CN104909538A - 两类絮凝剂联用提高造纸污泥厌氧消化底物脱水性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于污泥处理技术与环境保护领域，公开了一种两类絮凝剂联用提高造纸污泥厌氧消化底物脱水性能的方法。该方法按照步骤：将造纸污泥厌氧消化底物调pH至6.0；先投加1％聚合氯化铝溶液(以干基计)，搅拌后再投加0.1％的有机高分子絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺溶液(以干基计)，进行化学调质；进行真空抽滤脱水过程。本发明方法可将造纸污泥厌氧消化底物的含水率由75％左右脱水约至37％，脱水率高达85％以上。应用工序简单，可操作性强，调质后的造纸污泥厌氧消化底物经简单的抽滤脱水便可达到较低的含水率，实现高效固液分离，为造纸污泥厌氧消化底物的妥善处理奠定基础，具有重要的工程应用价值。
Description
技术领域
本发明属于污泥处理技术与环境保护领域，涉及一种两类絮凝剂联用提高造纸污泥厌氧消化底物脱水性能的方法。
背景技术
造纸污泥是造纸行业产生的一种典型固体副产物，源于企业生产过程中产生的大量污水进行废水生化处理的过程。我国制浆造纸工业产量已居世界第一位，2007年我国大约生产造纸污泥约2.7×107吨(含水率以80％计)，而且每年将以10％的速度增长。造纸污泥是一种生物固体废物，生物处理成为造纸污泥资源化利用的一种潜在趋势。在生物处理的各种方法中，厌氧消化技术是目前国际上应用最为广泛的污泥稳定化和资源化的方法。
专利CN101914576A利用味精废液富氮的特点，综合造纸污泥富含纤维素、木质素等的高碳特征，调节造纸污泥厌氧发酵体系的C/N，将造纸污泥与味精废液(两种工业固体废弃物)联合厌氧消化产能源气体甲烷，不仅同时处理了两种固体废物，而且能够最大程度的实现两种固体废物的资源化利用率。但造纸污泥与味精废液两种工业固体废弃物联合厌氧消化之后，消化底物含水率高，体积庞大，对其储存、运输及后续沼液的处理造成诸多不便，如若不妥善处理极易对环境造成污染。因此，造纸污泥厌氧消化底物处理的最重要的步骤就是分离污泥中的水分以减少污泥体积，所以脱水成为造纸污泥厌氧消化底物处理处置过程(减量化)中的重要环节。
化学调质是最常用的脱水方法之一，即加入一定量的药剂，在污泥胶体颗粒表面产生化学反应，中和污泥颗粒的电荷，破坏污泥胶体颗粒的稳定，使颗粒絮凝成大颗粒，增大凝聚力、粒径，从而促使水从污泥颗粒表面分离出来。一般而言，常规的无机絮凝剂价格低廉，但投加无机絮凝剂不仅药剂的消耗量大，沉淀物多，而且处理效果不佳，有机高分子絮凝剂在使用中一般用量少，沉淀性能好，泥饼含水率低，但其成本偏高。
发明内容
本发明的目的在于通过四因素三水平正交试验，对造纸污泥厌氧消化底物进行化学调质，以脱水后泥饼含水率为主要评价指标，结合调质后污泥脱水率与沉降性能指标优化加药方案，确定最佳脱水工艺，提供一种两类絮凝剂联用提高造纸污泥厌氧消化底物脱水性能的方法。该方法具有实现造纸污泥消化底物高效脱水、减少造纸污泥消化底物环境污染、提高造纸污泥综合利用率的优点。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种两类絮凝剂联用提高造纸污泥厌氧消化底物脱水性能的方法，按照以下操作步骤：
(1)将造纸污泥厌氧消化底物在搅拌条件下，将其pH值调节到6.0；
(2)然后向造纸污泥厌氧消化底物中先投加无机絮凝剂聚合氯化铝溶液，以40～60转/分慢速搅拌条件下搅拌25～35s，再投加有机高分子絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺溶液，进行化学调质；所述聚合氯化铝溶液中的聚合氯化铝的质量为造纸污泥厌氧消化底物干物质质量的1％；所述阳离子聚丙烯酰胺溶液中阳离子聚丙烯酰胺的质量为造纸污泥厌氧消化底物干物质质量的0.1％；
(3)投药结束后，先以快速250～350转/分的搅拌速度搅拌1～3min，再以慢速40～60转/分的搅拌速度搅拌4～6min，使药剂与污泥进行反应；
(4)真空抽滤脱水，得到脱水后的造纸污泥厌氧消化底物。
步骤(1)所述造纸污泥厌氧消化底物是将造纸污泥与味精废液经中温单相间歇式厌氧消化工艺发酵40～50天后得到的，具体工艺条件为：发酵物料的质量固含量为5～10％，C/N为20～30，接种污泥量为发酵物料干重的7～10％，厌氧消化温度维持在36～38℃，所述发酵物料为造纸污泥、味精废液、接种污泥和蒸馏水，投料量共700～800g；发酵完成后发酵剩余物经自然沉降24小时并除去上清液后得到造纸污泥厌氧消化底物，其含水率为72～77％，pH值为7.0～8.0。
步骤(1)所述pH值调节到6.0是采用浓度为0.1mol/L的NaOH溶液或体积百分比浓度为10％的HCl溶液进行调节。
步骤(2)所述聚合氯化铝溶液的浓度为10g/L；所述阳离子聚丙烯酰胺溶液的浓度为10g/L。
步骤(4)所述真空抽滤脱水是采用真空泵压力为0.03～0.04MPa，脱水时间为40min。
步骤(4)所述脱水后的造纸污泥厌氧消化底物与步骤(1)所述造纸污泥厌氧消化底物相比，其脱水率高达85％以上。
本发明中，使用的造纸污泥厌氧消化底物是造纸污泥与味精废液经中温单相间歇式厌氧消化工艺发酵40～50天后得到的，厌氧消化使用的造纸污泥是指造纸厂的制浆废水、造纸废水和造纸厂的生活污水中的一种或几种，在生化处理过程中，于初沉池和二沉池中得到的混合脱水污泥，污泥的含水率在70％～80％。
本发明具有如下的优点及效果：
(1)工序简单，可操作性强。
(2)两类絮凝剂联用调质后的造纸污泥厌氧消化底物经简单的抽滤脱水便可达到较低的含水率，实现高效固液分离。
(3)具有重要的工程应用价值。
附图说明
图1是实施例1化学调质后泥饼含水率与脱水率的变化。
图2是实施例1化学调质后造纸污泥厌氧消化底物沉降性能的变化。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)采用中温单相间歇式厌氧消化工艺将造纸污泥(取自广州造纸厂，是造纸废水处理过程中得到的生化污泥，含水率为43～46％，)，味精废液(取自广州奥桑味精厂，含水率为45～50％)，接种污泥(指化粪池污泥、腐败河泥或城市污水处理厂的厌氧消化污泥中的一种或多种经驯化后得到的种泥；本发明采用驯化方式培养种泥，选取经过2个月厌氧发酵的驯化后造纸污泥作为接种污泥，含水率为87.07％)和蒸馏水水联合厌氧发酵。发酵条件为发酵物料(造纸污泥、味精废液，接种污泥和蒸馏水，投料量共700g)的质量固含量为10％，C/N为20，接种污泥量为发酵物料干重的10％，厌氧消化温度维持在36～38℃。经过40天厌氧消化后，将发酵完成后发酵剩余物自然沉降24小时并除去上清液，得到造纸污泥厌氧消化底物(含水率均值为75.04％，pH值为7.89，挥发性物质VS均值为27.54％)。
(2)设计四因素三水平正交试验。正交试验各因素设计的水平分别为：无机絮凝剂聚合氯化铝用量(以干基计，聚合氯化铝的质量分别为造纸污泥厌氧消化底物干物质质量的1％，3％，5％，)，有机高分子絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺用量(以干基计，阳离子聚丙烯酰胺的质量分别为造纸污泥厌氧消化底物干物质质量的0.1％，0.2％，0.3％)，pH值(6.0、7.0、8.0)，药剂投加顺序先投加聚合氯化铝再投加絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺、先投加阳离子聚丙烯酰胺再投加聚合氯化铝、同时投加聚合氯化铝和阳离子聚丙烯酰胺；
按上述正交试验设计中的因素和水平，设计正交表共9个处理，如表1所示：
表1造纸污泥厌氧消化底物调质脱水四因素三水平正交设计
取9份120mL的造纸污泥厌氧消化底物分别加入到烧杯中，并标记序号T1～T9，各处理设计对应正交设计表表1。
(3)将各处理的造纸污泥厌氧消化底物搅拌均匀。按照表1设计，分别用0.1mol/L NaOH溶液和10％HCl溶液(V/V)将造纸污泥厌氧消化底物的pH值分别调节到对应的pH6.0，pH7.0和pH8.0。调节pH值时，边用玻璃棒搅拌边滴加酸或碱，同时用pH计玻璃电极测定pH值。
(4)按表1设计，向各个处理中的造纸污泥厌氧消化底物中分别投加絮凝剂。以T1处理为例，在pH值为6.0的造纸污泥厌氧消化底物中，先投加1％无机絮凝剂聚合氯化铝溶液(以干基计，此处为32mL浓度为10g/L的聚合氯化铝溶液)，慢速50转/分搅拌30s，再投加0.3％的有机高分子絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺溶液(以干基计，此处为11mL浓度为10g/L的阳离子聚丙烯酰胺溶液)。
(5)投药结束后，先以快速300转/分搅拌2min，再以慢速50转/分搅拌5min，使药剂与污泥进行反应。
(6)分别取经过化学调质的污泥20mL于脱水装置的布氏漏斗中进行脱水试验，真空泵压力为0.03～0.04MPa，脱水时间40min，测定泥饼的含水率、脱水率。
(7)量取100mL经过化学调质的造纸污泥厌氧消化底物于100mL具塞量筒中，每隔10min记录1次固液分界面高度(即污泥的体积)，共计时90min。
化学调质后泥饼含水率与脱水率的变化如图1所示：各个处理的脱水效果都比CK的脱水效果好。其中，T1处理的泥饼含水率最低，脱水率最高，即脱水效果最好。
化学调质后造纸污泥厌氧消化底物沉降性能的变化如图2所示：T1的沉降性能最好，反映其脱水性能效果最好。
正交试验结果的直观分析与工艺优化结果如表2所示：直观结果显示T1处理(聚合氯化铝用量1％，阳离子聚丙烯酰胺0.1％，pH值为6.0，先投加聚合氯化铝，再投加阳离子聚丙烯酰胺)的脱水效果最好。极差分析显示最优脱水方案为调节造纸污泥厌氧消化底物的pH值为6.0；先投加1％聚合氯化铝溶液(以干基计)，搅拌后再投加0.1％的有机高分子絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺溶液(以干基计)，进行化学调质。
表2正交试验结果的直观分析与工艺优化
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种两类絮凝剂联用提高造纸污泥厌氧消化底物脱水性能的方法，其特征在于按照以下操作步骤：
(1)将造纸污泥厌氧消化底物在搅拌条件下，将其pH值调节到6.0；
(2)然后向造纸污泥厌氧消化底物中先投加无机絮凝剂聚合氯化铝溶液，以40～60转/分慢速搅拌条件下搅拌25～35s，再投加有机高分子絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺溶液，进行化学调质；所述聚合氯化铝溶液中的聚合氯化铝的质量为造纸污泥厌氧消化底物干物质质量的1％；所述阳离子聚丙烯酰胺溶液中阳离子聚丙烯酰胺的质量为造纸污泥厌氧消化底物干物质质量的0.1％；
(3)投药结束后，先以快速250～350转/分的搅拌速度搅拌1～3min，再以慢速40～60转/分的搅拌速度搅拌4～6min，使药剂与污泥进行反应；
(4)真空抽滤脱水，得到脱水后的造纸污泥厌氧消化底物。
2.根据权利要求1所述的一种两类絮凝剂联用提高造纸污泥厌氧消化底物脱水性能的方法，其特征在于：步骤(1)所述造纸污泥厌氧消化底物是将造纸污泥与味精废液经中温单相间歇式厌氧消化工艺发酵40～50天后得到的，具体工艺条件为：发酵物料的质量固含量为5～10％，C/N为20～30，接种污泥量为发酵物料干重的7～10％，厌氧消化温度维持在36～38℃，所述发酵物料为造纸污泥、味精废液、接种污泥和蒸馏水，投料量共700～800g；发酵完成后发酵剩余物经自然沉降24小时并除去上清液后得到造纸污泥厌氧消化底物，其含水率为72～77％，pH值为7.0～8.0。
3.根据权利要求1所述的一种两类絮凝剂联用提高造纸污泥厌氧消化底物脱水性能的方法，其特征在于：步骤(1)所述pH值调节到6.0是采用浓度为0.1mol/L的NaOH溶液或体积百分比浓度为10％的HCl溶液进行调节。
4.根据权利要求1所述的一种两类絮凝剂联用提高造纸污泥厌氧消化底物脱水性能的方法，其特征在于：步骤(2)所述聚合氯化铝溶液的浓度为10g/L；所述阳离子聚丙烯酰胺溶液的浓度为10g/L。
5.根据权利要求1所述的一种两类絮凝剂联用提高造纸污泥厌氧消化底物脱水性能的方法，其特征在于：步骤(4)所述真空抽滤脱水是采用真空泵压力为0.03～0.04MPa，脱水时间为40min。
6.根据权利要求1所述的一种两类絮凝剂联用提高造纸污泥厌氧消化底物脱水性能的方法，其特征在于：步骤(4)所述脱水后的造纸污泥厌氧消化底物与步骤(1)所述造纸污泥厌氧消化底物相比，其脱水率高达85％以上。
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