CN104891774A - 一种聚合氯化铝和超声联用技术对污泥处理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污泥脱水性能改善技术领域，尤其是一种聚合氯化铝和超声联用技术对污泥处理的方法，通过采用氢氧化钠调节pH值，再向其中加入聚合氯化铝，并采用搅拌器搅拌均匀后，再采用频率为26-70kHz处理5-10min，再进行离心机离心过滤处理，进而改善了污泥的脱水性能，降低了污泥堆存量，并且处理能耗较低、脱除水的脱除率达到了38.7％以上，降低污泥含水率为60％以下，优于传统污泥脱水性能改善技术5-9个百分点。

Description

一种聚合氯化铝和超声联用技术对污泥处理的方法

技术领域

本发明涉及污泥脱水性能改善技术领域，尤其是一种聚合氯化铝和超声联用技术对污泥处理的方法。

背景技术

近年来，我国的城市化水平和人们生活水平随着经济的迅速发展也在不断的提高，城市工业废水和生活污水的排放量日益增多，污水处理量的增长必将产生更多的污泥，进而对于污泥的进一步处理成为了当今环境下面临的重要问题。废水经物理、生物及化学处理后，最终以初沉污泥、生化污泥及化学污泥的形式与水体分离，随着废水排放标准的提高、监控执行力度的强化及生活排污量的不断增大，这类污泥产量还将持续高速增加。

污泥颗粒带负电，与表面裹着的水合层形成一种稳定的胶体悬浮液，由于亲水性胶体粒子形成双电层，它与水的亲和力很强，因此聚集很差，导致污泥中固体和水的分离比较难。即就是比重小、体积庞大、不易脱水等特性。

传统的污泥处理技术主要包括污泥的浓缩、脱水、干燥三个方面，而污泥处理中最困难的一个环节是污泥的脱水环节，并且由于污泥的体积庞大，导致它运输不变，成本高。不仅仅如此，污泥在经过上述的浓缩、消化后依然还具有很高的含水率，体积上没有明显的变化，这也是污泥中的大量水分含量所造成的。

因此，对于污泥的处理过程中，其关键环节之一是对污泥的脱水性能进行改善，进而基于此，传统的污泥脱水处理方法有干化脱水、超声波脱水、絮凝剂脱水、流化床焚烧等，但是在干化脱水工艺中，需要将污泥运输到干化器中，进而导致对污泥的运输成本大，并且干化器的投资成本也较大；在絮凝剂脱水过程存在生态安全隐患，使得环境产生二次污染，在流化床焚烧技术中易造成资源的流失和浪费。故而，在上述的现有污泥脱水处理方法中，其较优的还是超声波处理技术，但是其依然存在着严峻的技术问题，即就是：单纯超声处理会释放大量的胞外聚合物，增加污泥离心出水的COD，使从污泥中出水的水质变差；且单纯超声处理污泥的效果并不显著，操作条件难控制，进而也造成超声处理污泥的成本较高。

为此，有研究者通过对处理污泥脱水性能的基础上，采用超声与絮凝、机械压滤相结合的技术方案对污泥进行处理，如专利号为201410064855.0的《一种提取回用造纸生化污泥氮磷并实现污泥脱水的方法》针对造纸废水碳源丰富，氮、磷缺乏，而生化污泥中微生物体内又富含氮磷，部分生化污泥最终作为剩余污泥排出水处理系统，且脱水困难的现状。采用超声波破碎+絮凝+机械压滤的方法，首先通过超声波的作用将微生物体破碎，使其内部物质释放出来，再通过絮凝及机械作用达到固液分离，液体回用到造纸废水处理过程，处理每t生化污泥可以回收N和P达0.45kg和0.1kg以上，有效减少造纸废水生化处理所投加的氮磷；同时污泥干度可达50％以上，热值达6MJ/kg以上，可在生物质锅炉中直接焚烧。使造纸生化污泥实现综合利用。其目的是使得吸附水转化为自由水后释放出来，并且在后续采用的絮凝剂为聚合氯化铝和分子量为1200-1500万的阳离子型聚丙烯酰胺，通过电中和、吸附、架桥及网扑的作用使污泥碎片发生絮聚，减少污泥的吸附水，但是，由于先采用超声处理，使得污泥中的吸附水脱离出来，进而增大了自由水的含量，进而使得聚合氯化铝的投入量较大，导致水中Al³⁺浓度高，带来二次污染的缺点；并且，上述工艺由于在超声处理之后，在进行絮凝，进而使得污泥中的结合水未被彻底的解决，进而导致污泥性能改善程度较弱。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种聚合氯化铝和超声波联合改善污泥脱水性能方法，减少了聚合氯化铝的使用量、降低了超声处理的能耗、降低了污泥处理成本、提高了污泥处理效率，提高了污泥的脱水性能。

具体是通过以下技术方案得以实现的：

一种聚合氯化铝和超声联用技术对污泥处理的方法，包括以下步骤：

(1)将污泥采用调节液进行pH的调节，使得污泥的pH值为8-11，再将污泥置于搅拌池中，采用搅拌速度为1500-2000r/min搅拌处理，并同时向其中按照每克投入300-500mg聚合氯化铝，并以搅拌速度恒速搅拌反应15-30min；通过将污泥先进行pH值的调整，再结合搅拌步骤，并对搅拌速度的控制，使得污泥中的pH值处于均匀状态，进而使得污泥在进行脱水处理时得到预处理，进一步的为提高污泥脱水性能带来可观的效果；再结合后续的聚合氯化铝的加入，使得污泥先发生絮凝沉淀，进而使得污泥中存在的大量的自由水显露出来，并通过静置处理，使得这些水分子得到絮凝沉淀出来，进而降低污泥中的含水率，降低后续处理工艺的负荷，降低处理成本；再结合下述步骤(2)：将步骤(1)搅拌反应后的污泥停止搅拌，使得其静置15-30min，再将其送入超声处理器中，调整温度为15-25℃恒温处理5-10min，再将其送入离心脱水机中进行离心脱水处理，即可使得污泥的脱水性能得到改善。超声波将污泥中的结合水进行超声处理显露出来，并且使得生物体的外胞受到破坏，进而使得生物体中的水分子也流露出来，并且在步骤1添加的聚合氯化铝存在的环境下发生絮凝，进而使得超声波对污泥产生海绵效应和空化效应，进而使得在絮凝剂存在的环境下，污泥中的水分随着超声波的稀疏相和压缩相的转变发生体积的生长、收缩、再生长、再收缩经历多次周期性震荡，最终发生高速度崩裂的动力学过程，产生极大的瞬态高温和高压，使得气泡内的气体温度急剧升高，并使气泡内气体和液体界面的介质裂解，使水分更容易从波面传播产生的通道通过，使污泥颗粒粒径增大，最终在絮凝剂作用下，沉淀下来，达到了改善污泥脱水性能的功效。

所述的搅拌池中，搅拌速度为1800r/min。通过对搅拌速度的控制，不仅使得污泥的pH值得到均匀的调节，还使得污泥中的自由水在搅拌过程中得到将污泥分散，并在加入絮凝剂之后，使得絮凝剂更加与污泥中的颗粒接触充分，提高了聚合氯化铝电中和及粘结架桥作用，显示出良好的絮凝性能，即就是降低了污泥表面的电荷差，促进了污泥的脱水性能改善。所述的搅拌反应时间为20min。

所述的超声处理器，超声波的频率为30-70kHz。在这里还可以采用26-30kHz范围内的超声波频率处理，并通过对超声波的频率进行控制，进而控制超声波处理污泥颗粒过程中的强度，使得污泥中的生物体胞壁遭受破坏，裸露出内部的结合水，提高了污泥的脱水性能；但是基于超声波处理强度较强时，将会超声产生的空化效应会过分破坏污泥颗粒，增加污泥比阻，脱水性能反而恶化。本发明进而对超声波频率的上限值进行了研究与探索，以及超声处理的时间进行研究，进而使得超声处理过程中，不会因为超声处理时间太长和/或超声频率太高导致的污泥比阻增加，进而确保了超声处理与聚合氯化铝联用处理污泥，并改善污泥脱水性能的效果得到较大程度的提高，具有显著的进步。

再者，所述的离心脱水机，其转动速度为1000-5000r/min。进而经过高速离心处理，使得污泥的脱水率得到了较大程度的提高，使得污泥的脱水率达到了38.7％以上，进而得出，经过处理中的污泥中的含水率达到了60％以下，提高了污泥的干度，并通过检测后，得出经过本发明处理过的污泥中：总悬浮固体(TSS)为80000mg/L，总固体(TS)为180000mg/L，可见，该方法适宜于污水处理厂剩余污泥的减量化处理，并且操作简单，处理后产出的水中也无二次污染，降低了能耗，降低了污泥处理成本。

具体实施方式

下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。

实施例1

一种聚合氯化铝和超声联用技术对污泥处理的方法，包括以下步骤：

(1)将污泥采用调节液进行pH的调节，使得污泥的pH值为9.3，再将污泥置于搅拌池中，采用搅拌速度为1800r/min搅拌处理，并同时向其中按照每克投入400mg聚合氯化铝，并以搅拌速度恒速搅拌反应20min；

(2)将步骤(1)搅拌反应后的污泥停止搅拌，使得其静置20min，再将其送入超声处理器中，调整温度为20℃恒温处理8min，再将其送入离心脱水机中进行离心脱水处理，即可使得污泥的脱水性能得到改善。

所述的调节液为氢氧化钠溶液，浓度为0.7mol/L。

所述的超声处理器，超声波的频率为50kHz。

所述的离心脱水机，其转动速度为2000r/min。

实施例2

一种聚合氯化铝和超声联用技术对污泥处理的方法，包括以下步骤：

(1)将污泥采用调节液进行pH的调节，使得污泥的pH值为11，再将污泥置于搅拌池中，采用搅拌速度为2000r/min搅拌处理，并同时向其中按照每克投入500mg聚合氯化铝，并以搅拌速度恒速搅拌反应30min；

(2)将步骤(1)搅拌反应后的污泥停止搅拌，使得其静置30min，再将其送入超声处理器中，调整温度为25℃恒温处理10min，再将其送入离心脱水机中进行离心脱水处理，即可使得污泥的脱水性能得到改善。所述的调节液为氢氧化钠溶液，浓度为1mol/L。

所述的超声处理器，超声波的频率为70kHz。

所述的离心脱水机，其转动速度为5000r/min。

实施例3

一种聚合氯化铝和超声联用技术对污泥处理的方法，包括以下步骤：

(1)将污泥采用调节液进行pH的调节，使得污泥的pH值为8，再将污泥置于搅拌池中，采用搅拌速度为1500r/min搅拌处理，并同时向其中按照每克投入300mg聚合氯化铝，并以搅拌速度恒速搅拌反应15min；

(2)将步骤(1)搅拌反应后的污泥停止搅拌，使得其静置15min，再将其送入超声处理器中，调整温度为15℃恒温处理5min，再将其送入离心脱水机中进行离心脱水处理，即可使得污泥的脱水性能得到改善。所述的调节液为氢氧化钠溶液，浓度为0.1mol/L。

所述的超声处理器，超声波的频率为30kHz。

所述的离心脱水机，其转动速度为1000r/min。

在上述内容的基础上，本发明通过具体的检测实验来进一步的说明本发明的方案达到的技术效果如下：

污泥为贵州遵义市某污水处理厂的剩余污泥，其基本性质为：pH6.7，原始污泥含水率98.7％，离心后含水率87.9％，污泥比阻3.14×10¹¹s²/g,毛细吸水时间60.1s，总悬浮固体(TSS)为170000mg/L，总固体(TS)为310000mg/L。

具体处理方式为：

取一定量污泥置于烧杯中，向其中加入氢氧化钠溶液调节污泥pH为10，再将污泥置于有搅拌器的搅拌池中，搅拌速率1800r/min，投加聚合氯化铝400mg/g，继续搅拌，充分混匀，反应20min，静置20min，再采用超声波频率为45kHz处理10min，并维持超声处理过程中的温度为20℃，再将其置于5000r/min的离心分离机中离心机脱水处理。

具体的脱水处理过程为：

将离心管内的上清液过滤后，将定量滤纸在漏斗中放好，以蒸馏水滴湿，再将离心管内沉淀转移至滤纸上，用蒸馏水少许洗涤离心管，使沉淀全部经过滤纸过滤，停止过滤后，仔细取出载有悬浮物的滤纸原恒重干锅里，移入烘箱中在105℃烘干2小时后移入干燥器内，使其冷却至室温，称重。反复烘干、冷却、称重，直至两次称量重量差不大于4mg为止。

计算并测定出处理后的污泥的性能：处理后的污泥的含水率为60％以下，本发明对上述污泥中的水分含量脱出率的改善达到了38.7以上，具有较大的突破，并且使得处理后的污泥中的总悬浮固体(TSS)为80000mg/L，总固体(TS)为180000mg/L，使得污泥的总固体质量体积比缩小了41.9％以上，进而大大的缩减了污泥的堆存量，降低了污泥处理成本，其操作方式简单，适合于污水处理厂剩余污泥的减量化处理。

并且，本发明还通过对本发明的方法与专利号为201410064855.0的技术方案进行实验对比，并以上述遵义市某污水处理厂的剩余污泥进行处理，进而得出，其污泥中的含水率降低率，本发明高出5-9个百分点。

再者，本发明还通过按照实施例1-3的方法对超声波频率以及超声波处理时间实验，并与实施例1-3处理的污泥的结果进行对比检测如下表1结果显示：

表1：

由上表显示结果可以看出，超声频率越高对于污泥脱水性能的改善并不是最优，超声处理时间越长，其处理效果也不是最优，故而在超声波频率与超声处理时间存在一个最优点，而本发明通过结合絮凝剂的加入以及超声处理和絮凝剂加入顺序，进而使得对污泥的脱水性能改善得到了较大程度的改善，具有较大的突破。

Claims (7)

1.一种聚合氯化铝和超声联用技术对污泥处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将污泥采用调节液进行pH的调节，使得污泥的pH值为8-11，再将污泥置于搅拌池中，采用搅拌速度为1500-2000r/min搅拌处理，并同时向其中按照每克投入300-500mg聚合氯化铝，并以搅拌速度恒速搅拌反应15-30min；

(2)将步骤(1)搅拌反应后的污泥停止搅拌，使其静置15-30min，再将其送入超声处理器中，调整温度为15-25℃恒温处理5-10min，再将其送入离心脱水机中进行离心脱水处理，即可使得污泥的脱水性能得到改善。

2.如权利要求1所述的聚合氯化铝和超声联用技术对污泥处理的方法，其特征在于，所述的调节液为氢氧化钠溶液。

3.如权利要求1或2所述的聚合氯化铝和超声联用技术对污泥处理的方法，其特征在于，所述的调节液的浓度为0.1-1mol/L。

4.如权利要求1所述的聚合氯化铝和超声联用技术对污泥处理的方法，其特征在于，所述的搅拌池中，搅拌速度为1800r/min。

5.如权利要求1所述的聚合氯化铝和超声联用技术对污泥处理的方法，其特征在于，所述的搅拌反应时间为20min。

6.如权利要求1所述的聚合氯化铝和超声联用技术对污泥处理的方法，其特征在于，所述的超声处理器，超声波的频率为30-70kHz。

7.如权利要求1所述的聚合氯化铝和超声联用技术对污泥处理的方法，其特征在于，所述的离心脱水机，其转动速度为1000-5000r/min。