一种厌氧消化-Fenton反应耦合去除污泥中持久性有机污染物的方法
【技术领域】
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[0001]本发明属于污水污泥处置领域，采用厌氧消化耦合Fenton反应的方法去除污泥中的持久性有机污染物，为后续污泥的资源化利用提供了基础。
【背景技术】
[0002]随着经济的发展及环境质量要求的提高，我国污水处理事业迅速发展，截止2013年底，我国污水处理厂的数量达到3500多座，每天产生超过10万吨的剩余污泥(含水80%) ο剩余污泥能吸附污水中85%以上的有机污染物质，其不合理的处置必将给环境带来严重的污染。因此，亟需寻求污泥中有机污染物去除的方法。
[0003]去除污泥中的有毒有害物质是降低污泥处理成本、提高后续污泥处置效率的关键。国内外污泥处理处置的方法一般为对污泥进行调理脱水后直接进行后续处置，传统的污泥处置方式主要有卫生填满、焚烧、海洋处理和士地利用，然而目前这些方法对污泥中的有毒有害物质都不能有效的去除，特别是对污泥中持久性有机污染物多环芳烃和多氯联苯不能进行有效的控制。
[0004]厌氧消化具有可以有效地减少污泥体积、稳定污泥的性质、减少污泥恶臭、提高污泥的卫生质量、降低污泥中污染物含量等优点。然而，目前研宄发现污泥厌氧消化对污泥中的持久性有机污染物多环芳烃、多氯联苯不能进行有效的降解，这就限制了后期污泥的处置。
[0005]Fenton反应能够降解污泥中的有机污染物，然存在着体系对pH值要求较高，一般在3左右，因此必须添加无机酸酸化污泥，使得污泥的处置成本较高，且较低的pH值限制了污泥的后续资源化利用方式。零价铁-Fenton试剂体系能够在较宽的pH下对污染物进行降解，但需要添加较多的双氧水，导致处理成本较高，且Fenton试剂的添加不当也能导致处理效果变差，也不能有效的回收污泥中的资源。
[0006]鉴于污泥厌氧消化对污泥中持久性有机污染物降解效果差及Fenton反应处理污泥存在的问题，本发明耦合厌氧消化和Fenton反应过程，在污泥体系中添加少量的零价铁，并在污泥厌氧消化的同时缓慢的添加低浓度的双氧水，通过厌氧生物降解和零价铁-Fenton试剂反应联合降解污泥中的持久性有机污染物，缩短污泥厌氧消化的时间，提高污泥厌氧消化的生物转化效率，同时提高污泥中有机污染物的降解率，为后续污泥的资源化利用提供了基础。
【发明内容】
[0007]技术问题本发明目的在于提供一种厌氧消化-Fenton反应耦合去除污泥中持久性有机污染物的方法。污泥中持久性有机污染物多环芳烃、多氯联苯等的含量较高，严重影响了污泥的资源化利用。本发明耦合厌氧消化和Fenton反应过程，通过厌氧生物降解和零价铁-Fenton试剂反应联合降解污泥中的持久性有机污染物，缩短污泥厌氧消化的时间，提高污泥厌氧消化的生物转化效率，同时提高污泥中有机污染物的降解率，为后续污泥的资源化利用提供了基础。
[0008]技术方案下面为本发明的主要内容:
[0009]本发明涉及一种厌氧消化-Fenton反应耦合去除污泥中持久性有机污染物的方法。，发明的核心流程主要包括污泥混合调配-零价铁添加-高效厌氧消化-双氧水添加等步骤，具体工艺流程如附图所示，主要由以下几部分组成:
[0010]1.污泥调配及零价铁添加
取污水处理厂浓缩池的污泥至污泥调节池中，污泥的浓度为2% _4%，添加一定量的零价铁，搅拌均匀后用泵输送到全混合式的厌氧生物反应器中。
[0011]2.污泥高效厌氧生物转化
将驯化好的厌氧污泥按照20%-30% (体积比)的比例接入到厌氧生物反应器中，厌氧消化的温度为35-39?，污泥厌氧消化的周期为20-30天，厌氧消化过程中产气的沼气进行脱水脱硫后储存。
[0012]3.污泥厌氧消化过程中Fenton试剂的添加
在污泥厌氧消化的过程中，通过蠕动泵向厌氧生物反应器中缓慢添加l-5mmol/L的双氧水，添加的时间为每隔3-5小时自动滴定连续添加一定体积的l-5mmol/L的双氧水，在Fenton试剂添加的过程中厌氧反应器中的搅拌杆缓慢的对污泥进行搅拌。
[0013]4.污泥中持久性有机污染物多环芳烃及多氯联苯的监测
在污泥厌氧消化的过程中，每隔2-3天取一定量的污泥样品，首先对污泥样品进行冷冻干燥，接着萃取后进行测定。
[0014]5.污泥机械脱水
采用板框压滤对通过厌氧消化和零价铁-Fenton试剂反应联合处理后的污泥进行脱水，污泥脱水后的泥饼含固率为55% _65%，泥饼中的持久性有机污染物含量大幅度降低，污泥的体积也大大减少。
[0015]有益效果
[0016]本发明与现有的技术相比具有，具有如下优点:
[0017]本发明的厌氧消化和零价铁-Fenton试剂反应联合处理系统，充分结合了污泥厌氧消化和Fenton反应的特点，两种反应相互促进，同步进行，减少处置费用，提高处置效率。通过厌氧消化和零价铁-Fenton试剂反应耦合处理后，污泥中的多环芳烃去除效率达到50% -70%，多氯联苯的去除效率达到45% -75%。处理后的污泥中持久性有机污染物多环芳烃和多氯联苯的含量都达到了《城镇污水处理厂污泥处置-农用泥质》(CJ/T309-2009)与《城镇污水处理厂污泥处置-园林绿化用泥质》(GB24886-2009)中的规定。
[0018]本发明工艺过程简单、工艺流程短，采用厌氧消化和零价铁-Fenton试剂反应联合处理可在常温常压下进行，过程容易控制，运行成本低。
[0019]采用本发明污泥的干物质减量达到20%以上，且采用该技术处理后污泥的脱水泥饼的含水率在55% -65%，提高了污泥的脱水性能。
[0020]采用该技术能够将污泥转化成清洁的生物燃气，同时获得干净的污泥泥饼，便于后续的资源化利用。
【附图说明】
[0021]厌氧消化-Fenton反应耦合去除污泥中持久性有机污染物的工艺流程图
【具体实施方式】
[0022]下面叙述本发明的实施例。
[0023]实施例1采用本工艺在实验室对污泥进行处理。所处理的污泥为采用A2O工艺处理城市污水产生的剩余污泥。污泥的主要特性为:pH 7.01 ;污泥含固率2.5%;挥发性固体的含量为58%;多环芳烃的总含量为108.89mg/Kg (干物质)；多氯联苯的总含量为350 μ g/kg (干物质)。具体工艺流程如附图所示:
[0024](I)污泥调配及零价铁添加:将含固率为2.5%的污泥放在5L的烧杯中，添加一定量的零价铁，搅拌均匀后用泵输送到全混合式的厌氧生物反应器中。
[0025](2)污泥的高效厌氧生物转化:将上述混合后的污泥放入IL的厌氧发酵瓶中，接种体积比为20%的厌氧消化污泥，放在恒温振荡器中振荡培养，温度控制在39°C，采用排水集气法测定厌氧发酵过程中的产气量。在厌氧消化的过程中每隔5小时自动滴定连续添加一定体积的5mmol/L的双氧水，厌氧发酵的时间为20天。
[0026](3)污泥的真空抽滤脱水:将厌氧消化-Fenton反应耦合处理后的污泥在0.04Mpa的压力下进行真空抽滤脱水，脱水后的泥饼的含水率为65%，脱水后泥饼中的多环芳烃的含量为15.91mg/Kg(干物质)；多氯联苯的总含量为28 μ g/kg(干物质)。
[0027]实施例2采用本工艺对南京某城市污水处理厂污泥进行中试放大处理。所处理的污泥为采用氧化沟工艺处理城市污水产生的剩余污泥。污泥的主要特性为:pH 6.98;污泥含固率3.1% ;挥发性固体的含量为49% ;多环芳烃的总含量为56.34mg/Kg(干物质);多氯联苯的总含量为189 μ g/kg(干物质)。具体工艺流程如附图所示:
[0028](I)污泥调配及零价铁添加:将含固率为3.1%的污泥放在5m3的污泥调节池中，添加一定量的零价铁，搅拌均匀后用泵输送到全混合式3000L的厌氧生物反应器中。
[0029](2)污泥的高效厌氧生物转化:将上述混合后的污泥放入3000L的厌氧生物反应器中，接种体积比为20%的厌氧消化污泥，采用水浴加热保温，温度控制在39°C，采用气体计量表对产生的气体进行计量。在厌氧消化的过程中每隔5小时自动滴定连续添加一定体积的5mmol/L的双氧水，厌氧发酵的时间为20天。
[0030](3)污泥的板框压滤脱水:将厌氧消化-Fenton反应耦合处理后的污泥直接通过板框压滤机进行脱水，进料时间为0.8h，保压时间为I小时，进料压力0.8Mpa，板框压榨压力为1.5Mpa。脱水后的石化污泥的泥饼的含水率为58%。
【主权项】
1.一种厌氧消化-Fenton反应耦合去除污泥中持久性有机污染物的方法，其特征在于通过污泥厌氧消化和Fenton反应的耦合，两种反应相互促进，同步进行。
2.根据权利I所述的去除污泥中持久性有机污染物的方法，其特征在于该方法包含以下步骤: (1)污泥调配及零价铁添加:取污水处理厂浓缩池的污泥至污泥调节池中，污泥的浓度为2%-4%，添加一定量的零价铁，搅拌均匀后用泵输送到全混合式的厌氧生物反应器中。 (2)污泥尚效厌氧生物转化:在(I)的基础上接种一定比例的厌氧污泥。 (3)污泥厌氧消化过程中Fenton试剂的添加:在污泥厌氧消化的过程中，通过蠕动泵向厌氧生物反应器中缓慢添加一定的双氧水。 (4)污泥中持久性有机污染物多环芳烃及多氯联苯的监测:在污泥厌氧消化的过程中，每隔2-3天取一定量的污泥样品，首先对污泥样品进行冷冻干燥，接着萃取后进行测定。 (5)污泥机械脱水:采用板框压滤机对通过厌氧消化和零价铁-Fenton试剂反应联合处理后的污泥进行脱水，泥饼中的持久性有机污染物含量大幅度降低，污泥的体积大大减少。
3.根据权利要求2所述的一种厌氧消化-Fenton反应耦合去除污泥中持久性有机污染物的方法，其特征在于厌氧污泥的接种比例为20% -30% (体积比)，厌氧消化的温度为35-39°C，污泥厌氧消化的周期为20-30天。
4.根据权利要求2所述的一种厌氧消化-Fenton反应耦合去除污泥中持久性有机污染物的方法，其特征在于添加双氧水的量为l-5mmol/L，添加的时间为每隔3_5小时，且在Fenton试剂添加的过程中厌氧反应器中的搅拌杆缓慢的对污泥进行搅拌。
5.根据权利2所述的一种厌氧消化-Fenton反应耦合去除污泥中持久性有机污染物的方法，其特征在于通过板框压滤机直接对处理后的污泥进行脱水，进料时间为0.8-1.5h，保压时间为1-1.5小时，进料压力0.6-0.8Mpa，板框压榨压力为1.0-1.5Mpa。
【专利摘要】本发明涉及一种厌氧消化-Fenton反应耦合去除污泥中持久性有机污染物的方法，属于污水污泥处置领域。它以去除污泥中持久性有机污染物为目标，将添加零价铁的浓缩污泥放入全混合式的厌氧反应器中，在污泥厌氧消化的过程中缓慢添加低浓度的双氧水。发明结合了污泥厌氧消化和Fenton反应的特点，两种反应相互促进，同步进行，减少处置费用，提高处置效率。本发明对污泥中的多环芳烃去除效率达50％-70％，多氯联苯的去除效率达45％-75％，污泥的干物质减量达20％以上，且采用该技术处理提高了污泥的脱水性能，脱水泥饼的含水率为55％-65％。采用该技术能够将污泥转化成清洁的生物燃气，同时获得干净的泥饼，便于后续资源化利用，具有较大的应用价值。
【IPC分类】C02F11-04, C02F11-06, C02F11-00
【公开号】CN104529108
【申请号】CN201510014229
【发明人】周俊, 张雪英, 郑涛, 雍晓雨, 王舒雅
【申请人】南京工业大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2015年1月7日