污泥的处理方法与流程

本发明属于环境保护领域，涉及一种污泥的处理方法，具体涉及一种利用氧化剂处理污泥的方法。
背景技术：
：现阶段，基于我国的实际情况和经济条件，填埋和污泥农用仍然作为污泥处置的过渡性方法在实施。无论采取何种污泥处置的方式，实现污泥的减量化，是污泥处理的关键所在，对于降低污泥处理成本、推动可持续发展、减少对环境的影响，有着重要的意义。而污泥脱水是处理环节的重点，目的是为了去除存在于污泥颗粒间以及颗粒内的水，使污泥的物理性能改变成半固态。常用的污泥调理方法包括：物理调理技术、化学调理技术、生物调理技术，三种方法本质主要针对污泥直接采用机械脱水效果较差这一问题，在对污泥在脱水前所进行的一系列预先处理，以减弱污泥的高度亲水性、降低水分子与污泥之间的结合力，从而提高脱水性能。污泥经过物理调理后，虽然可以有效降低含水率，提高固体有机物的溶出和水解，但同样具有投资昂贵、不能从根本上解决污泥重金属的去除问题、对操作人体健康造成潜在危害等不利的缺点。生物调理技术属于环境友好型、安全、低成本的新型技术，但目前国内外对该领域的研究水平较低，机理尚不明确。同时还存在菌种培养时间过长、氧化速度较慢、菌种稳定性等问题，在实际生产并未广泛推广。从传统的无机絮凝剂到高分子絮凝剂以及复合絮凝剂，化学调理不仅适用范围广、试剂可供选择性多，目前在对污泥脱水效果以及在一些难处理的污染物上有着天然的优势，但如何将一些具有缺陷的传统絮凝剂不断被环境友好型调理剂所替代，是化学调理当下需要突破的瓶颈。同时，污泥中含有大量的重金属，是污泥农业可持续利用的又一大阻碍。有研究表明，污水处理厂的污泥的部分重金属含量随年代逐渐下降，但大部分重金属仍处于波动状态。从长远来看，污泥农用的限制标准会越来越严格，城市污泥的重金属需要引起足够重视。加上污泥中存在的部分污染物毒性较高，且含有很多难以直接被生物所降解的有机物质，而采用常规的方式处理污泥污染物时，很难取得理想的效果。传统的物化方法在去除污染物毒性以及提高污泥可生化性方面存在不足。有些预处理技术并不能将有毒成分完全彻底地降解，经污泥的转移后，导致对环境的二次污染等影响。因此，在提高污泥脱水的基础上，将毒性高、难降解的污染物转化为毒性影响小、易降解的物质是污泥处理技术需要达到的理想效果。过硫酸盐在常温下性质较为稳定，需要结合活化的方式来促进硫酸根自由基的生成。目前常采用加入过渡金属离子(fe2+)的方式来活化过硫酸盐对污泥进行深度脱水，但金属离子的加入不仅会造成污泥色度的改变，同时药剂量的投加比例尚无一致结论，还会导致污泥沉降性变差，如：硫酸亚铁中铁离子的大量沉淀，产了大量的铁泥，甚至会造成大量的污泥悬浮物在废水中难以沉降。从长远来看，活化过硫酸盐的方式是非常必要的，但目前无论采取何种方法(热活化、紫外活化、过渡金属活化)均会极大提高污泥的处理成本。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种工艺简便、操作便利、所需的设备少、运行成本低、便于大规模化工业生产的污泥的处理方法，该方法在提高污泥脱水性能的基础上，能够去除污泥中绝大部分的重金属。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种污泥的处理方法，包括以下步骤：在酸性条件下采用过硫酸盐对污泥进行氧化处理，完成对污泥的处理。上述的处理方法中，优选的，所述过硫酸盐的加入量为每升所述污泥中加入所述过硫酸盐3g～18g。上述的处理方法中，优选的，所述过硫酸盐的加入量为每升所述污泥中加入所述过硫酸盐6g～9g。上述的处理方法中，优选的，所述过硫酸盐为过硫酸钾和/或过硫酸铵。上述的处理方法中，优选的，所述氧化处理在ph值为2～3的条件下进行。上述的处理方法中，优选的，所述氧化处理在搅拌条件下进行；所述氧化处理的温度为25℃；所述氧化处理的时间为60min。上述的处理方法中，优选的，所述污泥为含有重金属的污泥；所述污泥中的重金属包括pb、zn、cu、cd中的一种或多种。上述的处理方法中，优选的，所述氧化处理完成后还包括以下步骤：将氧化处理所得产物进行离心分离，过滤，得到污泥泥饼和上清液ⅰ。上述的处理方法中，优选的，所述上清液ⅰ还包括以下处理：往所述上清液ⅰ中投加氧化钙进行反应，过滤，得到上清液ⅱ和重金属沉淀物质；所述氧化钙与所述上清液ⅰ的质量比为0.25％～1.0％。上述的处理方法中，优选的，所述反应在搅拌条件下进行；所述反应的温度为25℃；所述反应的时间为60min；所述上清液ⅱ用于回流到污水处理厂的处理池中。与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)本发明提供了一种污泥的处理方法，在酸性条件下采用过硫酸盐处理污泥，由于过硫酸根可以通过质子催化形成具有强氧化性质的硫酸根自由基，在氧化污泥时，硫酸根自由基可以氧化破解污泥使污泥脱水性能得到改善，实现污泥的减量化处理；同时在此氧化过程中，污泥中的重金属溶解到溶液中，有效地降低污泥内重金属的含量，解决了污泥中重金属对污泥农用的限制影响。本发明的处理方法既能够改善污泥的脱水性能，又能够降低污泥内的重金属含量，具有工艺简便、操作便利、所需的设备少、运行成本低、便于大规模化工业生产等优点，实现了污泥的减量化、稳定化、无害化和后续资源化利用，具有很好的应用前景。(2)经过硫酸盐氧化处理后污泥中的重金属释放到液相中，上清液中重金属的含量增加，且过硫酸盐的氧化处理过程中污泥胞外聚合物(eps)遭到破解，一些不溶性物质，如核酸、脂质等高分子物质转变为可溶性物质释放到液体中，上清液tn、tp含量升高，不利于上清液的回收利用。针对以上难点，本发明方法中还包括利用氧化钙对上清液进行处理，通过投加氧化钙将上清液中的重金属以沉淀形式去除，具体为：氧化钙溶于上清液后形成氢氧根离子，利用它们对重金属的捕获、沉淀作用，使上清液中的重金属转化成沉淀物质，从而有效地降低上清液中的重金属含量，同时经氧化钙处理后溶液的ph值由酸性变成碱性，能够减小对设备的酸蚀影响。另外，本发明通过投加氧化钙可以有效降低水体中的磷含量，对环境有以下几个方面的意义：避免排放的水中因磷含量过高，使藻类的大量繁殖，降低水中的溶解氧，防止水体生态系统失衡；避免对景观生态造成影响，因为当发生水华赤潮时，整个水面容易被藻类大量覆盖，妨碍了水体的美观。更值得注意的是，降低水体磷的含量，对人类健康有着重要意义，这是因为如果人长期饮用含磷的水会造成人体骨质疏松，发生下颌骨坏死等问题。可见，本发明采用氧化钙对上清液进行处理，不仅能够有效降低上清液中的重金属含量，还能有效降低上清液中的磷含量，这样的技术效果是采用其他材料进行处理时所不可能达到的。本发明中，将经氧化钙处理后的上清液回流至污水处理厂的回流池中，能够实现资源的重新回收利用。附图说明为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。图1为本发明实施例1中不同过硫酸钾加入量对污泥泥饼的含水率和污泥沉降比的影响效果图。图2为本发明实施例1中不同过硫酸钾加入量对污泥中重金属的去除效果图。图3为本发明实施例1中不同过硫酸钾加入量对污泥ph值的影响效果图。图4为本发明实施例2中不同ph条件下对污泥中重金属的去除效果图。图5为本发明实施例3中不同氧化钙与上清液ⅰ的质量比对上清液ⅰ中重金属的去除效果图。图6为本发明实施例3中不同氧化钙与上清液ⅰ的质量比对上清液ⅰph值的影响效果图。具体实施方式以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售，所用污泥为污水厂剩余污泥，取自湖南长沙市某污水厂。以下实施例中，若无特别说明，所得数据均是三次以上重复试验的平均值。实施例1一种污泥的处理方法，包括以下步骤：(1)取七组原始污泥(该原始污泥中重金属的含量如表1所示)，用浓度为5mol/l的h2so4溶液调节各组污泥的ph值为2。(2)按加入量分别为0、3g/l、6g/l、9g/l、12g/l、15g/l、18g/l(即每升污泥中加入过硫酸钾0、3g、6g、9g、12g、15g、18g)，分别向步骤(1)调节ph后的污泥中加入过硫酸钾，在恒温磁力搅拌器下搅拌，于25℃下氧化处理60min，对氧化处理所得产物进行离心分离，抽滤，得到污泥泥饼和上清液ⅰ，完成对污泥的处理。表1原始污泥中重金属的含量重金属pb(mg/kg)zn(mg/kg)cu(mg/kg)cd(μg/kg)含量204.5521.53278.561218.0含水率测试(wc)：取实施例1中得到的污泥泥饼，记录污泥泥饼和坩锅的总重量，在103～105℃的烘箱中干燥2h，随后放入干燥器中冷却至室温，称重，计算得到污泥泥饼的含水率，结果如图1所示。污泥沉降比(sv30)：取实施例1中得到的污泥泥饼，加入到量筒中，静置沉降30min，测定污泥沉降比，结果如图1所示。图1为本发明实施例1中不同过硫酸钾加入量对污泥泥饼的含水率和污泥沉降比的影响效果图。图1表明，在k2s2o8的加入量为3g/l的条件下，污泥泥饼的含水率和污泥沉降比均有所下降，其中，wc由82.6％降低至76.5％，sv30由65％下降至44％。当k2s2o8的加入量为6g/l～9g/l之间，wc随着k2s2o8加入量的增加而减小，且趋势逐渐变缓，sv30进一步降低。当投加量为9g/l时，wc最低为74.7％。当k2s2o8的加入量大于9g/l，sv30变化不大，基本维持在40％之间。wc随着k2s2o8投加量增加出现小幅上升的现象，其原因可能是：k2s2o8作为非选择性氧化剂，在常温下性质较为稳定，对污泥具有氧化作用，能够降低污泥的含水率，改善污泥脱水性能，但k2s2o8投加过量时不仅不会提高体系的反应速率，反而过量的k2s2o8会成为·so4-的淬灭剂，影响硫酸根自由基对污泥的氧化作用，导致含水率不降反升。取实施例1中得到的污泥泥饼，放入烘箱中干燥8.0h，然后称取0.5g干燥污泥进行消解，测定污泥中的重金属含量，结果如图2所示。图2为本发明实施例1中不同过硫酸钾加入量对污泥中重金属的去除效果图。由图2可知，采用过硫酸钾进行氧化处理，对污泥中重金属有着良好的去除效果，各重金属去除效果为zn＞cu＞cd＞pb，其中，pb、zn、cu、cd最高去除率分别达到64.80％、87.45％、87.30％、86.25％。当过硫酸钾的加入量为3g/l到9g/l时对污泥中pb、zn、cu、cd的去除率增加较快，当k2s2o8加入量为9g/l时，对污泥中pb、zn、cu、cd的去除率可分别达到63.9％、87.1％、86.4％、84.3％。而在9g/l之后，去除率增长缓慢，各重金属的去除率略有增加，但基本趋于平稳，这可能是因为增加k2s2o8的浓度，溶液中的新增的·so4-会与之前的·so4-反应生成过硫酸根而过硫酸根又与溶液中的·so4-直接生成硫酸根此时氧化效率不再提高，重金属去除率略微增加。取实施例1中得到的上清液ⅰ，测定ph值，结果如图3所示。图3为本发明实施例1中不同过硫酸钾加入量对污泥ph值的影响效果图。由图3可知，采用不同加入量的过硫酸钾对污泥进行氧化处理后，上清液ⅰ的ph值均有所上升，可能是由于溶液中生成的过硫酸根在酸性条件下会与溶液中h+发生反应，并通过质子催化形成硫酸根自由基，导致ph上升。取实施例1中得到的上清液ⅰ，参照《水和废水监测分析方法》(第四版)国家环保总局(2009年)中的tn、tp分析方法对上清液ⅰ进行测定，结果如表2所示。由表2可知，相比未添加k2s2o8的对照实验，本发明通过投加k2s2o8处理污泥，会显著提高上清液中tn、tp的含量，其中，tn、tp均随k2s2o8加入量的增加呈明显的上升趋势，随后趋于平缓，原因在于：在·so4-的氧化作用下，使污泥的胞外聚合物(eps)及细胞结构被破坏，原有的一些不溶性物质，如蛋白质、核酸、脂质等高分子物质转变为可溶性物质释放到液体中去，使tn、tp含量明显增加。表2不同过硫酸钾加入量对上清液ⅰ水质指标的影响实施例2一种污泥的处理方法，包括以下步骤：(1)取五组污泥(该污泥中重金属的含量如表1所示)，用浓度为5mol/l的h2so4溶液调节各组污泥的ph值为1、2、3、4、5。(2)按加入量为9g/l(即每升污泥中加入过硫酸钾9g)，分别向步骤(1)调节ph后的污泥中加入过硫酸钾，在恒温磁力搅拌器下搅拌，于25℃下氧化处理60min，对氧化处理所得产物进行离心分离、抽滤，得到污泥泥饼和上清液ⅰ，完成对污泥的处理。取实施例2中得到的污泥泥饼，放入烘箱中干燥8.0h，然后称取0.5g干燥污泥进行消解，测定污泥中的重金属含量，结果如图4所示。图4为本发明实施例2中不同ph条件下对污泥中重金属的去除效果图。由图4可知，在体系ph值为1-3的条件下，k2s2o8对各重金属有着很好的去除效果，其中pb、zn、cu、cd的最高去除率分别达到67.7％、86.5％、88.2％、83.4％。同时，在体系ph值为1-3的条件下，对zn、cu、cd的去除明显高于pb，即pb受ph影响相比zn、cu、cd更大，这可能是因为溶液含有的离子会与释放到液相中的部分pb离子生成稳定的硫酸铅沉淀。另外，由图4可知，在体系ph为4-5的条件下，k2s2o8对各重金属的去除率呈下降趋势，但去除效果仍然较好。从处理重金属方面看，酸性条件有利于重金属的浸出，因为溶液中的氢离子会与大部分金属或其化合物发生氧化还原反应，夺取金属原子的核外电子，使金属原子和化合物转化为离子溶出。可见，体系ph值为2-3时对污泥重金属有着良好的去除效果，且相比于ph值为1时，用来调节ph的用酸量更小，成本更低。特别是体系ph值为3时，取得的效果最好。同样的，体系ph值为2-3时对降低污泥含水率也有着很好效果。实施例3一种污泥的处理方法，包括以下步骤：(1)取四组污泥(该污泥中重金属的含量如表1所示)，用浓度为5mol/l的h2so4溶液调节各组污泥的ph值为2。(2)按加入量分别为9g/l(即每升污泥中加入过硫酸钾9g)，分别向步骤(1)调节ph后的污泥中加入过硫酸钾，在恒温磁力搅拌器下搅拌，于25℃下氧化处理60min，对氧化处理所得产物进行离心分离，抽滤，得到污泥泥饼和上清液ⅰ。(3)按质量比为0.25％、0.5％、0.75％、1.0％(即氧化钙与上清液ⅰ的质量比为0.25％、0.5％、0.75％、1.0％)，向步骤(2)中得到的上清液ⅰ中投加氧化钙，在搅拌条件下进行反应，其中反应的温度为25℃，时间为60min；反应完成后对反应产物进行过滤，得到上清液ⅱ和重金属沉淀物质，完成对污泥的处理。污泥泥饼含有植物所需的养分，可明显增加氮、磷等营养元素的含量，与土壤混合配比作为肥料施用到土地中，为植物生长提供养分；或在污泥中补充一些含量较低的元素，制成复合肥料使用，这极大的提高了污泥的利用价值。上清液ⅱ回流至污水处理厂的回流池中。重金属沉淀物质可用于金属资源的重新利用，变废为宝。取5ml实施例3得到的上清液ⅱ，放入比色管中，在沸水中进行水浴消解，测定污泥上清液中重金属的含量，结果如图5所示。图5为本发明实施例3中不同氧化钙与上清液ⅰ的质量比对上清液ⅰ中重金属的去除效果图。由图5可知，当氧化钙与上清液ⅰ的质量比为0.25％时，对zn和cu的去除率分别为79.9％、73.9％，而对pb和cd的去除率只有25.2％和33％。当二者质量比为0.5％时，重金属pb、zn、cu、cd的去除率分别达到59.6％、83.5％、79.0％、57.0％。进一步加大氧化钙的投加量，当氧化钙与上清液ⅰ的质量比为0.75％时，上清液ⅱ中重金属pb、zn、cu、cd的含量大幅降低，分别为58.9％、87.0％、86.5％、85.3％，去除率明显提高。继续增大氧化钙的投加量，当氧化钙与上清液ⅰ的质量比为1.0％时，重金属pb、zn、cu、cd去除率可分别达到77.1％、89.4％、86.5％、88.0％。可见，本发明中氧化钙与上清液ⅰ的质量比为0.25％～1％时，对经氧化处理后得到的上清液ⅰ中的重金属有很好的去除效果，特别地，当氧化钙与上清液ⅰ的质量比为0.5％～1％时，对重金属的去除效果更好。取实施例3中得到的上清液ⅱ，测定ph值，结果如图6所示。图6为本发明实施例3中不同氧化钙与上清液ⅰ的质量比对上清液ⅰph值的影响效果图。由图6可知，氧化钙溶解到溶液中后会产生大量的oh-，从而相应提高上清液的ph值，其中随着氧化钙投加量的增加，上清液的ph值由2.69提高至12.1。取实施例3中得到的上清液ⅰ、上清液ⅱ，对上清液tn、tp指标进行测定，结果如表3所示。由表3可知，采用不同加入量的氧化钙对经k2s2o8(9g/l)氧化后的上清液ⅰ进行处理，上清液ⅰ中tn、tp的含量均有不同程度的变化。以上清液ⅰ为对照组，结合表2可以看出，氧化钙与上清液ⅰ的质量比为0.5％，上清液ⅰ中tn的去除率达到53.1％，tp去除率达到99.2％，这是因为：当ph值＞10时，磷主要以和形态存在，与钙离子形成ca3(po4)2沉淀，从而去除溶液中的磷。表3不同氧化钙与上清液ⅰ的质量比对污泥上清液水质指标的影响以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，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的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页12