城市污水厂污泥土壤化处理工艺及其制备所得污泥和污泥应用

摘要

本发明公开了一种城市污水厂污泥土壤化处理工艺及其制备所得污泥和污泥应用，处理工艺包括以下步骤：S01，污泥的化学处理：污泥为城市污水处理厂浓缩池中的污泥，其含水率在90~99%；于浓缩池中投加复合氧化灭菌剂，搅拌，混合均匀，停留时间为1~2d；S02，污泥的压滤脱水：利用压滤机对污泥进行压滤，含水率降到80~88%；S03，污泥的再脱水：将压滤后的污泥输送到污泥调节池中，投加复合脱水剂，搅拌，混合均匀，停留时间为6~8d。本发明工艺操作简单，成本低，对污泥中微生物消杀效果好，有效降低其有机物、含水率以及重金属浓度，污泥土壤化效果稳定，有效地保护了环境，实现了污泥的资源化利用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种城市污水厂污泥处理工艺及其制备所得污泥和污泥应用，尤其涉及一种城市污水厂污泥土壤化处理工艺及其制备所得污泥和污泥应用，属于污泥处理技术领域。

背景技术

城市污水处理厂的污泥是指污水处理过程中所产生的固态、半固态及液态的废弃物，其成分复杂，是由污水中的悬浮物、微生物、微生物所吸附的有机物以及微生物代谢活动产物所形成的聚集体。随着国内污水处理事业的发展，污水厂总处理水量和处理程度将不断扩大和提高，产生的污泥量也日益增加。据估算，目前中国城市污水处理厂污泥年产量已超过3000万吨。污泥处理处置是解决城市水污染问题非常重要的一个系统，污泥处理处置是污水处理得以最终实施的保障，在经济发达国家，污泥处置是极其重要的环节，其投资占污水处理厂总投资的50～70％。

对城市污水处理厂污泥进行土壤化是实现资源节约型、环境友好型的重要手段。污泥中污染物质比较富足，目前污泥中已确认的病原体有24种细菌、7种病毒、5种原生动物和6种寄生虫，在污泥的处理处置中，这些病原体可通过各种途径传播，污染土壤并在一定程度上加速植物病害的传播。城市污泥中有机污染物主要有多环芳烃、苯并芘等，有的有机污染物还具有生物放大效应。污泥经压滤机压滤后污泥含水率仍有80～90％，含水率难以快速降低，影响污泥利用。另外，污泥中重金属种类繁多，主要有Cu，Zn，Pb，Ni，Cr和Cd等，其中Cu、Cr、Pb和Cd是污泥中常见的超标重金属。

目前市场上对城市污水处理厂污泥的处理工艺操作复杂，处理成本高，且处理效果并不理想，故急需一种新的处理工艺使污泥达到排放标准甚至是优级利用标准，实现污泥的资源化利用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种城市污水厂污泥处理工艺，该工艺中使用的氧化灭菌剂通过复合配比，降低了氧化灭菌剂的使用量，同时污泥处理效果好，大大降低了氧化灭菌剂对污泥土壤环境的影响，对环境友好；并且该工艺操作简单，成本低，对污泥中微生物消杀效果好，有效降低其有机物、含水率以及重金属浓度，污泥土壤化效果稳定，有效地保护了环境，实现了污泥的资源化利用；

进一步地，本发明提供一种脱水剂通过复合配比，降低了脱水剂的使用量，成本节约，同时污泥脱水效果好的城市污水厂污泥处理工艺；

更进一步地，本发明提供一种土质改良剂用量低，成本节约，重金属钝化效果好的城市污水厂污泥处理工艺；

更进一步地，本发明提供一种城市污水厂污泥土壤化处理工艺制备所得污泥，该污泥中有机物含量大于25％，微生物总量可降低90～96％，重金属Cu、Cr、Zn、Cd、Pb、Ni含量极低，达到排放标准；污泥含水率为34～45％；

更进一步地，本发明提供一种城市污水厂污泥土壤化处理工艺制备所得污泥的应用，该污泥可用作园林绿化用土或营养土，实现了污泥的资源化利用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

城市污水厂污泥土壤化处理工艺，包括以下步骤：

S01，污泥的化学处理：污泥为城市污水处理厂浓缩池中的污泥，其含水率在90～99％；于浓缩池中投加复合氧化灭菌剂，搅拌，混合均匀，停留时间为1～2d；

S02，污泥的压滤脱水：利用压滤机对污泥进行压滤，含水率降到80～88％；

S03，污泥的再脱水：将压滤后的污泥输送到污泥调节池中，投加复合脱水剂，搅拌，混合均匀，停留时间为6～8d；S03处理后的污泥的含水率降到34～45％；

S04，污泥的调理：于污泥调节池中加入土质改良剂，搅拌，混合均匀，停留时间为2～3d；

所述复合氧化灭菌剂包括复合氧化灭菌剂一或复合氧化灭菌剂二；所述复合氧化灭菌剂一包括50～100mmol/L>2CrO₄溶液、25～75mmol/L>2O₂溶液或100～140mmol/LNa₂O₂溶液、80～120mmol/L过氧化锶溶液或30～70mmol/L>2S₂O₈溶液、60～80mmol/L过氧化间氯苯甲酸溶液；所述复合氧化灭菌剂二包括50～100mmol/L>4溶液、120～200mmol/LH₂O₂溶液、50～80mmol/L>2S₂O₈溶液、50～100mmol/L>

所述复合氧化灭菌剂的添加量占污泥体积比的2～5％。

所述复合氧化灭菌剂一中各组分的体积份为：5～15份K₂CrO₄溶液、10～20份H₂O₂溶液或Na₂O₂溶液、5～10份过氧化锶溶液或K₂S₂O₈溶液、10～15份过氧化间氯苯甲酸溶液。

所述复合脱水剂包括黏土矿物、工业副产品和磷酸盐中的两种或多种混合物；所述黏土矿物包括膨润土；所述工业副产品包括粉煤灰和/或熟石灰；所述磷酸盐包括过磷酸钙、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠和磷酸二氢铵中的一种或多种；所述复合脱水剂的用量占污泥体积比的8～12％。

所述黏土矿物的掺量占污泥体积比的2～8％，工业副产品的掺量占污泥体积比的1.5～8％，磷酸盐的掺量占污泥体积比的2～6％。

所述复合脱水剂中还包括三氯化铁和聚丙烯酰胺。

所述土质改良剂包括磺化甲醛丙酮缩聚物溶液75～80wt％、木质素磺酸盐8～12wt％、无机螯合剂5～10wt％和表面活性剂1～3wt％；所述土质改良剂的用量占污泥体积比的0.3～0.7％。

城市污水厂污泥土壤化处理工艺制备所得污泥。

城市污水厂污泥土壤化处理工艺制备所得污泥的应用，所述污泥可作为土壤来使用。

所述土壤包括园林绿化用土或营养土。

本发明的有益效果在于：

(1)污泥的化学处理步骤有效去除了污泥中的致病微生物和有机污染物，并且氧化灭菌剂为复合成分，用量低，成本节约，处理后污泥中有机物含量大于25％，微生物总量可降低90～96％；且氧化灭菌操作简单易行，成本低廉，污泥氧化灭菌效果稳定；

(2)污泥的压滤脱水及污泥的再脱水步骤的结合，有效降低了污泥的含水率，脱水剂为复合成分，用量低，成本节约，处理后污泥含水率降到34～45％；且脱水步骤简单可控，成本低廉，脱水效果稳定；

(3)污泥的调理步骤有效去除了污泥中的重金属，土质改良剂为复合成分，用量低，成本节约，处理后污泥中重金属Cu、Cr、Zn、Cd、Pb、Ni含量极低，达到排放标准；且重金属钝化步骤简单可控，成本低廉，钝化效果稳定。

具体实施方式

下面对本发明作更进一步的说明。

实施例1：

城市污水厂污泥土壤化处理工艺，包括以下步骤：

S01，污泥的化学处理：取用1L南京市污水厂浓缩池中污泥，其含水率为95％；于污泥中投加15mL 75mmol/L>2CrO₄溶液、10mL 50mmol/L>2O₂溶液、5mL>

S02，污泥的压滤脱水：与污水厂污泥处理工艺中的压滤机结合，利用压滤机对污泥进行压滤，使含水率降到85％；

S03，污泥的再脱水：于压滤后的污泥中投加6％粉煤灰、2％黏土矿物和2％熟石灰，搅拌，混合均匀，反应7d后，测量污泥的含水率；

S04，污泥的调理：于污泥调节池中加入0.5％的土质改良剂，搅拌，混合均匀，反应2d测其中多种重金属的浓度；

所述土质改良剂包括磺化甲醛丙酮缩聚物溶液75wt％、木质素磺酸盐12wt％、无机螯合剂10wt％和表面活性剂3wt％。

根据本实施例的城市污水厂污泥土壤化处理工艺制备所得污泥，该污泥中有机物含量大于25％，微生物总量可降低96％，重金属Cu、Cr、Zn、Cd、Pb、Ni含量极低，达到排放标准；污泥含水率为40.1％。

根据本实施例的城市污水厂污泥土壤化处理工艺制备所得污泥的应用，所述污泥可作为土壤来使用。所述土壤包括园林绿化用土或营养土。

通过以上步骤所测得的污泥的微生物生物量碳、典型有机污染物、含水率以及选取的典型重金属Cr、Cd、Cu的浓度如下表1。

实施例2：

城市污水厂污泥土壤化处理工艺，包括以下步骤：

S01，污泥的化学处理：取用1L南京市污水厂浓缩池中污泥，其含水率为95％；于污泥中投加5mL 75mmol/LK₂CrO₄溶液、20mL>2O₂溶液、10mL>2S₂O₈溶液、10mL>

S02，污泥的压滤脱水：与污水厂污泥处理工艺中的压滤机结合，利用压滤机对污泥进行压滤，使含水率降到85％；

S03，污泥的再脱水：于压滤后的污泥中投加8％膨润土、4％熟石灰，搅拌，混合均匀，反应7d后，测量污泥的含水率；

S04，污泥的调理：于污泥调节池中加入0.6％的土质改良剂，搅拌，混合均匀，反应2d测其中多种重金属的浓度；

所述土质改良剂包括磺化甲醛丙酮缩聚物溶液80wt％、木质素磺酸盐8wt％、无机螯合剂11wt％和表面活性剂1wt％；所述土质改良剂的用量占污泥体积比的0.3～0.7％。

根据本实施例的城市污水厂污泥土壤化处理工艺制备所得污泥，该污泥中有机物含量大于25％，微生物总量可降低94.67％，重金属Cu、Cr、Zn、Cd、Pb、Ni含量极低，达到排放标准；污泥含水率为37.3％。

根据本实施例的城市污水厂污泥土壤化处理工艺制备所得污泥的应用，所述污泥可作为土壤来使用。所述土壤包括园林绿化用土或营养土。

通过以上步骤所测得的污泥的微生物生物量碳、典型有机污染物、含水率以及选取的典型重金属Cr、Cd、Cu的浓度如下表2。

实施例3：

城市污水厂污泥土壤化处理工艺，包括以下步骤：

S01，污泥的化学处理：取用1L南京市污水厂浓缩池中污泥，其含水率为90％；于污泥中投加15mL 75mmol/LKMnO₄溶液、15mL>2O₂溶液、15mL 60mmol/L>2S₂O₈形成复合氧化灭菌剂，并与污泥充分混匀，反应2d后可进行微生物量碳质量分数以及有机物含量测定；

S02，污泥的压滤脱水：与污水厂污泥处理工艺中的压滤机结合，利用压滤机对污泥进行压滤，使含水率降到80％；

S03，污泥的再脱水：于压滤后的污泥中投加4％膨润土、4％粉煤灰、4％熟石灰，搅拌，混合均匀，反应6d后，测量污泥的含水率；

S04，污泥的调理：于污泥调节池中加入0.3％的土质改良剂，搅拌，混合均匀，反应7d测其中多种重金属的浓度；

所述土质改良剂包括磺化甲醛丙酮缩聚物溶液78wt％、木质素磺酸盐10wt％、无机螯合剂10wt％和表面活性剂2wt％。

根据本实施例的城市污水厂污泥土壤化处理工艺制备所得污泥，该污泥中有机物含量大于25％，微生物总量可降低95.25％，重金属Cu、Cr、Zn、Cd、Pb、Ni含量极低，达到排放标准；污泥含水率为35％。

根据本实施例的城市污水厂污泥土壤化处理工艺制备所得污泥的应用，所述污泥可作为土壤来使用。所述土壤包括园林绿化用土或营养土。

通过以上步骤所测得的污泥的微生物生物量碳、典型有机污染物、含水率以及选取的典型重金属Cr、Cd、Cu的浓度如下表3。

实施例4：

城市污水厂污泥土壤化处理工艺，包括以下步骤：

S01，污泥的化学处理：取用1L南京市污水厂浓缩池中污泥，其含水率为99％；于污泥中投加15mL 60mmol/L>4溶液、15mL 130mmol/L>2O₂溶液、15mL 75mmol/L>2S₂O₈溶液形成复合氧化灭菌剂，并与污泥充分混匀，反应1d后可进行微生物量碳质量分数以及有机物含量测定；

S02，污泥的压滤脱水：与污水厂污泥处理工艺中的压滤机结合，利用压滤机对污泥进行压滤，使含水率降到88％；

S03，污泥的再脱水：于压滤后的污泥中投加6％膨润土、2％粉煤灰、4％熟石灰，搅拌，混合均匀，反应6d后，测量污泥的含水率；

S04，污泥的调理：于污泥调节池中加入0.7％的土质改良剂，搅拌，混合均匀，反应8d测其中多种重金属的浓度；

所述土质改良剂包括磺化甲醛丙酮缩聚物溶液76wt％、木质素磺酸盐11wt％、无机螯合剂10wt％和表面活性剂3wt％。

根据本实施例的城市污水厂污泥土壤化处理工艺制备所得污泥，该污泥中有机物含量大于25％，微生物总量可降低90％，重金属Cu、Cr、Zn、Cd、Pb、Ni含量极低，达到排放标准；污泥含水率为45％。

根据本实施例的城市污水厂污泥土壤化处理工艺制备所得污泥的应用，所述污泥可作为土壤来使用。所述土壤包括园林绿化用土或营养土。

通过以上步骤所测得的污泥的微生物生物量碳、典型有机污染物、含水率以及选取的典型重金属Cr、Cd、Cu的浓度如下表4。

实施例5：

本实施例与实施例1的区别仅在于：复合氧化灭菌剂为10mL 80mmol/L>4溶液、25mL 140mmol/L>2O₂溶液和10mL 60mmol/L>2S₂O₈溶液。

复合脱水剂为1％膨润土、3％粉煤灰、5％石灰、3％过磷酸钙。

根据本实施例的城市污水厂污泥土壤化处理工艺制备所得污泥，该污泥中有机物含量大于25％，微生物总量可降低93.59％，重金属Cu、Cr、Zn、Cd、Pb、Ni含量极低，达到排放标准；污泥含水率为39.1％。

通过以上步骤所测得的污泥的微生物生物量碳、典型有机污染物、含水率以及选取的典型重金属Cr、Cd、Cu的浓度如下表5。

实施例6：

本实施例与实施例1的区别仅在于：复合氧化灭菌剂为10mL 80mmol/L>4溶液、15mL 150mmol/L>2O₂溶液、20mL 60mmol/L>2S₂O₈溶液。

复合脱水剂为2％膨润土、3％粉煤灰和4％熟石灰。

根据本实施例的城市污水厂污泥土壤化处理工艺制备所得污泥，该污泥中有机物含量大于25％，微生物总量可降低91.74％，重金属Cu、Cr、Zn、Cd、Pb、Ni含量极低，达到排放标准；污泥含水率为35.8％。

通过以上步骤所测得的污泥的微生物生物量碳、典型有机污染物、含水率以及选取的典型重金属Cr、Cd、Cu的浓度如下表6。

实施例7：

本实施例与实施例1的区别仅在于：复合氧化灭菌剂为5mL 75mmol/L>4溶液、20mL 120mmol/L>2O₂溶液、10mL 50mmol/L>2S₂O₈溶液、10mL80mmol/L>

复合脱水剂为3％膨润土、4％粉煤灰和5％熟石灰。

根据本实施例的城市污水厂污泥土壤化处理工艺制备所得污泥，该污泥中有机物含量大于25％，微生物总量可降低94.67％，重金属Cu、Cr、Zn、Cd、Pb、Ni含量极低，达到排放标准；污泥含水率为37.3％。

通过以上步骤所测得的污泥的微生物生物量碳、典型有机污染物、含水率以及选取的典型重金属Cr、Cd、Cu的浓度如下表7。

实施例8：

本实施例与实施例1的区别仅在于：复合氧化灭菌剂为10mL 80mmol/L>4溶液、25mL 140mmol/L>2O₂溶液、10mL 60mmol/L>2S₂O₈溶液。

复合脱水剂为3.5％膨润土、1％粉煤灰、0.5％熟石灰和3％过磷酸钙。

根据本实施例的城市污水厂污泥土壤化处理工艺制备所得污泥，该污泥中有机物含量大于25％，微生物总量可降低90.17％，重金属Cu、Cr、Zn、Cd、Pb、Ni含量极低，达到排放标准；污泥含水率为35.0％。

通过以上步骤所测得的污泥的微生物生物量碳、典型有机污染物、含水率以及选取的典型重金属Cr、Cd、Cu的浓度如下表8。

实施例9：

本实施例与实施例1的区别仅在于：复合氧化灭菌剂为5mL 100mmol/L>4溶液、20mL 130mmol/L>2O₂溶液、20mL 80mmol/L>2S₂O₈溶液。

复合脱水剂为4％膨润土、3％粉煤灰和5％熟石灰。

根据本实施例的城市污水厂污泥土壤化处理工艺制备所得污泥，该污泥中有机物含量大于25％，微生物总量可降低93.23％，重金属Cu、Cr、Zn、Cd、Pb、Ni含量极低，达到排放标准；污泥含水率为36.6％。

通过以上步骤所测得的污泥的微生物生物量碳、典型有机污染物、含水率以及选取的典型重金属Cr、Cd、Cu的浓度如下表9。

实施例10：

本实施例与实施例1的区别仅在于：复合氧化灭菌剂为10mL75mmol/L>4溶液、20mL 130mmol/L>2O₂溶液、15mL 70mmol/L>2S₂O₈溶液。

复合脱水剂为3％膨润土、3％粉煤灰、4％熟石灰和2％过磷酸钙。

根据本实施例的城市污水厂污泥土壤化处理工艺制备所得污泥，该污泥中有机物含量大于25％，微生物总量可降低95.15％，重金属Cu、Cr、Zn、Cd、Pb、Ni含量极低，达到排放标准；污泥含水率为34.8％。

通过以上步骤所测得的污泥的微生物生物量碳、典型有机污染物、含水率以及选取的典型重金属Cr、Cd、Cu的浓度如下表10。

实施例11：

本实施例与实施例1的区别仅在于：复合氧化灭菌剂为10mL50mmol/L>4溶液、10mL 200mmol/L>2O₂溶液和30mL50mmol/LNaClO溶液。

复合脱水剂为2％膨润土、3％磷酸二氢钠和3％磷酸氢二钠。

实施例12：

本实施例与实施例11的区别仅在于：复合氧化灭菌剂为10mL100mmol/L>4溶液和10mL100mmol/LNaClO溶液。

实施例13：

本实施例与实施例11的区别仅在于：复合氧化灭菌剂为5mL 50mmol/L>2CrO₄溶液、10mL 75mmol/L>2O₂溶液、5mL>

实施例14：

本实施例与实施例11的区别仅在于：复合氧化灭菌剂为15mL 100mmol/L>2CrO₄溶液、15mL>2O₂溶液、10mL>

实施例15：

本实施例与实施例11的区别仅在于：复合氧化灭菌剂为5mL 70mmol/L>2CrO₄溶液、20mL>2O₂溶液、10mL 30mmol/L>2S₂O₈溶液和15mL>

实施例16：

本实施例与实施例11的区别仅在于：复合氧化灭菌剂为5mL 90mmol/L>2CrO₄溶液、10mL 25mmol/L>2O₂溶液、5mL>

所述复合脱水剂为3％膨润土、5％磷酸二氢铵、5％三氯化铁和4％聚丙烯酰胺。

从上述结果中可以看出，本发明对污泥中微生物、含水率、有机物、重金属的去除效果好，制备方法简单，极大提升了污泥的土壤化利用效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。