CN102910793A - 一种污泥联合调理脱水方法 - Google Patents
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Abstract
本发明名称为“一种污泥联合调理脱水方法”，属于环境工程和污泥处理技术领域。向无机酸酸化后的污泥(pH＝5)中投加H2O2和FeSO4，利用Fenton试剂强氧化作用降解有机物，溶解和破解污泥中的微生物细胞和胞外聚合物；之后投加表面活性剂CTMAB以降低表面张力，改变污泥表面特性，部分间隙水转化为自由水；再利用聚丙烯酰胺CPAM对污泥颗粒的絮凝作用，将结构分散、颗粒粒径小、比表面积大的污泥颗粒絮凝。经Fenton试剂-表面活性剂-聚丙烯酰胺联合调理，污泥离心脱水后含水率由87.7％降低到78.2％，泥饼产量由0.218t/m3减少到0.115t/m3，可显著改善污泥脱水性能，有效削减投资运行成本，达到理想的污泥减量化目的。
Description
技术领域
本发明属于环境工程和污泥处理技术领域，并专注于一种污泥联合调理脱水方法，以达到改善污泥脱水性能、实现污泥减量化目的。
背景技术
随着我国污泥产量的逐年增加，剩余污泥的后续处理成为许多城市面临的一大难题。剩余污泥的含水率高，脱水性能差，通常达不到后续处理处置的要求，导致污泥后续处置的难度与成本过高，成为制约污泥减量化、无害化、资源化处理处置的主要因素。因此，改善污泥脱水性能以降低污泥含水率，有效实现污泥减量化，成为具有重要实践意义的研究课题。
污泥调理能够改变污泥的物理和化学性质，从而改善污泥的脱水性能，降低污泥脱水后的含水率。污泥化学调理因其操作简单、费用低及效果稳定而被广泛使用。城市污水厂污泥处理实践中，阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)是使用最广泛的一种絮凝剂型化学调理剂，CPAM调理污泥具备操作简单，比无机絮凝剂高效、投加量小且效果稳定等优点。但由于活性污泥中含有大量的微生物细胞以及胞外聚合物(EPS)，细胞内部水以及EPS表面结合水很难通过CPAM的调理而释放出来，成为阻碍污泥脱水性能的关键因素。
随着科技进步，化学氧化等技术也逐渐应用于改善污泥的脱水性能。Fenton试剂是Fe2+和H2O2组成的强氧化性溶液，可有效降解污泥有机物，溶解和破坏EPS结构，释放细胞内部水，实现污泥脱水性能的改善和污泥减量化。如申请号为201010000269.1，名称为一种生物酸化-类Fenton氧化联用改善剩余污泥脱水性能的方法，公开号为CN101759337A，在投加足量底物的条件下，从污泥中培养驯化土著酸化细菌作为接种液；将接种液加入到剩余污泥中，在有氧、搅拌和适量底物条件下对污泥进行生物酸化，然后利用Fenton试剂对污泥进行氧化，再投加Ca(OH)2调节污泥的pH至中性，提高了污泥脱水性能。但这种方法污泥调理前的预处理污泥量过大，且需要预先对污泥进行生物酸化，酸化后pH降至2-3，操作不易控制。
表面活性剂主要由憎水基和亲水基两部分组成，可降低表面张力或两相间界面张力。向污泥中投加表面活性剂进行污泥调理后，一方面表面活性剂可改变污泥颗粒之间及其颗粒和水分子之间的界面张力，絮体结构分散解体，使EPS吸附和包裹的水分以及微生物胞内水分得到释放，污泥中水分分布发生变化；另一方面，表面活性剂通过静电作用和范德华力吸附于污泥表面，从而改变污泥表面特性，使泥絮体尺寸变大，同时分散的悬浮离子浓度降低。通过表面活性剂使部分间隙水转化为自由水，易被去除的水分比例增加，从而提高了污泥脱水性能。
通过无机酸直接对污泥进行酸化，能大大缩短污泥酸化的时间。然后利用Fenton试剂氧化和表面活性剂(十六烷基三甲基溴化铵，CTMAB)进行污泥调理，投加CPAM对污泥絮凝处理，利用其高效絮凝作用，将Fenton试剂氧化和CTMAB调理后的污泥颗粒进行絮凝脱水，进一步提高污泥脱水的固液分离效果。综上可知，本发明专利涉及的Fenton试剂-表面活性剂-聚丙烯酰胺污泥联合调理脱水方法，能显著改善污泥脱水性能，形成较理想的污泥形态，并削减污泥后续处理处置成本。
发明内容
1.发明目的
本发明专利针对城市污水处理厂剩余污泥脱水性能差、泥饼后续处理处置成本较高的现状，通过一种污泥联合调理脱水方法，提高剩余污泥脱水的固液分离比，可显著改善污泥脱水性能，以达到实现污泥减量化的目的。
2.技术方案
本发明专利提供一种污泥联合调理脱水方法，主要的技术方案如下：
(1)向无机酸酸化后的污泥(pH＝5)投加Fenton试剂进行调理，H2O2投加量为2g/L，FeSO4投加量为2.4g/L，生成具有强氧化作用的羟基自由基(·OH)，利用Fenton试剂的氧化作用有效降解有机物，溶解和破解污泥中的微生物细胞和胞外聚合物，释放细胞内部水及胞外聚合物表面结合水。
(2)向Fenton试剂氧化后的污泥投加8g/L的表面活性剂CTMAB，以降低污泥的表面张力，改变污泥表面特性，使EPS吸附和包裹的水分以及微生物胞内水分得到进一步释放，部分间隙水转化为自由水。
(3)经Fenton试剂和CTMAB调理后的污泥中投加CPAM，CPAM投加量为75mg/L，搅拌方式为400rpm搅拌30s后以60rpm搅拌5min，利用CPAM的絮凝作用，将(1)(2)调理后形成的结构分散、颗粒粒径小、比表面积大的污泥颗粒絮凝，增强污泥的絮凝效果，改善污泥脱水性能。
3.本发明的创新性
本发明涉及的污泥联合调理脱水方法与现有的剩余污泥脱水技术相比，创新性如下：
(1)本发明联合Fenton试剂、表面活性剂、聚丙烯酰胺协同调理剩余污泥，作为显著改善污泥脱水性能的新型污泥调理方法，在科学实验和工程实践中少有应用。城市污水厂污泥的处理处置实践中，多使用化学絮凝剂CPAM的衍生物进行污泥的脱水处理，调理后的污泥含水率仍较高，造成污泥后续处置成本增加。专利号为WO03/045852A1的发明专利公开的污泥调理方法，投加铁离子与H2O2后投加有机聚合物对污泥进行絮凝稳定处理，可有效提高污泥机械脱水后的含固率。但目前尚无将Fenton试剂、表面活性剂、聚丙烯酰胺联合调理，以提高污泥脱水性能的方法工艺的相关报道。
(2)本发明专利涉及新型污泥联合调理脱水方法，调理后污泥含水率为78.2％，相对未经调理的污泥87.7％的含水率，含水率降低9.5个百分点，泥饼产量由0.218t/m3减少到0.115t/m3，污泥脱水性能显著改善，达到理想的污泥减量化效果，有利于污泥资源能源的综合利用。
(3)本发明涉及的污泥联合调理脱水方法，将Fenton试剂的强氧化性、CTMAB对污泥表面特性的改变作用、CPAM的强絮凝效果充分结合，发挥各类调理剂的优势，有效改善污泥的结构和性质，释放污泥释放细胞内部水及胞外聚合物表面结合水，显著改善污泥脱水性能。
(4)Fenton试剂的强氧化性作用，对污泥起到消毒、除臭作用，还可降低污泥中的悬浮固体(SS)含量，悬浮固体的降低和污泥含水率的下降，脱水后污泥运输和处理费用减少。并且，使用Fenton试剂和CTMAB所增加的药剂费用，远低于污泥脱水性能改善前后节省的后续运输和处理处置费用。
(5)本发明涉及的污泥联合调理脱水方法，应用于浓缩池污泥脱水单元控制和运行过程中，最佳pH条件呈弱酸性，易于控制调节，且该技术工艺构筑物少，工序简单，操作便捷，投资运行成本低廉，可为剩余污泥处理处置提供新的思路。
附图说明
附图1为本发明污泥联合调理脱水方法的工艺运行图。
附图2为浓缩池污泥、Fenton试剂调理后的污泥、以及应用本发明污泥联合调理脱水方法后的污泥微观形态对比图。
具体实施方式
以下详细说明本发明的工作原理和实施方式：
本发明所述的一种污泥联合调理脱水方法，具体实施运行时，经过浓缩的污泥经过酸化后，输送至Fenton试剂氧化池，在氧化池中污泥在持续的搅拌作用下，与Fenton试剂发生反应而被氧化；当Fenton反应完全后，投加CTMAB进行调理；然后加入CPAM对污泥进行絮凝调理，并输送至机械脱水设备进行脱水；最后脱水后的污泥泥饼外运进一步处理，大大降低后续处理处置污泥量及处理费用，脱出的水分则返回污水处理系统进一步处理。
实施例1
其运行的过程如图1所示，浓缩池的污泥经无机酸酸化后(pH＝5)，输送至Fenton试剂氧化池(H2O2投加量为2g/L，FeSO4投加量为2.4g/L，反应60min)，污泥在氧化池中持续的搅拌作用下，与Fenton试剂发生反应，污泥中有机物被降解，细胞壁及污泥中胞外聚合物(EPS)被溶解和破裂，大量的细胞内部水和EPS结合水被释放出来；当Fenton反应完全后，投加8g/L的CTMAB进行调理；然后用CPAM对污泥进行絮凝调理(CPAM投加为75mg/L，搅拌方式为400rpm搅拌30s后以60rpm搅拌5min)，污泥中的分散细小颗粒被吸附絮凝，实现良好的泥水分离；然后污泥被输送至机械脱水设备进行脱水；最后脱水后的污泥泥饼外运进一步处理，脱出的水分则返回污水处理系统进一步处理。
某污水处理厂，设计流量为10万t/d，目前进水为6万t/d，采用A2/O氧化沟水处理工艺。进水中生活污水占70％～80％，工业废水主要是电子厂、铜锌电镀厂、蓄发电池生产厂产生的废水。目前该厂浓缩池污泥含水率为含水率为96.3％，脱水后泥饼含水率为87.7％。该厂采用本发明涉及的污泥联合调理脱水方法，工艺流程如图1所示，污泥各项指标表1所示：
表1某污水处理厂浓缩池污泥经本发明污泥联合调理脱水方法前后各指标变化
附图2为污泥联合调理脱水方法应用前后的污泥的微观形态对比图。
Claims (3)
1.一种污泥联合调理脱水方法，其特征在于：将Fenton试剂(Fe2+/H2O2)氧化后的污泥，投加表面活性剂(十六烷基三甲基溴化铵，CTMAB)调理，再投加聚丙烯酰胺CPAM絮凝脱水，联合Fenton试剂的强氧化性、CTMAB对污泥表面特性的改变作用、CPAM的强絮凝效果，辅以适当的pH调节和机械脱水，可显著改善污泥脱水性能，达到理想的污泥减量化效果。
2.根据权利要求1所述联合调理脱水方法，其特征在于由如下步骤组成：
(1)利用无机酸调节污泥pH＝5，污泥调理时H2O2投加量为2g/L，FeSO4投加量为2.4g/L，生成具有强氧化作用的羟基自由基(·OH)，形成由H2O2和Fe2+组成的混合体系，即标准Fenton试剂。利用Fenton试剂的氧化作用降解有机物，溶解和破解污泥中的微生物细胞和胞外聚合物，释放细胞内部水及胞外聚合物表面结合水，同时还对污泥有消毒、除臭作用。
(2)经Fenton试剂氧化后的污泥中投加8g/L的表面活性剂CTMAB进行调理，以降低污泥液体表面张力，改变污泥表面特性，使EPS吸附和包裹的水分以及微生物胞内水分得到进一步释放，部分间隙水转化为自由水。
(3)经Fenton试剂和CTMAB调理后的污泥中投加CPAM，CPAM投加量为75mg/L，搅拌方式为400rpm搅拌30s，然后以60rpm搅拌5min。利用CPAM的絮凝作用将被(1)(2)污泥调理后形成的结构分散、颗粒粒径小、比表面积大的污泥颗粒絮凝，增强污泥的絮凝效果，并提高污泥离心脱水后的固液分离比。
3.权利要求2所述污泥联合调理方法，其特征在于辅以机械离心脱水后，剩余污泥含水率低至78.2％，相对未经调理的污泥87.7％的含水率，含水率降低9.5个百分点，泥饼产量由0.218t/m3减少到0.115t/m3，污泥脱水性能显著改善，有效削减投资运行成本，达到理想的污泥减量化效果。
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