CN104891779A - 一种组合式污泥高效脱水的调理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种组合式污泥高效脱水的调理方法，属于污泥脱水预处理领域。其技术方案通过以下步骤实现：用浓硫酸对待脱水污泥进行酸化处理，调节污泥体系的pH为3.5～5之间，用搅拌桨不断搅拌15～30min；向已酸化污泥中加入强氧化剂高铁酸钾为污泥总干固含量的0.2％～4％，用水溶解后投加，以200～300r/min快速搅拌2min，然后以80～150r/min慢速搅拌20～40min；再用浓硫酸调节pH到3.5～5之间，加入硫酸亚铁为污泥总干固含量的4％～8％，硫酸亚铁配成质量浓度为20％～50％的液体然后投加，待其搅拌分散后加入H₂O₂为污泥总干固含量的4％～8％，其质量浓度一般为30％投加，在慢速搅拌下充分反应30～50min；最后向污泥调理体系中泥中加入污泥总干固含量为3％～8％的生石灰，调整体系pH值在6～8之间，将石灰分散均匀后立即进行脱水。

Description

一种组合式污泥高效脱水的调理方法

技术领域

本发明涉及一种组合式污泥高效脱水的调理方法，属于污泥脱水预处理领域。

背景技术

污泥调理是污泥脱水的必要准备，为了解决污泥处理处置过程中脱水困难、脱水后含水率高的问题，必需采用污泥预处理技术方法对污泥进行调质或者破壁，改善污泥的脱水性能。从大的方面划分，通常污泥的预处理可分为物理法、化学法、生物法三类以及其相互组合。

(1)物理法泛指通过物理作用改变污泥性质的方法。如冷冻处理法、超声波处理、高压处理等。

(2)化学法即以加入化学药剂的方式去改变污泥的特性。如改变酸碱性、化学氧化、添加絮凝剂等。

(3)生物法是利用特定菌体或菌体产物，通过一系列生化作用，改变污泥特性，使其易于脱水，如生物沥浸技术等。

在以上方法中，化学调节法由于反应快、操作简单、效果好等优点，在污泥调理中应用比较广泛。

近年来，高铁酸钾(K₂FeO₄)由于其强氧化性在污泥处理领域而引起广泛的重视。高铁酸钾在水溶液中以高铁酸根的形式存在，其中心原子为+6价，具有极强的氧化性，酸性和碱性条在件下的氧化还原电位分别为+2.20V和+0.72V，可见在酸性条件下其氧化性更强。高铁酸钾良好的絮凝作用，表现在水中与污染物作用的过程中，经过一系列反应，由六价降至三价，带有不同电荷的中间态如：Fe(Ⅴ)/Fe(Ⅵ)等，并逐步被还原成具有絮凝作用的Fe(Ⅲ)。高铁酸钾同时发挥氧化、吸附、絮凝、沉淀、灭菌、消毒、脱色、除臭的协同作用，并不产生任何有毒、有害的物质，因此高铁酸钾是一种绿色的新型高效多功能水处理剂。

芬顿试剂是以亚铁离子和过氧化氢组成的反应体系，芬顿反应是一种能生成具有强氧化性羟基自由基的高级氧化技术，羟基自由基在水溶液中可以与有机物反应，使之结构破坏，最终氧化降解为无机态。芬顿试剂用于污泥调理可大大改善污泥的脱水性能，同时还能去除污泥的臭味。芬顿试剂区别于一般铁盐混凝剂主要在于其强氧化性，可以裂解破坏污泥EPS结构，可以有效降低污泥比阻，使Fe³⁺污泥絮凝效果更加显著。

作为我国现阶段污泥处置的主要方法混合填埋,根据GB/T23485一2009要求填埋污泥的含水率应低于60％。对于其他污泥后处理和资源利用方式，对污泥含水率的要求都要控制在60％以下甚至更低的水平才能进行进一步处理处置及利用，而现阶段我国大部分污水处理厂的脱水污泥含水率仍在80％左右。但是现有的调理剂单独作用往往很难达到使脱水泥饼含水率低于60％的要求，药剂的复合使用往往能达到比单独投加更理想的调理效果，因此对高效脱水复合调理剂的开发研究越来越引起重视。

发明内容

为了解决上述单独药剂的污泥调理难以满足脱水泥饼含水率要求的不足之处，本发明利用不同调理剂按照一定的顺序进行调理组合的方式来增强调理污泥的脱水效果。

为了达到上述目的，本发明通过以下方案来实现：

一种组合式污泥高效脱水的调理方法，它包括以下步骤和工艺条件：

(1)污泥的酸化处理：对待脱水污泥进行pH、含水率测定，污泥的含水率在95％～99％(如不在此范围，应采取加水或浓缩调整)为宜，对加入储泥罐里的待脱水污泥开启搅拌桨进行搅拌，并向其中缓慢加入质量百分比浓度为70％～98％的浓硫酸，直到调节污泥的pH为3.5～5之间，继续搅拌15～30min；；

(2)污泥的强氧化剂处理:计算待脱水污泥的总含固量，强氧化剂投加均以其质量百分比计，向已酸化处理的污泥中加入强氧化剂高铁酸钾，高铁酸钾加入量为污泥总干固含量的0.2％～4％，为保证可以均匀的投加到污泥体系中去，可选择先将固体高铁酸钾用水溶解后然后投加，以200～300r/min快速搅拌2min，然后以80～150r/min慢速搅拌20～40min；

(3)污泥混凝剂的投加：向步骤(2)处理过的污泥中重新用浓硫酸调节PH到3.5～5之间，加入硫酸亚铁，硫酸亚铁加入量为污泥总干固含量的4％～8％，加入前先将固体的硫酸亚铁加水溶解配成质量浓度为20％～50％的液体然后投加，待其搅拌分散后加入H₂O₂，H₂O₂投加量为污泥总干固含量的4％～8％，其质量浓度为30％投加，搅拌下充分反应30～50min；

(4)污泥的pH调节和助滤：向经过步骤(3)处理的污泥中加入生石灰，生石灰加入量为污泥总干固含量的3％～8％，使得污泥的pH值在6～8之间在搅拌桨作用下分散均匀后立即进行脱水。

污泥的pH以<9为宜，污泥pH越大需要消耗的酸的量就越多，多加酸在成本上就高了，但在处理效果上是一样的，不需要预处理；从经济性的角度建议可以考虑其他处理方法。

本发明的作用原理是：

首要对待脱水污泥进行酸化处，由于污泥胞外聚合物的高度亲水性使絮体内部包含了大量的水分，从而给污泥脱水带来了困难。利用酸性环境可使胞外聚合物水解、分散，则将有一部分絮体中的间隙水变成自由水，甚至将微生物细胞瓦解破坏，从而使污泥水分分布发生改变，活性污泥的可脱水程度将大大提高。同酸环境下，H₂SO₄的溶胞效果要优于HCl，且浓硫酸具有强氧化性，因此选择使用浓硫酸来调节污泥酸碱性。虽然理论上调理污泥酸性越强溶胞效果越好，但是酸处理释放出来的自由水的量是有限的，只能将部分间隙水变成自由水，不能将表面水、化学结合水释放出来，且考虑到强酸性有一定的危险性和后续药剂的协同作用，因此将污泥的pH值调整到3.5～5之间。在连续搅拌作用下，使污泥在酸性环境下反应一段时间，对胞外聚合物形成了一定程度上的破坏。

酸化处理完成后，向酸化污泥体系加入强氧化剂(高铁酸钾)来进一步对污泥的胞外聚合物进行破坏。高铁酸钾在水溶液中以高铁酸根FeO₄ ^2-形式存在，其中铁离子化合价为最高价态正六价，具有极强的氧化性，在酸性和碱性条件下的氧化还原电位分别为+2.20V和+0.72V。由此可见，在酸性污泥体系中高铁酸钾的氧化能力将得到更好的发挥。高铁酸钾的强氧化性可以使污泥的胞外聚合物发生裂解，由于酸处理已经使地污泥的胞外聚合物结构更加松散，这更有利于高铁酸钾与胞外聚合物的充分接触，进一步提高了氧化反应的效率，使对污泥的溶胞效果更加显著。高铁酸钾自身的还原产物Fe³⁺或Fe(OH)₃为传统的无机絮凝剂，在发挥强氧化作用的同时也有很好的絮凝效果。高铁酸钾的加入量根据不同的污泥可以有所调整，且要保证充高铁酸钾能够在污泥混合体系中持续作用一段时间以保证与污泥的充分反应。高铁酸钾溶于水呈碱性，可对酸化污泥体系进行部分中和，但是体系仍处于酸性。

使用硫酸重新把pH调到3.5～5，是因为以亚铁离子和过氧化氢组成的芬顿试剂反应体系在该酸碱度范围内其氧化效果更好，芬顿反应能生成具有强氧化性羟基自由基，羟基自由基在水溶液中可以与有机物发生氧化反应，使之结构破坏，最终氧化降解为无机态。芬顿试剂产生的羟基自由基同样可以裂解破坏污泥EPS结构，有很好的溶胞效果，不仅可以使污泥絮体释放更多的结合水、内部水变为易脱除状态水，而且反应生成的Fe³⁺能更好发挥污泥絮凝效果更加显著。

最后把一定量的生石灰加入到污泥调理体系中的作用主要是基于两点，一是石灰溶于水形成的Ca(OH)₂可以中和污泥调理体系的酸性，使体系的pH值重新回到中性范围附近，使污泥泥饼和压榨滤液都能达到规定的酸碱性要求，二是石灰可以起到助滤剂的作用，有利于疏水通道的骨架构建，使污泥体系中的自由水分可以在压滤作用的时候更容易实现固液两相的分离。

本发明和现有技术相比，具有如下优点和效果：

(1)更加注重对污泥胞外聚合物的破坏。首先把待脱水污泥体系用浓硫酸调至酸性环境，对污泥胞外聚合物进行初步的水解、分散，然后用强氧化剂高铁酸钾进一步对胞外聚合物进行氧化瓦解破坏；芬顿试剂在酸性环境下反应产生的羟基自由基具有强氧化性，同样具有很好的裂解破坏胞外聚合物的作用，可以把难降解的有机物最终氧化为无机态。与直接向污泥体系中加入絮凝剂相比，对胞外聚合物的破坏可以把包裹在细胞周周的松散聚合物中的水分大量释放出来，更加有利于提升絮凝效果，使对污泥的脱水更加充分。

(2)更加注重调理剂的不同作用的相互补充配合。对污泥调理体系的酸化不仅是利用酸性条件改变污泥脱水特性，而且为下一步高铁酸钾的发挥作用创造了更有利的条件，使其在酸性条件下氧化性更强，有利于对污泥胞外聚合物的深度破坏，从而大幅改善污泥脱水性能，并且高铁酸钾在发挥强氧化性的同时，其还原产物包含三价铁离子能起到良好的絮凝作用，芬顿试剂的加入继续对以胞外聚合物为主的污泥有机物进行氧化破坏，使溶胞效果进一步得到强化，同时体系的亚铁离子被氧化为三价铁离子，能发挥良好的絮凝作用。石灰的加入是为了调节上述调理体系的pH，并且有助滤的作用，在污泥体系中形成过水通道，更加有利于固水分离。

(3)污泥脱水效果大大提高。与常规的污泥调理不同，通过一系列调理剂的组合使用后，污泥脱水性能可大大改善，在板框压滤中试设备上对上述调理污泥进行脱水实验，相对于一般的铁盐调理脱水，脱水泥饼的含水率大大降低，最佳效果时可达到55％以下，能较稳定的达到低于60％的目标。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步具体的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

对高碑店污水处理厂浓缩污泥进行板框压滤脱水，具体过程如下：

取300L浓缩污泥置于反应罐中，取样测定待脱水污泥的基本特性，pH值为6.8，含水率为98％，污泥毛细吸水时间(CST)为39s属于中等难脱水。开启搅拌装置(120r/min)，并向其中加入质量百分比浓度为98％的浓硫酸，直到调节污泥的pH为4，继续搅拌15min；计算待脱水污泥的总含固量为6kg，向已酸化处理的污泥中加入强氧化剂高铁酸钾0.3％(即加入18g高铁酸钾)，先将固体高铁酸钾用水溶解后然后投加，以300r/min快速搅拌2min，然后以120r/min慢速搅拌30min；将污泥调理体系pH调为4，加入硫酸亚铁铁为污泥总干固含量的5％，加入前先将固体的流酸亚铁加水溶解配成质量浓度为30％的液体然后投加，然后投加过氧化氢量为污泥总干固的5％，投加过氧化氢溶液的质量浓度为30％，继续以120r/min慢速搅拌40min；向污泥调理体系中加入生石灰量为污泥总干固含量的4％，在搅拌桨作用下分散均匀后立即进行板框脱水。板框脱水的进泥压力为0.4MPa，进泥时间为1小时，用高压水枪对板框隔膜进行二次压榨，压力为1.5Mpa，保压时间为40min。脱水泥饼的含水率为55％。

实施例2：

对高碑店污水处理厂浓缩污泥进行板框压滤脱水，具体过程如下：

取300L浓缩污泥置于反应罐中，取样测定待脱水污泥的基本特性，pH值为6.8，含水率为98％，污泥毛细吸水时间(CST)为39s属于中等难脱水。开启搅拌装置(120r/min)，并向其中加入质量百分比浓度为98％的浓硫酸，直到调节污泥的pH为4，继续搅拌15min；计算待脱水污泥的总含固量为6kg，向已酸化处理的污泥中加入强氧化剂高铁酸钾2％(即加入120g高铁酸钾)，先将固体高铁酸钾用水溶解后然后投加，以300r/min快速搅拌2min，然后以120r/min慢速搅拌40min；将污泥调理体系pH调为4，加入硫酸亚铁铁为污泥总干固含量的6％，加入前先将固体的流酸亚铁加水溶解配成质量浓度为30％的液体然后投加，然后投加过氧化氢量为污泥总干固的6％，投加过氧化氢溶液的质量浓度为30％，继续以120r/min慢速搅拌40min；；向污泥调理体系中加入生石灰量为污泥总干固含量的6％，在搅拌桨作用下分散均匀后立即进行板框脱水。板框脱水的进泥压力为0.4MPa，进泥时间为1小时，用高压水枪对板框隔膜进行二次压榨，压力为1.5Mpa，保压时间为40min。脱水泥饼的含水率为53.5％。

Claims (2)

1.一种组合式污泥高效脱水的调理方法，其特征在于包括以下步骤和工艺条件：

(1)污泥的酸化处理：对待脱水污泥进行pH、含水率测定，污泥的pH以<9为宜，污泥的含水率在95％～99％为宜，含水率如不在此范围，应采取加水或浓缩调整，对加入储泥罐里的待脱水污泥开启搅拌桨进行搅拌，并向其中加入质量百分比浓度为70％～98％的浓硫酸，直到调节污泥的pH为3.5～5之间，继续搅拌15～30min；

(2)污泥的强氧化剂处理:计算待脱水污泥的总干固含量，强氧化药剂投加均以其质量百分比计，向已酸化处理的污泥中加入强氧化剂高铁酸钾，高铁酸钾加入量为污泥总干固体含量的0.2％～4％；

(3)污泥混凝剂的投加：向步骤(2)处理过的污泥中重新用浓硫酸调节pH到3.5～5之间，加入硫酸亚铁，硫酸亚铁加入量为污泥总干固含量的4％～8％，加入前先将固体的硫酸亚铁加水溶解配成质量浓度为20％～50％的液体然后投加，待其搅拌分散后加入H₂O₂，H₂O₂投加量为污泥总干固含量的4％～8％，其质量浓度为30％投加，搅拌下充分反应30～50min；

(4)污泥的pH调节和助滤：向经过步骤(3)处理的污泥中加入生石灰，生石灰加入量为污泥总干固含量的3％～8％，使得污泥的pH值在6～8之间在搅拌桨作用下分散均匀后立即进行脱水。

2.根据权利要求1所述的一种组合式污泥高效脱水调理剂，其特征在于：先将固体高铁酸钾用水溶解后然后投加，以200～300r/min搅拌2min，然后以80～150r/min搅拌20～40min。