本發(fā)明涉及一種污水的處理工藝，具體是污水廠剩余污泥的處理工藝。
背景技術：
：現(xiàn)階段隨著我國環(huán)境質量標準的提高，各地區(qū)污水廠處理率和處理程度的提高和深化帶來了污泥產量巨幅增加的問題。目前大部分水廠采用的活性污泥法最大的弊端就是處理污水的同時產生大量的剩余污泥(每去除1公斤有機物就產生15-100L活性污泥)，這些污泥含水率達到95％以上，導致剩余污泥的處理成本高昂(約占污水廠運行費用的25％-65％)。城市污水廠剩余污泥濾液含磷量高，隨原水回流入污水處理系統(tǒng)后增加原水磷含量，進而增加污水廠出水磷含量。城市污水廠靠生物處理勉強達到一級B排放標準TP限值(1.0mg/L)，要穩(wěn)定達到一級A排放標準TP限值(0.5mg/L)，必須用化學除磷方法。目前普遍是在二沉池前投加10％的聚鋁溶液，投加量為每萬噸投加0.6噸。按10％聚鋁溶液500元/噸計算，處理每噸污水就要增加3分錢。另一方面，城市給水廠排泥水由沉淀池排泥水、濾池反沖洗廢水和生物活性炭濾池反沖洗廢水組成，一般占水廠制水總量的3％-8％，其主要成分為無機礦物顆粒、混凝劑水解產物以及少量的有機物和微生物等。目前我國大部分給水廠都是將排泥水就近排入水體，對周邊水體產生二次污染。因此，將給水廠排泥水資源化利用于處理污水廠剩余污泥，不但可以幫助污水廠節(jié)約處理成本，還可以減少給水廠排泥水的就近排放，實現(xiàn)資源化利用。本發(fā)明旨在提供一種利用給水廠排泥水改善污水廠剩余污泥脫水性質和去除其脫水后回流上清液磷含量的技術。技術實現(xiàn)要素：：本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述現(xiàn)有技術存在的不足，而提供一種能有效降低污水廠剩余污泥濾液磷含量，改善剩余污泥脫水效果的具有高效低耗和操作簡單的污水廠剩余污泥處理方法。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：一種污水廠剩余污泥的處理方法，其特征在于，步驟為：步驟一、將污水廠剩余污泥和給水廠污泥按照1：0.1～0.3的體積比混合并攪拌，其中，給水廠污泥的含水率為68％～73％，所述給水廠污泥是給水廠采用聚合氯化鋁作為混凝劑的混凝沉淀過濾消毒工藝處理工藝后產生的污泥；步驟二、對攪拌后的混合污泥進行脫水處理。所述脫水處理的具體方法為：將攪拌后的混合污泥置于離心機中，以2600r/min～3800r/min的轉速離心脫水10min～30min。所述給水廠污泥為初步脫水至含水率為68％～73％的污泥。給水廠調理態(tài)污泥投加量293～297mg/L，離心機轉速3730～3779r/min，離心時間10.6～12min。上述未脫水的剩余污泥取自江心洲污水處理廠未脫水的剩余污泥；給水廠污泥是南京龍?zhí)督o水廠(該水廠除使用傳統(tǒng)混凝沉淀過濾消毒工藝外，另有臭氧活性炭濾池工藝，混凝所用混凝劑為聚合氯化鋁)未經(jīng)調質脫水處理的排泥水經(jīng)過預脫水處理(使用離心機預脫水，轉速為3800r/min，離心時間7min)后含水率70％的污泥；污泥脫水單元是采用離心脫水進行固液分離，離心脫水機利用水分與污泥顆粒的離心力之差，使泥、水相互分離，從而實現(xiàn)脫水；脫水后的干污泥可進行焚燒或填埋，上清液返回生化池；污泥顆粒粒徑變化是由粒徑分布儀(LS2000)檢測；污泥三維熒光光譜分析是由F-7000熒光分光光度計進行檢測。在處理污水廠剩余污泥的過程中，影響剩余污泥脫水效果和脫水后上清液TP含量的因素主要有給水廠排泥水投加量、離心機轉速和離心脫水時間。給水廠排泥水投加量對TP的去除有顯著影響。投加量過小，TP去除量較少，效果不明顯；投加量過大，過量排泥水反而導致離心效果不理想。在前期實驗基礎上，選取排泥水投加量在100ml和300ml之間。離心機轉速也決定了混合污泥的脫水效果和TP的去除率。離心機轉速過低，脫水效果不理想，脫水后污泥含水率偏高。離心機轉速過高，TP的去除率飽和。在前期試驗基礎上，選取離心機轉速在2600r/min和3800r/min之間。混合污泥離心時間過短，混合污泥無機成分較少，脫水效果不顯著。離心時間過長，污泥脫水效果變化不大，浪費能耗。在前期實驗基礎上，選取離心時間在10min到30min之間。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有的有益效果是：(1)城市給水廠的排泥水量大，難處理，將其二次利用于處理污水廠剩余污泥，既幫助給水廠解決排泥水的處理問題，減少了給水廠經(jīng)濟成本，又減少了污水廠混凝劑和剩余污泥脫水前調質劑用量，降低了污水廠處理成本。(2)城市給水廠污泥具有發(fā)達的空隙結構和比表面積，污泥顆粒微孔可以穩(wěn)定均勻的固定剩余污泥中的磷，較大的比較面積使得污泥表面活性官能團能與剩余污泥中的磷酸鹽發(fā)生離子交換。且給水廠污泥中含有的小顆粒有機物可為剩余污泥的絮狀體提供吸附沉淀的載體，給水廠污泥的絮狀結構也能進一步發(fā)揮吸附作用去除剩余污泥中的磷。另外給水廠污泥中殘留的水合鋁氧化物和其他的金屬元素也幫助去除了一部分的磷。本發(fā)明將排泥水投加于污水廠剩余污泥，不僅顯著降低污水廠剩余污泥濾液磷含量(TP去除率最高能達到96.30％)，進而降低污水廠出水磷含量，減少污水廠處理成本，也使剩余污泥脫水效果更明顯(投加排泥水后剩余污泥脫水后含水率由原來的87.5％降為69.6％)。(3)本發(fā)明根據(jù)污水廠剩余污泥離心脫水的實際工況條件，合理配置給水廠污泥的投加量給水廠，調理態(tài)污泥投加量293～297mg/L，離心機轉速3730～3779r/min，離心時間10.6～12min，達到最佳的TP去除率(96.30％)和污泥含水率(投加前含水率87.5％，投加排泥水后降為69.6％)。附圖說明：圖1城市給水廠的排泥水用于處理污水廠剩余污泥脫水除磷試驗流程示意圖；圖2以上清液TP去除率為響應量的殘差正態(tài)概率分布圖；圖3以脫水后剩余污泥含水率減少量為響應量的殘差正態(tài)概率分布圖；圖4上清液TP去除率的試驗值和預測值對比；圖5脫水后剩余污泥含水率減少量的試驗值和預測值對比；圖6排泥水投加量和離心機轉速對上清液TP去除率的響應面及等高線圖；圖7離心時間和排泥水投加量對上清液TP去除率的響應面及等高線圖；圖8離心時間和離心機轉速對上清液TP去除率的響應面及等高線圖；圖9離心時間和離心機轉速對脫水后剩余污泥含水率減少量的響應面及等高線圖；圖10離心時間和排泥水投加量對脫水后剩余污泥含水率減少量的響應面及等高線圖；圖11排泥水投加量和離心機轉速對脫水后剩余污泥含水率減少量的響應面及等高線圖；圖12污水廠污泥胞外有機物分布情況；圖13聚合氯化鋁同污水廠污泥反應后胞外有機物分布情況；圖14給水廠污泥同污水廠污泥反應后胞外有機物分布情況；圖15污水廠污泥胞內有機物分布情況；圖16聚合氯化鋁同污水廠污泥反應后胞內有機物分布情況；圖17給水廠污泥同污水廠污泥反應后胞內有機物分布情況。具體實施方式：下面結合附圖對本發(fā)明作詳細說明：本發(fā)明一種將城市給水廠的排泥水用于處理污水廠剩余污泥脫水除磷的方法，其流程步驟如圖1所示，具體如下：(1)取污水廠未脫水的剩余污泥倒入1L的燒杯中，攪拌均勻；(2)量取100ml～300ml給水廠污泥投入于未脫水的剩余污泥中，用磁力攪拌機攪拌均勻；(3)將攪拌后混合污泥(投加入給水廠污泥的剩余污泥)置于離心機中，以2600r/min～3800r/min的轉速離心脫水10min～30min；(4)取等量未投加給水廠污泥的剩余污泥置于離心機同等離心條件下脫水，作為對照組；(5)待離心結束后，取上清液檢測TP含量，取離心脫水后污泥檢測含水率。(6)利用軟件Expert-design8.0.6擬合最佳剩余除磷和脫水工況，并擬合得出除磷公式和脫水公式。(7)選取三種常用調質劑PAM、FeCl3與生石灰、聚合氯化鋁與給水廠排泥水投加后剩余污泥理化性質進行對比，檢測其VSS/TSS、粘度、CST和pH。(8)檢測投加給水廠污泥后剩余污泥和未投加給水廠污泥剩余污泥顆粒粒徑變化情況。(9)分別對污水廠剩余污泥、投加聚合氯化鋁剩余污泥、投加給水廠污泥后的剩余污泥進行三維熒光光譜分析。采用響應曲面法(ResponseSurfaceMethodology,RSM)設計，分析研究排泥水投加量、離心機轉速和離心時間的交互作用對剩余污泥中TP的去除和脫水效果的影響。試驗中設計了三因素三水平共17個試驗點的試驗方案，如表1所示。本試驗采用三因素三水平的中心組合試驗設計方法，通過公式將自變量編為無因次量，三水平分別記為-1，0，1，變量Xi與無因次變量xi之間的轉化公式(1)如下，試驗組合如表2所示。(1)式中，xi是自變量的編碼值；Xi是自變量的實際值；X0是試驗中心點處自變量的真實值；是自變量的變化步長。表1表2試驗組合表對以上17種條件進行對比實驗。本試驗以排泥水投加量、離心機轉速和離心時間為自變量，脫水后剩余污泥含水率減少量及上清液TP去除率為響應值。采用多項式回歸分析對試驗數(shù)據(jù)進行擬合，得到描述響應應變量(因變量)與自變量(操作條件)關系的經(jīng)驗模型：(2)式中為響應值，取1和2，分別代表上清液TP去除率和底泥含水率降低率；和是自變量(排泥水投加量、離心機轉速和離心時間)的編碼，取值范圍為(0,3]；、和分別是偏移量、線性偏移和交互作用系數(shù)。表3Box-Behnken試驗方案及其結果借助統(tǒng)計分析軟件Design-Expert8.0.6對表3中的試驗數(shù)據(jù)進行二次多項式回歸擬合，建立二次多元回歸方程。二次多項式方程的預測值與試驗值結果的對比如圖2、圖3、圖4和圖5所示。由殘差的正態(tài)概率分布結果(圖2和圖3)可以看出，數(shù)據(jù)點均分布于45°線周圍，表明模型預測值能較好的模擬試驗的真實值。通過試驗值和預測值的對比(圖4和圖5)也可以直觀的看出，二次多項式方程可以很好地預測試驗結果。以TP去除率為響應值建立的二次回歸方程如式(3)所示。γ1表示TP去除率，x1、x2和x3分別表示調理態(tài)給水廠污泥投加量、離心機轉速和離心時間三個變量對應的實際值。由式(3)可以看出，對上清液TP去除率顯著影響的一次項為調理態(tài)給水廠污泥投加量，而離心時間和離心機轉速相對前者影響較小；投加量與離心時間的交互作用對上清液TP去除率有較為顯著的影響，而離心時間與離心機轉速的交互作用和投加量與離心機轉速的交互作用影響相對于前者較弱。模型所得出的上清液TP去除率與投加量、離心時間和離心機轉速的關系用式(4)表示：γ1＝87.75+12.47x1+0.50x2-0.77x3+0.13x1x2-0.62x1x3-0.21x2x3-6.95x12+2.46x22+0.23x32(3)由Design-Expert8.0.6對響應面進行優(yōu)化，得出最佳除磷工況為：給水廠調理態(tài)污泥投加量292.85mg/L，離心機轉速3778.67r/min，離心時間11.99min。以脫水后剩余污泥含水率降低率為響應值建立的二次回歸方程如式(4)所示。γ2表示底泥含水率降低率，x1、x2和x3分別表示離心時間、調理態(tài)給水廠污泥投加量和離心機轉速三個變量對應的實際值。由式(4)可以看出，調理態(tài)給水廠污泥投加量對剩余污泥含水率降低率的影響較其他兩個因素稍強。投加量與離心機轉速的交互作用和離心時間與離心機轉速的交互作用對含水率降低率的影響較弱，相比于前兩者投加量與離心時間的交互作用的影響稍強。由模型所得出的底泥含水率降低率與投加量、離心時間和離心機轉速的關系可表示為：γ2＝9.50+2.90x1+1.50x2-1.73x3+0.62x1x2-2.03x1x3+0.53x2x3-0.012x12+0.74x22+0.44x32(4)利用Design-Expert8.0.6對響應面進行優(yōu)化，得出脫水最佳工況為：給水廠調理態(tài)污泥投加量297.41mg/L，離心機轉速3729.66r/min，離心時間10.6min。兩兩因素對上清液TP去除率及脫水后剩余污泥含水率減少量的響應面與等高線如圖6-圖11所示。對擬合的二次多項式模型進行方差分析(AnalysisofVariance，ANOVA)，分析結果見表4和表5。表4上清液TP去除率的模型的ANOVA分析來源離均差平方和自由度均方F值P值模型1474.279163.8142.720.0001X11243.8311243.83324.40.0001X22.0412.040.530.4898X34.6814.681.220.3057X1X20.06710.0670.0180.8983X1X31.5211.520.400.5487X2X30.1810.180.0460.8368X12203.401203.4053.050.0002X2225.52125.526.660.0365X320.2210.220.0570.8175誤差26.8473.83擬合不足26.8438.95純誤差0.00040.000總誤差1501.1116表5脫水后剩余污泥含水率減少量的模型的ANOVA分析來源離均差平方和自由度均方F值P值模型131.41914.63.270.0660X167.28167.2815.090.0060X218.00118.004.040.0845X323.81123.815.340.0541X1X21.5611.560.350.5725X1X316.40116.403.680.0966X2X31.1011.100.250.6342X126.579E-416.579E-41.476E-40.9906X222.2912.290.510.4968X320.8110.810.180.6835誤差31.2174.46擬合不足31.21310.40純誤差0.00040.000總誤差162.6216由表4可知p值接近于0.01，表明模型僅有<0.01％的概率存在誤差，模型有效。而模型回歸的離均差平方和與修正總誤差的離均差平方和相當接近，說明模型擬和程度較好。對擬合的二次多項式模型分析發(fā)現(xiàn)，對于上清液TP去除率具有顯著影響的一次項為給水廠污泥的投加量；給水廠污泥的投加量與離心時間的交互作用顯著。由表5可知p值為0.0660，表明模型僅有<0.06.6％的概率存在誤差，模型基本有效。而模型回歸的離均差平方和與修正總誤差的離均差平方和相差不大，說明模型擬和程度較好。對擬合的二次多項式模型分析發(fā)現(xiàn)，對于脫水后剩余污泥含水率減少量具有顯著影響的一次項為排泥水投加量；給水廠污泥投加量和離心時間交互作用顯著。采用DesignExpert8.0.5統(tǒng)計軟件對響應面進行優(yōu)化，得出在試驗研究的因素水平范圍內，最佳的組合條件為：給水廠污泥投加量300mg/L，離心機轉速3200r/min，離心時間10min。模型預測在上述條件下，上清液TP去除率為96.30％，脫水后剩余污泥含水率減少量為17.9％，與模型預測值的誤差為1.48％，預測較好。按照污水廠實際使用量設計FeCl3與生石灰、聚合氯化鋁、給水廠污泥投加量分別為9g/L與7.59g/L、100ml/L、300g/L。按設計投量分別將調質劑投入剩余污泥，使用攪拌機攪拌30min后測定VSS/TSS、粘度、CST和pH。評價污泥脫水性的毛細吸水時間(CST)是用配備有0.535內徑漏斗和瓦特曼17號標準色譜吸紙的CST裝置測定。使用旋轉轉矩圓筒測定污泥粘度。檢測結果見表6。表6不同調質劑調質后剩余污泥理化性質檢測表VSS/TSS粘度(mPas)CST(s)pHA污水廠污泥原液0.441720184.56.59B投加FeCl3和生石灰后剩余污泥0.42158026.75.3C投加給水廠污泥后剩余污泥0.301350143.16.67D投加聚合氯化鋁后剩余污泥0.48777113.13.2在對污泥基本性質VSS/TSS和粘度值的觀察基礎上，與污泥脫水性能指標CST進行比較。從表6中可以看出，當向污水廠污泥中投加了一定給水廠污泥的后，系統(tǒng)的揮發(fā)性懸浮物在總懸浮物中的比例有明顯下降，這主要是因為給水廠污泥重要是由混凝劑，無機顆粒和少量有機物混合組成，而給水廠污泥中揮發(fā)性懸浮物的比重較少，因此會直接導致給水廠污泥和污水廠污泥反應后的揮發(fā)性懸浮物比重。而從三個系統(tǒng)中粘度和CST的變化規(guī)律中可以明顯看出，不論是向污水廠污泥中投加給水廠污泥或者是和傳統(tǒng)投加聚合氯化鋁混凝劑、FeCl3和生石灰相比，粘度和CST值均由明顯的下降。污泥脫水效率和污泥的組分，溫度，pH等因素相關，研究表明CST值可以直觀表明污泥脫水的難易程度。CST值較大表明污泥脫水較難，而CST值較小則表明污泥脫水較易。當系統(tǒng)分別投加FeCl3和生石灰、給水污泥、聚合氯化鋁時，污水廠污泥的CST值從184.5s分別降至26.7、143.1s和113.1s，進一步作證了經(jīng)過投加FeCl3和生石灰、給水廠排泥和聚合氯化鋁調理之后的原污水廠污泥脫水吸能得到了提高。從粘度值的變化規(guī)律也可以看出，原污水廠污泥粘度1720mPas可在FeCl3和生石灰、給水廠污泥和聚合氯化鋁作用下分別下降至1580mPas、1350mPas和777mPas，均得到了大幅度的降低，同樣作證了經(jīng)過投加FeCl3和生石灰、給水廠排泥和聚合氯化鋁調理之后的原污水廠污泥脫水吸能得到了提高。為了進一步探索兩個系統(tǒng)中除磷的機制差異性，研究對胞內外有機物進行了三維熒光光譜分析(見圖12-17)。其中圖12，13，14分別代表單獨A,B,C三種工況下胞外有機物分布情況。而圖15，16，17分別代表單獨A，B，C三種工況下胞內有機物分布情況。從圖12和圖13結果中比較可以得知在聚合氯化鋁進行調理后的污泥胞外有機物同未調節(jié)的污泥在有機物組分方面并無明顯差距，并未發(fā)現(xiàn)集中的有機物種類，但是整體的濃度范圍可以根據(jù)相同顏色的譜圖面積可以看出有一定的降低，說明鋁鹽的水解沉淀形成的水合態(tài)鋁氧化物的吸附架橋和網(wǎng)卷騷捕可能是主要去除磷的原因。而比較圖12和圖14中可以明顯看出原來在350-500/530-550范圍內的V區(qū)腐殖酸的濃度明顯降低，而在320-370/450-470范圍內V區(qū)腐殖酸的濃度略有增加，說明給水廠泥的理化性質發(fā)揮了重要的作用。給水廠污泥含有較多的鋁、鐵、硅、鈣等元素，具有較大的比表面積和發(fā)達孔隙結構，屬非晶體無定形物質。且部分給水廠采用活性炭深度處理單元，給水廠污泥中含有活性炭成分，使污泥比表面積更大，孔隙更發(fā)達。因此鋁污泥吸附擴散速率較大，吸附點位較多，有利于吸附反應的進行，它與溶液中本身帶負電荷的HPO4-和HPO42-有著較強的庫倫吸引力。另外不僅僅給水廠污泥中殘余水合鋁氧化物發(fā)揮除磷作用，而且給水廠泥中的其他金屬元素在一定程度上也可能發(fā)揮除磷功效，且給水廠泥的小顆粒有機物可能為污水廠泥的須狀體提供了吸附沉淀的載體，而給水廠泥的絮狀結構也可能進一步發(fā)揮吸附作用將污水泥中的磷去除。而對三種工況下的胞內有機物進行分析可以發(fā)現(xiàn)(圖15，16，17)，胞內有機物均無明顯變化，說明無論加給水廠泥還是加聚合氯化鋁都未能將污水廠泥中細菌的細胞壁打破。當前第1頁1 2 3