專利名稱：利用高鐵酸鹽氧化使污泥減量化的污水處理新工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用高鐵酸鹽氧化使污泥減量化的污水處理工藝。該工藝能夠在凈化污水的同時，有效地降低剩余污泥的產(chǎn)量，減少剩余污泥后續(xù)處理與處置費用，可以用于工業(yè)和城市生活污水處理廠(站)。
背景技術(shù)：
基于活性污泥的生物污水處理方法是目前世界上應(yīng)用最廣泛的污水生物處理技術(shù)，但它一直存在一個最大的弊端，就是會產(chǎn)生大量的剩余污泥。隨著污水量的日益增加和污水處理率的不斷提高，今后幾年我國的污泥產(chǎn)量將會有大幅度的遞增。雖然污泥量只占污水量的I 2%，但污泥處理設(shè)施投資在整個污水處理廠總投資中占約40 50%，污泥的處理與處置費用一般要占總運行費用的30 60%。污泥處置已從過去僅僅作為污水處理的一個單元，發(fā)展成了污水處理廠不得不優(yōu)先考慮的重要環(huán)節(jié)，剩余污泥的處理與處置已成為污水處理廠運行中一個令人頭疼的問題。高昂的處理費用和越來越嚴(yán)格的限制性法律法規(guī)使得剩余污泥的處置問題越發(fā)嚴(yán)重，污泥的出路也益發(fā)狹窄。目前，國外污水處理廠的運行重點已從過去的優(yōu)質(zhì)出水轉(zhuǎn)向污泥產(chǎn)量的最小化。最理想的解決方案是開發(fā)出一種 “零排放污泥“的無泥工藝，但是，由于污泥中存在難降解有機質(zhì)和無機性物質(zhì)，很難將剩余污泥完全徹底的生物降解掉。因此，現(xiàn)實的方法就是在污水處理的同時盡可能地降低污泥產(chǎn)量。從源頭著手，在污水處理過程中減少剩余污泥產(chǎn)生符合“綠色生產(chǎn)”和“清潔生產(chǎn)”的思路方案。通過物理、化學(xué)、生物等手段，分解(或溶解)污泥固態(tài)有機質(zhì)，再利用活性污泥中的生物(主要是微生物)氧化降解這些生物有機質(zhì),可降低污水處理設(shè)施向外排放的污泥生物量，達(dá)到污水和污泥的一體化處理目的，從而避免了剩余污泥“末端治理”所產(chǎn)生的各種弊端。高鐵酸鹽是一種強氧化劑，其氧化還原電位為2. 20V，酸性條件下氧化性甚至高于臭氧，足以氧化分解污泥，而且無二次污染，氧化反應(yīng)產(chǎn)生的Fe3+是一種絮凝劑，可提高污泥的沉降性能，反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣可提高污水的溶解氧，促進曝氣。此工藝無需對現(xiàn)有的污水處理設(shè)備進行大的改型，運行成本較低。涉及高鐵酸鹽處理污泥的研究，國內(nèi)有一篇報道《環(huán)境科學(xué)》2011，32(7) 2019-2022。該研究報道高鐵酸鹽能氧化水解剩余活性污泥，高鐵投加量為m(Fe)Ai(SS)= O. 40 μ g/mg時，溶出的SC0D、NH4+-N、TP達(dá)到最大值。該研究報道描述了一種高鐵酸鹽氧化污泥方法，最終處理結(jié)果是污泥被氧化水解，但并未涉及相關(guān)污水和污泥處理工藝方面、以及污泥產(chǎn)率、污水處理效能、污泥脫水等內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用高鐵酸鹽氧化減少剩余污泥產(chǎn)量的污水處理新方法、新工藝，以較低的成本實現(xiàn)降低污水生物處理系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥量。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明將污水生物處理系統(tǒng)(傳統(tǒng)活性污泥工藝、A2/0活性污泥法、氧化溝活性污泥法等)與高鐵酸鹽氧化系統(tǒng)相結(jié)合，將剩余污泥用高鐵酸鹽氧化分解， 破壞剩余污泥的細(xì)胞壁，氧化后的剩余污泥以有機質(zhì)的形式進入到污水生物處理系統(tǒng)中， 通過活性污泥的生物降解作用，將這部分有機質(zhì)徹底分解轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳，從而降低系統(tǒng)所產(chǎn)生的污泥量。本發(fā)明所述的利用高鐵酸鹽氧化使污泥減量化的污水處理新工藝，其特征在于包括以下步驟a、生化處理單元在生化處理系統(tǒng)內(nèi)，通過微生物有效去除有機污染物，將有機污染物轉(zhuǎn)化為無機小分子物質(zhì)，生化單元內(nèi)維持一定的污泥濃度；b、沉淀單元經(jīng)生化單元處理后的污水進入二沉池，經(jīng)過I小時左右的停留沉淀后，上清水排出，沉淀下來的污泥一部分為剩余污泥，其余為回流污泥，其中2/3的回流污泥直接進入生化單元；C、高鐵酸鹽氧化處理單元1/3的回流污泥進入污泥反應(yīng)罐，與投入的高鐵酸鹽反應(yīng)10 30分鐘，高鐵酸鹽的投加量為每公斤污泥固體O. 2g(即高鐵酸鹽與剩余污泥的質(zhì)量比為O. 2 I)；d、污泥脫水單元剩余污泥采用壓濾或離心脫水。所述的生化處理單元為傳統(tǒng)活性污泥工藝，采用完全混合式曝氣池，水力停留時間為6小時，污泥濃度維持在4000 4500mg/L。所述的生化處理單元為A2/0活性污泥法， 采用厭氧池、缺氧池和好氧池，水力停留時間分別為2小時、2小時和6小時，污泥濃度分別維持在 2000 2500mg/L、2000 2500mg/L 和 3000 3500mg/L。本發(fā)明對現(xiàn)有的活性污泥工藝進行了改進，改進后的工藝可以減少剩余污泥的產(chǎn)量約35 45%。而且由于產(chǎn)生了絮凝劑Fe3+，污泥的沉降性能提高約30%，避免了污水處理廠經(jīng)常發(fā)生的污泥膨脹問題。又由于Fe3+與P043_的反應(yīng)，除磷效果提高，該工藝的其余運行性能與原有活性污泥工藝基本相同。該工藝具有設(shè)備簡單、投資少、無污染、運行管理方便、運行成本低等優(yōu)點，適合工業(yè)污水和城鎮(zhèn)生活污水處理廠應(yīng)用。本發(fā)明的顯著進步和優(yōu)點在于(I)不僅污泥減量效果顯著，而且污水除磷效率和污泥的沉降性大為提高。間接減少了化學(xué)和生物除磷費用，避免了磷排放的水體富營養(yǎng)化。沉降性能的提高可使污泥的脫水性改善，又進一步降低了污泥的體積和質(zhì)量。(2)投資與運行成本低。一般大型污水處理廠將污泥進行厭氧消化處理，目前我國的污泥厭氧消化處理設(shè)備絕大部分都是進口，設(shè)備的運行費用昂貴，管理復(fù)雜。本發(fā)明的新工藝，只需投資建設(shè)一個污泥反應(yīng)罐，而且污泥在反應(yīng)罐中只反應(yīng)停留10 30分鐘，氧化處理的污泥只有回流污泥量的1/3，罐小，建設(shè)費用低，一般小型污水處理廠都可以承受，且管理方便。相比于其他強氧化劑，如臭氧，高鐵酸鹽的價格較低，而且氧化處理的污泥只有污泥量的1/3，不需所有污泥都處理，運行成本低。(3)環(huán)境、社會與經(jīng)濟效益三豐收。目前我國的中、小型污水處理廠難以實行污泥厭氧消化，大部分只是將污泥脫水后填埋，這必將對填埋地周圍的整個生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響，從而危害到整個社會的和諧穩(wěn)定。經(jīng)濟較發(fā)達(dá)地區(qū)，也有采用焚燒的，但成本實在太高。本發(fā)明的新工藝，可減少剩余污泥約35 45%。一般污水處理廠每年可減少幾千到幾萬噸的干污泥，污泥處理與處置理費用每年就能下降幾百萬元至幾千萬元不等(處理成本保守以500元/噸計)。


圖I是利用高鐵酸鹽氧化使污泥減量化的污水處理新工藝。
具體實施方案以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的描述。以下實施例不對本發(fā)明的技術(shù)方案構(gòu)成限定。實施例I :本試驗采用的污水生物處理系統(tǒng)為實驗室規(guī)模的完全混合傳統(tǒng)活性污泥工藝，不具生物脫氮除磷功能。曝氣池有效容積為12. 5L，沉淀池有效容積為2. 2L。試驗裝置共2套，以相同速率(I. 5升/小時)向曝氣池輸入相同水質(zhì)的生活污水(C0D為600mg/ L7BOD5為260mg/L,總氮濃度為80mg/L,氨氮濃度為40mg/L),水力停留時間為6小時。曝氣池連續(xù)曝氣，曝氣池中的泥水混合物進入沉淀池，沉淀池中的污泥全部回流進入曝氣池中， 使曝氣池中污泥濃度(MLSS)逐漸增加。待曝氣池中污泥濃度(混合液懸浮固體MLSS)超過 4000mg/L, 一部分污泥回流進入曝氣池，使曝氣池中污泥濃度維持在4000mg/L，多余部分污泥作為剩余污泥排放。這樣兩套裝置連續(xù)運行2個月達(dá)到穩(wěn)定后(即出水COD濃度連續(xù)15 天小于100mg/L，肉眼觀察污泥絮體明顯，污泥沉降性能好，污泥體積沉降指數(shù)小于100，顯微鏡檢查污泥發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)相同類型的原生動物和后生動物，如鐘蟲、纖毛蟲和輪蟲等，表示污泥已經(jīng)培養(yǎng)成熟)。然后其中一套裝置作為對照，仍然繼續(xù)按原樣運行，而另一套裝置作為試驗裝置，采用本發(fā)明的能降低剩余污泥產(chǎn)量的新型污水處理工藝，即為高鐵酸鹽氧化系統(tǒng)與污水生物處理系統(tǒng)相結(jié)合的聯(lián)合工藝。1/3的回流污泥進入一個污泥反應(yīng)罐，并與加入的高鐵酸鉀反應(yīng)10分鐘(高鐵酸鉀與剩余污泥的質(zhì)量比為O. 2 I)，反應(yīng)后的污泥再進入曝氣池。其余的2/3回流污泥直接進入曝氣池，其余運行參數(shù)均和對照的傳統(tǒng)活性污泥工藝相同。兩套裝置所排放的剩余污泥烘干后，計算干重(克)，每天排放的剩余污泥干重累積計量。如此連續(xù)運行180天，得出180天的剩余污泥總量，再計算污泥產(chǎn)率(污泥總量 /180，克/天)，同時在運行期間每隔三天測定兩套裝置的進水和出水TOC濃度、氨氮濃度、 總磷濃度、污泥的體積沉降指數(shù)(SVI)，以比較兩套裝置的運行效能(即出水質(zhì)量)和污泥的沉降性能(見表I)。本發(fā)明的新工藝的污泥產(chǎn)量比傳統(tǒng)活性污泥工藝裝置減少45%，兩套裝置的出水TOC濃度、氨氮濃度幾乎相同。但新工藝的磷去除率提高73%，污泥的沉降性能比對照的傳統(tǒng)工藝提高30 %。表I 2套工藝的運行效能比較
權(quán)利要求
1.利用高鐵酸鹽氧化使污泥減量化的污水處理新工藝，其特征在于包括以下步驟(1)生化處理單元在生化處理系統(tǒng)內(nèi)，通過微生物有效去除有機污染物，將有機污染物轉(zhuǎn)化為無機小分子物質(zhì)，生化處理單元內(nèi)維持一定的污泥濃度；(2)沉淀單元經(jīng)生化處理單元處理后的污水進入二沉池，經(jīng)過I小時左右的停留沉淀后，上清水排出，沉淀下來的污泥一部分為剩余污泥，其余為回流污泥，其中2/3的回流污泥直接進入生化處理單元；(3)高鐵酸鹽氧化處理單元1/3的回流污泥進入污泥反應(yīng)罐，與投入的高鐵酸鹽反應(yīng) 10 30分鐘，高鐵酸鹽的投加量為每公斤污泥固體O. 2g (即高鐵酸鹽與剩余污泥的質(zhì)量比為 O. 2 I)；(4)污泥脫水單元剩余污泥采用壓濾或離心脫水。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新工藝，其特征在于污泥與高鐵酸鹽固體在污泥反應(yīng)罐中反應(yīng)10 30分鐘后，再進入生化處理單元中。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新工藝，其特征在于高鐵酸鹽與剩余污泥的質(zhì)量比為O.2 I。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新工藝，其特征在于新工藝中的高鐵酸鹽，可以是高鐵酸鉀， 也可以是高鐵酸鈉。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新工藝，其特征在于1/3的回流污泥經(jīng)過高鐵酸鹽的氧化處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新工藝，其特征在于新工藝中的污水生物處理系統(tǒng)可以是基于活性污泥的任何處理系統(tǒng)，傳統(tǒng)活性污泥工藝、A2/0活性污泥法、氧化溝活性污泥法等均可。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新工藝，其特征在于原有的生化處理單元和二沉池均維持不變，污泥反應(yīng)罐設(shè)置在污泥回流系統(tǒng)中。
全文摘要
利用高鐵酸鹽氧化降使污泥減量化的污水處理新工藝，步驟包括生化處理單元是在生化處理系統(tǒng)內(nèi)，通過微生物有效去除有機污染物，將其轉(zhuǎn)化為無機小分子物質(zhì)，生化處理單元內(nèi)維持一定的污泥濃度；沉淀單元是經(jīng)生化處理單元處理后的污水進入二沉池，泥水分離，沉淀下來的污泥一部分為剩余污泥，其余為回流污泥，其中2/3的回流污泥直接進入生化處理單元；高鐵酸鹽氧化處理單元是1/3的回流污泥進入污泥反應(yīng)罐，與投入的高鐵酸鹽反應(yīng)10～30分鐘，高鐵酸鹽與剩余污泥的質(zhì)量比為0.2∶1；污泥脫水單元是剩余污泥采用壓濾或離心脫水。本工藝可減少剩余污泥產(chǎn)量35～45％，具有設(shè)備簡單、投資少、無污染、運行管理方便、運行成本低等優(yōu)點，適合工業(yè)和城鎮(zhèn)污水處理廠應(yīng)用。
文檔編號C02F11/06GK102583937SQ201210025439
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者劉新文, 葉芬霞, 李穎 申請人:寧波工程學(xué)院