申请日2015.06.22
公开(公告)日2015.10.28
IPC分类号C04B38/02; C02F11/00
摘要
本发明公开了一种污泥综合处理方法，该方法包括以下步骤：多级沉淀;生化处理;曝气催化;和污泥资源化处理。在该处理方法中，曝气催化步骤使用对城市生活污水具有较高选择性的光催化剂，光催化降解效率高，另外通过将污泥进行改性和制造陶粒，提高了生活污水的资源化利用率，提高了污泥产品的附加值。
权利要求书
1.一种污泥综合处理方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(1)多级沉淀;(2)生化处理;(3)曝气催化;和(4)污泥资源化处 理，
所述污泥资源化处理包括：(a)将多级沉淀、生化处理、曝气催化处理 过程中产生的活性污泥进行汇集;(b)将污泥风干至水分含量低于15重 量%，然后向污泥中加入粉煤灰和石英砂，粉煤灰和石英砂的量基于所述 污泥的重量计分别为1-5重量%和1-3重量%，搅拌5-20小时;(c)然后 向其中加入基于所述污泥的重量计0.01-0.08重量%的聚丙烯酰胺和0. 02-0.08重量%的羟丙基甲基纤维素，搅拌1-8小时;(d)将步骤(2)的 物料在环境条件下风干至水含量低于8重量%，然后破碎至粒径为5mm 以下;(e)将破碎后的污泥制造成陶粒。
2.根据权利要求1的方法，其中所述多级沉淀步骤包括一级平流沉淀、 二级平流沉淀、絮凝反应和絮凝沉淀，所述平流沉淀的污水流向与污染物颗 粒沉降方向垂直。
3.根据权利要求1或2的方法，其中一级平流沉淀在一级平流沉淀池中 进行，二级平流沉淀在二级平流沉淀池中进行，絮凝反应在絮凝反应池中进 行，絮凝沉淀在絮凝沉淀池中进行。
4.根据前述权利要求中任一项的方法，其中在生化处理步骤中，包括好 氧处理和厌氧处理;好氧处理主要进行硝化作用和有机物的去除，好氧处理 区的底部设有曝气砂管以在曝气充氧的同时起搅拌作用，在好氧处理区上部 设有三相分离器;厌氧处理区主要进行反硝化和污泥储存。
5.根据前述权利要求中任一项的方法，其中在生化处理步骤中，将经沉 淀处理的污水均匀地穿过预置的带有好氧菌种的好氧滤料和带有厌氧菌 种的厌氧滤料。
6.根据前述权利要求中任一项的方法，其中在曝气催化步骤中，向加入 催化剂的水体进行鼓泡，进行曝气催化处理。
7.根据权利要求6的方法，其中在曝气催化步骤中，使用基于TiO2的光 催化剂进行曝气催化。
8.根据权利要求6或7的方法，其中在曝气催化步骤中，将经步骤(2) 生化处理的水经硅藻土过滤处理后，再进行曝气催化。
说明书
污泥综合处理方法
技术领域
本发明涉及污泥综合处理方法，特别是涉及来自生活污水的污泥的综合 处理方法。
背景技术
污泥是生活垃圾污染产生的污水的主要成分。污水是从住户、饭店、宾 馆、机关、学校、工厂等生活设施中，厨房、卫生间或者浴室正常使用所产 生的生活污水。生活污水中主要含有泥沙、油脂、皂液、果核、纸屑和事物 屑、病菌、杂物和粪便排泄物等。按照物质的化学性质，这些污水成分主要 可以分成有机物和无机物两类，通常有机物的比例相对较大，大概在百分之 六十左右，其余为无机物。按照物理性质进行分类，可分为胶体物质、可溶 性物质和不溶性物质。相对于工业排出的废水而言水质一般比较稳定，在使 用生物/化学方法的情况下，处理效果比较显著。
CN104649503A公开了一种生活污水处理系统，其特征在于：包括格栅、 调节池、缺氧池、好氧池、沉淀池、消毒池，格栅的输入端与调节池的输入 端连接，调节池的输出端与缺氧池的输入端连接，缺氧池的输出端也好氧池 的输入端连接，好氧池的输出端与沉淀池的输入端连接，沉淀池的输出端与 消毒池的输入端连接。
CN104261635A公开了一种生活污水的环保净化方法，其特征在于，步 骤包括：将生活污水暂时存储在集水池中，利用粗格栅打捞出体积大的渣滓， 然后利用污水泵提升污水的高度后，再利用细格栅打捞体积小的渣滓;将集 水池中的污水排入隔油池中，并用气浮法去除污水中的油脂;将去油后的污 水排入沉砂池中，分离出污水中的无机颗粒;将沉砂池中的污水排入到调节 池中，均化水质;通过污水提升泵进入缺氧池，利用缺氧微生物的降解能力 将污水中有机高分子污染物分解成有机低分子污染物;将缺氧池中的污水排 入生化池，利用生物膜法对污水进行处理;在人工湿地的进水区、处理区、 出水区内铺设防渗薄膜。
CN103508576A公开了一种城市生活污水的处理办法，在建设新城市时， 将城市生活用水的排水管道与生产用水的排水管道分别布置，同时，在城市 周边开展农业大开发，将城市生活污水经过处理引入农田或水网，而不是直 接排放到江河中去，作为种植农作物用的肥料，将城区中的生活污水通过独 立的管道集中收集在生活污水处理站，在城郊建立多个沉淀(粪便池)池和 净化池，利用管道，将城市生活污水从生活污水处理站输送到这些沉淀池和 净化池里，经过多级沉淀和净化后的水，另行处理，沉淀所得的粪便等，可 以作为肥料供农业种植用。
CN103265152A公开了一种生活污水处理方法，属于污水处理领域，其 工艺流程是生活污水收集-格栅粗过滤-泥砂沉淀及砂水分离-隔油沉淀-生物 处理-细过滤-反洗，其特征是所述格栅粗过滤，包括粗格栅过滤和细格栅过滤， 粗格栅的栅条间距为20mm;细格栅的栅条间距为5mm。
CN102020396A公开了一种生活污水处理方法，该方法是将生活污水先 进行固液分离，然后对分离后的污水进行二段式生化处理，处理后得到的清 水循环回用。
CN101108752A公开了一种生活污水处理方法，它是将生活污水与氧化 铝厂含碱废水充分混合后，进入氧化铝厂污水处理系统进行常规处理，其特 征在于：按体积百分比，生活污水10-50%，氧化铝厂含碱废水50-90%。
CN104291520A公开了一种生活污水处理及回用方法，其特征在于：将 生活污水进行分类排放，按照污水性质与来源的不同分为高浓度的黑水和低 浓度的灰水，黑水排离后，依次通过厌氧处理池、曝气接触氧化池、曝气高 耐污生态池、曝气低耐污生态池和生态沉淀处理池，处理后的黑水与灰水合 并后进入调节池，经过调节池调节后送入地下渗滤装置处理，该地下渗滤装 置处理的水经过消毒后回用于冲厕或达标排放。
CN103113007A公开了一种生活污水处理工艺，以生物膜法为核心，第 一级采用折板厌氧水解池，第二级采用曝气生物滤池，其中所述折板厌氧水 解池内部设置有折板，该折板厌氧水解池在厌氧条件下能够吸收磷。
CN103058312A公开了一种生活污水的处理方法，属于环境保护领域。 本发明向来自生化处理工序的生活污水中加入硅酸钙，加入量为 0.1-1.0g/100mL生活污水，并调节pH为2-12，使硅酸钙在水中分散均匀，并 维持15-90分钟;过滤收集处理后的水。
US2013213796A1公开了一种污水处理方法，其中涉及用于改性待经受 脱水和/或干燥的有机污泥的结构的方法，其包含所述有机污泥在其中暴露于 电场的作用的步骤，其中所述电场由直流电生成，所述有机污泥为湿固体形 式，具有按照重量计高于污泥总重量的10%的干物质含量。
“我国城市污水处理面临的问题及解决对策”，环境保护与循环经济， 2011年04期，综述了我国城市污水处理发展面临的问题，指出污水处理技 术落后城市污水处理技术是城市污水处理设施能否高效运转的关键，长期以 来，我国的污水处理技术都是沿袭了欧美国家近百年来的路线和处理技术， 在吸收、消化国外技术的同时也形成了自己的技术，城市污水处理技术有了 很大的发展，但是我国现阶段采用的污水处理技术与同期国外的技术水平相 比依然还很落后，始终存在效率低、能耗高、维修率高、自动化程度低等缺 点。
在包括上述文献在内的现有技术中，污泥通常被堆积废弃，未得到较好 利用，另外在曝气催化过程中使用的催化剂对城市生物污水缺乏针对性，导 致曝气催化效率不高。
发明内容
为解决上述问题，本发明人经过深入研究和大量实验，提出了如下技术 方案。
在一方面，提供了一种生活污水处理方法，其特征在于：该方法包括以 下步骤：(1)多级沉淀;(2)生化处理;(3)曝气催化;和(4)污泥资源化 处理，
所述污泥资源化处理包括：(a)将多级沉淀、生化处理、曝气催化处理 过程中产生的活性污泥进行汇集;(b)将污泥风干至水分含量低于15重 量%，然后向污泥中加入粉煤灰和石英砂，粉煤灰和石英砂的量基于所述 污泥的重量计分别为1-5重量%和1-3重量%，搅拌5-20小时;(c)然后 向其中加入基于所述污泥的重量计0.01-0.08重量%的聚丙烯酰胺和0. 02-0.08重量%的羟丙基甲基纤维素，搅拌1-8小时;(d)将步骤(2)的 物料在环境条件下风干至水含量低于8重量%，然后破碎至粒径为5mm 以下;(e)将破碎后的污泥制造成陶粒。
来自生活污水的污泥由于长期处于水下，结构松散，孔隙比很大，其 含水率非常高，达120%-180%，远大于污泥的液限，加之污泥天然结构 强度非常低，所以污泥常处于流塑和流动状态，因此如果要用在道路铺筑 中，应对其进行改性处理。污泥经过本发明的方法处理后，含水率大幅降 低，孔隙比减小，饱和度也相应降低，液性指数和压缩系数显著降低，使 污泥土由流塑变为可塑或坚硬状态，压缩性大大减小，黏聚力增强、内摩 擦角增大，从而使其抗剪强度得以提高，并且使土体颗粒间排列形式发生 变化，污泥结构得以重组，固化后的土体具有强度高、压缩性低的特性， 满足作为路基材料的功能要求，例如可以使土体强度提高约22%。
所述陶粒制造方法可以包括如下步骤：
(1)将粒径小于5mm的建筑垃圾粉碎颗粒转移到加热炉中于200-300℃ 的温度下干燥30-60分钟，将干燥后的原料转移至球磨机中，球磨处理10-60 分钟，球磨机转速200-300转/分;
(2)向球磨机中加入2-4重量%的造孔剂，继续球磨干混5-10分钟，然 后将混合原料转移至配料池中，加水适量水搅拌，造粒，粒径在5-9mm范围 内，然后自然晾干;
(3)将晾干后的粒状物转移至加热炉中，在300℃-500℃的温度下保温 20-60分钟，自然冷却至室温，即得陶粒成品。
所述造粒步骤可以使用成型机进行，也可以用捣打造粒法进行。
所述造孔剂优选为具有化学式RCNHCH2OH的酰胺类物质。
所述陶粒的制造可以使污泥产品具有更高的附加值，例如以目前市场 行情进行计算，由改性污泥制造成陶粒(即高强度轻体陶粒)，可以使污 泥的附加值进一步增加20-30%。
优选地，所述多级沉淀步骤包括一级平流沉淀、二级平流沉淀、絮凝反 应和絮凝沉淀，所述平流沉淀的污水流向与污染物颗粒沉降方向垂直。
一级平流沉淀可以在一级平流沉淀池中进行，二级平流沉淀可以在二级 平流沉淀池中进行，絮凝反应可以在絮凝反应池中进行，絮凝沉淀可以在絮 凝沉淀池中进行。
优选地，在所述生化处理步骤中，包括好氧处理和厌氧处理;其中好氧 处理主要进行硝化作用和有机物的去除，好氧处理区的底部设有曝气砂管以 在曝气充氧的同时起搅拌作用，在好氧区上部可设有三相分离器;厌氧区主 要进行反硝化和污泥储存。
优选地，在生化处理步骤中，经沉淀处理的污水均匀地穿过预置的带 有好氧菌种的好氧滤料和带有厌氧菌种的厌氧滤料。在所述处理过程中， 污水中的悬浮性微小污染物可被处理菌种吸附、滤料拦截，有机污染物被缺 氧、厌氧生化处理，生化处理的污水再经气水分离，将沼气排出利用。
在曝气催化步骤中，可以向加入催化剂的水体进行鼓泡，进行曝气催化 处理，使污水中的氨、氮析出。所述曝气可在自然光下进行。催化剂的用量 可以为0.01-0.2g/L(污水)，优选为0.05-0.1g/L(污水)。
在本发明的一个优选实施方式中，在曝气催化步骤中，使用基于TiO2的 光催化剂进行曝气催化。
所述基于TiO2的光催化剂优选为钒酸铋和Fe3+共掺杂的TiO2催化剂，其 可以标记为BiVO4-Fe3+/TiO2。基于所述催化剂的总重量计，BiVO4的含量可 以为5-15%重量，Fe3+的含量可以为1-5%重量。
所述催化剂可以通过如下方法制得：(1)在搅拌下将10-20mL的钛酸丁 酯缓慢加入20-60mL无水乙醇中，然后加入5-10mL冰乙酸，同时按规定 掺杂比例称取一定量的BiVO4和Fe2(SO4)3分别加入至20-60mL无水乙醇 中，然后将两种溶液混合，继续搅拌至凝胶状态后将其放入恒温干燥箱，以 60-100℃的温度恒温干燥5-10h后将样品研磨成粉末;(2)将BiVO4、Fe3+共掺杂的TiO2干凝胶粉加入蒸馏水并以超声振荡使其均匀分散后进行反复 抽滤，除去样品中游离状态的Fe3+后再将其进行恒温干燥;(3)将干燥后的 产物放入马弗炉中以300-500℃的温度进行热处理1-5h后再经过研磨，制得 BiVO4-Fe3+/TiO2催化剂。
特别优选地，所述TiO2为二氧化钛纳米管。二氧化钛纳米管的管孔径优 选为50-70nm，BET比表面积优选为5-7m2/g。研究发现，这样的孔径和比表 面积的二氧化钛纳米管，更容易吸附溶液中的有机物，由于光催化反应是在 催化剂表面进行的，因此所述TiO2纳米管的光催化过程中能得到更多的光照 辐射，更高的光量子效率，使得光催化活性将高于TiO2粉末或薄膜。所述二 氧化钛纳米管可通过模板法或阳极氧化法制得。
在一个更优选的实施方式中，所述催化剂还包含有磷(P)，P元素含量 为催化剂总重量的0.1-1%重量。研究发现，P掺杂能提高TiO2纳米管的比表 面积，减小其晶粒尺寸，抑制锐钛矿型TiO2向金红石相转化，并且在可见光 区存在吸收尾，从而有效地提高TiO2的可见光催化性能。在一个更优选的实 施方案中，P的前体是NaH2PO4，发现通过该前体获得P掺杂能够更够更好 地使P嵌入到二氧化钛纳米管中。
优选地，在曝气催化步骤中，将经步骤(2)处理的水经硅藻土过滤处理 后，再进行曝气催化。
所述污泥资源化处理步骤还可以包括将污泥进行厌氧发酵处理。
在曝气催化中，向加入催化剂的水体进行鼓泡，进行曝气催化处理，该 处理可以使污水中的氨、氮析出，再经浮杂收集去除浮杂物，使污水得到深 度净化成为清水。然后，再将净化后的清水，经亲水复合砂滤过滤，降低水 分子表面张力，进一步净化处理后的清水存储蓄水池，以备回用。
在污泥资源化处理中，将沉淀、生化处理、曝气催化处理过程中产生的 活性污泥进行汇集，例如可通过污泥重力通道汇集到沉淀区。
