CN103771682B - 一种污泥高干度调理脱水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种污泥高干度调理脱水的方法，采用复合调理剂，将氧化剂的强氧化性、磁粉的絮核作用及磁场力作用、无机絮凝剂的电中和与压缩双电子层、有机絮凝剂的吸附桥联作用及大分子卷扫捕集效果有机结合，通过协同发挥各调理剂的优势，有效改善污泥结构和性质，释放污泥细胞内水及胞外聚合物表面结合水，显著改善了污泥的脱水性能，实现高干度脱水。本发明方法具有污泥脱水程度高、絮凝效果好、絮凝与沉降时间短、减容率高、脱水成本低的优点。
Description
技术领域
本发明属于污泥处理技术领域，特别涉及一种污泥高干度调理脱水的方法。
背景技术
污泥脱水是污泥处置及资源化过程中必不可缺的环节，但由于污泥具有很高的含水率，并且污泥中水分与固体胶粒的结合力很强，脱水性能差已成为制约污泥减量化、资源化处置的关键因素。
污泥是以菌体为核心，通过胞外聚合物的缠绕作用和缔合作用、无机颗粒的吸附架桥作用及阴、阳离子的静电作用等连接在一起的絮体颗粒。污泥中水分存在的状态主要为：颗粒包围的游离间隙水；颗粒之间或颗粒裂隙中由于毛细作用与颗粒结合在一起的毛细水；表面张力作用吸附在颗粒表面的吸附水；包含在微生物细胞中的细胞内水。其中，毛细水、吸附水、细胞内水称为结合水。污泥脱水的原则就是通过调理手段使污泥中水分子存在方式和结构发生改变，使结合水比例降低，进而改变污泥的沉降及脱水性能，实现泥水分离。
污泥调理的方法多种多样，其中，化学调理因操作简单、费用低及效果稳定而被广泛使用，其脱水机理是压缩双电层、电中和、吸附架桥和网捕卷扫，但这种基于絮体颗粒表面改良的方法存在药剂用量大、泥增重明显等不足。随着科技进步，化学氧化、磁化等新技术逐步用于改善污泥脱水性能。化学氧化能够使污泥中胞外聚合物水解、微生物细胞瓦解，释放结合水，提高脱水程度，但这些氧化反应（如芬顿反应）单独使用时存在药剂利用效率低进而造成处理成本高，并且污泥絮体颗粒氧化分解后为小颗粒，比重小，无絮凝作用，沉降系数低、沉降时间长。磁化技术是利用磁场的生物效应，通过磁场能量的释放，迫使絮体颗粒细胞分解，改变其表面性质，加速表面电荷的运动属性，使细胞瓦解释放出大量间隙水，成为自由水，从而提高污泥的脱水程度。此种方法可以避免或减少药剂的投入，具有运行成本低、污泥增重少的优点。但是，当混合液悬浮固体浓度较高和颗粒大时，磁化作用受颗粒本身及其间作用力影响大，不易被磁化；磁力大小还受磁位和污泥的可磁化性能等影响，使得磁化作用有限，存在脱水效果不稳定的缺点。
联合多种调理方式、开发污泥脱水复合调理剂，提高污泥的沉降速率与脱水性能，已成为实现污泥高干度脱水（泥饼含水率不大于60%）、减容减重的重要途径，对于污泥的后续处理具有重大意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种联合多种调理方式的污泥高干度调理脱水的方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种污泥高干度调理脱水的方法，包括以下步骤：
(1) 搅拌状态下，将污泥酸化至pH4～5后，按污泥干重的4～8%添加硫酸亚铁，然后，按污泥的体积计，添加双氧水600～1000mg/L，继续搅拌反应10～30min；
(2) 搅拌状态下，添加磁粉50～150mg/L，搅拌混匀，然后添加无机混凝剂100～200mg/L，继续搅拌混匀；
(3) 搅拌状态下，加入阳离子聚丙烯酰胺，反应5～15min，完成调理；
(4) 对调理后的污泥进行脱水。
优选的，步骤（1），污泥为含水率不大于98wt%的浓缩污泥。
优选的，步骤（1），搅拌速度为100～200rpm。
优选的，步骤（2），搅拌速度为200～300rpm。
优选的，步骤（2），添加磁粉后，搅拌5～10min，然后添加无机混凝剂，继续搅拌5～10min。
优选的，步骤（3），搅拌速度为50～70rpm。
优选的，步骤（3），将阳离子聚丙烯酰胺配制成0.05～0.1wt％的水溶液，然后加入污泥。
优选的，步骤（3），阳离子聚丙烯酰胺水溶液的添加量为污泥体积的1～2v/v%。
优选的，无机混凝剂为硫酸亚铁、聚合氯化铁、聚合硫酸铁中的至少一种。
优选的，所述磁粉细度≥200目。磁粉优选为磁铁矿粉。
优选的，步骤（1），采用工业级浓硫酸将污泥酸化。
本发明的有益效果是：
本发明采用复合调理剂，将氧化剂的强氧化性、磁粉的絮核作用及磁场力作用、无机絮凝剂的电中和与压缩双电子层、有机絮凝剂的吸附桥联作用及大分子卷扫捕集效果有机结合：污泥絮体颗粒经硫酸亚铁和双氧水产生的游离基氧化后，粒径变小，颗粒间作用力减小，分布更加均匀，污泥可磁化性能大大提高，为后续步骤中磁粉的絮核作用和磁场对带电颗粒胶粒的吸引提供了便利条件，使磁粉与絮体快速结合成比重较大、紧密的复合磁絮凝体。本发明通过协同发挥各调理剂的优势，有效改善污泥结构和性质，释放污泥细胞内水及胞外聚合物表面结合水，显著改善了污泥的脱水性能，实现高干度脱水。本发明方法具有污泥脱水程度高、絮凝效果好、絮凝与沉降时间短、减容率高、脱水药剂成本低（本发明方法的药剂成本为20～30元/吨脱水污泥，与行业现有脱水水平含水率80%时的药剂成本约30元/吨相当）的优点。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明内容。
以下实施例中所用磁粉为粉末状的磁铁矿粉，细度大于200目。
实施例1
(1) 取100mL浓缩活性污泥（含水率97.5%），用工业硫酸酸化至pH=5，以150rpm的速度搅拌酸化污泥，按污泥干重的6%添加硫酸亚铁，然后，按污泥体积计添加双氧水800mg/L，继续搅拌反应15min；
(2) 以250rpm的速度搅拌污泥，添加磁粉100mg/L，继续搅拌10min，然后添加聚合硫酸铁150 mg/L，继续搅拌10 min，使混凝剂与污泥微粒充分混合；
(3) 以60rpm的速度搅拌污泥，加入体积为污泥1.5v/v%的阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）水溶液（将阳离子聚丙烯酰胺预先配制成0.1wt%的水溶液，溶解1小时以上），搅拌反应10min，完成调理；
(4) 将调理后的污泥均匀倒入布氏漏斗中，真空抽滤脱水（抽滤压力为0.03MPa），测定污泥比阻（SRF）、滤饼体积与含水率。
实施例2
(1) 取100mL浓缩活性污泥（含水率96.2%），用工业硫酸酸化至pH=5，以150rpm的速度搅拌酸化污泥，按污泥干重的4%添加硫酸亚铁，然后，按污泥体积计添加双氧水600mg/L，继续搅拌反应10min；
(2) 提高搅拌速度至250rpm，添加磁粉50mg/L，继续搅拌10min，然后添加聚合氯化铁200 mg/L，继续搅拌10 min，使混凝剂、磁粉、污泥微粒充分混合；
(3) 降低搅拌速度至60rpm，加入体积为污泥1v/v%的阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）水溶液（将阳离子聚丙烯酰胺预先配制成0.1wt%的水溶液，溶解1小时以上），搅拌反应5min，完成调理；
(4) 将调理后的污泥均匀倒入布氏漏斗中，真空抽滤脱水（抽滤压力为0.03MPa），测定污泥比阻（SRF）、滤饼体积与含水率。
实施例3
(1) 取100mL浓缩活性污泥（含水率97.3%），用工业硫酸酸化至pH=5，以150rpm的速度搅拌酸化污泥，按污泥干重的4%添加硫酸亚铁，然后，按污泥体积计添加双氧水600mg/L，继续搅拌反应20min；
(2) 提高搅拌速度至250rpm，添加磁粉50mg/L，继续搅拌10min，然后添加聚合氯化铁200 mg/L，继续搅拌10 min，使混凝剂、磁粉、污泥微粒充分混合；
(3) 降低搅拌速度至60rpm，加入体积为污泥2v/v%的阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）水溶液（将阳离子聚丙烯酰胺预先配制成0.1wt%的水溶液，溶解1小时以上），搅拌反应5min，完成调理；
(4) 将调理后的污泥均匀倒入布氏漏斗中，真空抽滤脱水（抽滤压力为0.03MPa），测定污泥比阻（SRF）、滤饼体积与含水率。
实施例4
(1) 取100mL浓缩活性污泥（含水率97.2%），用工业硫酸酸化至pH=4，以100rpm的速度搅拌酸化污泥，按污泥干重的6%添加硫酸亚铁，然后，按污泥体积计添加双氧水800mg/L，继续搅拌反应20min；
(2) 提高搅拌速度至200rpm，添加磁粉100mg/L，继续搅拌8min，然后添加聚合氯化铁100 mg/L，继续搅拌8 min，使混凝剂、磁粉、污泥微粒充分混合；
(3) 降低搅拌速度至50rpm，加入体积为污泥2v/v%的阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）水溶液（将阳离子聚丙烯酰胺预先配制成0.05wt%的水溶液，溶解1小时以上），搅拌反应15min，完成调理；
(4) 将调理后的污泥均匀倒入布氏漏斗中，真空抽滤脱水（抽滤压力为0.03MPa），测定污泥比阻（SRF）、滤饼体积与含水率。
实施例5
(1) 取100mL浓缩活性污泥（含水率96.5%），用工业硫酸酸化至pH=5，以200rpm的速度搅拌酸化污泥，按污泥干重的8%添加硫酸亚铁，然后，按污泥体积计添加双氧水1000mg/L，继续搅拌反应10min；
(2) 提高搅拌速度至300rpm，添加磁粉150mg/L，继续搅拌5min，然后添加硫酸亚铁150 mg/L，继续搅拌5min，使混凝剂、磁粉、污泥微粒充分混合；
(3) 降低搅拌速度至70rpm，加入体积为污泥1.5v/v%的阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）水溶液（将阳离子聚丙烯酰胺预先配制成0.1wt%的水溶液，溶解1小时以上），搅拌反应10min，完成调理；
(4) 将调理后的污泥均匀倒入布氏漏斗中，真空抽滤脱水（抽滤压力为0.03MPa），测定污泥比阻（SRF）、滤饼体积与含水率。
对比例1
步骤（2）不添加磁粉，其他步骤同实施例1。
对比例2
步骤（1）不添加硫酸亚铁与双氧水，其他步骤同实施例1。
对比例3
取100mL浓缩活性污泥（含水率97.5%），均匀倒入布氏漏斗中，真空抽滤脱水（抽滤压力为0.03MPa），测定污泥比阻（SRF）、滤饼体积与含水率。
污泥脱水效果如下表所示：
本发明方法中，硫酸亚铁经双氧水氧化后的产物Fe（III）具有絮凝作用，对污泥进行初步絮凝；磁粉的微磁场力作用降低zeta电位，降低了无机混凝剂（聚合氯化铁和/或聚合硫酸铁）的用量；通过有机絮凝剂（阳离子聚丙烯酰胺）的吸附桥联及大分子卷扫捕集作用，使微小絮体产生桥联，进一步成长为大而密实的磁性复合絮团。同时，利用磁粉的絮核作用，强化絮凝效果，磁性复合絮团进一步密实，比重增大，絮体沉降速度加快，时间缩短，提高分离效果。
根据表中数据可见，污泥经硫酸亚铁和双氧水+磁粉+无机混凝剂+CPAM复合调理后，较之空白对照，污泥比阻降至3.5×1012m/kg以下，降幅高达（9.9～10.4）×1012m/kg，为易脱水污泥；泥饼含水率降幅达（34.0～35.4）%，泥饼减容率达（36.3～40.0）%，显著提高了污泥的脱水性能、降低了污泥滤饼体积。实施例4、5与实施例1～3的脱水效果无明显差异。
Claims (7)
1.一种污泥高干度调理脱水的方法，包括以下步骤：
（1）搅拌状态下，将污泥酸化至pH 4～5后，按污泥干重的4～8%添加硫酸亚铁，然后，按污泥的体积计，添加双氧水600～1000mg/L，继续搅拌反应10～30min；
（2）搅拌状态下，添加磁粉50～150mg/L，搅拌混匀，然后添加无机混凝剂100～200mg/L，继续搅拌混匀；所述无机混凝剂为硫酸亚铁、聚合氯化铁、聚合硫酸铁中的至少一种；
（3）搅拌状态下，加入阳离子聚丙烯酰胺，反应5～15min，完成调理；其中，将阳离子聚丙烯酰胺配制成0.05～0.1wt％的水溶液，然后加入污泥，并且阳离子聚丙烯酰胺水溶液的添加量为污泥体积的1～2v/v%；
（4）对调理后的污泥进行脱水。
2.根据权利要求1所述的污泥高干度调理脱水的方法，其特征在于：步骤（1），污泥为含水率不大于98wt%的浓缩污泥。
3.根据权利要求1所述的污泥高干度调理脱水的方法，其特征在于：步骤（1），搅拌速度为100～200rpm。
4.根据权利要求1所述的污泥高干度调理脱水的方法，其特征在于：步骤（2），搅拌速度为200～300rpm。
5.根据权利要求1或4所述的污泥高干度调理脱水的方法，其特征在于：步骤（2），添加磁粉后，搅拌5～10min，然后添加无机混凝剂，继续搅拌5～10min。
6.根据权利要求1所述的污泥高干度调理脱水的方法，其特征在于：步骤（3），搅拌速度为50～70rpm。
7.根据权利要求1所述的污泥高干度调理脱水的方法，其特征在于：所述磁粉细度≥200目。
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