一种污泥处理方法与流程

本发明涉及污泥处理领域，具体涉及一种污泥处理方法。
背景技术：
：污泥作为污水处理后的产物，其是水处理过程中污染物的浓缩，是一种由微生物细胞群体、有机残片、无机颗粒、胶体污泥等组成的非均质体，污泥的主要特点是含水量高，有机物含量高、体积庞大、形态复杂、输送困难；污泥处理量大给污水处理厂带来了沉重的负担；污泥的处理处置在我国污水处理中占有较突出的位置；而现有技术中，污泥含水率高是制约污泥处理的关键问题；污泥中包含着不同状态的水分，包括自由水、间隙水、吸附水和表面结合水；现有污泥脱水方法包括：污泥干化法、污泥热解破壁法；污泥干化技术一般采用蒸汽作为热源，是“以热换热”，能耗较高，运行成本高；并且高温干燥还存在粉尘爆炸风险；采用污泥热水解破壁，需要使用高温热源加热污泥，能耗较高；并且在实际生产中高温热源还存在着安全隐患。因此急需研究开发一种污泥处理工艺提高污泥的脱水率，同时处理成本低，且环境友好。技术实现要素：针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种污泥处理方法，该方法结合了趋磁细菌发酵、芬顿氧化以及微波辐射协同处理污泥，提高了污泥的破解效率，显著改善了污泥的脱水性能，且通过磁分离技术分离获得了磁性颗粒，既实现了污泥的减量化，又实现了污泥的资源化利用；降低了污泥的处理成本；为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种污泥处理方法，具体包括以下步骤：(1)污泥发酵：将污泥置于厌氧发酵罐中，用ph调节剂调节污泥的ph为6-7，再向其中添加趋磁细菌发酵，并进行搅拌，培养发酵后获得发酵污泥；(2)污泥调理：向步骤(1)发酵后的污泥中添加铁粉和h2o2；在周期性微波辐射条件下进行充分搅拌反应后，施加磁场进行磁分离获得磁性颗粒和调理污泥；(3)污泥压滤：将步骤(2)中调理污泥泵入压滤机中进行脱水获得脱水污泥；优选地，步骤(1)中所述的发酵罐中发酵温度为30-35℃；发酵时间为5-6天；所述的趋磁细菌与绝干污泥的重量比为4-5∶100；优选地，所述的趋磁细菌为经培养驯化的生长期趋磁细菌；所述的趋磁细菌的培养驯化方法为：采用趋磁细菌收集器在待处理的污泥表面分离得到趋磁细菌；将分离得到的趋磁细菌接种于液体培养基中，培养获得生长期趋磁细菌；优选地，所述的液体培养基由以下成分组成：1l液体培养基中含有醋酸铵150mg、维生素混合物0.2mg、柠檬酸铵60mg、核黄素0.02mg、硫酸铁45μmol、奎尼酸铁35μmol、柠檬酸铁50μmol；优选地，步骤(1)和(2)中所述的搅拌为电极搅拌，其是向厌氧发酵罐中插入电极作为搅拌棒，在搅拌过程中向电极中通入交流电，产生变化的磁场；所述的搅拌速度为500-1000r/min；优选地，步骤(2)中所述的铁粉、h2o2、绝干污泥的重量比为0.01∶10∶1000；优选地，步骤(2)中所述的微波辐射周期为2-3次/12h；每次辐射5-10min微波功率为100-130w；优选地，步骤(3)中所述的压滤机为隔膜式压滤机；所述的隔膜式压滤机的隔膜结构由内至外依次为玻璃纤维层、氧化钙层、聚偏氟乙烯层，所述的隔膜表面有凸起结构；所述的凸起结构由堆积的氧化钙层形成；优选地，所述的隔膜的制备方法为：将玻璃纤维束盘旋成螺旋结构形成玻璃纤维层，将玻璃纤维层表面涂覆氧化钙形成氧化钙层；在氧化钙层表面包覆聚偏氟乙烯膜经压合形成隔膜；优选地，所述的聚偏氟乙烯为亲水型聚偏氟乙烯；趋磁细菌作为一种革兰氏阴性菌，是专性微好氧、兼性或专性厌氧细菌，具有负趋氧特性，细胞内有沿菌体长轴排列、由膜包被的磁小体颗粒链，在磁场的作用下可以定向运动，在趋磁细菌的培养过程中采用通交流电的电极作为搅拌棒，搅拌的电极产生变化的磁场，一方面促进趋磁细菌的生长，另一方面提高趋磁细菌在污泥中的分散性，能有效充分的利用污泥中的有机物作为碳源和氮源生长；污泥中的有机成分作为趋磁细菌的营养成分为趋磁细菌消耗，降低了污泥的量，同时趋磁细菌产生了磁小体，有利于后期的芬顿反应以及作为微波辐射中的吸波物质；提高了污泥的吸波量，提高了微波的利用率；有益效果：本发明的污泥处理方法将显著降低污泥中的含水率和固含量，实现污泥的减量化处理，将含水率为98.6％的污泥经本发明方法处理后，污泥中的含水率降低至38.6％，且污泥中的固含量也减少了35.4％。本发明采用趋磁细菌发酵、芬顿试剂氧化、微波辐射协处理污泥，提高了污泥的破解效率，显著地改善了污泥的脱水性能；趋磁细菌发酵过程中污泥中原有的厌氧/兼性厌氧菌也参与了发酵过程，趋磁细菌与污泥中的兼性厌氧/厌氧菌共同消耗了污泥中的有机成分；微波处理中趋磁细菌的磁小体吸收微波转化为热量；使细菌细胞发生破裂；同时磁小体与铁粉共同作为芬顿反应的催化剂有效地强化了芬顿反应；趋磁细菌中的磁小体作为一种助吸波物质，提高污泥对微波的吸收量，提高对微波的利用率，在较低的微波辐射条件下，达到较高的热量转化；提高了对微波能量的利用率；本发明趋磁细菌发酵过程以及芬顿试剂氧化过程中均进行了电磁搅拌，电磁搅拌过程中产生的变化磁场促进趋磁细菌的运动；在发酵过程中促使趋磁细菌在污泥中均匀分散，充分利用污泥中的有机营养物质；在芬顿氧化过程中，磁场具有强化芬顿氧化的作用，提高了芬顿试剂对污泥的破解作用；本发明污泥处理中的隔膜式压滤机中的隔膜由三层结构组成，由内至外依次为玻璃纤维层、氧化钙层以及聚偏氟乙烯层，在压滤过程中，隔膜不仅起到对污泥进行物理的挤压脱水，同时隔膜中的氧化钙层也具有良好的吸水性能，具有化学脱水的作用，并且反应过程中放热，有利于水分的蒸发；提高了隔膜式压滤机的脱水量；隔膜还含有由氧化钙层形成的凸起结构；凸起结构提高了隔膜与污泥的接触面积提高了氧化钙层的吸水作用；有利于化学吸水；同时，吸水后的氧化钙具有膨胀鼓膜作用，将显著降低隔膜中的高压气体的通气量，而降低鼓膜能耗；本发明方法的芬顿反应中，周期性的微波辐射控制过氧化氢的分解速度，提高过氧化氢的利用率，提高芬顿氧化效率；本发明的污泥处理方法可有效降低能耗；缩减污泥干燥处理时间，提升干燥效率，降低处理成本；本发明污泥处理方法中的隔膜具有良好的耐高温性能，经微波辐射过具有较高温度的污泥无需经过冷却可直接泵入隔膜式压滤机中进行压滤脱水，简化了污泥脱水的工艺步骤；附图说明图1是本发明的隔膜式压滤机中隔膜的横截面结构示意图；图2是本发明的隔膜式压滤机中玻璃纤维层的结构示意图；具体实施方式实施例1一种污泥处理方法，具体包括以下步骤：(1)污泥发酵：将含水率为95％的污泥置于厌氧发酵罐中，用ph调节剂调节污泥的ph为6-7，再向其中添加趋磁细菌发酵，趋磁细菌添加量为绝干污泥重量的4％；同时以500r/min搅拌速度搅拌；在30-35℃发酵5-6天后获得发酵污泥；其中，趋磁细菌为培养驯化的生长期驱磁细菌；所述的绝干污泥为将待处理污泥于105℃加热至恒重；(2)污泥调理：向步骤(1)发酵后的污泥中添加铁粉和h2o2；铁粉和h2o2的添加量分别为绝干污泥重量的0.01‰和1％，在周期性微波辐射条件下以500r/min的搅拌速度进行充分搅拌反应后，施加磁场进行磁分离获得磁性颗粒和调理污泥；微波辐射周期为6h/次，每次辐射5min，微波功率为100w；(3)污泥压滤：将步骤(2)中调理污泥泵入压滤机中进行脱水获得脱水污泥，获得的污泥中的含水率为42.4％，固含量减少了28.7％；回收获得的磁性颗粒再利用；其中趋磁细菌的培养方法为：采用趋磁细菌收集器在待处理的污泥表面分离得到趋磁细菌；将分离得到的趋磁细菌接种于液体培养基(1l液体培养基中含有醋酸铵150mg、维生素混合物0.2mg、柠檬酸铵60mg、核黄素0.02mg、硫酸铁45μmol、奎尼酸铁35μmol、柠檬酸铁50μmol)，培养得到生长期趋磁细菌；步骤(1)和(2)中所述的搅拌是指向发酵罐中插入两根电极作为搅拌棒，向电极中通入交流电，产生变化的磁场；控制搅拌棒的搅拌速度，控制磁场的变化频率，为趋磁细菌的生长营造适宜的环境；同时磁场促进趋磁细菌的均匀分散性以及在污泥中的可移动性，充分利用污泥中的有机营养物质，在芬顿氧化过程中，电极搅拌产生的变化的磁场促进芬顿氧化的催化剂磁性颗粒的均匀分散，具有强化芬顿氧化的作用，提高了芬顿氧化对污泥的破解作用；提高了芬顿氧化效率；步骤(3)中的压滤机为隔膜式压滤机，隔膜式压滤机中的隔膜的结构由内至外依次为玻璃纤维层、氧化钙层、聚偏氟乙烯层，且隔膜表面有凸起结构；凸起结构中氧化钙层的堆积厚度大于未凸起部分；隔膜的横截面示意图如图1所示，其中1为聚偏氟乙烯层；2为氧化钙层；3为玻璃纤维层。隔膜的制备方法为：将玻璃纤维束盘旋成螺旋结构(如图2所示)形成玻璃纤维层，在玻璃纤维层表面涂覆氧化钙形成氧化钙层；在氧化钙层表面包覆亲水型聚偏氟乙烯经压合成型获得隔膜；氧化钙粉体还可分散于玻璃纤维束间隔间；提高了氧化钙层与污泥中水的结合面积，提高了对水的吸附作用，氧化钙吸水放热有利于水分的蒸发同时进一步对污泥破解提高污泥的脱水量；本实施例改进后的隔膜式压滤机中的隔膜边缘具有绑带，隔膜通过绑带绑缚于芯板上；隔膜吸水饱和后，将隔膜从隔膜芯板上取下，将隔膜拆分，对隔膜内层中吸水后的氧化钙层(氢氧化钙)粉末清除回收，玻璃纤维层和聚偏氟乙烯层可重复使用，经再次涂覆氧化钙层后压合制作隔膜。实施例2一种污泥处理方法，具体包括以下步骤：(1)污泥发酵：将含水率为97.8％的污泥置于厌氧发酵罐中，用ph调节剂调节污泥的ph为6-7，再向其中添加趋磁细菌发酵，趋磁细菌添加量为绝干污泥重量的4.5％；同时以750r/min的搅拌速度进行搅拌；在30-35℃发酵5-6天后获得发酵污泥；其中，趋磁细菌为培养驯化的生长期驱磁细菌；所述的绝干污泥为将待处理污泥于105℃加热至恒重；(2)污泥调理：向步骤(1)发酵后的污泥中添加铁粉和h2o2；铁粉和h2o2的添加量分别为绝干污泥重量的0.01‰和1％，在周期性微波辐照条件下以750r/min的搅拌速度进行充分搅拌反应后，施加磁场进行磁分离获得磁性颗粒和调理污泥；微波辐射周期为4h/次，每次辐射7.5min，微波功率为110w；(3)污泥压滤：将步骤(2)中调理污泥泵入压滤机中进行脱水获得脱水污泥，获得的污泥中的含水率为40.7％，固含量减少了30.8％；回收获得的磁性颗粒再利用；其中趋磁细菌的培养方法为：采用趋磁细菌收集器在待处理的污泥表面分离得到趋磁细菌；将分离得到的趋磁细菌接种于液体培养基(1l液体培养基中含有醋酸铵150mg、维生素混合物0.2mg、柠檬酸铵60mg、核黄素0.02mg、硫酸铁45μmol、奎尼酸铁35μmol、柠檬酸铁50μmol)，培养得到生长期趋磁细菌；步骤(1)和(2)中所述的搅拌是指向发酵罐中插入两根电极作为搅拌棒，向电极中通入交流电，产生变化的磁场；控制搅拌棒的搅拌速度，控制磁场的变化频率，为趋磁细菌的生长营造适宜的环境；同时磁场促进趋磁细菌的均匀分散性以及在污泥中的可移动性，充分利用污泥中的有机营养物质，在芬顿氧化过程中，电极搅拌产生的变化的磁场促进芬顿氧化的催化剂磁性颗粒的均匀分散，具有强化芬顿氧化的作用，提高了芬顿氧化对污泥的破解作用；提高了芬顿氧化效率；步骤(3)中的压滤机为隔膜式压滤机，隔膜式压滤机中隔膜的结构由内至外依次为玻璃纤维层、氧化钙层、聚偏氟乙烯层，且隔膜表面有凸起结构；凸起结构中氧化钙的堆积厚度大于未凸起的部分；隔膜的横截面示意图如图1所示，其中1为聚偏氟乙烯层；2为氧化钙层；3为玻璃纤维层。隔膜的制备方法为：将玻璃纤维束盘旋成螺旋结构(如图2所示)形成玻璃纤维层，在玻璃纤维层表面涂覆氧化钙形成氧化钙层；在氧化钙层表面包覆亲水型聚偏氟乙烯经压合成型获得隔膜；氧化钙粉体还可分散于玻璃纤维束间隔间；提高了氧化钙层与污泥中水的结合面积，提高了对水的吸附作用，氧化钙吸水放热有利于水分的蒸发同时进一步对污泥破解提高污泥的脱水量。本实施例采用的隔膜式压滤机中的隔膜可拆卸，隔膜吸水饱和后，将隔膜从隔膜芯板上取下，将隔膜拆分，对隔膜内层中吸水后的氧化钙层(氢氧化钙)粉末清除回收，玻璃纤维层和聚偏氟乙烯层可重复使用，经再次涂覆氧化钙层后压合制作隔膜；实施例3一种污泥处理方法，具体包括以下步骤：(1)污泥发酵：将含水率为98.6％的污泥置于厌氧发酵罐中，用ph调节剂调节污泥的ph为6-7，再向其中添加趋磁细菌发酵，趋磁细菌添加量为绝干污泥重量的5％；同时以1000r/min搅拌速度进行搅拌；在30-35℃发酵5-6天后获得发酵污泥；其中，趋磁细菌为培养驯化的生长期驱磁细菌；所述的绝干污泥为将待处理污泥于105℃加热至恒重；(2)污泥调理：向步骤(1)发酵后的污泥中添加铁粉和h2o2；铁粉和h2o2的添加量分别为绝干污泥重量的0.01‰和1％，在周期性微波辐照条件下以1000r/min搅拌速度进行充分搅拌反应后，施加磁场进行磁分离获得磁性颗粒和调理污泥；微波辐射周期为4h/次，每次辐射10min，微波功率为130w；(3)污泥压滤：将步骤(2)中调理污泥泵入压滤机中进行脱水获得脱水污泥，获得的污泥中的含水率为38.6％，固含量减少了35.4％；回收获得的磁性颗粒再利用；其中趋磁细菌的培养方法为：采用趋磁细菌收集器在待处理的污泥表面分离得到趋磁细菌；将分离得到的趋磁细菌接种于液体培养基(1l液体培养基中含有醋酸铵150mg、维生素混合物0.2mg、柠檬酸铵60mg、核黄素0.02mg、硫酸铁45μmol、奎尼酸铁35μmol、柠檬酸铁50μmol)，培养得到生长期趋磁细菌；步骤(1)和(2)中所述的搅拌是指向发酵罐中插入两根电极作为搅拌棒，向电极中通入交流电，产生变化的磁场；控制搅拌棒的搅拌速度，控制磁场的变化频率，为趋磁细菌的生长营造适宜的环境；同时磁场促进趋磁细菌的均匀分散性以及在污泥中的可移动性，充分利用污泥中的有机营养物质，在芬顿氧化过程中，电极搅拌产生的变化的磁场促进芬顿氧化的催化剂磁性颗粒的均匀分散，具有强化芬顿氧化的作用，提高了芬顿氧化对污泥的破解作用；提高了芬顿氧化效率；步骤(3)中的压滤机为隔膜式压滤机，隔膜式压滤机中隔膜的结构由内至外依次为玻璃纤维层、氧化钙层、聚偏氟乙烯层，且隔膜表面有凸起结构；凸起结构中氧化钙层的堆积厚度大于未凸起的部分；隔膜的横截面结构示意图如图1所示，其中1为聚偏氟乙烯层；2为氧化钙层；3为玻璃纤维层。隔膜的制备方法为：将玻璃纤维束盘旋成螺旋结构(如图2所示)形成玻璃纤维层，在玻璃纤维层表面涂覆氧化钙形成氧化钙层；在氧化钙层表面包覆亲水型聚偏氟乙烯经压合成型获得隔膜；氧化钙粉体还可分散于玻璃纤维束间隔间；提高了氧化钙层与污泥中水的结合面积，提高了对水的吸附作用，氧化钙吸水放热有利于水分的蒸发同时进一步对污泥破解提高污泥的脱水量。本实施例采用的隔膜式压滤机中的隔膜可拆卸，隔膜吸水饱和后，将隔膜从隔膜芯板上取下，将隔膜拆分，对隔膜内层中吸水后的氧化钙层(氢氧化钙)粉末清除回收，玻璃纤维层和聚偏氟乙烯层可重复使用，经再次涂覆氧化钙层后压合制作隔膜；实施例4探讨了搅拌速度对处理后污泥中的水含量以及固含量的影响采用实施例3的方法处理含水率98.6％的污泥，控制步骤(2)和步骤(3)中的搅拌速度，以不同的搅拌速度搅拌，对最终处理后的污泥中的含水率以及固含量减少量进行测试，结果记录于表1中。表1搅拌速度(r/min)含水率(％)固含量减少量(％)10050.311.230045.913.450042.318.970041.824.190040.329.6100038.635.4110037.633.4120039.830.2由表1可以看出，在搅拌速度为100-1200r/min时，随着搅拌速度的增大，污泥中的含水率呈现降低趋势，固含量减少量呈现增大趋势；在搅拌速度达到1000r/min时，固含量减少量达到最大，在增大搅拌速度，处理后污泥中含水率基本未发生太大变化，而污泥中的固含量减少量有所降低，分析原因可能是搅拌速度影响磁场的变化频率而影响趋磁细菌的生长，以及磁性粒子对芬顿氧化的催化作用进而影响污泥的破解；最终影响处理后污泥中的含水量以及固含量；因此，在保证较高的污泥脱水能力的条件下，综合考虑能耗，本发明优选控制搅拌速度为500-1000r/min。对比例1对比例1中污泥的处理方法与实施例3的方法基本相同，不同之处在于，在步骤(1)和步骤(2)中的搅拌采用常规的机械搅拌进行搅拌，且搅拌速度相同，进行处理后的污泥中含水量为66.3％，污泥中固含量减少了10.7％；且最终磁分离回收获得的磁性颗粒的量小于实施例3；对比例2对比例2与实施例3的污泥处理方法相同，不同之处在于，在步骤(2)污泥调理中进行芬顿氧化作用时未进行微波辐射；经处理后的污泥中含水量为60.8％；污泥中的固含量减少了14.6％；对比例3对比例3与实施例3污泥的处理方法相同，不同之处在于，在步骤(3)污泥压滤中采用的隔膜式压滤机中隔膜为纯聚偏氟乙烯膜；经处理后的污泥中含水量为58.5％；污泥中的固含量减少了21.9％。综上，本发明采用趋磁细菌发酵-芬顿氧化-微波辐射一体化协同处理的方法处理污泥可以显著改善污泥的脱水性能，降低处理后污泥的含水率，同时达到了污泥减量的效果；本发明还通过对隔膜式压滤机的隔膜进行改进，将由玻璃纤维层、氧化钙层以及聚偏氟乙烯层复合获得隔膜用于污泥的压滤处理，显著提高了污泥的脱水量；最后说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域的技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。当前第1页12