超聲波聯(lián)合芬頓反應(yīng)和厭氧消化處理工業(yè)污泥的方法及設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超聲波聯(lián)合芬頓反應(yīng)和厭氧消化處理工業(yè)污泥的方法及設(shè)備，處理方法包括預(yù)處理和后續(xù)處理兩個(gè)步驟：所述的預(yù)處理：是在一個(gè)設(shè)備中同時(shí)對(duì)工業(yè)污泥進(jìn)行芬頓反應(yīng)和超聲波破碎反應(yīng)，使工業(yè)污泥在破解的同時(shí)釋放出溶解性物質(zhì)；所述的芬頓反應(yīng)條件是：pH1.5-3.5，H2O2的投加量7-21g/L，F(xiàn)e2+的投加量0.1-3g/L，反應(yīng)時(shí)間為0.5-2.0h，反應(yīng)溫度為50-70℃，所述的超聲破碎的聲能密度為0.1-3w/m3，超聲時(shí)間為10-50min；所述的后續(xù)處理是經(jīng)芬頓超聲破碎后的污泥，進(jìn)入?yún)捬跸蓿M(jìn)行厭氧消化產(chǎn)沼氣，產(chǎn)生的一部分沼氣用作燃料，另一部分沼氣從罐底循環(huán)至罐內(nèi)，形成內(nèi)循環(huán)，代替攪拌器，不需要維護(hù)攪拌器。
【專利說明】超聲波聯(lián)合芬頓反應(yīng)和厭氧消化處理工業(yè)污泥的方法及設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種污泥處理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及工業(yè)污泥及城市污泥的處理及資源化利用的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活水平不斷的提高，工業(yè)生產(chǎn)和城市生活產(chǎn)生大量的污泥。這些污泥多以填埋處置為主，占地面積大，處理費(fèi)用高。有的經(jīng)過處理后作為農(nóng)業(yè)有機(jī)肥，在發(fā)達(dá)國(guó)家，污泥處理處置是極其重要的環(huán)節(jié)，其投資約占污水處理廠總投資的50.0-70.0%，可見污泥處理費(fèi)用之高之多。
[0003]工業(yè)污泥，特別是食品污泥中，例如酒精廢液、淀粉污泥、罐頭廠污泥等富含有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鈣、鎂等營(yíng)養(yǎng)元素，若將污泥氧化破解，使?fàn)I養(yǎng)元素得以釋放，并加以利用，不僅能使污泥減量化，節(jié)省填埋處置成本，還能實(shí)現(xiàn)污泥資源化利用，產(chǎn)生額外的經(jīng)濟(jì)效益。而氮磷元素是富營(yíng)養(yǎng)化的主要污染因子，若大量排放至地表，勢(shì)必影響地表水的水質(zhì)，嚴(yán)重的話，會(huì)引起富營(yíng)養(yǎng)化，若能將其利用，作為厭氧消化氮源等營(yíng)養(yǎng)源，既能有效利用，又能減少污染。
[0004]有關(guān)工業(yè)污泥和廢水廢渣處理的文獻(xiàn)報(bào)道較多，但芬頓反應(yīng)是最近人們研究的一個(gè)熱點(diǎn)之一。
[0005]芬頓反應(yīng)(Fenton)是一種高級(jí)氧化技術(shù),通過Fe2+與H2O2的反應(yīng),產(chǎn)生強(qiáng)氧化劑羥基自由基，繼而氧化破解污泥，破壞污泥微生物的細(xì)胞壁，使細(xì)胞體內(nèi)的細(xì)胞質(zhì)釋放，并將大分子難降解有機(jī)物分解`為小分子物質(zhì)，增加污泥的無(wú)機(jī)化程度，F(xiàn)enton氧化技術(shù)是一種有效的污泥預(yù)處理技術(shù)，但Fenton氧化技術(shù)需要高濃度的酸和亞鐵離子和過氧化氫，成本較高，如何減少過氧化氫使用量，進(jìn)一步降低Fenton氧化成本是研究的方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決污泥減量化和資源化而提出一種利用超聲波聯(lián)合Fenton氧化技術(shù)預(yù)處理工業(yè)污泥和城市污泥，進(jìn)而進(jìn)行厭氧消化獲得沼氣的一項(xiàng)方法。
[0007]超聲波聯(lián)合芬頓反應(yīng)和厭氧消化處理工業(yè)污泥的方法，其特征在于:處理方法包括預(yù)處理和后續(xù)處理兩個(gè)步驟:所述的預(yù)處理:是首先在一個(gè)設(shè)備中同時(shí)對(duì)工業(yè)污泥進(jìn)行芬頓反應(yīng)和超聲波破碎反應(yīng)，使得工業(yè)污泥在降解的同時(shí)分解為小分子物質(zhì)；所述的芬頓反應(yīng)條件是:pH 1.5-3.5，H2O2的投加量7-21g/L，F(xiàn)e2+的投加量0.1_3 g/L，反應(yīng)時(shí)間為0.5-2.0h，反應(yīng)溫度為50-70°C，所述的超聲破碎的聲能密度為0.l-3w/ m3，超聲時(shí)間為10-50 min ;所述的后續(xù)處理是經(jīng)芬頓超聲破碎后的污泥，進(jìn)入到厭氧消化罐，進(jìn)行厭氧消化產(chǎn)沼氣。產(chǎn)生的一部分沼氣用作燃料，另一部分沼氣從罐底循環(huán)至罐內(nèi)，形成內(nèi)循環(huán)，代替攪拌器。
[0008]所述的芬頓反應(yīng)是首先將工業(yè)污泥加入酸調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)污水的pH為1.5-3.5 ;酸調(diào)節(jié)劑是硫酸或鹽酸。
[0009]以上超聲波聯(lián)合芬頓反應(yīng)和厭氧消化處理工業(yè)污泥的方法采用的設(shè)備，包括芬頓反應(yīng)器和超聲波反應(yīng)器及厭氧消化罐，所述的芬頓反應(yīng)器和超聲波反應(yīng)器及厭氧消化罐做成一體式，稱為超聲芬頓反應(yīng)池，超聲芬頓反應(yīng)池安裝在厭氧消化罐的上部，超聲芬頓反應(yīng)池外部有防護(hù)罩，超聲芬頓反應(yīng)池內(nèi)部設(shè)有超聲換能器，超聲換能器接外部的超聲波發(fā)生器；超聲芬頓反應(yīng)池上部有污泥入口管、芬頓反應(yīng)劑入口和加酸管，和超聲芬頓反應(yīng)池底部有出泥管通到與下部的厭氧消化罐，厭氧消化罐上部有沼氣收集管，底部有出泥管和出水管，出水管接循環(huán)泵，沼氣收集管有接管通到厭氧消化罐底部作為攪拌的反沖污泥器波池出口接厭氧消化罐，厭氧消化罐上部和下部都設(shè)有沼氣出口管，消化罐底部設(shè)有出泥管。
[0010]超聲芬頓反應(yīng)池根據(jù)需要，可以增加攪拌器。
[0011]厭氧消化罐出口的污泥可以直接作為有機(jī)肥料的原料。
[0012]厭氧消化罐出口的少量污水經(jīng)過沉淀符合環(huán)保要求后可以排放。
[0013]本發(fā)明的原理:
亞鐵鹽和過氧化氫的組合體系稱為Fenton試劑，具有強(qiáng)氧化性，能有效氧化去除傳統(tǒng)廢水處理技術(shù)無(wú)法去除的難降解有機(jī)物，如可將羧酸、醇、酯類氧化為無(wú)機(jī)態(tài)，氧化效果十分明顯，其實(shí)質(zhì)是H2O2在Fe2+的催化作用下生成具有高反應(yīng)活性的羥基自由基(-OH), -OH氧化破解污泥，破壞污泥微生物的細(xì)胞壁，使細(xì)胞體內(nèi)的細(xì)胞質(zhì)釋放，并將大分子難降解有機(jī)物分解為小分子物質(zhì)，增加污泥的無(wú)機(jī)化程度。
[0014]超聲波是頻率高于20kHz，并且不引起聽覺的彈性波。超聲波的空化效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械作用是超聲技術(shù)用于加速藥酒泡制過程的三大理論依據(jù)。(I)空化作用。液體中往往存在一些真空的或含有少量氣體或蒸汽的小氣泡，這些小氣泡尺寸不一。當(dāng)一定頻率的超聲波作用于液體時(shí)，只有尺寸適宜的小泡能發(fā)生共振現(xiàn)象，大于共振尺寸的小泡被驅(qū)出液體外，小于共振尺寸的小 泡在超聲作用下逐漸變大。接近共振尺寸時(shí)，聲波的稀疏階段使小泡迅速脹大，在聲波的壓縮階段，小泡又突然被絕熱壓縮，直至湮滅。湮滅過程中，小泡內(nèi)部可達(dá)幾千度的高溫和幾千個(gè)大氣壓的高壓。上述現(xiàn)象稱為空化現(xiàn)象。在小泡脹大時(shí)，由于摩擦可產(chǎn)生電荷，在湮滅過程中可產(chǎn)生放電、發(fā)光現(xiàn)象。超聲波可以使常溫常壓不能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)在空化作用下發(fā)生，可以使污泥的細(xì)胞破裂，加速分解。(2)熱效應(yīng)。超聲波在媒質(zhì)中傳播，其振動(dòng)能量不斷被媒質(zhì)吸收轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏棺陨頊囟壬?。聲能被吸收可引起媒質(zhì)中的整體加熱，邊界外的局部加熱和空化形成激波時(shí)波前處的局部加熱等。超聲波的強(qiáng)度愈大，產(chǎn)生的熱作用愈強(qiáng)。這種局部的加熱效果可以加速藥材中有效成份的溶解。(3)機(jī)械作用。超聲波是機(jī)械振動(dòng)能量的傳播，可在液體中形成有效的攪動(dòng)與流動(dòng)，破壞介質(zhì)的結(jié)構(gòu)，粉碎液體中的顆粒，能達(dá)到普通低頻機(jī)械攪動(dòng)達(dá)不到的效果。這種機(jī)械攪拌作用可以使液體濃度擴(kuò)散，加速有效成份浸出。除此之外，還發(fā)現(xiàn)超聲波可激活某些酶與細(xì)胞參與的生理化學(xué)過程，提高酶加速細(xì)胞新陳代謝過程。在超聲過程中產(chǎn)生及打破波動(dòng)壓力所生成的微小氣泡而產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)機(jī)制，這種振動(dòng)具有破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)及組成作用。對(duì)非均相界面會(huì)因超聲波振動(dòng)的切向力和微射流等作用而使固相顆粒或板塊破碎變細(xì)，從而可起到清除污垢的作用，超聲有很強(qiáng)的殺菌保鮮效果。
[0015]本發(fā)明的有益效果:
1、首次采用超聲波聯(lián)合芬頓預(yù)處理后厭氧消化工業(yè)污泥。[0016]2、采用超聲芬頓氧化池與厭氧罐的疊加，實(shí)現(xiàn)無(wú)動(dòng)力厭氧消化進(jìn)泥，同時(shí)，厭氧罐可采用地埋式，大大縮小了占地面積。
[0017]3、厭氧消化產(chǎn)生的氣體，一部分用于罐內(nèi)氣體內(nèi)循環(huán)，進(jìn)行無(wú)動(dòng)力攪拌，大大減小了設(shè)備維護(hù)風(fēng)險(xiǎn)，且節(jié)約成本。
[0018]4、另一部分氣體可回收利用，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。污泥的有機(jī)物含量已經(jīng)降低，直接作為農(nóng)業(yè)有機(jī)肥。
[0019]5、本發(fā)明的超聲波聯(lián)合芬頓預(yù)處理后厭氧消化工業(yè)污泥可以應(yīng)用于處理食品工業(yè)污泥、紡織工業(yè)污泥、城市污泥和冶金工業(yè)污泥，特別對(duì)于濃度高，粘度大，有顏色的污泥處理，有較好的效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明啤酒工業(yè)剩余污泥的資源化處理設(shè)備示意圖。
[0021]如圖1所示，超聲波聯(lián)合芬頓反應(yīng)和厭氧消化處理工業(yè)污泥的方法采用的設(shè)備，包括芬頓反應(yīng)器和 超聲波反應(yīng)器及厭氧消化罐，所述的芬頓反應(yīng)器和超聲波反應(yīng)器及厭氧消化罐做成一體式，稱為超聲芬頓反應(yīng)池，超聲芬頓反應(yīng)池安裝在厭氧消化罐的上部，超聲芬頓反應(yīng)池外部有防護(hù)罩，超聲芬頓反應(yīng)池內(nèi)部設(shè)有超聲換能器，超聲換能器接外部的超聲波發(fā)生器；超聲芬頓反應(yīng)池上部有污泥入口管、芬頓反應(yīng)劑入口和加酸管，和超聲芬頓反應(yīng)池底部有出泥管通到與下部的厭氧消化罐，厭氧消化罐上部有沼氣收集管，底部有出泥管和出水管，出水管接循環(huán)泵，沼氣收集管有接管通到厭氧消化罐底部作為攪拌的反沖污泥器波池出口接厭氧消化罐，厭氧消化罐上部和下部都設(shè)有沼氣出口管，消化罐底部設(shè)有出泥管。超聲芬頓反應(yīng)池根據(jù)需要，可以增加攪拌器。
[0022]
【具體實(shí)施方式】
[0023]實(shí)施例1
將啤酒污泥污水混合物通到超聲芬頓反應(yīng)池中，H2O2的投加量11 g/L, Fe2+的投加量
0.5 g/L，并加入硫酸調(diào)節(jié)pH到1.5-2.0，反應(yīng)時(shí)間為0.5h，反應(yīng)溫度為50°C，設(shè)定超聲破碎的聲能密度為0.1w/ m3,超聲時(shí)間=10 min ;超聲芬頓反應(yīng)池下方接厭氧消化罐,厭氧消化罐設(shè)有沼氣出口管、污泥出口管和污水出口管，污水出口管接污水沉淀罐，再接回收水箱，處理后的污泥可以直接作為有機(jī)肥料的原料，厭氧消化罐出口的少量污水沉淀后可以排放。
[0024]實(shí)施例2
將城市污泥污水混合物通到超聲芬頓反應(yīng)池中，H2O2的投加量11 g/L, Fe2+的投加量
0.8 g/L，并加入硫酸調(diào)節(jié)pH到2.0-3.0，反應(yīng)時(shí)間為1.5h，反應(yīng)溫度為60°C，設(shè)定超聲破碎的聲能密度為0.2w/ m3，超聲時(shí)間30 min;超聲芬頓反應(yīng)池下方接厭氧消化罐，厭氧消化罐設(shè)有沼氣出口管、污泥出口管和污水出口管，污水出口管接污水沉淀罐，再接回收水箱，處理后的污泥可以直接作為有機(jī)肥料的原料，厭氧消化罐出口的少量污水沉淀后可以排放。
[0025]實(shí)施例3將淀粉廠污泥污水混合物通到超聲芬頓反應(yīng)池中，H2O2的投加量15 g/L, Fe2+的投加量I g/L，并加入硫酸調(diào)節(jié)pH到2.0-3.0，反應(yīng)時(shí)間為1.5h，反應(yīng)溫度為60°C，設(shè)定超聲破碎的聲能密度為0.3w/ m3,超聲時(shí)間50 min ;超聲芬頓反應(yīng)池下方接厭氧消化罐,厭氧消化罐設(shè)有沼氣出口管、污泥出口管和污水出口管，污水出口管接污水沉淀罐，再接回收水箱，處理后的污泥可以直接作為有機(jī)肥料的原料，厭氧消化罐出口的少量污水沉淀后可以排放。
[0026]實(shí)施例3
將紡織廠有顏色的污泥污水混合物通到超聲芬頓反應(yīng)池中，H2O2的投加量20 g/L, Fe2+的投加量3 g/L，并加入硫酸調(diào)節(jié)pH到2.0-3.0，反應(yīng)時(shí)間為1.5h，反應(yīng)溫度為60°C，設(shè)定超聲破碎的聲能密度為0.3w/ m3,超聲時(shí)間50 min ;超聲芬頓反應(yīng)池下方接厭氧消化罐,厭氧消化罐設(shè)有沼氣出口管、污泥出口管和污水出口管，污水出口管接污水沉淀罐，再接回收水箱，處理后的污泥可以直接作為有機(jī)肥料的原料，厭氧消化罐出口的少量污水沉淀后可以排放。
[0027]實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn):
1、所述的芬頓反應(yīng)條件是:pH 1.5-3.5,H2O2的投加量7-21g/L，F(xiàn)e2+的投加量0-3 g/L，反應(yīng)時(shí)間為0.5-2.0h，反應(yīng)溫度為50-70°C，所述的超聲破碎的聲能密度為0.08-0.2w/m3，超聲時(shí)間為 10-50 min ;調(diào)節(jié)聲能密度分別為 0.08 W/mL,0.12 W/mL,0.16ff/mL,0.18 ff/mL和0.2W/mL，得到數(shù)據(jù)表明，這些條件都可以處理污泥。。
[0028]2、厭氧消化:在超聲聯(lián)合Fenton預(yù)處理污泥的實(shí)驗(yàn)條件下，氧化破解污泥，破解后，取出150mL的污泥于血清瓶中，接種200mL的厭氧顆粒污泥，進(jìn)行厭氧消化產(chǎn)沼氣。經(jīng)過15天的厭氧消化，未經(jīng)超聲強(qiáng)化的Fenton處理污泥累計(jì)產(chǎn)氣量為437mL，而經(jīng)超聲聯(lián)合Fenton預(yù)處理污泥的累計(jì)產(chǎn)氣量為584mL，相比提高了 23.64%的產(chǎn)氣量，甲烷作為一種新型的清潔能源，可以用于工廠供熱，減少燃煤的用量，節(jié)省了成本的同時(shí)還能減少污染。
【權(quán)利要求】
1.超聲波聯(lián)合芬頓反應(yīng)和厭氧消化處理工業(yè)污泥的方法，其特征在于:處理方法包括預(yù)處理和后續(xù)處理兩個(gè)步驟:所述的預(yù)處理:是首先在一個(gè)設(shè)備中同時(shí)對(duì)工業(yè)污泥進(jìn)行芬頓反應(yīng)和超聲波破碎反應(yīng)，使得工業(yè)污泥在降解的同時(shí)分解為小分子物質(zhì)；所述的芬頓反應(yīng)條件是:pH 1.5-3.5，H2O2的投加量7-21g/L，F(xiàn)e2+的投加量0.1-3 g/L，反應(yīng)時(shí)間為0.5-2.0h，反應(yīng)溫度為50-70°C，所述的超聲破碎的聲能密度為0.l-3w/ m3，超聲時(shí)間為10-50 min ;所述的后續(xù)處理是經(jīng)芬頓超聲破碎后的污泥，進(jìn)入到厭氧消化罐，進(jìn)行厭氧消化產(chǎn)沼氣；產(chǎn)生的一部分沼氣用作燃料，另一部分沼氣從罐底循環(huán)至罐內(nèi)，形成內(nèi)循環(huán)，代替攪拌器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波聯(lián)合芬頓反應(yīng)和厭氧消化處理工業(yè)污泥的方法，其特征在于:所述的芬頓反應(yīng)是首先將工業(yè)污泥加入酸調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)污水的PH為1.5-3.5 ;酸調(diào)節(jié)劑是硫酸或鹽酸。
3.一種超聲波聯(lián)合芬頓反應(yīng)和厭氧消化處理工業(yè)污泥的方法采用的設(shè)備，其特征在于:包括芬頓反應(yīng)器和超聲波反應(yīng)器及厭氧消化罐，所述的芬頓反應(yīng)器和超聲波反應(yīng)器及厭氧消化罐做成一體式，稱為超聲芬頓反應(yīng)池，超聲芬頓反應(yīng)池安裝在厭氧消化罐的上部，超聲芬頓反應(yīng)池外部有防護(hù)罩，超聲芬頓反應(yīng)池內(nèi)部設(shè)有超聲換能器，超聲換能器接外部的超聲波發(fā)生器；超聲芬頓反應(yīng)池上部有污泥入口管、芬頓反應(yīng)劑入口和加酸管，和超聲芬頓反應(yīng)池底部有出泥管通到與下部的厭氧消化罐，厭氧消化罐上部有沼氣收集管，底部有出泥管和出水管，出水管接循環(huán)泵，沼氣收集管有接管通到厭氧消化罐底部作為攪拌的反沖污泥器。
4.權(quán)利要求1所述的超聲波聯(lián)合芬頓反應(yīng)和厭氧消化處理工業(yè)污泥的方法在處理食品工業(yè) 污泥、紡織工業(yè)污泥、城市污泥和冶金工業(yè)污泥方面的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】C02F11/06GK103613262SQ201310678092
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】陳仁義, 王英輝, 許道全, 姜白楊, 張丹, 張瑞杰 申請(qǐng)人:廣西大學(xué)