CN102849918B - 一种强化剩余活性污泥脱水性能的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种强化剩余活性污泥脱水性能的处理方法，向剩余活性污泥中加入电解质，加热搅拌，反应完全之后，得到脱水性能强化的剩余活性污泥；所述的电解质为钠盐、钾盐、钙盐和镁盐中的至少一种。本发明通过常压水热电解质法提高了剩余活性污泥的脱水速率，显著减少了活性污泥的含水率，工艺简短、设备要求简单、操作方便，为剩余活性污泥的后续处理与处置提供了重要的前处理技术。
Description
技术领域
本发明属于资源与环境技术领域，尤其是涉及一种强化剩余活性污泥脱水性能的方法。
背景技术
活性污泥法具有处理能力大、适用范围广、有机物去除效率高、运行稳定和成本较低等经济技术的优势，一直以来是污水处理的主流技术方法。剩余活性污泥是活性污泥法流程中经沉淀后排出的部分活性污泥，活性污泥处理废水过程必然产生剩余活性污泥。剩余活性污泥成分极为复杂，含有大量的病原菌、病毒微生物、重金属物质和毒害性有机物，易腐败，有恶臭，对人类健康、生态和环境卫生具有较大的危害性，故必须对其进行减量化、稳定化、无害化、甚至资源化处置。
常用的剩余活性污泥处置技术有土地填埋、堆肥和焚烧。剩余活性污泥含水率一般在96％以上，即使经过加药重力浓缩处理，含水率也在90％以上。由于剩余活性污泥含水率非常高，导致体积庞大，给后续处理带来了很多困难，例如，高额的运输费用、巨大的能量消耗。以干化焚烧处置为例，活性污泥的含水率直接影响到处置构筑物的规模以及能源消耗。理论上污泥含水率越低越好，但是常规的机械脱水方法仅能使污泥的含水率降至80％左右，且机械脱水程度越高，设备投资和运行成本越大。因此，强化剩余活性污泥脱水性能成为剩余活性污泥处置的必要的前处理技术。
强化剩余活性污泥脱水的处理方法有生物水解法、冻融法、超声法、臭氧法和高温水热法等，其中高温水热法由于简便、高效的特点，受到广泛的关注，但是存在能耗高的缺点。为此，人们采用酸或碱的协同作用来降低水热处理要求的温度，例如，E.Neyens等人在H2SO4或NaOH、Ca(OH)2的存在条件下，采用水热法对剩余活性污泥进行处理，可以提高处理的效率(“Hot acid hydrolysis as a potential treatment of thickened sewagesludge”，E.Neyens等，Journal of Hazardous Materials 98(2003)，275-293；“Alkaline thermal sludge hydrolysis”，E.Neyens等，Journal of HazardousMaterials B97(2003)295-314)。然而，采用这种方法时，需要消耗大量的酸或碱，这会导致设备腐蚀、重金属和磷的溶出、酸或碱超标等问题。
发明内容
本发明提供了一种强化剩余活性污泥脱水性能的处理方法，该方法可以显著提高活性污泥的脱水性能，并且对设备的腐蚀小。
一种强化剩余活性污泥脱水性能的处理方法，向剩余活性污泥中加入电解质，加热搅拌，进行反应，反应完全后得到脱水性能被强化了的剩余活性污泥；
所述的电解质为钠盐、钾盐、钙盐和镁盐中的至少一种。
经过处理后的剩余活性污泥经换热器换热后送入机械脱水设备，脱水后的滤饼进行后续处置，所述的脱水设备可以为板框压滤机、厢式压滤机、真空皮带压滤机和真空转鼓压滤机等。
在常压水热条件下，所述的剩余活性污泥的絮体发生破裂，内部带负电荷的基团被暴露出来，部分胞内物释放，为阳离子提供了更多的架桥结合位点，此时投加所述电解质，电解质电离出钠离子、钾离子、钙离子或镁离子，这些离子通过电中和、吸附架桥、压缩胶体双电层等方式，显著减少活性污泥的表面电荷、促使胞内水释放、形成更加紧密团聚的活性污泥絮状体，从而强化活性污泥的脱水性能；同时，本发明中，所使用的电解质不属于强酸强碱，对设备的腐蚀小。
易溶于水、能够电离出钠离子、钾离子、钙离子或镁离子的各种盐类都能作为本发明中的电解质与剩余活性污泥进行反应。所述的电解质优选氯化钠、硫酸钠、硝酸钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁、硫酸镁和硝酸镁中的至少一种，这些电解质易溶于水，性质稳定，且易电离出所需的阳离子；同时来源广泛，价格便宜，适合大规模应用于剩余活性污泥脱水性能的强化处理。
所述的电解质浓度增加到一定程度之后，再增加其浓度，对脱水性能的影响不明显，却会增加处理成本。综合考虑，所述的电解质的浓度优选为1～600mmol/L，进一步优选为5～300mmol/L，其中，所述电解质的浓度为电解质在整个处理体系中的浓度。
作为优选，所述的电解质为氯化钙，所述的电解质的浓度为5～100mmol/L。选用氯化钙作为电解质的时候，经过处理之后的剩余活性污泥的脱水性能较好，而且氯化钙用量少，处理时间短。
在反应过程中，反应温度优选为40～100℃，随着所述反应温度的提高，经过处理后的剩余活性污泥的脱水性能越好。当所述的反应温度提高到60℃以上时，经过处理后的剩余活性污泥的脱水性能明显变好，但若超过沸点，则需加压进行，增加设备成本及操作难度，所述的反应温度进一步优选为60～95℃。
所述的反应时间优选为10min～10h，进一步优选为30min～4h，随着反应进行到一定的程度，再延长所述的反应时间对脱水性能的影响不再明显。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
在常压条件下，通过投加特定的电解质的水热反应可显著提高剩余活性污泥的脱水性能，既可分批处理剩余活性污泥，也可连续处理剩余活性污泥；操作灵活、所需设备简单、过程简短、能耗较低；为活性污泥运输、后续处置(如填埋、焚烧)或资源化利用(如发酵制肥、有机成分提取)提供重要的配套前处理技术。
附图说明
图1为本发明中强化剩余活性污泥脱水性能的处理方法的工艺流程图；
图2为本发明中强化剩余活性污泥脱水性能的处理方法的原理图；
图3为实施例9～14中的毛细吸水时间随着反应时间的变化图；
图4为实施例15～44中毛细吸水时间随着水热温度和电解质氯化钙浓度的变化图。
具体实施方式
如图1所示的流程，从污水处理工程中排出的剩余活性污泥经换热器后输送至反应釜，投加适量电解质，加热搅拌反应。反应釜排出的活性污泥经换热器换热后输送到机械脱水设备，脱水后的泥饼进行后续处理或处置。
实施例1
含水率为95.6％的剩余活性污泥经换热器换热后输送至夹套搪瓷反应釜，投加电解质氯化钙，使得氯化钙浓度为9mmol/L，水热温度控制在85℃，均匀搅拌，反应1h后，活性污泥从反应釜排出，至换热器换热后，输入板框压滤机(BAMS 0.6/315-UBK型)进行压滤，所得泥饼含水率为54.7％。
原理如图2所示：在加热条件下，剩余活性污泥的絮体发生破裂，内部带负电荷的基团被暴露出来，胞内物释放，为阳离子提供了更多的架桥结合位点，此时氯化钙电离出的钙离子可通过电中和、吸附架桥、压缩胶体双电层等方式，减少活性污泥的表面电荷、促使胞内水释放，从而形成更加紧密团聚的活性污泥絮状体，强化活性污泥的脱水性能。
实施例2
含水率为97.1％的剩余活性污泥经换热器换热后输送至夹套搪瓷反应釜，投加电解质氯化钠，使得氯化钠浓度为72mmol/L，水热温度控制在60℃，均匀搅拌，反应3h后，活性污泥从反应釜排出，至换热器换热后，输入板框压滤机(BAMS 0.6/315-UBK型)进行压滤，所得泥饼含水率为52.4％。
实施例3
含水率为90.3％的剩余活性污泥经换热器换热后输送至夹套搪瓷反应釜，投加电解质氯化镁，使得氯化镁浓度为205mmol/L，水热温度控制在70℃，均匀搅拌，反应7h后，活性污泥从反应釜排出，至换热器换热后，输入厢式压滤机(XBAMQ2-6-420UBK型)进行压滤，所得泥饼含水率为48.6％。
实施例4
含水率为96.2％的剩余活性污泥经换热器换热后输送至夹套搪瓷反应釜，投加电解质硫酸镁，使得硫酸镁浓度为30mmol/L，水热温度控制在56℃，均匀搅拌，反应9h后，活性污泥从反应釜排出，至换热器换热后，输入厢式压滤机(XBAMQ2-6-420UBK型)进行压滤，所得泥饼含水率为57.9％。
实施例5
含水率为95.9％的剩余活性污泥经换热器换热后输送至夹套搪瓷反应釜，投加电解质硫酸钠，使得硫酸钠浓度为50mmol/L，水热温度控制在90℃，均匀搅拌，反应4h后，活性污泥从反应釜排出，至换热器换热后，输入真空转鼓压滤机(GD-2型)进行压滤，所得泥饼含水率为51.6％。
实施例6
含水率为97.5％的剩余活性污泥经换热器换热后输送至夹套搪瓷反应釜，投加电解质氯化钾，使得氯化钾浓度为108mmol/L，水热温度控制在75℃，均匀搅拌，反应8h后，活性污泥从反应釜排出，至换热器换热后，输入真空转鼓压滤机(GD-2型)进行压滤，所得泥饼含水率为51.4％。
实施例7
含水率为98.3％的剩余活性污泥经换热器换热后连续输送至夹套搪瓷反应釜，投加电解质硝酸镁，使得硝酸镁浓度为18mmol/L，水热温度控制在70℃，均匀搅拌，停留3h后，活性污泥从反应釜排出，至换热器换热后，输入真空皮带压滤机(DI-650型)进行压滤，所得泥饼含水率为62.2％。
实施例8
含水率为95.4％的剩余活性污泥经换热器换热后连续输送至夹套搪瓷反应釜，投加电解质硝酸钠，使得硝酸钠浓度为67mmol/L，水热温度控制在47℃，均匀搅拌，停留5h后，活性污泥从反应釜排出，至换热器换热后，输入真空皮带压滤机(DI-650型)进行压滤，所得泥饼含水率为64.7％。
实施例9
含水率为95.6％的剩余活性污泥经换热器换热后输送至夹套搪瓷反应釜，投加电解质氯化钙，使得氯化钙浓度为10mmol/L，水热温度控制在25℃，均匀搅拌，在反应进行到10min、20min、40min、60min、80min、100min和120min时，分别取样测量毛细吸水时间。毛细吸水时间采用英国Triton公司的304M型毛细吸水时间测定仪进行，取约5mL的污泥样品加入仪器的测试管中，污泥中的液体润湿两个同心圆之间的滤纸所用的时间即为毛细吸水时间。
实施例10
除水热温度控制在60℃，其余操作同实施例9。
实施例11
除水热温度控制在80℃，其余操作同实施例9。
实施例12
含水率为95.6％的剩余活性污泥经换热器换热后输送至夹套搪瓷反应釜，水热温度控制在25℃，均匀搅拌，在反应进行到20min、40min、60min、80min、100min和120min时，分别取样测量毛细吸水时间。
实施例13
除水热温度控制在60℃，其余操作同实施例12。
实施例14
除水热温度控制在80℃，其余操作同实施例12。
图3为实施例9～14中的毛细吸水时间随反应时间的变化图，其中，毛细吸水时间是反映污泥脱水性能的一个重要指标，它越短表明污泥脱水性能越好。从该图可以看出，单独的常压水热处理会导致活性污泥的脱水性能变差，但投加电解质后，脱水性能得到明显改善。且加热温度越高，脱水性能越好。在投加电解质后，随着反应时间的延长，毛细吸水时间先减小，减小到一定数值之后，基本不再变化。
实施例15～44
含水率为97.2％的剩余活性污泥经换热器换热后输送至夹套搪瓷反应釜，投加电解质氯化钙，加热搅拌，反应20min后，得到脱水性能强化的剩余活性污泥。各实施例的反应温度、氯化钙投加量和毛细吸水时间如表1所示。
表1 不同反应温度和氯化钙投加量下的污泥毛细吸水时间
| 实施例 | 氯化钙投加量(mmol/L) | 反应温度(℃) | 毛细吸水时间(s) |
| 15 | 1 | 50 | 278.7 |
| 16 | 1 | 60 | 309.3 |
| 17 | 1 | 70 | 316.6 |
| 17 | 1 | 80 | 123.5 |
| 19 | 1 | 90 | 83.9 |
| 20 | 5 | 50 | 65.8 |
| 21 | 5 | 60 | 65.1 |
| 22 | 5 | 70 | 59.5 |
| 23 | 5 | 80 | 26.2 |
| 24 | 5 | 90 | 22.6 |
| 25 | 10 | 50 | 48.5 |
| 26 | 10 | 60 | 45.2 |
| 27 | 10 | 70 | 22.3 |
| 28 | 10 | 80 | 21.2 |
| 29 | 10 | 90 | 18.7 |
| 30 | 50 | 50 | 38.7 |
| 31 | 50 | 60 | 37.1 |
| 32 | 50 | 70 | 19.2 |
| 33 | 50 | 80 | 16.7 |
| 34 | 50 | 90 | 17.7 |
| 35 | 100 | 50 | 38.7 |
| 36 | 100 | 60 | 37.2 |
| 37 | 100 | 70 | 18.6 |
| 38 | 100 | 80 | 18.4 |
| 39 | 100 | 90 | 16.6 |
| 40 | 300 | 50 | 47.7 |
| 41 | 300 | 60 | 42.8 |
| 42 | 300 | 70 | 22.5 |
| 43 | 300 | 80 | 20.3 |
| 44 | 300 | 90 | 18.4 |
图4为实施例15～44中毛细吸水时间的变化图，从图4可以看出，在反应温度相同时，随着氯化钙投加量的增加，毛细吸水时间先减小，后趋于稳定。氯化钙投加量相同时，随着反应温度的增加，毛细吸水时间呈减少的趋势。
Claims (3)
1.一种强化剩余活性污泥脱水性能的处理方法，其特征在于，步骤如下：含水率为97.1％的剩余活性污泥经换热器换热后输送至夹套搪瓷反应釜，投加电解质氯化钠，使得氯化钠浓度为72mmol/L，水热温度控制在60℃，均匀搅拌，反应3h后，活性污泥从反应釜排出，至换热器换热后，输入BAMS0.6/315-UBK型板框压滤机进行压滤，所得泥饼含水率为52.4％。
2.一种强化剩余活性污泥脱水性能的处理方法，其特征在于，步骤如下：含水率为95.9％的剩余活性污泥经换热器换热后输送至夹套搪瓷反应釜，投加电解质硫酸钠，使得硫酸钠浓度为50mmol/L，水热温度控制在90℃，均匀搅拌，反应4h后，活性污泥从反应釜排出，至换热器换热后，输入GD-2型真空转鼓压滤机进行压滤，所得泥饼含水率为51.6％。
3.一种强化剩余活性污泥脱水性能的处理方法，其特征在于，步骤如下：含水率为97.5％的剩余活性污泥经换热器换热后输送至夹套搪瓷反应釜，投加电解质氯化钾，使得氯化钾浓度为108mmol/L，水热温度控制在75℃，均匀搅拌，反应8h后，活性污泥从反应釜排出，至换热器换热后，输入GD-2型真空转鼓压滤机进行压滤，所得泥饼含水率为51.4％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20140730 Termination date: 20211009 |