[发明专利]超声波联合芬顿反应和厌氧消化处理工业污泥的方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种污泥处理技术领域，特别是涉及工业污泥及城市污泥的处理及资源化利用的方法。

背景技术

随着工业经济的快速发展，人们的生活水平不断的提高，工业生产和城市生活产生大量的污泥。这些污泥多以填埋处置为主，占地面积大，处理费用高。有的经过处理后作为农业有机肥，在发达国家，污泥处理处置是极其重要的环节，其投资约占污水处理厂总投资的50.0-70.0%，可见污泥处理费用之高之多。

工业污泥，特别是食品污泥中，例如酒精废液、淀粉污泥、罐头厂污泥等富含有机质和氮、磷、钙、镁等营养元素，若将污泥氧化破解，使营养元素得以释放，并加以利用，不仅能使污泥减量化，节省填埋处置成本，还能实现污泥资源化利用，产生额外的经济效益。而氮磷元素是富营养化的主要污染因子，若大量排放至地表，势必影响地表水的水质，严重的话，会引起富营养化，若能将其利用，作为厌氧消化氮源等营养源，既能有效利用，又能减少污染。

有关工业污泥和废水废渣处理的文献报道较多，但芬顿反应是最近人们研究的一个热点之一。

芬顿反应（Fenton）是一种高级氧化技术，通过Fe²⁺与H₂O₂的反应，产生强氧化剂羟基自由基，继而氧化破解污泥，破坏污泥微生物的细胞壁，使细胞体内的细胞质释放，并将大分子难降解有机物分解为小分子物质，增加污泥的无机化程度，Fenton氧化技术是一种有效的污泥预处理技术，但Fenton氧化技术需要高浓度的酸和亚铁离子和过氧化氢，成本较高，如何减少过氧化氢使用量，进一步降低Fenton氧化成本是研究的方向。

发明内容

本发明的目的是为了解决污泥减量化和资源化而提出一种利用超声波联合Fenton氧化技术预处理工业污泥和城市污泥，进而进行厌氧消化获得沼气的一项方法。

超声波联合芬顿反应和厌氧消化处理工业污泥的方法，其特征在于：处理方法包括预处理和后续处理两个步骤：所述的预处理：是首先在一个设备中同时对工业污泥进行芬顿反应和超声波破碎反应，使得工业污泥在降解的同时分解为小分子物质；所述的芬顿反应条件是：pH 1.5-3.5，H₂O₂ 的投加量7-21g/L，Fe²⁺ 的投加量0.1-3 g/L，反应时间为0.5-2.0h，反应温度为50-70℃，所述的超声破碎的声能密度为0.1-3w/ m³，超声时间为10-50 min；所述的后续处理是经芬顿超声破碎后的污泥，进入到厌氧消化罐，进行厌氧消化产沼气。产生的一部分沼气用作燃料，另一部分沼气从罐底循环至罐内，形成内循环，代替搅拌器。

所述的芬顿反应是首先将工业污泥加入酸调节剂，调节污水的pH为1.5-3.5；酸调节剂是硫酸或盐酸。

以上超声波联合芬顿反应和厌氧消化处理工业污泥的方法采用的设备，包括芬顿反应器和超声波反应器及厌氧消化罐，所述的芬顿反应器和超声波反应器及厌氧消化罐做成一体式，称为超声芬顿反应池，超声芬顿反应池安装在厌氧消化罐的上部，超声芬顿反应池外部有防护罩，超声芬顿反应池内部设有超声换能器，超声换能器接外部的超声波发生器；超声芬顿反应池上部有污泥入口管、芬顿反应剂入口和加酸管，和超声芬顿反应池底部有出泥管通到与下部的厌氧消化罐，厌氧消化罐上部有沼气收集管，底部有出泥管和出水管，出水管接循环泵，沼气收集管有接管通到厌氧消化罐底部作为搅拌的反冲污泥器波池出口接厌氧消化罐，厌氧消化罐上部和下部都设有沼气出口管，消化罐底部设有出泥管。

超声芬顿反应池根据需要，可以增加搅拌器。

厌氧消化罐出口的污泥可以直接作为有机肥料的原料。

厌氧消化罐出口的少量污水经过沉淀符合环保要求后可以排放。

本发明的原理：

亚铁盐和过氧化氢的组合体系称为Fenton试剂, 具有强氧化性，能有效氧化去除传统废水处理技术无法去除的难降解有机物, 如可将羧酸、醇、酯类氧化为无机态，氧化效果十分明显，其实质是H₂O₂在Fe²⁺的催化作用下生成具有高反应活性的羟基自由基(·OH)，·OH氧化破解污泥，破坏污泥微生物的细胞壁，使细胞体内的细胞质释放，并将大分子难降解有机物分解为小分子物质，增加污泥的无机化程度。