专利名称：一种城市污泥的处理方法以及用于处理城市污泥的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种城市污泥的处理方法以及用于处理城市污泥的系统。
背景技术：
污泥是污水处理的必然产物。^一五”期间，在污水处理厂建设和污水处理量攀升的同时，也带来了污泥量的大幅增长。据报道，目前我国处于运营状态的污水厂有2000 余座，日处理水量为8000多万立方米。以污泥(含水率为98质量％ )占污水的质量比例为O. 6质量％计算，每天产生污泥的产量为48万立方米。“十二五”期间，随着在建污水处理厂大批投运，城镇污水处理厂污泥的年均增长量将达到15重量％。
污水处理厂产生的污泥包括初沉污泥和剩余污泥。初沉污泥和剩余污泥及其混合物被称为城市污泥。城市污泥的水含量高且含有有机残片和细菌菌体，未经恰当处理的城市污泥进入环境后，将直接给水体和大气带来二次污染，不但降低了污水处理系统的有效处理能力，而且对生态环境和人类的活动构成了严重的威胁。
向城市污泥中加入碱性物质(如氢氧化钠)，并在较高的温度下(如30 300°C ) 对其进行处理，称为城市污泥的热碱处理；相应地，经过热碱处理的城市污泥，称为热碱污泥。将城市污泥进行热碱处理可以破碎微生物细胞，将城市污泥中微生物细胞外部和细胞内部的有机物溶解出来，转化为在水相可溶的物质，从而减少城市污泥的量，是一种城市污泥减量化和无害化的有效方法。此外，在对城市污泥进行热碱处理时，污泥中含有的大部分磷将转化成为例如PO/-、HPO42-和H2PO4-的含磷无机酸根离子。
但是，热碱污泥在进行过滤脱水时，极易发生堵塞滤布的现象，降低脱水效率，需要进行多次脱水才能将热碱污泥中的水脱除，得到低含水率的脱水污泥。 发明内容
本发明的目的是提供一种城市污泥的处理方法，该方法采用热碱处理方法来将城市污泥中的微生物内的有机物溶解出来，从而使城市污泥减量化和无害化；更重要的是，该方法能够有效地提闻热喊污泥的脱水效率。
本发明的发明人在研究过程中惊讶地发现，向热碱污泥中添加水溶性铁盐、水溶性亚铁盐或水溶性铝盐能够显著改善热碱污泥的脱水性能，提高脱水效率。由此完成了本发明。
本发明提供了一种城市污泥的处理方法，该方法包括
在热碱解条件下，使所述城市污泥与碱接触，以得到热碱污泥，所述热碱污泥含有选自PO/-、HPO42-和H2PO4-中的一种或多种含磷无机酸根离子；
向所述热碱污泥中添加选自水溶性铁盐、水溶性亚铁盐和水溶性铝盐中的一种或多种金属盐，并将所述热碱污泥与所述金属盐混合，以得到改性热碱污泥；以及
将所述改性热碱污泥进行脱水。
本发明还提供了一种处理城市污泥的系统，该系统包括热碱处理装置、后处理装置、脱水装置、以及用于连接所述脱水装置与污水处理系统的污水输送管道；所述热碱处理装置与所述后处理装置连通，所述脱水装置与所述后处理装置连通，所述后处理装置用于使来自所述热碱处理装置的热碱污泥与选自水溶性铁盐、水溶性亚铁盐和水溶性铝盐中的一种或多种金属盐混合，以得到改性热碱污泥。
根据本发明的方法能够显著减少污泥的总量，改善热碱污泥的脱水性能，提高脱水效率。根据本发明的方法，得到的污泥的量能够比直接对城市污泥进行脱水而得到的污泥的量减少80重量％以上。
并且，本发明的方法中，添加的选自水溶性铁盐、水溶性亚铁盐和水溶性铝盐中的一种或多种金属盐能够与热碱污泥中的含磷无机酸根离子(包括磷酸根离子、磷酸一氢根离子和磷酸二氢根离子)发生反应形成磷酸盐沉淀，使得热碱污泥中以无机酸根离子形式存在的磷沉淀出来，在后续的脱水过程中，上述沉淀物保留在泥相中，能够有效地降低将热碱污泥进行脱水而得到的滤液中的磷含量，从而减轻后续的污水处理的工作量。即，根据本发明的方法在改善热碱污泥的脱水性能的同时，还能够降低得到的污水中的磷含量。
另外，根据本发明的方法简便易行。
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式
一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中
图1是根据本发明的处理城市污泥的系统的一种实施方式的示意图2是根据本发明的处理城市污泥的系统的另一种实施方式的示意图；
图3是根据本发明的处理城市污泥的系统的热碱处理装置中，碱加料口的位置的示意图；以及
图4是根据本发明的处理城市污泥的系统的后处理处理装置中，用于添加金属盐的加料口的位置的示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种城市污泥的处理方法，该方法包括在热碱解条件下，使所述城市污泥与碱接触，以得到热碱污泥，所述热碱污泥含有选自P043-、HP0421PH2P04-中的一种或多种含磷无机酸根离子。
根据本发明，所述城市污泥可以为污水处理过程中产生的初沉污泥，也可以为污水处理过程中产生的剩余污泥，还可以为所述初沉污泥和所述剩余污泥的混合物。
根据本发明的方法，所述碱可以为本领域通常用于对城市污泥进行热碱处理的碱。例如，所述碱可以为氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钠和氧化钾中的一种或多种。
根据本发明的方法，所述碱的用量可以根据所述城市污泥的来源进行适当的选择。一般地，所述碱与以干基计的所述城市污泥的质量比可以为0.01 1: 100，优选为 O. 05 O. 8 100。
根据本发明的方法，所述碱可以直接添加到所述城市污泥中，也可以配制成水溶液后再添加到城市污泥中。在将碱配制成水溶液后再添加到城市污泥中时，所述水溶液的浓度可以为本领域的常规选择，没有特别限定。
根据本发明的方法，所述热碱解条件可以为本领域的常规条件。一般地，所述热碱解条件包括温度可以为30 300°C，优选为100 200°C ;所述城市污泥在热碱反应器中的水力停留时间可以为5分钟至3小时。
本发明中，所述水力停留时间是指反应器的容积与污泥的进料流量的比值。
根据本发明的方法，所述城市污泥通常含有大量水，根据其来源不同，所述城市污泥的固含量可能存在差别。优选地，所述城市污泥的固含量为2 10重量％。在所述城市污泥的固含量为2 10重量％时，不仅能够使得碱与所述城市污泥的接触更为充分，从而更为有效地对城市污泥进行破解；还能够有效地减轻热碱处理步骤以及后续步骤的处理量。
本发明中，所述固含量是采用干燥失重法测定的，是将质量为Hi1的污泥在105°C的温度下干燥至恒重(记为m2)，m2与Hl1的百分比为固含量。
根据本发明，在所述城市污泥的固含量低于2重量％或高于10重量％时，尽管可以直接将该城市污泥送入所述热碱反应器中，但是从减轻热碱处理步骤以及后续步骤的处理量的角度出发，在所述城市污泥的固含量为低于2重量％时，根据本发明的方法优选还包括将在所述城市污泥送入所述热碱反应器之前，将所述城市污泥进行浓缩，使城市污泥的固含量为2 10重量在所述城市污泥的固含量为高于10重量％时，根据本发明的方法优选还包括将在所述城市污泥送入所述热碱反应器之前，将所述城市污泥进行稀释，使城市污泥的固含量为2 10重量％。
根据本发明的方法，可以采用本领域常用的方法来对固含量为低于2重量％的城市污泥进行浓缩，以使浓缩后的城市污泥的固含量为2 10重量％。例如，可以采用静置、 过滤或离心分离的方法，将所述城市污泥进行固液分离，以将所述城市污泥分离成为固相和水相，并分出所述水相，从而使得到的城市污泥的固含量为2 10重量％。
根据本发明的方法，所述过滤可以在本领域常用的过滤设备上进行，所述过滤设备的实例可以为但不限于板框式压滤机和带压式压滤机。
根据本发明的方法，将城市污泥进行浓缩而得到的水相可以送到污水处理装置中进行处理后排出。
根据本发明的方法，经热碱处理得到的热碱污泥含有磷，其中，至少部分磷以选自 PO/-、HPO42-和H2PO4-中的一种或多种含磷无机酸根离子的形式存在。即，所述热碱污泥含有选自PO43' ΗΡ042_和h2po4_中的一种或多种含磷无机酸根离子。
根据本发明的方法，所述热碱污泥中含磷无机酸根离子的含量随进行热碱处理的城市污泥的来源以及热碱处理的条件而变化，没有特别限定。一般地，所述热碱污泥中，含磷无机酸根尚子的含量为O. 4 6克/100克干泥。
根据本发明的方法，由于城市污泥与碱的接触通常在升高温度的条件下进行，因此所述热碱污泥通常温度较高。从进一步降低根据本发明的方法的能耗的角度出发，根据本发明的方法优选包括在将待处理的城市污泥与碱接触之前，与所述热碱污泥进行换热， 这样一方面可以降低热碱污泥的温度，另一方面则可以提高待处理的城市污泥的温度，降低用于冷却热碱污泥和加热城市污泥的能源消耗量。
在根据本发明的方法包括将城市污泥进行浓缩或者稀释，并将浓缩后或者稀释后的城市污泥与碱接触时，根据本发明的方法还包括将浓缩后或者稀释后的城市污泥与热碱污泥进行换热。
本发明对于所述换热的方法没有特别限定，可以为本领域的常规选择。本文不再赘述。
根据本发明的方法还包括向所述热碱污泥中添加选自水溶性铁盐、水溶性亚铁盐和水溶性铝盐的金属盐，并将所述热碱污泥与所述金属盐混合，以得到改性热碱污泥。
根据本发明的方法，所述金属盐的添加量以能够使得得到的改性热碱污泥具有改进的脱水性能为准。
一般地，以摩尔计，所添加的金属盐的总量与所述热碱污泥中含磷无机酸根离子总量的比值可以为O. 2 5 1，优选为O. 5 3 I。在所述金属盐与所述含磷无机酸根离子的摩尔比为O. 5 3 I时，能够在基本使所述热碱污泥中的含磷无机酸根离子沉淀完全的前提下，进一步降低本发明的方法的成本。
根据本发明的方法，所述水溶性铁盐可以为各种能够溶解于水中且阳离子含有铁离子(Fe3+)的化合物；所述水溶性亚铁盐可以为各种能够溶解于水中且阳离子含有亚铁离子(Fe2+)的化合物；所述水溶性铝盐可以为各种能够溶解于水中且阳离子含有铝离子 (Al3+)的化合物、或者在水中能够水解形成铝离子的化合物。优选地，所述金属盐为硫酸铁、 氯化铁、硝酸铁、柠檬酸铁、硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁、硫酸铝、氯化铝和硝酸铝中的一种或多种。
根据本发明的方法，所述选自水溶性铁盐、水溶性亚铁盐和水溶性铝盐的一种或多种金属盐可以直接添加到热碱污泥中，也可以各自配制成水溶液后再添加到热碱污泥中。在将所述金属盐配制成水溶液再添加到热碱污泥中时，所述金属盐在所述水溶液中的浓度没有特别限定，只要能够使所述金属盐溶解完全即可。
根据本发明的方法，对于将热碱污泥与选自水溶性铁盐、水溶性亚铁盐和水溶性铝盐的一种或多种金属盐进行混合的方法和条件没有特别限定，可以为本领域的常规选择。
优选地，将所述热碱污泥与所述金属盐进行混合的条件包括混合的温度为10 IOO0C ;混合的时间为I秒至2小时(例如5分钟至2小时)。在上述条件下进行混合，能够进一步提高最终得到的改性热碱污泥的脱水性能，并进一步降低对改性热碱污泥进行脱水后得到的滤液中的磷含量。从平衡最终得到的改性热碱污泥的脱水性能、降低对改性热碱污泥进行脱水后得到的滤液中的磷含量与能源消耗的角度出发，所述混合的温度更优选为20 60°C;所述热碱污泥在所述后处理反应器中的水力停留时间更优选为5 30分钟。
本发明的方法对于所述热碱污泥的固含量没有特别限定。本发明的发明人在研究过程中发现，在热碱污泥的固含量为2 10重量％时，采用本发明的方法对所述热碱污泥进行处理得到的改性热碱污泥具有更好的脱水性能，而且还不会加重后续的脱水步骤的负担。
在本发明的一种优选的实施方式中，在所述热碱污泥的固含量为2重量％以下时，根据本发明的方法包括在将热碱污泥与选自水溶性铁盐、水溶性亚铁盐和水溶性铝盐的一种或多种金属盐混合之前，将所述热碱污泥进行浓缩，以使浓缩后的热碱污泥的固含量为2 10重量％。
所述浓缩的方法在前文已经进行了详细的描述，在此不再赘述。
在该优选的实施方式中，所述浓缩优选在絮凝剂的存在下进行，这样能够进一步提高浓缩的效率。本发明对于所述絮凝剂的用量和种类没有特别限定，可以为本领域的常规选择。优选地，所述絮凝剂与以干基计的所述热碱污泥的质量比为O. 001 O.1 I。所述絮凝剂的实例可以为但不限于羧酸盐系絮凝剂、磺酸盐系絮凝剂、阴离子聚丙烯酰胺、 一级胺、二级胺、三级胺、四级铵、四级硫、阳离子聚丙烯酰胺、聚酯系絮凝剂、聚醇系絮凝剂和非离子型聚丙烯酰胺。
在本发明的另一种优选的实施方式中，在所述热碱污泥的固含量为10重量％以上时，根据本发明的方法包括在将热碱污泥与选自水溶性铁盐、水溶性亚铁盐和水溶性铝盐的一种或多种金属盐混合之前，将所述热碱污泥进行稀释，以使稀释后的热碱污泥的固含量为2 10重量％。
根据本发明的方法还包括将所述改性热碱污泥进行脱水。
根据本发明的方法可以采用本领域常用的各种方法来对所述改性热碱污泥进行脱水。例如可以采用静置、过滤或离心分离的方法，将所述改性热碱污泥进行固液分离，将所述改性热碱污泥分离成为固相和水相，并分出所述水相，从而脱除所述改性热碱污泥中的水。
根据本发明的方法，所述过滤可以在本领域常用的过滤设备上进行，所述过滤设备的实例可以为但不限于板框式压滤机和带压式压滤机。
根据本发明的方法，脱水后的改性热碱污泥的固含量可以根据具体的应用场合进行适当的选择，优选为20重量％以上，例如可以为20 40重量％。
根据本发明的方法，将改性污泥进行脱水而获得的水相可以进入污水处理系统中进行处 理后排放。
根据本发明的方法，通过将热碱污泥与选自水溶性铁盐、水溶性亚铁盐和水溶性铝盐的一种或多种金属盐混合后进行脱水，能够显著降低得到的水相中的磷含量。一般地， 根据本发明的方法得到的水相中的磷含量能够为250mg/L以下，优选条件下能够为70mg/L 以下。
本发明还提供了一种处理城市污泥的系统，如图1所示，该系统包括热碱处理装置2、后处理装置7、脱水装置9、以及用于连接所述脱水装置9与污水处理系统的污水输送管道12 ;所述热碱处理装置2与所述后处理装置7连通，所述脱水装置9与所述后处理装置7连通。
根据本发明的系统，所述热碱处理装置2包括热碱反应器20，所述热碱处理装置2 用于使所述城市污泥与碱在热碱解条件下在热碱反应器20中进行接触，以得到热碱污泥。 本发明对于所述热碱处理装置2没有特别限定，可以为本领域的常规选择。
根据本发明，所述热碱反应器20用于为城市污泥与碱的接触提供场所，可以为本领域的常规选择，本文不再赘述。
根据本发明，所述热碱处理装置2还包括用于将待处理的城市污泥送入所述热碱反应器20内的城市污泥输入管道13、用于将经热碱处理的热碱污泥输出的热碱污泥输出管道14、用于对所述热碱反应器20进行加热的加热单元3、以及用于将所述热碱反应器20 的内部空间与环境隔离的反应器盖(未示出)。所述城市污泥输入管道13、热碱污泥输出管道14、加热单元3和反应器盖均可以为本领域的常规选择。
根据本发明的系统，所述热碱处理装置2优选包括位于所述热碱反应器20内部的搅拌器16，以将所述城市污泥与碱混合均匀，并防止由于局部反应速度过快而引起的局部过热。
根据本发明的系统，所述热碱反应装置2优选还包括温度控制单元(未示出)。所述温度控制单元一方面用于检测所述热碱反应器20内的温度，另一方面则根据检测到的所述热碱反应器20内的温度来控制所述加热单元3进行加热、以及加热的温度。
根据本发明的系统，所述热碱反应装置2还包括用于输入待处理的城市污泥的污泥进料口 17。所述污泥进料口 17优选位于所述热碱反应器20的上部(例如在所述热碱反应器20的高度为H1时，以所述热碱反应器20的底部为基准，所述污泥进料口 17的位置优选为7丑I 了丑I )。3 4
根据本发明的系统，所述热碱反应装置2还包括用于添加碱的碱加料口，所述碱加料口的位置可以根据具体的反应器的类型进行适当的选择。一般地，所述碱加料口可以设置在所述热碱反应器的外部，例如设置在城市污泥输入管道13上(如图3中所示出的A 点)；或者设置在位于所述热碱反应装置2的污泥进料口 17上(如图3中所示出的BA)。 所述碱加料口还可以设置在所述热碱反应器20的内部，例如可以设置密封穿过所述反应器盖的两端开口的管道(如图1中的加料单元4)，所述管道的一端端口与碱储罐(未示出) 相连，另一端端口位于所述热碱反应器20的内部(如图3中示出的C点)。位于所述热碱反应器内部的端口的位置优选不高于所述污泥进料口，例如在所述热碱反应器20的高度为H1时，以所述 热碱反应器20的底部为基准，所述加料单元4的位于所述热碱反应器20内部的端口的位置优选为 ，且所述加料单元4的位于所述热碱反应器20内部的端口低于所述污泥进料口。
根据本发明的系统，所述后处理装置用于将热碱污泥与选自水溶性铁盐、水溶性亚铁盐和水溶性铝盐中的一种或多种的金属盐进行混合，以得到改性热碱污泥。
根据本发明的系统，所述后处理装置7包括用于为所述热碱污泥与所述金属盐进行混合提供场所的后处理反应器21，所述后处理反应器21可以为能够实现上述功能的各种反应器，没有特别限定。
根据本发明的系统，所述后处理装置7还包括用于将改性热碱污泥输出的改性污泥输出管道15、以及用于将所述后处理反应器21的内部空间与所述环境隔离的后处理反应器盖(未示出)。所述改性污泥输出管道15以及后处理反应器盖各自可以为本领域的常规选择，没有特别限定，本文不再赘述。
根据本发明的系统，所述后处理装置7还包括位于所述后处理反应器21内的搅拌器18，用于将所述热碱污泥与所述金属盐混合均匀。
根据本发明的系统，所述后处理系统7还包括用于输入热碱污泥的热碱污泥进料口 19。所述热碱污泥进料口 19优选位于所述后处理反应器21的上部(例如在所述后处理反应器21的高度为H2时，以所述后处理反应器21的底部为基准，所述热碱污泥进料口I9的位置优选为晏丑2 吞i/d。3 4
根据本发明的系统，所述后处理装置7还包括用于添加所述金属盐以及任选的絮凝剂的加料口。本发明对于所述加料口的位置没有特别限定，可以根据具体的后处理反应器的类型进行适当的选择。
在本发明的一种实施方式中，用于添加所述金属盐以及任选的絮凝剂的加料口设置在所述后处理反应器21的外部，例如设置在热碱污泥输入管道14上(如图4中所示出的D点)；或者设置在位于所述后处理反应装置7的热碱污泥进料口 19上(如图4中所示出的E点)。
在本发明的另一种实施方式中，用于添加所述金属盐以及任选的絮凝剂的加料口设置在所述后处理反应器21的内部，例如可以设置密封穿过所述反应器盖的两端开口的管道，所述管道的一端端口与储罐(未示出)相连，另一端端口位于所述后处理反应器21 的内部(如图4中示出的F点和图1示出的加料单元8)。根据本发明，所述管道的数量可以根据需要添加的物料的种类进行选择，例如所述管道可以包括用于输送所述金属盐的管道和用于输送絮凝剂的管道。另外，也可以仅设置一个管道，先后将物料送入所述后处理反应器21的内部。位于所述后处理反应器21内部的端口的位置优选不低于所述热碱污泥进料口 19，例如所述后处理反应器21的高度为H2时，以所述后处理反应器21的底部为基准，位于所述后处理反应器21内部的端口的位置优选为|丑2 ，且位于所述后处理3 4反应器21内部的端口的位置低于所述热碱污泥进料口 19。
根据本发明的系统还包括所述脱水装置9，所述脱水装置9用于将所述改性热碱污泥进行脱水，脱水产生的水相进入所述污水输送管道12，输送至污水处理系统。所述脱水装置可以为本领域的常规选择，本文不再赘述。
如图1和2所示，在本发明的一种优选的实施方式中，根据本发明的系统还包括初级处理装置1、以及用于连接所述初级处理装置和污水处理系统的污水输送管道10，所述初级处理装置I与所述热碱处理装置2连通。
所述初级处理装置I用于将所述城市污泥进行浓缩或稀释，浓缩或稀释后的城市污泥输送至所述热碱处理装置2中，浓缩产生的水相进入所述污水输送管道10，输送至所述污水处理系统。
根据本发明，所述初级处理装置I可以为本领域的常规选择，本领域不再赘述。
如图2所示，在本发明的另一种优选的实施方式中，该系统还包括二次浓缩装置 6、以及用于连接所述二次浓缩装置6和污水处理系统的污水输送管道11，所述二次浓缩装置6与所述热碱处理装置2和所述后处理装置7连通。
所述二次浓缩装置6用于将通过热碱污泥输送管道22而进入所述二次浓缩装置 6的热碱污泥进行浓缩，并将浓缩后的热碱污泥通过浓缩热碱污泥输送管道14而进入所述后处理装置7中，浓缩产生的水相进入所述污水输送管道11，输送至所述污水处理系统。
如图1和2所示，根据本发明的系统，由于热碱处理系统2中输出的热碱污泥的温度较高，从进一步降低能耗的角度出发，根据本发明的系统还包括换热装置5，所述换热装置5用于将所述城市污泥与所述热碱处理装置2输出的热碱污泥进行换热，或者所述换热装置5用于将所述浓缩后的城市污泥与所述热碱处理装置2输出的热碱污泥进行换热。本发明对于所述换热装置5没有特别限定，可以为本领域常用的能够实现上述功能的各种换热装置，本文不再赘述。
如图2所示，本发明的用于处理城市污泥的系统的一种优选的运行流程为将城市污泥送入初级处理装置I中，浓缩或稀释成为固含量为2 10重量％ ;浓缩得到的水相通过污水输送管道10进入污水处理系统进行净化，浓缩或稀释得到的城市污泥通过城市污泥输入管道13进入热碱反应装置2的热碱反应器20中，伴随搅拌，将碱通过设置在所述热碱反应器20内部的碱加料单元4送入所述热碱反应器20中，通过加热单元3将所述热碱反应器20内的温度加热至30 300°C (优选100 200°C )，以使城市污泥与碱接触反应，从而得到热碱污泥，所述城市污泥在所述热碱反应器20内的水力停留时间为5分钟至3 小时。所述热碱污泥在换热器5中与待处理的城市污泥进行换热后,通过热碱污泥输入管道22进入所述二次浓缩装置6中进行浓缩，浓缩得到的水相通过污水输送管道11进入污水处理系统中进行净化，浓缩得到的热碱污泥的固含量优选为2 10重量％。浓缩后的热碱污泥通过与后处理反应装置6相连的热碱污泥输入管道14进入所述后处理反应器21， 伴随搅拌，通过位于所述后处理反应器21内的加料单元8将选自水溶性铁盐、水溶性亚铁盐和水溶性铝盐中的一种或多种金属盐送入所述后处理反应器21中，并与热碱污泥混合， 接着加入絮凝剂，得到改性热碱污泥。所述热碱污泥在所述后处理反应器21中的水力停留时间为I秒钟至2小时。得到的改性热碱污泥通过改性热碱污泥输送管道15进入脱水装置9中，进行脱水，得到脱水的污泥，其中，脱水的污泥的固含量为60 80重量％，脱除的水相通过污水输送管道12输送至污水处理装置中进行净化。
以下结合实施例详细说明本发明。
以下实施例中，采用GB11893-89中规定的钥酸铵分光光度法来测定热碱污泥中的含磷无机酸根离子的含量。
以下实施例中，固含量的测试方法为将质量为Hi1的污泥在105°C的温度下干燥至恒重(记为m2), m2与Iii1的百分比为固含量。
实施例1
本实施例用来说明根据本发明的城市污泥处理方法和城市污泥处理系统。
(I)如图2所示,将40吨城市污泥(固含量为I重量％ )送入初级处理装置I中， 经过浓缩的城市污泥的固含量为3重量％。浓缩得到的水相通过污水输送管道输送至污水处理装置中进行净化。
(2)浓缩后的城市污泥经过换热装置5，与经热碱处理的热碱污泥进行换热，换热后的城市污泥的温度为130°C。
(3)将换热后的城市污泥送入热碱反应装置2的热碱反应器20中，伴随搅拌，同时通过碱加料单元4向所述热碱反应器20中投加氢氧化钠，氢氧化钠与热碱反应器20中的以干基计的城市污泥的重量比为1: 100，并且加热单元3将热碱反应器20中的城市污泥加热至温度为2 00°C，进行热碱处理，以得到热碱污泥。其中，城市污泥在热碱反应器20中的水力停留时间为Ih ;热碱污泥中，含磷无机酸根离子(包括？043_、即042_和H2PO4O的总量为300mg/L。热碱污泥的固含量为1. 2重量％。
(4)由热碱反应装置2输出的热碱污泥经换热装置5，与经初次浓缩的城市污泥进行换热后，热碱污泥的温度为60°C。
(5)将换热后的热碱污泥送入二次浓缩装置6中，热碱污泥在二次浓缩装置6中的水力停留时间为lh，浓缩后的热碱污泥的固含量为5重量％ ;二次浓缩得到的水相通过污水输送管道输送至污水处理装置中进行净化。
(6)浓缩后的热碱污泥进入后处理反应装置7的后处理反应器21中，伴随搅拌，加料单元8向后处理反应器内的热碱污泥中投加氯化铁和阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂(商购自巩义佳恒公司，牌号为C1650),使后处理反应器21中的热碱污泥中,Fe3+与热碱污泥中的含磷无机酸根离子(包括P043_、HP0423PH2P04_)的总量的摩尔比为1: 1，絮凝剂的用量与以干基计的热碱污泥的重量比为O. 02 I。热碱污泥在后处理反应器21中的水力停留时间为30min，后处理反应器21内的温度为45°C。·
(7)得到的改性热碱污泥进入脱水装置9中，采用板框式压滤机进行一次脱水，脱水过程中没有发生滤布堵塞的现象，过滤时间为10分钟。脱水得到的水相通过污水输送管道进入污水处理装置中进行净化。其中，脱水得到的水相中，磷含量为35mg/L ;得到的脱水污泥的固含量为30重量％ ,脱水污泥重量为O. 53吨。
对比例I
采用与实施例1相同的方法对城市污泥进行处理，不同的是，不进行步骤￠)，步骤(4)得到的热碱污泥直接进入脱水装置9中进行脱水，采用板框式压滤机进行一次脱水， 脱水过程中滤布发生堵塞，过滤时间为I小时。脱水得到的水相中，磷含量为300mg/L ;得到的脱水污泥的固含量为5重量％，脱水污泥重量为3. 2吨。
实施例2
本实施例用来说明根据本发明的城市污泥处理方法和城市污泥处理系统。
采用与实施例1相同的方法对城市污泥进行处理，不同的是，步骤出)中，依次由加料单元8向后处理反应器21内的热碱污泥中投加硫酸铁和絮凝剂，使后处理反应器21 中的热碱污泥中，Fe3+与热碱污泥中的含磷无机酸根离子(包括Ρ0/_、ΗΡ0广和H2PO4O的总量的摩尔比为O. 5 I。脱水过程中没有发生滤布堵塞的现象，过滤时间为15分钟，脱水得到的水相中，磷含量为100mg/L ;得到的脱水污泥的固含量为20重量％，重量为O. 8吨。
实施例3
本实施例用来说明根据本发明的城市污泥处理方法和城市污泥处理系统。
采用与实施例1相同的方法对城市污泥进行处理，不同的是，步骤￠)中，依次由加料单元8向后处理反应器21内的热碱污泥中投加氯化铝和絮凝剂，使后处理反应器21 中的热碱污泥中，Al3+与热碱污泥中的含磷无机酸根离子(包括Ρ043_、ΗΡ0广和H2PO4O的总量的摩尔比为5 I。脱水过程中没有发生滤布堵塞的现象，过滤时间为8分钟，脱水得到的水相中，磷含量为2mg/L ;得到的脱水污泥的固含量为39重量％，重量为O. 41吨。
实施例4
本实施例用来说明根据本发明的城市污泥处理方法和城市污泥处理系统。
采用与实施例1相同的方法对城市污泥进行处理，不同的是，步骤￠)中，依次由加料单元8向后处理反应器21内的热碱污泥中投加氯化铝和絮凝剂，使后处理反应器21 中的热碱污泥中，Al3+与热碱污泥中的含磷无机酸根离子(包括Ρ043_、ΗΡ0广和H2PO4O的总量的摩尔比为3 I。脱水过程中没有发生滤布堵塞的现象，过滤时间为8分钟，脱水得到的水相中，磷含量为2. 5mg/L ;得到的脱水污泥的固含量为35重量重量为O. 46吨。
实施例5
本实施例用来说明根据本发明的城市污泥处理方法和城市污泥处理系统。
(I)如图1所示,将40吨城市污泥(固含量为O. 8重量％ )送入初级处理装置I, 经过浓缩的城市污泥的固含量为2. 5重量％。浓缩得到的水相通过污水输送管道输送至污水处理装置中进行净化。
(2)浓缩后的城市污泥经过换热装置5，与经热碱处理的热碱污泥进行换热，换热后的城市污泥的温度为100 °c。
(3)将换热后的城市污泥送入热碱反应装置2的热碱反应器20中，伴随搅拌，同时通过加料单元4向所述热碱反应器20中投加氢氧化钾，氢氧化钾与热碱反应器20中的以干基计的城市污泥的重量比为O. 8 100,并且加热单元3将热碱反应器20中的城市污泥加热至温度为160°C，进行热碱处理，以得到热碱污泥。其中，城市污泥在热碱反应器20中的水力停留时间为45min ;热碱污泥中，含磷无机酸根离子(包括PO43' ΗΡ042_和H2PO4O的总量为400mg/L。热碱污泥的固含量为1.1重量％。
(4)由热碱反应装置2输出的热碱污泥经换热装置5，与经初次浓缩的城市污泥进行换热后，热碱污泥的温度为50°C。
(5)浓缩后的热碱污泥进入后处理反应装置7的后处理反应器21中，伴随搅拌，依次由加料单元8向后处理反应器21内的热碱污泥中投加硫酸铝和阳离子聚丙烯酰胺(商购自巩义佳恒公司，牌号为C1650)，使后处理反应器21中的热碱污泥中，Al3+与热碱污泥中的含磷无机酸根离子(包括P043_、HP0423PH2P04_)的总量的摩尔比为2 1，絮凝剂的用量与以干基计的热碱污泥的重量比为O. 02 I。热碱污泥在后处理反应器21中的水力停留时间为I小时，后处理反应器21内的温度为30°C。
(6)得到的改性热碱污泥进入脱水装置9中，采用板框式压滤机进行一次脱水，脱水过程中没有发生滤布堵塞的现象，过滤时间为9分钟。脱水得到的水相通过污水输送管道进入污水处理装置中进行净化。其中，脱水得到的水相中，磷含量为15mg/L ;得到的脱水污泥的固含量为31重量％ ,脱水污泥重量为O. 45吨。
实施例6
本实施例用来说明根据本发明的城市污泥处理方法和城市污泥处理系统。
(I)如图2所示,将40吨城市污泥(固含量为I重量％ )送入初级处理装置I中， 经过浓缩的城市污泥的固含量为3重量％。浓缩得到的水相通过污水输送管道输送至污水处理装置中进行净化。
(2)浓缩后的城市污泥经过换热装置5，与经热碱处理的热碱污泥进行换热，换热后的城市污泥的温度为130°C。
(3)将换热后的城市污泥送入热碱反应装置2的热碱反应器20中，伴随搅拌，同时通过碱加料单元4向所述热碱反应器20中投加氢氧化钠，氢氧化钠与热碱反应器20中的以干基计的城市污泥的重量比为O. 8 100,并且加热单元3将热碱反应器20中的城市污泥加热至温度为180°C，进行热碱处理，以得到热碱污泥。其中，城市污泥在热碱反应器20 中的水力停留时间为O. Sh ;热碱污泥中，含磷无机酸根离子的总量为350mg/L。热碱污泥的固含量为1. 3重量％。
(4)由热碱反应装置2输出的热碱污泥经换热装置5，与经初次浓缩的城市污泥进行换热后，热碱污泥的温度为55°C。
(5)将换热后的热碱污泥送入二次浓缩装置6中，热碱污泥在二次浓缩装置6中的水力停留时间为1. 2h，浓缩后的热碱污泥的固含量为4重量％ ;二次浓缩得到的水相通过污水输送管道输送至污水处理装置中进行净化。
(6)浓缩后的热碱污泥进入后处理反应装置7的后处理反应器21中，伴随搅拌，加料单元8向后处理反应器内的热碱污泥中投加硫酸亚铁，使后处理反应器21中的热碱污泥中，Fe2+与热碱污泥中的含磷无机酸根离子(包括Ρ0/_、ΗΡ0广和H2PO4O的总量的摩尔比为 3 I。热碱污泥在后处理反应器21中的水力停留时间为20min，后处理反应器21内的温度为40V。
(7)得到的改性热碱污泥进入脱水装置9中，采用板框式压滤机进行一次 脱水，脱水过程中没有发生滤布堵塞的现象，过滤时间为13分钟。脱水得到的水相通过污水输送管道进入污水处理装置中进行净化。其中，脱水得到的水相中，磷含量为20mg/L ;得到的脱水污泥的固含量为32重量％ ,脱水污泥重量为O. 54吨。
权利要求
1.一种城市污泥的处理方法，该方法包括在热碱解条件下，使所述城市污泥与碱接触，以得到热碱污泥，所述热碱污泥含有选自 PO43' HPO广和H2PCV中的一种或多种含磷无机酸根离子；向所述热碱污泥中添加选自水溶性铁盐、水溶性亚铁盐和水溶性铝盐中的一种或多种金属盐，并将所述热碱污泥与所述金属盐混合，以得到改性热碱污泥；以及将所述改性热碱污泥进行脱水。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，以摩尔计，所述金属盐的总量与所述热碱污泥中的含磷无机酸根离子的总量的比值为0.2 5 I。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，以摩尔计，所述金属盐的总量与所述热碱污泥中的含磷无机酸根离子的总量的比值比为0.5 3 I。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热碱污泥与所述金属盐进行混合的温度为 10 100°C，所述热碱污泥的水力停留时间为I秒至2小时。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述热碱污泥与所述金属盐进行混合的温度为 20 60°C，所述热碱污泥的水力停留时间为5分钟至30分钟。
6.根据权利要求1 5中任意一项所述的方法，其中，所述金属盐为硫酸铁、氯化铁、硝酸铁、柠檬酸铁、硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁、硫酸铝、氯化铝和硝酸铝中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述碱与以干基计的所述城市污泥的质量比为O.01 1: 100。
8.根据权利要求1或7所述的方法，其中，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钠和氧化钾中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热碱解条件包括温度为30 300°C，所述城市污泥的水力停留时间为5分钟至3小时。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括将所述城市污泥与所述热碱污泥进行换热，并将换热后的城市污泥在热碱解条件下与碱接触。
11.根据权利要求1 5和10中任意一项所述的方法，其中，所述热碱污泥的固含量为 2 10重量％。
12.根据权利要求1 5和10中任意一项所述的方法，其中，所述热碱污泥的固含量为低于2重量％，该方法还包括在向所述热碱污泥中添加所述金属盐之前，将所述热碱污泥进行浓缩，以使浓缩后的热碱污泥的固含量为2 10重量％ ;或者所述热碱污泥的固含量为高于10重量％，该方法还包括在向所述热碱污泥中添加所述金属盐之前，将所述热碱污泥进行稀释，以使稀释后的热碱污泥的固含量为2 10重量％。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述浓缩在絮凝剂的存在下进行，所述絮凝剂与以干基计的所述热碱污泥的质量比为O. 001 O.1 I。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，脱水后的改性热碱污泥的固含量为20质量％以上。
15.一种处理城市污泥的系统，该系统包括热碱处理装置(2)、后处理装置(7)、脱水装置(9)、以及用于连接所述脱水装置(9)与污水处理系统的污水输送管道(12);所述热碱处理装置(2)与所述后处理装置(7)连通，所述脱水装置(9)与所述后处理装置(7)连通，所述后处理装置(7)用于使来自所述热碱处理装置(2)的热碱污泥与选自水溶性铁盐、水溶性亚铁盐和水溶性铝盐的一种或多种金属盐混合，以得到改性热碱污泥。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，该系统还包括初级处理装置(I)、以及用于连接所述初级处理装置(I)和污水处理系统的污水输送管道(10)，所述初级处理装置(I)与所述热碱处理装置(2)连通，所述初级处理装置(I)用于将所述城市污泥进行浓缩或稀释， 并将浓缩或稀释后的城市污泥输送至所述热碱处理装置(2)中。
17.根据权利要求15或16所述的系统，其中，该系统还包括换热装置(5)，所述换热装置(5)用于将所述城市污泥与所述热碱处理装置(2)输出的热碱污泥进行换热；或者所述换热装置(5)用于将所述浓缩或稀释后的城市污泥与所述热碱处理装置(2)输出的热碱污泥进行换热。
18.根据权利要求15或16所述的系统，其中，该系统还包括二次浓缩装置(6)、以及用于连接所述二次浓缩装置(6)与污水处理系统的污水输送管道(11)，所述二次浓缩装置 (6)与所述热碱处理装置(2)以及所述后处理装置(7)连通，所述二次浓缩装置(6)用于将来自所述热碱处理装置(2)的热碱污泥进行浓缩，并将浓缩后的热碱污泥输送至所述后处理装置(7)中。
全文摘要
本发明提供了一种城市污泥的处理方法，该方法包括向经热碱处理的热碱污泥中添加选自水溶性铁盐、水溶性亚铁盐和水溶性铝盐中的一种或多种金属盐，并将所述热碱污泥与所述金属盐混合，以得到改性热碱污泥；以及将所述改性热碱污泥进行脱水。本发明还提供了一种处理城市污泥的系统，该系统包括后处理装置(7)，用于使来自热碱处理装置(2)的热碱污泥与选自水溶性铁盐、水溶性亚铁盐和水溶性铝盐的一种或多种金属盐混合，以得到改性热碱污泥。本发明的方法能够显著减少污泥的总量，改善热碱污泥的脱水性能，提高脱水效率，同时还能够降低得到的污水中的磷含量。
文档编号C02F11/14GK103011534SQ20111028559
公开日2013年4月3日 申请日期2011年9月23日 优先权日2011年9月23日
发明者张超 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院