申请日2015.11.06
公开(公告)日2016.01.06
IPC分类号C02F11/00; C02F11/10; C02F11/04; B01J20/10; B01J20/30
摘要
本发明属于污泥处理领域，公开了一种污泥资源化处理方法。该方法通过水热处理、固液分离、复合吸附材料吸附及厌氧发酵等步骤对污泥处理实现资源化。该方法最大程度降低成本，以废治污，容易推广;利用物理吸附和化学沉淀法协同作用去除污泥中的氮磷，提高厌氧消化效率，同时能够解决去除氮磷之后的沉淀结晶难以回收利用、堵塞除污管道及泵体的技术难题;该复合吸附材料除污后的废料还能作为缓释肥料应用，变废为宝。
权利要求书
1.一种污泥资源化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对污泥进行水热处理，得到的泥水混合液固液分离，得到固相和液相;
(2)向液相中加入复合吸附材料进行氮磷吸附，其中，复合吸附材料由重量比1:3-3:1的 废旧玻璃和白云石制备而成;
(3)氮磷吸附后的液相与固相混合进行厌氧产沼气;
(4)产沼气后的泥水混合液进行固液分离，固相回流到水热处理，液相再次经过复合吸附 材料吸附后回到水热处理。
2.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于：水热处理时间为0.5-1.5h，水热处理温度 为80-200℃。
3.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于：厌氧产沼气的时间为20-35天。
4.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于：复合吸附材料吸附氮磷之后的废料用作缓 释肥料。
5.一种如权利要求1所述的处理方法中的复合吸附材料的制备方法，其特征在于：将废旧 玻璃和白云石粉碎过筛，用蒸馏水拌匀、煅烧，制得复合吸附材料。
6.一种如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：废旧玻璃和白云石过筛后的粒度均为 20-100目。
7.一种如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：煅烧分为初次煅烧和再次煅烧。
8.一种如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：初次煅烧的温度为100-200℃，煅烧 的时间为0.5-1.5h。
9.一种如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：再次煅烧的温度为800-1000℃，再次 煅烧的时间为1-2h。
说明书
一种污泥资源化处理方法
技术领域
本发明涉及污泥处理领域，特别涉及一种污泥资源化处理方法。
背景技术
随着社会的发展，环境污染问题越来越受到人们的重视，污泥处理厂相应增多，产生的 剩余污泥量也会随之增加，并且目前我国“重水轻泥”现象严重，大多数中小型污泥处理厂 建厂设计时仅考虑到污泥浓缩、脱水工序，没有考虑到污泥内污泥的稳定化、无害化的要求。 污泥中含有较为丰富的有机质及氮、磷资源，如果能够回收利用这些资源，将对消除污泥造 成的环境污染和解决能源、资源的可持续利用具有重要意义。
厌氧消化是污泥资源化过程中非常重要的一个步骤，但是厌氧消化存在污泥停留时间长、 消化速率低、有机质破解程度低等问题。比如氮磷浓度过高会对厌氧微生物产生毒性作用， 抑制颗粒污泥的活性，甚至会是反应器失效，因此，必须在厌氧消化之前增加除氮磷预处理 步骤。厌氧发酵产气量大，污泥中的氨氮继续溶出，液相中的氨氮积累会增多，故在厌氧发 酵之后仍需去除污泥中的氮磷。
现有技术中通常采用添加药剂法、化学沉淀法等方法去除污泥中的氮磷，但是去除氮磷 之后形成的沉淀结晶，回收利用比较困难;并且随着时间的推移，慢慢会沉淀到污泥处理设 备的泵体及管路当中，影响污水处理效果并且损坏污水处理设备。因此，找到一种合适的方 法既能去除污泥中的氮磷强化厌氧消化，同时又能防止沉淀结晶沉淀到污泥处理设备的管路 中，具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种污泥资源化处理方法。该方法能够很好的去除污泥中的氮 磷，提高厌氧消化效率，与此同时可以防止沉淀结晶堵塞污泥处理设备。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种污泥资源化处理方法，包括以下步骤：
(1)对污泥进行水热处理，得到的泥水混合液固液分离，得到固相和液相;
(2)向液相中加入复合吸附材料进行氮磷吸附，其中，复合吸附材料由重量比1:3-3:1 的废旧玻璃和白云石制备而成;
(3)氮磷吸附后的液相与固相混合进行厌氧产沼气;
(4)将产沼气后的泥水混合液进行固液分离，固相回流到水热处理，液相再次经过复合 吸附材料回到水热处理。
污泥处理处置因地而异，因时而异，因此污泥的含水量也不尽相同，本发明在污泥水热 处理之前将污泥固液比调整为10-15%。
本发明提供的污泥资源化处理方法中，对污泥进行水热处理促进污泥絮体解絮、微生物 细胞破解及有机物水解，难溶的固体有机质转化为可溶性有机质进入液相，为厌氧消化提供 了充足的可直接分解利用的基质，能够大幅提高污泥的厌氧消化效率，从而为缩短剩余污泥 厌氧消化周期、提高沼气产率打下了坚实的基础。但是氮磷浓度过高会对厌氧微生物产生毒 性作用，抑制颗粒污泥的活性，甚至会是反应器失效，因此，还必须在厌氧消化之前增加除 氮磷预处理步骤，水热处理之后进行固液分离，液相通过复合吸附材料进行吸附处理，本发 明采用的复合吸附材料是由价格低廉的重量比1:3-3:1的废旧玻璃和白云石制备而成，此复合 吸附材料能够很好的去除液相中的氮磷，使厌氧效率提高，同时防止去除氮磷后形成的沉淀 堵塞设备，而且沉淀结晶可以回收利用。
优选的，本发明提供的处理方法中，水热处理时间为0.5-1.5h，水热处理温度为80-200℃。 温度对污泥中的有机物和氮磷溶出量影响较大，时间影响较小，低于80℃有机物和氮磷溶出 量很小，随着温度的升高，污泥中的有机物和氮磷溶出量逐渐增大，160℃时溶出量最高，当 温度达到200℃后，污泥的有机物和氮磷溶出量开始下降。综合考虑污泥有机物和氮磷溶出 量及耗能因素，将水热时间范围定在0.5-1.5h。
优选的，本发明提供的处理方法中，厌氧产沼气的时间为20-35天。发酵后的污泥进行 固液分离，液相再次使用复合吸附材料进行吸附，吸附后的液相与固相进入水热处理进入下 一轮的污泥处理循环，循环二到三次后固体可以直接填埋。
本发明提供的复合吸附材料吸附氮磷之后的废料可以用作缓释肥料，因其营养成分在材 料中的吸附方式，能够使其肥料中含有养分的化合物在土壤中释放速度缓慢或者养分释放速 度可以得到一定程度的控制以供作物持续吸收利用;此肥料的最重要特性是可以控制其释放 速度，在施入土壤以后逐渐分解，逐渐为作物吸收利用，使肥料中养分能满足作物整个生长 期中各个生长阶段的不同需要，肥效可维持时间长。另外，该废料因发达的孔隙结构，具有 很好的持水性，从而协调土壤中的水、肥、气、热，能够为作物生长创造良好的环境条件。
本发明提供的污泥资源化处理方法中的复合吸附材料的制备方法为，将废旧玻璃和白云 石粉碎过筛，用蒸馏水拌匀、煅烧，制得复合吸附材料。
本发明充分利用白云石中的钙镁资源，最大限度的降低成本，容易推广，如有需要可添 加其他低成本含碳酸钙，镁的废弃物，此类活性物质的天然结构和生物活性使其具有一定的 生物活性。白云石的主要化学成份为CaMg(CO3)2，可用于去除污泥中的氨氮和磷，但是利用 白云石作为活性物质处理污泥，其天然的结构特性使其吸附污泥中的氮磷存在一定的局限性， 而且产生的沉淀结晶无法回收利用，长时间使用会堵塞设备管路及泵体。
而廉价的废旧玻璃具有多孔结构，熔融后有一定的烧结作用，能用于成形，因此，本发 明可以采用添加废旧玻璃的方法解决上述问题，本发明提供的复合吸附材料是以玻璃作为基 体，白云石作为活性物质，对废旧玻璃和白云石的天然结构进行改性，利用复合吸附材料的 物理吸附和化学沉淀作用去除污泥中的氮磷;同时烧结成型的复合吸附材料可以将生成的沉 淀结晶固定住，避免堵塞设备的管路及泵体。
起初发现，简单的将废旧玻璃与白云石混合在一起制备复合吸附材料，复合吸附材料的 除氮磷效果并不理想，甚至一度放弃了制备复合吸附材料的最初努力，然而随着试验的进行， 我们惊奇的发现，采用特定目数及窄配比范围的废旧玻璃和白云石，可以制得除氮磷效果较 好的复合吸附材料，并且制备工艺参数对复合吸附材料的制备及成品的性能也有很大程度的 影响。本发明采用的废旧玻璃和白云石的重量比为1:3-3:1，如此窄配比的原料能够使成品复 合吸附材料达到最合适的硬度和吸附效果。更优选的，本发明采用的废旧玻璃和白云石的重 量比为1:1。
本发明采用的废旧玻璃和白云石过筛后的粒度均20-100目。玻璃和白云石的粒度的选择， 要考虑实际生产中粒度大小会导致在研磨过程中机械耗能的多少，同时更重要的是要考虑复 合吸附材料的结构和吸附效果，当玻璃和白云石的颗粒较粗时其研磨过程耗能较少，但制得 材料不易成型，吸附效果不好;当玻璃和白云石的颗粒很小时，白云石在水中出现粉化，导 致吸附的吸附效果不理想并且研磨过程耗能较高。因此，本发明最终选用的合适目数范围为 20-100。
本发明加入蒸馏水的目的是促进玻璃粉与白云石粉的充分混合均匀，即加入蒸馏水搅拌 后既不能使两者混合后太干，也不能太湿，因此蒸馏水的用量是随着玻璃与白云石混合后总 量的变化而变化的，蒸馏水的用量与最终材料的结构性能有关。
本发明采用的煅烧方式分为初次煅烧和再次煅烧。
优选的，初次煅烧的温度为100-200℃，煅烧的时间为0.5-1.5h，初次煅烧主要目的是使 混合材料中的蒸馏水蒸发，低温度煅烧在蒸发水分的同时，会使得材料经历预烧结的过程， 此时材料已经开始有固定形状，内部开始形成空隙结构，既增加了样品的表面积又减小了样 品的密度，促进了材料的成型。
优选的，再次煅烧的温度是800-1000℃，再次煅烧的时间为1-2h，再次煅烧使玻璃逐渐 融化，玻璃逐渐呈现烧结状态，玻璃及白云石的天然结构被破坏，随着加热温度的升高，复 合复合吸附材料的多孔结构重新穿插、搭建，穿插、搭建后的孔隙在三维空间相互贯通，形 成新的空间结构;与此同时，白云石中的CaMg(CO3)2和有机成分逐渐分解，使CO2和有机 物或者保留在材料中起造孔的作用，或者使新的空间结构的孔径增加，比表面积增大、很好 的提高了复合材料的吸附过滤性能;而且废旧玻璃与白云石混合的配方在1000℃时达到最佳 活化状态，溶出更多的钙离子和镁离子，能够更多的去除沉淀污泥中的氮磷。
将本发明提供的制备方法制得的复合吸附材料应用到污泥中可以很好的去除污泥中的氮 磷，一方面复合材料的多孔结构能够吸附污泥中的有机物及氮磷;另一方面污泥中的氮磷和 复合材料中的镁离子和钙离子发生化学反应，利用化学沉淀法去除污泥中的氮磷，活化的钙 镁离子与污泥中的氮磷可能生成的成分有Mg(NH4)PO4、Ca3(PO4)2、Ca5OH(PO4)3或 Ca(OH)2HPO4，污泥中的氮磷与复合吸附材料中的镁离子反应生成Mg(NH4)PO4;而偏酸性 的环境中复合吸附材料中的钙离子与磷酸根直接生成Ca3(PO4)2;偏碱性的环境里复合吸附材 料中的钙离子与磷酸根离子又可生成羟基磷灰石，即Ca5OH(PO4)3或Ca(OH)2HPO4。本发明 提供的复合吸附材料利用物理吸附和化学沉淀法协同作用去除污泥中的氮磷。
本发明提供了一种污泥资源化处理方法，该方法最大程度降低成本，以废治污，容易推 广;利用物理吸附和化学沉淀法协同作用去除污泥中的氮磷，提高厌氧消化效率，同时能够 解决去除氮磷之后的沉淀结晶难以回收利用、堵塞除污管道及泵体的技术难题;该复合吸附 材料除污后的废料还能作为缓释肥料应用，变废为宝。
