本發(fā)明屬于污泥減量技術領域，具體涉及一種利用鈦白廢酸處理剩余污泥的后置污泥減量方法。

背景技術：

隨著城市化進程的加快，城鎮(zhèn)污水處理行業(yè)得到了高速發(fā)展。根據(jù)國務院《水污染防治行動計劃》要求，到2020年，全國所有縣城和重點鎮(zhèn)具備污水收集處理能力，縣城、城市污水處理率分別達到85%、95%左右。地級及以上城市污泥無害化處理處置率應于2020年底前達到90%以上。截止2015年6月，全國已建成投運污水處理廠3802座，污水日處理能力達到1.61億立方米。但大量污水處理廠的建設投運伴隨大量剩余污泥的產(chǎn)生。據(jù)統(tǒng)計，2015年全年污泥產(chǎn)量近3359萬噸（含水率為80%）。面對大量污泥的產(chǎn)生，我國現(xiàn)目前采用的處理方式為衛(wèi)生填埋、堆肥處理、熱干化與焚燒處理、建筑材料回用等，其中以衛(wèi)生填埋為主。大量污泥的填埋，占用了大量的土地，使得被填埋土地在幾十年內(nèi)無法再次回用；同時，污泥中含有大量的細菌、病毒、寄生蟲卵、重金屬等，會對大氣、土壤、水體造成嚴重污染。因此，在現(xiàn)有資金、技術條件下開發(fā)一種行之有效、便于推廣的污泥減量化技術，降低污泥的排放量成為今后促進污水處理行業(yè)可持續(xù)發(fā)展亟待解決的問題。

現(xiàn)有的剩余污泥減量技術，如：《環(huán)境科學與管理》2014年第4期“探析城市污泥填埋處置的發(fā)展趨勢研究”一文中提到國內(nèi)普遍采用的方法是：將污泥經(jīng)濃縮機濃縮后送至板框壓濾機，再經(jīng)流化床焚燒爐焚燒后外運填埋。該方法的主要缺點是：（1）投資大；（2）處理費用高；（3）處理能力有限；（4）有機物燃燒產(chǎn)生二噁英等劇毒物質。該方法考慮到國內(nèi)企業(yè)現(xiàn)有經(jīng)濟實力及對環(huán)境的污染狀況不利于推廣應用。又如《給水排水》2010年S1期 “城鎮(zhèn)污水污泥厭氧消化技術及能源消耗”一文中提到的方法是：將污泥經(jīng)濃縮后通過換熱器逐步進入一級消化池、二級消化池，最后送至脫水機脫水處理，泥餅外運處置，過程中產(chǎn)生的沼氣用于發(fā)電。該法的主要缺點是：（1）設備投入大；（2）消化池占地面積大；（3）對于占污水處理廠總量90%以上的中小型污水處理廠來說，分布較廣，消化后產(chǎn)生的沼氣量少，用于發(fā)電不現(xiàn)實；（4）沼氣泄漏導致大氣污染。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，本發(fā)明提供一種利用鈦白廢酸處理剩余污泥的后置污泥減量方法，以解決鈦白廢酸的排放對環(huán)境產(chǎn)生污染和污水處理過程中產(chǎn)生的剩余污泥量過大的問題，進而達到以廢治廢的目的。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

一種利用鈦白廢酸處理剩余污泥的后置污泥減量方法，該技術是將城市污水處理廠二沉池產(chǎn)生的沉淀污泥利用廢酸制成的芬頓試劑進行氧化處理，以達到減少外排污泥總量的目的。

具體包括以下步驟：

1）污泥預處理：取污水處理廠二沉池產(chǎn)生的沉淀污泥作為剩余污泥，置于4℃的冰箱中保存24h，以增強微生物細胞壁的脆性，便于后續(xù)的氧化破解。

2）利用鈦白廢酸芬頓試劑處理：向剩余污泥中加入鈦白廢酸和雙氧水，使鈦白廢酸和雙氧水形成芬頓試劑；同時以60~120r/min的攪拌速率進行攪拌，攪拌時間為90min，得到泥水混合液。其中，鈦白廢酸的加入量按每升剩余污泥中加入的鈦白廢酸中Fe²⁺的質量與剩余污泥的濃度之比為0.105~0.415：1計算，雙氧水的加入量按每升剩余污泥中加入的H₂O₂的質量與剩余污泥的濃度之比為0.566~2.339:1計算。

3）脫水處理：將步驟 2）得到的泥水混合液經(jīng)濃縮后送至脫水機進行脫水處理，以完成氧化預處理。

作為一種改進，步驟2）中鈦白廢酸的加入量按每升剩余污泥中加入的鈦白廢酸中Fe²⁺的質量與剩余污泥的濃度之比為0.105：1計算，雙氧水的加入量按每升剩余污泥中加入的H₂O₂的質量與剩余污泥的濃度之比為0.566：1計算；攪拌速率為120r/min，攪拌時間為90min。

作為另一種改進，步驟2）中鈦白廢酸的加入量按每升剩余污泥中加入的鈦白廢酸中Fe²⁺的質量與剩余污泥的濃度之比為0.183：1計算，雙氧水的加入量按每升剩余污泥中加入的H₂O₂的質量與剩余污泥的濃度之比為1.979：1計算；攪拌速率為90r/min，攪拌時間為90min。

作為又一種改進，步驟2）中鈦白廢酸的加入量按每升剩余污泥中加入的鈦白廢酸中Fe²⁺的質量與剩余污泥的濃度之比為0.415：1計算，雙氧水的加入量按每升剩余污泥中加入的H₂O₂的質量與剩余污泥的濃度之比為2.339：1計算；攪拌速率為60r/min，攪拌時間為90min。

其中，所述沉淀污泥是倒置式A²/O工藝中經(jīng)二沉池沉淀后的污泥。上述鈦白廢酸為為鈦白粉生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢酸溶液，該廢酸溶液中含有硫酸和Fe²⁺，其中硫酸的質量濃度為20%，F(xiàn)e²⁺的質量濃度為3.49%。

本發(fā)明利用鈦白廢酸與雙氧水配置成的芬頓試劑進行氧化處理，通過化學試劑直接與處理物質作用，達到釋放污泥內(nèi)物質，從而實現(xiàn)污泥減量的效果。這是基于利用鈦白廢酸代替芬頓試劑中的H₂SO₄和Fe²⁺兩種原料，達到以廢治廢，變廢為寶的目的，為企業(yè)有效節(jié)約了成本。同時，該法具有無污染、效率高、投入少、作用時間短等優(yōu)勢。具體而言，由于鈦白廢酸中含有H₂SO₄和Fe²⁺，當其與雙氧水混合時，雙氧水成為氧化劑，F(xiàn)e²⁺成為催化劑，雙氧水在Fe²⁺的催化作用下，產(chǎn)生了超強的OH·中間產(chǎn)物，它能夠引發(fā)和傳遞鏈的反應，加快有機物和還原物質的氧化反應，能夠有效降解蛋白質和多糖類物質。剩余污泥中含有的胞外聚合物質量占到80%，其主要在組成物質是多聚糖、蛋白質、核酸、脂質及DNA等高分子。當剩余污泥被鈦白廢酸與雙氧水配置的芬頓試劑作用時，胞外聚合物被破解，發(fā)生的主要化學反應如下：

(1)H₂O₂+ Fe^2+_____> Fe³⁺+ OH·+ OH^－

(2)OH·+ Fe^2+_____> Fe³⁺+ OH^－

(3)RH+OH^·_____>H₂O+R·^_____> 進一步氧化

(4)R·+Fe^3+_____> R⁺+ Fe²⁺

通過化學試劑氧化破解了胞外聚合物之后，結合水被釋放，污泥顆粒變小，污泥中的有機病原菌和引起異味的硫化物大部分被破壞，污泥的穩(wěn)定性能提高，污泥外排量大大減少。與現(xiàn)有的技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

1、剩余污泥經(jīng)鈦白廢酸配置的芬頓試劑處理后，約占污泥總含水量15～25%的毛細結合水得到釋放，胞內(nèi)外物質被進一步氧化分解。

2、剩余污泥上清液中溶解性COD的增幅為439～2193%，TN增幅為199～516%，TP增幅為9900～17000%，氨氮增幅為425～1315%，剩余污泥減少率達到56.2～63.1%。與用常規(guī)芬頓試劑處理剩余污泥相比，污泥處置成本降低了20～28%。本發(fā)明普遍適用于活性污泥法工藝的污泥減量化處理，特別適用于源水水質可生化性較差的污水處理廠。

3、鈦白廢酸具有較強的腐蝕性，對大氣、水體、土壤具有極強的破壞力，經(jīng)采用本技術方案后，將其作為原料應用于污水處理廠產(chǎn)生的剩余污泥的減量化處理，真正實現(xiàn)了變廢為寶，同時又解決了困擾污泥處理廠污泥處理的技術瓶頸。

4、本發(fā)明方法中涉及到的聯(lián)合處理單元操作簡單，只需把鈦白廢酸、雙氧水與剩余污泥濃度按比例投加到處理裝置中，經(jīng)濃縮后再通過管路送入脫水機即可。

5、本發(fā)明方法中涉及到的鈦白廢酸配置芬頓試劑處理剩余污泥，處理效率高，操作簡單，便于推廣應用。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。以下各實施例中所用沉淀污泥是倒置式A²/O工藝中經(jīng)二沉池沉淀后的污泥，鈦白廢酸為鈦白粉生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢酸溶液，其中硫酸的質量濃度為20%，F(xiàn)e²⁺的質量濃度為3.49%；雙氧水為市售的質量分數(shù)為30%的雙氧水。

實施例一

采用以下方法處理剩余污泥。

1）污泥預處理：取重慶市某污水處理廠二沉池產(chǎn)生的污泥置于容器中，將該容器放置于4℃的冰箱中保存24h。

2）利用鈦白廢酸芬頓試劑處理：向剩余污泥中加入鈦白廢酸和雙氧水，并以120r/min的攪拌速率進行攪拌，攪拌時間為90min，得到泥水混合液。其中，鈦白廢酸的加入量按每升剩余污泥中加入的Fe²⁺的質量與剩余污泥的濃度之比為0.105：1計算，雙氧水的加入量按每升剩余污泥中加入的H₂O₂的質量與剩余污泥的濃度之比為0.566：1計算。

3）脫水處理：將步驟 2得到的泥水混合液經(jīng)濃縮后送至脫水機進行脫水處理。

經(jīng)檢測，處理后上清液溶解性COD的增幅為1056%，TN增幅為199%，TP增幅為9900%，氨氮增幅為455%，剩余污泥減少率達到56.2%。與單獨使用鈦白廢酸或雙氧水處理剩余污泥相比，污泥處置成本降低了20%。

實施例二

采用以下方法處理剩余污泥。

1）污泥預處理：取重慶市某污水處理廠二沉池產(chǎn)生的污泥置于容器中，將該容器放置于4℃的冰箱中保存24h。

2）利用鈦白廢酸芬頓試劑處理：向剩余污泥中加入鈦白廢酸和雙氧水，并以90r/min的攪拌速率進行攪拌，攪拌時間為90min，得到泥水混合液。其中，鈦白廢酸的加入量按每升剩余污泥中加入的Fe²⁺的質量與剩余污泥的濃度之比為0.183：1計算，雙氧水的加入量按每升剩余污泥中加入的H₂O₂的質量與剩余污泥的濃度之比為1.979：1計算。

3）脫水處理：將步驟 2得到的泥水混合液經(jīng)濃縮后送至脫水機進行脫水處理。

經(jīng)檢測，處理后上清液溶解性COD的增幅為2193%，TN增幅為253%，TP增幅為17000%，氨氮增幅為1315%，剩余污泥減少率達到63.1%。與單獨使用鈦白廢酸或雙氧水處理剩余污泥相比，污泥處置成本降低了28%。

實施例三

采用以下方法處理剩余污泥。

1）污泥預處理：取重慶市某污水處理廠二沉池產(chǎn)生的污泥置于容器中，將該容器放置于4℃的冰箱中保存24h。

2）利用鈦白廢酸芬頓試劑處理：向剩余污泥中加入鈦白廢酸和雙氧水，并以60r/min的攪拌速率進行攪拌，攪拌時間為90min，得到泥水混合液。其中，鈦白廢酸的加入量按每升剩余污泥中加入的Fe²⁺的質量與剩余污泥的濃度之比為0.415：1計算，雙氧水的加入量按每升剩余污泥中加入的H₂O₂的質量與剩余污泥的濃度之比為2.339：1計算。

3）脫水處理：將步驟2得到的泥水混合液經(jīng)濃縮后送至脫水機進行脫水處理。

經(jīng)檢測，處理后上清液溶解性COD的增幅為1654%，TN增幅為238%，TP增幅為16800%，氨氮增幅為1110%，剩余污泥減少率達到63.0%。與單獨使用鈦白廢酸或雙氧水處理剩余污泥相比，污泥處置成本降低了26.3%。

本發(fā)明的上述實施例僅僅是為說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其他不同形式的變化和變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術方案所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。