申请日2018.04.27
公开(公告)日2018.10.19
IPC分类号C02F11/06; C02F11/14; C02F11/12
摘要
本发明公开了一种污泥水热催化氧化深度脱水方法，将含水率为75～85%的待处理污泥100份预热后导入反应釜中，加入滤液、氧化剂、硫酸亚铁进行水热反应，反应进行30～60min时加入甲酸钙继续反应，水热反应的温度为180～250℃、压力为0～3MPa、反应时间为45～90min;将水热反应后的污泥浆状物通过管道与待处理污泥热交换预热待处理污泥、降温污泥浆状物，机械脱水降温的污泥浆状物，获得含水率低于30%的脱水污泥滤饼和滤液;氧化剂为硝酸铵和/或双氧水、为预热污泥质量的2～5%;硫酸亚铁质量为氧化剂的1～3%，甲酸钙质量为预热污泥的1‑3%。本发明污泥脱水方法在水热处理改善污泥特性的基础上，通过氧化剂氧化使污泥深度脱水，具有较高的经济效益、社会环境效益和较大的市场应用前景。
权利要求书
1.一种污泥水热催化氧化深度脱水的方法，步骤如下：
1)污泥的预处理：按照重量份数，将含水率为75～85%的待处理污泥100份通过管道与上一循环水热反应后的污泥浆状物进行热交换获得预热污泥;
2)水热反应：将步骤1)获得的预热污泥加入水热反应釜中，将滤液、氧化剂、催化剂加入反应釜中，保证有效容积在80-90%，然后进行水热反应，水热反应的温度为180～250℃、压力为0～3MPa、反应时间为45～90min，并在水热反应进行30～60min时加入促进剂继续水热反应;其中，氧化剂为硝酸铵和/或双氧水，催化剂为硫酸亚铁，促进剂为甲酸钙，滤液添加量占预热污泥质量的10～20%，氧化剂添加量为预热污泥质量的2～5%;催化剂添加量为氧化剂加入量的1～3%，促进剂为预热污泥质量的1-3%;
3)机械脱水：将步骤2)水热反应后获得的污泥浆状物通过管道与待处理污泥进行热交换，热交换预热污泥为步骤1)的预热污泥，热交换降温的污泥浆状物用板框压滤机进行机械脱水，获得脱水污泥滤饼和滤液，回收滤液。
2.根据权利要求1所述的一种污泥水热催化氧化深度脱水的方法，其特征在于，所述污泥为工业污泥或市政污泥。
3.根据权利要求1所述的一种污泥水热催化氧化深度脱水的方法，其特征在于，所述步骤3)获得的热交换降温的污泥浆状物的温度为60℃及以下。
说明书
一种污泥水热催化氧化深度脱水的方法
技术领域
本发明涉及环境工程和污泥处理技术领域，具体涉及一种污泥水热催化氧化深度脱水方法。
背景技术
随着社会的不断发展，人们的生产生活活动产生大量的废水，同时伴随着大量的污泥产生。污泥具有高含水率、高有机物含量同时可能含有大量的有毒有害物质的半固体产物。由于其产量庞大且有效的处理和处置难度大，已经对污水处理厂的可持续运行产生了严重影响，如若不进行妥善的处理，会造成严重的二次污染。脱水能够有效的降低污泥体积并且进行有效处理的关键问题。目前的污泥脱水方法，如常规的机械脱水，一般将污泥含水率降低到80%，热干化又存在高能耗且会有大量的挥发性有机物产生。湿式氧化技术是处理含有高浓度、有毒、有害、难降解有机物污泥的有效技术之一，但由于加入的空气、氧气或者双氧化等氧化剂量相对较大，造成湿式氧化的操作条件较为苛刻，限制了湿式氧化技术的广泛应用。近年来水热法污泥脱水受到了广泛的关注，一般来说温度比水热时间对污泥的脱水性能影响更大，一般说来当水热温度在150℃时污泥脱水性能开始明显改善，170℃～180℃，污泥中有机物的溶解率高达50%以上，污泥的脱水效果有了显著提高，但滤饼仍然含有约35%的水(W.P.F.Barber.Thermal hydrolysis for sewage treatment:Acritical review.Water Research 104(2016)53-71)。采用酸或碱的协同作用来可以有效降低水热处理，温度，提高脱水效率，例如，E.Neyens 等人在H2SO4或NaOH、Ca(OH)2的存在条件下，采用水热法对剩余活性污泥进行处理，可以提高处理的效率(“Hot acid hydrolysisas a potential treatment of thickened sewage sludge”，Journal of HazardousMaterials 98(2003)，275-293;CN 103588365 A)。酸的加入虽然促进了污泥的脱水，但是存在对设备的腐蚀问题，碱的加入虽然有机物去除率得到一定程度的提高，但是污泥脱水性能急剧恶化，只能依靠添加混凝剂和絮凝剂改善污泥的脱水性能，这在另一方面不仅形成沉淀、增加了脱水污泥含固率，还增加了处理成本。因此碱性物质的加入需要慎重的选择。与目前常用的方法相比，水热法具有以下优势：
1)水热法基本不存在尾气处理问题，基本不会产生VOC，不会对大气造成污染;
2)水热法避免液态水气化，节约了能源，降低了成本;
3)水热过后水相中COD的主要成分为小分子易降解物质，可以回流至废水处理系统中进行处理
4)水热法可以有效的进行污泥脱水，为接下里的污泥资源化应用提供了可能性。
虽然水热氧化法是进行污泥脱水的有效技术之一，但由于水热法的操作条件相对其他方法来说较为严苛，污泥的有效容积相对较低，运行成本相对较高(对市政污泥)，限制了该技术的广泛应用。通过在水热处理工艺中添加少量的氧化剂和催化剂，加速胞外聚合物的水解，同时利用水热过程中产生的氨气(W.P.F. Barber.Thermal hydrolysis forsewage treatment:A critical review.Water Research 104(2016)53-71)加入促进剂，起到絮凝作用，同时产生的弱酸中和溶液pH值，实现在相同的条件下促进有机物的水解，提高脱水效率，降低成本的目的。
本技术提出一种适用于各种类别污泥的处理方法，特别是经过机械脱水后的污泥(含水率在75-85%)，在水热方案基础上，通过加入硝酸铵或双氧化氧化剂加速催化胞外聚合物水解，同时利用水热过程产生的氨气加入甲酸钙促进剂形成氢氧化钙起到絮凝作用，产生的弱酸中和溶液pH值，实现污泥高效脱水，同时将滤液回用，与新鲜污泥进行下一次水热过程，最终以较低的能耗输入，得到较高含固率的污泥。
发明内容
鉴于污泥脱水在整个污泥环节中的重要性，针对目前水热法污泥脱水的有效容积相对较低，污泥有机质溶解仍然相对较低的情况，本发明提供一种基于水热处理的催化氧化方法，利用水热效应并辅以氧化手段改善污泥结构和物化特性，并加入促进剂絮凝滤液悬浮物中和滤液pH值，通过机械压滤有效脱除污泥中的水分，得到高含固率的污泥和脱水产生的滤液，由于滤液具有良好的可生化性能，可加入到新鲜污泥中循环利用。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种污泥水热催化氧化深度脱水的方法，步骤如下：
1)污泥的预处理：按照重量份数，将含水率为75～85%的待处理污泥100 份进行预热处理;
2)水热反应：将步骤1)获得的预热污泥加入水热反应釜中，将滤液、氧化剂、催化剂加入反应釜中，保证有效容积在80-90%，然后进行水热反应，水热反应的温度为180～250℃、压力为0～3MPa、反应时间为45～90min，并在水热反应进行30～60min时加入促进剂继续水热反应;其中，氧化剂为硝酸铵和/或双氧水，催化剂为硫酸亚铁，促进剂为甲酸钙，滤液添加量占预热污泥质量的 10～20%，氧化剂添加量为预热污泥质量的2～5%;催化剂添加量为氧化剂加入量的1～3%，促进剂为预热污泥质量的1-3%;
3)机械脱水：将步骤2)水热反应后获得的污泥浆状物通过管道与待处理污泥进行热交换，热交换预热污泥为步骤1)的预热污泥，热交换降温的污泥浆状物用板框压滤机进行机械脱水，获得脱水污泥滤饼和滤液，回收滤液;
进一步的技术方案，所述污泥为工业污泥或市政污泥;
进一步的技术方案，所述步骤3)获得的热交换降温的污泥浆状物的温度为 60℃及以下。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的污泥水热催化氧化深度脱水方法充分利用了水热处理的优点，并结合硝酸铵或双氧水的氧化特性，利用硫酸亚铁催化特性，并利用甲酸钙的絮凝特性，提高了有机物的水解能力，使污泥中的水分主要以液态的形式脱除，获得的湿滤饼含水率在30%以下，脱水效率显著提高，获得的滤液可以直接加到下次污泥水热反应中进行重复应用;本发明的污泥水热催化氧化深度脱水方法水热反应所需压力低，所需反应温度也不高，有效降低能耗，降低经济成本;反应过程中也未使用强酸强碱等腐蚀性试剂，对设备的腐蚀小，同时反应也未产生有毒有害物质以及恶臭气体，不会对人员造成安全问题;所用的催化剂和氧化剂性质稳定，来源广泛，价格便宜。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做详细具体的说明，
实施例1：按照重量份数，将热交换预热的含水率85%农药污泥100份加入水热反应釜中，并加入固体硝酸铵3份和0.10份硫酸亚铁，滤液15份，保证有效容积在80%，升高温度至180℃进行水热反应，反应时间为90min，压力为1MP，在水热反应进行60min时打开进料阀添加甲酸钙2份继续反应，反应结束后将水热反应后的污泥浆状物通过管道与待处理污泥进行热交换，将热交换预热的污泥留待下一次脱水，将污泥浆状物冷却到45℃后用板框压滤机进行机械压滤，得到含水率为28%的农药污泥滤饼和滤液，回收滤液进行循环使用，多余的滤液至污水处理池进行再处理。
实施例2：按照重量份数，将热交换预热的含水率80%农药污泥100份加入水热反应釜中，并加入固体硝酸铵1份和0.05份硫酸亚铁，滤液10份，保证有效容积在85%，升高温度至180℃进行水热反应，反应时间为45min，压力为 0.1MP，在水热反应进行30min时打开进料阀添加甲酸钙1份继续反应，反应结束后将水热反应后的污泥浆状物通过管道与待处理污泥进行热交换，将热交换预热的污泥留待下一次脱水，将污泥浆状物降温至60℃后用板框压滤机进行机械压滤，得到含水率为30%的农药污泥滤饼和滤液，回收滤液进行循环使用，多余的滤液送至污水处理池进行再处理。
实施例3：按照重量份数，将热交换预热的含水率75%农药污泥100份加入水热反应釜中，并加入固体硝酸铵5份和0.15份硫酸亚铁，滤液10份，保证有效容积在90%，升高温度至200℃进行水热反应，反应时间70min，压力为2MP，在水热反应进行45min时打开进料阀添加甲酸钙3份继续反应，反应结束后将水热反应后的污泥浆状物通过管道与待处理污泥进行热交换，将热交换预热的污泥留待下一次脱水，将污泥浆状物降温至60℃后用板框压滤机进行机械压滤，得到含水率为22%农药污泥滤饼和滤液，回收滤液进行循环使用，多余的滤液送至污水处理池进行再处理。
实施例4：按照重量份数，将热交换预热的含水率75%聚氨酯污泥100份加入水热反应釜中，并加入氧化剂4份(固体硝酸铵：双氧水为1:1)和0.10份硫酸亚铁，滤液10份，保证有效容积在85%，升高温度至220进行水热反应，反应时间60min，压力为1.5MP，在水热反应进行30min时打开进料阀添加甲酸钙 2份继续反应，反应结束后将水热反应后的污泥浆状物通过管道与待处理污泥进行热交换，将热交换预热的污泥留待下一次脱水，将污泥浆状物降温至50℃后用板框压滤机进行机械压滤，得到含水率为22%聚氨酯污泥滤饼和滤液，回收滤液进行循环使用，多余的滤液送至污水处理池进行再处理。
实施例5：按照重量份数，将热交换预热的含水率85%聚氨酯污泥100份加入水热反应釜中，并加入双氧水1份和0.06份硫酸亚铁，滤液20份，保证有效容积在80%，升高温度至250进行水热反应，反应时间45min，压力为3MP，在水热反应进行30min时打开进料阀添加甲酸钙3份继续反应，反应结束后将水热反应后的污泥通过管道与待处理污泥进行热交换，将热交换预热的污泥留待下一次脱水，将污泥浆状物降温至40℃后用板框压滤机进行机械压滤，得到含水率为20%聚氨酯污泥滤饼和滤液，回收滤液进行循环使用，多余的滤液送至污水处理池进行再处理。
实施例6：按照重量份数，将热交换预热的含水率75%市政污泥100份加入水热反应釜中，并加入双氧水3.5份和0.035份硫酸亚铁，滤液20份，保证有效容积在90%，升高温度至250℃进行水热反应，反应时间90min，压力为2MP，在水热反应进行30min时打开进料阀添加甲酸钙2份继续反应，反应结束后将水热反应后的污泥通过管道与待处理污泥进行热交换，将热交换预热的污泥留待下一次脱水，将污泥浆状物降温至45℃后用板框压滤机进行机械压滤，得到含水率为20%市政污泥滤饼和滤液，回收滤液进行循环使用，多余的滤液送至污水处理池进行再处理。
实施例7：按照重量份数，将预热过的含水率85%市政污泥质量100份加入水热反应釜中，并加入双氧水5份和0.15份硫酸亚铁，滤液20份，保证有效容积在80%，升高温度至180℃进行水热反应，反应时间70min，压力为1MP，在水热反应进行45min时打开进料阀添加甲酸钙1份继续反应，反应结束后将水热反应后的污泥通过管道与待处理污泥进行热交换，将热交换预热的污泥留待下一次脱水，将污泥浆状物降温至30℃后用板框压滤机进行机械压滤，得到含水率为25%市政污泥滤饼和滤液，回收滤液进行循环使用，多余的滤液送至污水处理池进行再处理。
