一种重金属污泥无害化处理系统及方法技术方案

本发明专利技术属于环境保护难处理重金属处理技术领域，涉及一种促进剩余污泥中重金属处理的方法，其具体方法包括以下步骤：将含有重金属的剩余污泥进行超声预处理，然后装入厌氧反应器中，向反应器中加入生物表面活性剂和氢氧化钙，搅拌使反应器中物质混合均匀，同时控制发酵温度。本发明专利技术可以有效地促进污泥中重金属的处理固定，缓解重金属对环境的污染，为剩余污泥经厌氧处理后进行土地利用奠定基础，同时对如何高效去除剩余污泥中其它重金属污染物具有积极的指导和借鉴意义。

Harmless treatment system and method for heavy metal sludge

The invention belongs to the technical field of heavy metal treatment which is difficult to treat in environmental protection, and relates to a method for promoting heavy metal treatment of excess sludge. The specific method comprises the following steps: ultrasonic pretreatment of excess sludge containing heavy metals, then loading it into an anaerobic reactor, adding biosurfactants to the reactor and Calcium hydroxide stirred the mixture in the reactor and controlled the fermentation temperature. The invention can effectively promote the treatment and fixation of heavy metals in sludge, alleviate the pollution of heavy metals to the environment, lay a foundation for the land utilization of the excess sludge after anaerobic treatment, and has positive guidance and reference significance for how to efficiently remove other heavy metal pollutants in the excess sludge.

【技术实现步骤摘要】
一种重金属污泥无害化处理系统及方法
本专利技术主要涉及到固体废物处理
，特指一种促进剩余污泥中重金属无害化处理的方法。技术背景随着人口增长和经济的发展，我国城镇污水产生量逐年增长。为了满足人民对环境的需要，我国加大了污水处理力度，截至2015年底，城镇污水日处理能力由2010年的1.25亿吨增加到1.82亿吨。就我国污水处理现状来看运营的污水处理厂绝大多数采用好氧生物处理工艺，其工艺存在一个明显的弊端就是会产生大量的剩余污泥。剩余污泥必须得到合理的处置，因为它可以污染土壤和水体，破坏食物链，威胁生态的平衡。填埋、焚烧和土地利用是污泥处置中最常见方法。但焚烧和填埋会产生明显的环境问题。土地利用是污泥处置最可行的方法，因为污泥中含有丰富的营养，比如氮、磷和有机质等。氮和磷是植物生长的必要营养元素，它们在污泥中含量分别占总固体的1.5-6.0％和0.8-11.0％。有机质被认为是污泥中最重要的营养源。然而没有经过处理的的重金属大多进入城市排水系统并最终进入城市污水处理系统。有文献表明，在城市污水厂的进水以及剩余污泥中均检测到重金属，被污泥所吸附的重金属会随剩余污泥排出，部分会以肥料的形式进入土壤，其余的可能经过处理后进行填埋处理。我国每年的剩余污泥产量巨大，对于剩余污泥的处理，污泥厌氧消化预处理后进行土地利用是很多国家地区采用的一种技术手段，但是剩余污泥中重金属超标是制约其土壤利用的瓶颈。因此促进剩余污泥中的重金属有效处置稳定对于控制其潜在污染，确保剩余污泥被安全利用具有重要意义。超声处理污泥由于其反应条件温和、无污染、易操作、成本低等优势，作为一个研究热点日益受到人们关注。污泥的重金属大部分是易转化的，它们很容易受环境条件的影响。超声可以改变污泥的物理、化学特性，因此可以为重金属的在污泥固-液两相之间的转变和转移提供条件。烷基糖苷(简称APG)，是由可再生资源天然脂肪醇和葡萄糖合成的，是一种性能安全的新型非离子表面活性剂，具有良好的表面活性、良好的生态安全和相容性，是公认的“绿色”功能性表面活性剂。工业品氢氧化钙称熟石灰或消石灰，其澄清的水溶液称石灰水；与水组成的乳状悬浮液称石灰乳。由于它的价格低，在需要氢氧根离子(OH-)时都使用它。生物表面活性剂APG能够促进污泥溶出，进而促进被污泥所吸附的重金属的释放，从而增加氢氧根离子(OH-)、微生物与重金属的接触机会，利用氢氧根离子(OH-)能和众多金属生成稳定的沉淀，稳定重金属。目前还未有利用超声预处理、氢氧化钙和生物表面活性剂促进污泥中重金属的无害化处理的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种促进剩余污泥中重金属无害处理方法，实现重金属的稳定处置，为剩余污泥经厌氧处理后进行土地利用奠定基础。1.一种重金属污泥无害化处理系统及方法，其特征在于，包括以下步骤：将含有重金属的剩余污泥首先进行超声预处理，然后加入到厌氧反应器中，向其中投加生物表面活性剂和氢氧化钙，控制发酵过程pH为碱性，搅拌使反应器中物质混合均匀，整个反应过程控制反应温度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤中污泥取自重金属冶炼厂区污水处理厂中二沉池排出的污泥。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述步骤中污泥置于4℃培养箱中自然沉淀24h后，去掉上清液得到所述剩余污泥。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤中所述超声预处理的超声功率为0.6～1.5W/ml，超声时间为15～35min。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤中生物表面活性剂为APG，生物表面活性剂添加量为0.15～0.40g/gTSS。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤中氢氧化钙投加量为0.05～0.35g/gTSS。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤中厌氧发酵整个过程的pH控制为8.0～10.0。8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤中厌氧发酵的温度为30～45℃，发酵周期为14-18天。9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤厌氧发酵的搅拌转速为110～130r/min。10.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤厌氧发酵开始之前反应器进行通氮气操作，确保反应器处于厌氧环境。超声预处理的优选超声功率为0.8～1.2W/ml，优选超声时间为20～30min，经过试验发现超声功率低于0.8W/ml时，污泥中部分重金属难以释放，功率超过1.2W/ml时重金属都可以有效溢出，因此从经济性角度分析，功率范围为0.8～1.2W/ml；超声时间低于20min时，污泥中部分重金属难以释放，时间超过30min时重金属溢出率最高，因此超声时间范围为20～30min。氢氧化钙用量与污泥干重的优选比值范围为(0.10～0.25)：1，经过试验发现，当氢氧化钙投加量与污泥干重的比值低于0.05:1时，发酵pH值没有达到8.5。当氢氧化钙投加量与污泥干重的比值高于0.25:1时，发酵pH值过高，经济性较差。因此本专利技术所采用的用量比值是0.10～0.25：1。生物表面活性剂用量与污泥干重的优选比值范围为(0.2～0.35)：1，虽然所述表面活性剂用量与污泥干重的比值在(0.15～0.40)：1的范围内都能促进污泥厌氧发酵过程中对重金属的稳定处置。但是考虑成本与效率的关系，本专利技术所采用的用量比值是0.2～0.35：1。本专利技术利用超声预处理、氢氧化钙与生物表面活性剂促进污泥厌氧发酵过程中污泥中重金属稳定处置的机理如下：重金属在污泥厌氧发酵过程中难处理的一个重要原因是重金属自身毒性其几乎对剩余污泥所有细菌均有抑制作用，抑制性与浓度成正相关性。同时重金属在剩余污泥中被吸附在污泥的表面及细胞内，很难释放到发酵液中，其毒性亦很难削弱。因此，将重金属从剩余污泥中解吸附、释放到发酵液中，并利用氢氧化钙释放氢氧根离子(OH-)与重金属形成稳定沉淀是削弱重金属毒性及实现其稳定处理的有效方法。本专利技术具有如下优点：1.超声处理污泥能够促进污泥中重金属的有效释放，同时能够促进污泥厌氧消化，促进污泥的厌氧发酵。2.氢氧化钙属于工业品，价格低廉，同时能够产生大量氢氧根离子(OH-)能够有效稳定重金属，同时能够产生碱性条件促进污泥厌氧发酵。3.污泥碱性发酵过程中，利用生物表面活性剂APG提高剩余污泥中重金属解吸附，增加重金属释放到发酵液中量。同时APG不仅具有增溶作用，而且在环境中容易被微生物降解，不会产生二次污染。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为实施例1中一种重金属污泥无害化处理系统及方法的示意图。其中：1-超声处理装置；2-厌氧发酵罐；3-氢氧化钙；4-烷基糖苷(APG)。具体实施例以下结合具体优选的实施例对本专利技术作进一步描述，但并不因此而限制本专利技术的保护范围。实施例以下实施例中所使用的仪器和材料均为市售。本专利技术下述实例中选取含重金属的污泥样品取自重金属冶炼厂附近的污水厂来说明本专利技术所达到的效果。在通常条件下厌氧反应器运行时间的延长能够提高降解效果，但同时也会增加运行成本，本专利技术下述实施例选择厌氧反应器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种重金属污泥无害化处理系统及方法，其特征在于，包括以下步骤：将含有重金属的剩余污泥首先进行超声预处理，然后加入到厌氧反应器中，向其中投加生物表面活性剂和氢氧化钙，控制发酵过程pH为碱性，搅拌使反应器中物质混合均匀，整个反应过程控制反应温度。

【技术特征摘要】
1.一种重金属污泥无害化处理系统及方法，其特征在于，包括以下步骤：将含有重金属的剩余污泥首先进行超声预处理，然后加入到厌氧反应器中，向其中投加生物表面活性剂和氢氧化钙，控制发酵过程pH为碱性，搅拌使反应器中物质混合均匀，整个反应过程控制反应温度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤中污泥取自重金属冶炼厂区污水处理厂中二沉池排出的污泥。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述步骤中污泥置于4℃培养箱中自然沉淀24h后，去掉上清液得到所述剩余污泥。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤中所述超声预处理的超声功率为0.6～1.5W/ml，超声时间为15～35min。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐秋翔，李小明，王冬波，杨麒，曾光明，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43