4) ·7Η20，在相同的條件下馴化培養(yǎng)，直至pH值降至2. O以下。然后采用同 樣的方法再培養(yǎng)馴化一次，培養(yǎng)馴化的淋濾污泥作為生物淋濾的接種液。當(dāng)進(jìn)行第三次培 養(yǎng)馴化時(shí)，培養(yǎng)馴化時(shí)間縮短到2天以下。(2)污泥生物淋濾將馴化培養(yǎng)的接種液加入到含固率為2-4%的剩余污泥中進(jìn) 行生物淋濾，生物淋濾條件為接種污泥量，20% -30% (體積比)；溫度，室溫(20-30°C )； 攪拌速度，180r/min ；鼓入空氣量，0. 5L/ (min · L污泥)；單質(zhì)硫投加量，6-10g/L ； Fe (SO4) · 7H20投加量，8-12g/L。經(jīng)過2_3天生物淋濾，污泥的pH降至2_3。(3)污泥的類Fenton氧化生物淋濾后的污泥pH降至2_3，在Fe2+和Fe3+共同催 化作用下進(jìn)行類Fenton氧化。類Fenton氧化的條件為溫度，室溫(20-30°C )；攪拌速度， 180r/min ；H2O2 投加量，8-lOg/L ；Fe (SO4) · 7H20 投加量，0_6g/L ；反應(yīng)時(shí)間，40_60min。(4)污泥pH調(diào)整向處理后的污泥中加入Ca(OH)2飽和溶液，調(diào)節(jié)污泥的pH至 6-7，減少淋濾污泥的腐蝕性。(5)污泥機(jī)械脫水采用板框壓濾或離心脫水方法對(duì)處理后的污泥脫水，得到含 水率在65-75 %的脫水污泥，污泥體積大大減小。(6)液相中重金屬的沉淀去除向液相中加入適量Na2S用來沉淀重金屬，通過沉 淀實(shí)現(xiàn)固液分離，去除重金屬的污水重新返回污水處理系統(tǒng)。3.本發(fā)明的有益成果(1)本發(fā)明的生物淋濾-類Fenton氧化耦合過程，充分結(jié)合污泥生物淋濾和類 Fenton氧化的特點(diǎn)，兩個(gè)反應(yīng)過程相互促進(jìn)，減少處理費(fèi)用、提高處理效率。經(jīng)過污泥生物 淋濾-類Fenton氧化耦合，污泥中鎘、汞、鉛、鉻、砷、鎳、鋅和銅的溶出率分別達(dá)到50-65%、 50-70 %、15-35 %、55-70 %、70-80 %、65-80 %，60-85 % 和 60-80 %。污泥中的重金屬含量低 于中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置農(nóng)用泥質(zhì)(CJT309-2009)和城鎮(zhèn)污 水處理廠污泥處置園林綠化用泥質(zhì)(GB/T 23486-2009)的要求。(2)本發(fā)明的生物淋濾_類Fenton氧化耦合去除城市污泥重金屬工藝過程簡(jiǎn)單、 工藝流程簡(jiǎn)短、易于控制、投資費(fèi)用低、易于實(shí)現(xiàn)，為我國污泥處理處置提供一條新思路。(2)本發(fā)明處理后的污泥，不僅重金屬含量可達(dá)農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)，而且污泥有毒有害物質(zhì) 和病原體含量低、脫水性能好。污泥經(jīng)脫水后可直接農(nóng)用，在實(shí)際應(yīng)用中具有良好的意義。


圖1生物淋濾-類Fenton氧化耦合去除剩余污泥中重金屬工藝流程圖
具體實(shí)施例方式實(shí)例1采用本工藝在實(shí)驗(yàn)室對(duì)污泥進(jìn)行批式處理。所處理的污泥為氧化溝工藝處理城市 生活污水產(chǎn)生剩余污泥，污泥主要特性為pH，6. 83 ；總固體含量，14461mg/L;揮發(fā)性固體 含量，10048mg/L ；銅含量，421mg/kg干污泥；鋅含量，1512mg/kg干污泥；鉛含量，177mg/kg 干污泥；鎘含量，13. 7mg/kg干污泥；鉻含量，258mg/kg干污泥砷含量，2. 3mg/kg干污泥； 鎳含量，59.9mg/kg干污泥。具體處理步驟參照?qǐng)D1 :(1)污泥生物淋濾接種液培養(yǎng)接種物培養(yǎng)馴化過程采用取自氧化溝工藝含固 率為2%的濃縮污泥。取IOOmL污泥于250mL三角瓶中，加入10g/L的S粉和10g/L的 FeSO4 · 7H20，在180r/min，28°C下振蕩培養(yǎng)，直至污泥pH降至2. 0以下。取馴化培養(yǎng)一次 的混合菌液，按體積比5%接種到IOOmL污泥中，以相同方法重復(fù)兩次，所得污泥混合液為 接種物。(2)污泥生物淋濾將IOOmL供試污泥加入到250mL錐形瓶中并加入30mL的接種 液，并按8g/L和10g/L投加單質(zhì)硫和FeSO4 ·7Η20。在恒溫振蕩器上振蕩，溫度控制在28°C， 轉(zhuǎn)速180r/min下對(duì)污泥進(jìn)行生物淋濾。經(jīng)過2天生物淋濾后，污泥的pH降至2. 5。污泥中 鎘、鉛、鉻、砷、鎳、鋅和銅的溶出率分別為52%、11%、63%、74%、65%，65%和35%。(3)污泥的類Fenton氧化在生物淋濾后的污泥中，按10g/L加入H2O2，在28°C水 浴恒溫振蕩器中振蕩，控制振蕩速度為180r/min，經(jīng)過45min的類Fenton氧化反應(yīng)，鎘、汞、 鉛、鉻、砷、鎳、鋅和銅的溶出率分別增加到65%、32%、70%、78%、80%，84%和75%。(4)污泥pH調(diào)整和污泥機(jī)械脫水用飽和的Ca(OH)2溶液調(diào)節(jié)污泥的pH至6。然 后在0. 03Mpa條件下對(duì)污泥進(jìn)行真空抽濾，脫水后污泥濾餅的含水率為71%。污泥中的糞 大腸菌菌值為0. 05。(5)液相中重金屬的沉淀去除向污泥脫水后的液相中加入適量Na2S,通過化學(xué)沉 淀法沉淀液相中的重金屬。實(shí)施例2.采用本工藝對(duì)污泥進(jìn)行擴(kuò)大中試處理。所處理的污泥為A2/0工藝處理城市生活 污水后的剩余濃縮污泥，污泥主要特性為PH，7. 10 ；總固體含量，25660mg/L ；揮發(fā)性固體 含量，20185mg/L ；銅含量，299mg/kg干污泥；鋅含量，2108mg/kg干污泥；鉛含量，87. 7mg/kg 干污泥；鎘含量，5. 7mg/kg干污泥；鉻含量，48. 5mg/kg干污泥；鎳含量，47. 4mg/kg干污泥。 具體處理步驟參照?qǐng)D1 (1)污泥生物淋濾接種液培養(yǎng)在5L含固率為2. 5%污泥中，按10和20g/L分別 投加硫粉和FeSO4 · 7H20作為淋濾細(xì)菌的能源物質(zhì)，以0. 5L/(min · L污泥)從反應(yīng)器底部 鼓入空氣，在28°C和180r/min的攪拌條件下培養(yǎng)馴化污泥，至污泥pH降至2. 0以下。取培 養(yǎng)馴化的淋濾污泥，按5%的體積比接種到5L含固率為2. 3%的污泥中，投加與上步等量的 硫粉和FeSO4 · 7H20，在相同的條件下培養(yǎng)馴化，直至pH值降至2. 0以下。然后重復(fù)上步操 作一次，所得淋濾污泥作為接種液。
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(2)污泥生物淋濾在30L的反應(yīng)器中序批式淋濾處理污泥，按20%體積比加入 接種物和濃縮污泥，污泥總體積為25L，分別按10和12g/L投加硫粉和FeSO4 · 7H20。在室 溫(23°C )下，以0. 5L/(min 污泥)向污泥中鼓入空氣，并以180r/min的轉(zhuǎn)速攪拌，經(jīng)過 1. 5天的生物淋濾，污泥體系pH降至2. 8。按此步相同的條件，對(duì)下一批次污泥進(jìn)行生物淋 濾處理，循環(huán)該過程。淋濾后污泥中的污泥中鎘、鉛、鉻、鎳、鋅和銅的溶出率分別為55%、 14%、56%、60%，65%和 30%。(3)污泥的類Fenton氧化在生物淋濾后的污泥中，按12g/L和4g/L分別加入H2O2 和FeSO4 ·7Η20，在室溫(23-250C )下，以180r/min的轉(zhuǎn)速攪拌，經(jīng)過60min的類Fenton氧 化反應(yīng)，污泥中鎘、鉛、鉻、鎳、鋅和銅的溶出率增加到63%、34%、70%、75%，83%和78%。(4)污泥pH調(diào)整和污泥機(jī)械脫水用飽和Ca(OH)2溶液調(diào)節(jié)污泥的pH至6。采用 離心脫水機(jī)進(jìn)行污泥脫水，脫水后污泥的含水率為68%。污泥中的糞大腸菌菌值為0. 04。(5)液相中重金屬的沉淀去除向污泥脫水后的液相中加入適量Na2S用于沉淀液 相中的重金屬，經(jīng)沉淀后，上清液返回污水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，污泥渣作為危險(xiǎn)廢物處理。
權(quán)利要求
一種生物淋濾 類Fenton氧化耦合去除剩余污泥中重金屬的方法，其特征在于通過生物淋濾和類Fenton氧化耦合，兩個(gè)過程相互補(bǔ)充，并充分發(fā)揮兩個(gè)過程溶出重金屬的優(yōu)勢(shì)，輔以適當(dāng)?shù)膒H調(diào)節(jié)、機(jī)械脫水和重金屬沉淀分離，有效去除剩余污泥中的重金屬，減小剩余污泥的毒性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述去除剩余污泥中的重金屬的方法，其特征在于該方法由以下步 驟組成(1)污泥生物淋濾將培養(yǎng)馴化的接種液加入到含固率為2-4%的剩余污泥中，對(duì)污泥 進(jìn)行生物淋濾。生物淋濾條件為接種污泥量，20-30% (體積比)；溫度，室溫(20-30°C)； 攪拌速度，180r/min;鼓入空氣量，0.5L/(min · L污泥)；單質(zhì)硫投加量，6_10g/L污泥； Fe (SO4) · 7H20 投加量，8-12g/L 污泥。(2)污泥類Fenton氧化生物淋濾后的污泥pH降至2_3，在Fe2+和Fe3+共同催化作用 下進(jìn)行類Fenton氧化。類Fenton氧化的條件為溫度，室溫(20-30°C )；攪拌速度，180r/ min ；H2O2 投加量，8-10g/L 污泥；Fe (SO4) · 7H20 投加量，0_6g/L 污泥；反應(yīng)時(shí)間，40_60min。(3)污泥pH調(diào)節(jié)向處理后的污泥中加入Ca(OH)2溶液，調(diào)節(jié)污泥的pH至6_7。(4)污泥機(jī)械脫水采用板框壓濾或離心脫水方法對(duì)處理后的污泥脫水，得到含水率 在65-75%的脫水污泥。(5)液相中重金屬的沉淀去除向液相中加入適量Na2S用來沉淀重金屬，通過沉淀實(shí) 現(xiàn)固液分離。
3.利用權(quán)利要求2所述去除剩余污泥中的重金屬的方法，其特征在于經(jīng)過該方法處 理后，污泥中鎘、汞、鉛、鉻、砷、鎳、鋅和銅的溶出率分別達(dá)到50-65 %、50-70 %、15-35 %、 55-70%、70-80%、65-80%，60-85%和60-80%，污泥中的重金屬含量低于中華人民共和國 國家標(biāo)準(zhǔn)城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置農(nóng)用泥質(zhì)(CJT309-2009)和城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 園林綠化用泥質(zhì)(GB/T 23486-2009)的要求。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生物淋濾—類Fenton氧化耦合去除剩余污泥中重金屬的方法，屬于污水污泥處理技術(shù)領(lǐng)域。在投加足量底物的條件下，從污泥中培養(yǎng)馴化土著生物淋濾細(xì)菌作為接種液；將接種液加入到剩余污泥中，在有氧、攪拌和適量底物條件下對(duì)污泥進(jìn)行生物淋濾，至污泥的pH為2-3；在Fe2+和Fe3+催化作用下，H2O2產(chǎn)生強(qiáng)氧化性自由基等來氧化污泥；向處理后的污泥中加入Ca(OH)2溶液，調(diào)節(jié)污泥的pH至6-7；采用板框壓濾或離心脫水方法對(duì)處理后的污泥脫水，得到含水率在65-75％的脫水污泥。經(jīng)過污泥生物淋濾-類Fenton氧化耦合處理，污泥中鎘、汞、鉛、鉻、砷、鎳、鋅和銅的溶出率分別達(dá)到50-65％、50-70％、15-35％、55-70％、70-80％、65-80％、60-85％和60-80％，污泥中的重金屬含量低于中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置農(nóng)用泥質(zhì)(CJT309-2009)和城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質(zhì)(GB/T 23486-2009)的要求。
文檔編號(hào)C02F101/20GK101891358SQ20101021782
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月6日
發(fā)明者孫世昌, 張光明, 張盼月, 肖凌鵬 申請(qǐng)人:北京林業(yè)大學(xué)