CN105000786A - 一种污泥深度脱水的药剂及其处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污泥深度脱水的药剂及其处理工艺，药剂包括先后加入污泥中实现污泥中微生物细胞破壁的第一调理剂和第二调理剂，所述第一调理剂为包含H⁺的无机酸，所述第二调理剂为双氧水。处理工艺包括以下步骤：污泥浓缩：将原始污泥进行浓缩处理以去除污泥中的混合水，得到含水率低于96％的浓缩污泥；污泥中微生物细胞破壁：先向浓缩污泥中加入第一调理剂，搅拌并调节浓缩污泥的pH值至3.5～4.5；再向浓缩污泥中加入第二调理剂，搅拌并混合反应实现污泥中微生物细胞破壁；其中，所述第一调理剂为包含H⁺的无机酸，所述第二调理剂为双氧水；压滤脱水：将破壁后的污泥进行压滤脱水处理，获得含水率低于50％的脱水污泥饼。

Description

一种污泥深度脱水的药剂及其处理工艺

技术领域

本发明涉及污泥处理的技术领域，更具体地讲，本发明涉及一种污泥深度脱水的药剂及其处理工艺。

背景技术

本发明所指的污泥是指处理污水所产生的固态、半固态及液态废弃物，也可以称为剩余污泥。由于其中含有大量的有机物、重金属以及致病菌和病原菌等且具有活性，若不加处理进行任意排放，则会对环境造成严重的污染。

采用生物法处理市政污水或工业废水均会产生大量的剩余污泥，随着污废水处理量的持续升高，也随之产生了越来越多的剩余污泥，而环境处置容量有限，因此国家有关部门出台了大量的污泥处理处置标准、规范、通知等等，明确要求污泥处理处置要无害化、稳定化、减量化、资源化，简称“四化”。

剩余污泥中含有大量的水分，必须将水分大幅度去除，否则将产生高昂的运输和处理费用。同时因剩余污泥中含有大量致病菌，也给周围环境带来巨大风险，因此环保部将其列入危险废物管理。实现上述“四化”要求中最基本最有效的方式是降低污泥含水率。当含水率降低到一定程度(例如60％以下)时，细菌基本灭活并实现无害化，处置过程中遇水不反弹，达到稳定化的效果，也为后续资源化利用创造了极为有利的条件。

污泥处理的总体要求是稳定化、无害化和减量化。污泥减量化的方法很多，主要的污泥减量化途径有两种，一是减少有机物的量(消化、焚烧)，二是降低污泥的含水率(浓缩、脱水、干化、焚烧)。第二种途径较第一种途径更为简单易行，因此目前国内外多采用降低污泥的含水率来达到污泥减量化的目的。现有的污泥处理方法要么含水率很高、细菌未灭活而达不到稳定化、无害化要求，要么需要投加大量固体物质如生石灰、粉煤灰、木屑等，并额外添加大量资源，达不到减量化的要求并与资源化要求背道而驰。所以上述方法都不是最理想的污泥脱水方法。

活性污泥颗粒细小且呈胶团状，水分被束缚在胶团内，这导致采用常规方法难以脱除水分。并且，常规所采用的污泥改性剂为高分子聚合物聚丙烯酰胺、聚铁、聚铝等无机高分子化合物，起到中和污泥中的电性与吸附架桥的作用，形成的污泥絮体抗剪性能强，不易被打碎，脱水后污泥的含水率在75％以上，含水率高、运行成本高，对污泥后续的处理处置增加成本投入。

因此，提供一种既不增加污泥总量又能有效降低污泥含水率并且最终实现污泥处理处置“四化”要求的药剂及其处理工艺具有重要的应用前景。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题和不足，本发明的目的在于提供一种高效无污染、无残留、更环保的基于污泥细胞破壁原理的污泥深度脱水的药剂及其处理工艺，借助传统设备对破壁后的污泥进行泥水分离，从而达到显著降低污泥含水率的目的和效果。

为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种污泥深度脱水的药剂，所述药剂包括先后加入污泥中实现污泥中微生物细胞破壁的第一调理剂和第二调理剂，所述第一调理剂为包含H⁺的无机酸，所述第二调理剂为双氧水。

根据本发明污泥深度脱水的药剂的一个实施例，所述无机酸为盐酸或硫酸。

根据本发明污泥深度脱水的药剂的一个实施例，所述双氧水的质量浓度为20～50％。

本发明的另一方面提供了一种污泥深度脱水的处理工艺，所述处理工艺包括以下步骤：

污泥浓缩：将污泥进行浓缩处理以去除污泥中的混合水，得到含水率低于96％的浓缩污泥；

污泥中微生物细胞破壁：先向浓缩污泥中加入第一调理剂，搅拌并调节浓缩污泥的pH值至3.5～4.5；再向浓缩污泥中加入第二调理剂，搅拌并混合反应实现污泥中微生物细胞破壁；其中，所述第一调理剂为包含H⁺的无机酸，所述第二调理剂为双氧水；

压滤脱水：将破壁后的污泥进行压滤脱水处理，获得含水率低于50％的脱水污泥饼。

根据本发明污泥深度脱水的处理工艺的一个实施例，所述无机酸为盐酸或硫酸。

根据本发明污泥深度脱水的处理工艺的一个实施例，所述双氧水的质量浓度为20～50％。

根据本发明污泥深度脱水的处理工艺的一个实施例，所述双氧水的加入量为污泥干固量的5～20‰。

根据本发明污泥深度脱水的处理工艺的一个实施例，加入第一调理剂或第二调理剂后搅拌3～6分钟，控制混合反应时间为8～10分钟。

根据本发明污泥深度脱水的处理工艺的一个实施例，在污泥浓缩的步骤中，采用机械浓缩或重力沉淀浓缩的方式。

根据本发明污泥深度脱水的处理工艺的一个实施例，在压滤脱水的步骤中，采用隔膜板框压滤机进行压滤脱水处理，控制进料压力≤1.2MPa、压榨压力≤1.6MPa、压滤脱水时间为2～4小时。

采用本发明污泥深度脱水的药剂及其处理工艺，可以轻松将污泥含水率从80％降低至50％甚至40％以下，污泥体积减少一倍以上(以80％为标准计算)，运输成本和处置成本大为降低，微生物基本灭活，不会对环境造成二次危害；脱水污泥饼即使在水中浸泡，含水率也不会大幅度上升，能够达到相关标准中关于无害化、稳定化、减量化的要求，为后续的资源化利用创造有利条件；投资费用低、运行费用低，处置费用也大幅度降低；药剂原料易购，工艺方法简单，便于掌握。

附图说明

图1示出了根据本发明示例1中的污泥深度脱水的处理工艺流程图。

图2A示出了根据本发明示例1中采用污泥深度脱水的药剂对污泥进行污泥细胞破壁处理前的高清显微图。

图2B示出了根据本发明示例1中采用污泥深度脱水的药剂对污泥进行污泥细胞破壁处理后的高清显微图。

具体实施方式

在下文中，将对本发明的污泥深度脱水的药剂及其处理工艺进行详细的说明。

由于污泥所含的水分主要分为间隙水、表面吸附水、毛细结合水和细胞水四种，采用现有技术中的方法和设备压滤去除的主要是污泥中的间隙水和表面吸附水，而毛细结合水和细胞水基本无法去除，这也是导致采用现有技术中的方法和设备进行脱水处理后的污泥含水量仍然较高的主要原因。换一句话说，污泥脱水后含水量仍然较高的最根本原因在于活性污泥中微生物细胞未实现破壁，胞内的大量水分未被释放，从而导致了含水率高和稳定性差的缺陷。本发明通过提供一种组分简单但效果极佳的药剂，通过药剂实现对污泥的解凝和细胞破壁，从而可以在后续压滤的环节中去除大部分的毛细结合水和细胞水，进一步降低污泥含水率。

根据本发明的示例性实施例，所述污泥深度脱水的药剂包括先后加入污泥中实现污泥中微生物细胞破壁的第一调理剂和第二调理剂，所述第一调理剂为包含H⁺的无机酸，所述第二调理剂为双氧水。其中，无机酸为饱和的浓酸或稀释后的稀酸，双氧水为H₂O₂的水溶液。

具体地，第一调理剂的一方面作用是对污泥进行pH值的调节，将污泥调节至适宜的pH值环境有助于进行污泥中微生物细胞的破壁处理并增强破壁脱水的效果；第一调理剂的另一方面作用是H⁺与强氧化性的第二调理剂协同作用，对污泥中微生物细胞进行有效的破壁处理。根据试验，先后添加了上述第一调理剂和第二调理剂的污泥的破壁效果显著，后续的压滤脱水效果鲜明，无需再添加其他如重金属、固化物质等增加污染或增重的物质。

根据本发明的示例性实施例，上述第一调理剂可以为盐酸或硫酸等无机酸，上述双氧水的质量浓度可以为20～50％。优选地，第一调理剂为硫酸，可以获得更好的破壁效果；双氧水的质量浓度为27.5％，可以在保证使用效果的同时降低成本。

下面对采用了上述药剂进行破壁处理的污泥深度脱水处理工艺进行具体说明。

根据本发明的示例性实施例，所述处理工艺包括以下步骤：

污泥浓缩：将污泥进行浓缩处理以去除污泥中的混合水，得到含水率低于96％的浓缩污泥。本步骤的目的是为了提高处理效果，降低处理成本并减轻后续设备的处理负荷。其中，可以通过传统的浓缩设施如浓缩机、浓缩池、浓缩罐等对污泥进行机械浓缩或重力沉淀浓缩，从而去除污泥中大部分的混合水。

污泥中微生物细胞破壁：先向浓缩污泥中加入第一调理剂，搅拌并调节浓缩污泥的pH值至3.5～4.5；再向浓缩污泥中加入第二调理剂，搅拌并混合反应实现污泥中微生物细胞破壁；其中，所述第一调理剂为包含H⁺的无机酸，所述第二调理剂为双氧水。优选地，根据污泥量和污泥含水率添加第一调理剂和第二调理剂，第一调理剂的加入量以污泥的pH值达到3.5～4.5为准，第二调理剂的加入量为污泥干固量的5～20‰。上述污泥中微生物细胞破壁的处理可以在常温条件下进行。为了获得更佳的破壁效果，需要尽量将药剂与污泥搅拌均匀并留有一定的混合反应时间，例如，加入第一调理剂或第二调理剂后搅拌3～6分钟，控制混合反应时间为8～20分钟。

压滤脱水：将破壁后的污泥进行压滤脱水处理，获得含水率低于50％的脱水污泥饼。在压滤脱水的步骤中，可以采用传统的污泥脱水设备进行泥水分离，但优选地采用能够实现高压和保压压滤的设备以进一步提高脱水率。例如，可以采用隔膜板框压滤机进行压滤脱水处理，控制进料压力≤1.2MPa、压榨压力≤1.6MPa、压滤脱水时间为2～4小时。脱水后得到的脱水污泥饼的含水率可稳定达到50％以下，脱水污泥饼即使在水中浸泡，含水率也不会大幅度上升，能够达到相关标准中关于无害化、稳定化、减量化的要求，脱水后的脱水污泥饼可以进行外运填埋或资源化利用。

下面通过具体示例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的保护范围并不局限于此具体实施方式。

示例1：

图1示出了根据本发明示例1中的污泥深度脱水的处理工艺流程图。

如图1所示，具体步骤如下：

1)首先将10立方含水率为99％以上的污泥混合液从贮泥池通过混合液泵抽送至浓缩池，也可根据实际情况直接从沉淀池将污泥抽进浓缩池中。在浓缩过程中，污泥含水率降低至96％以下，污泥体积减少3～10倍。获得2.5立方浓缩污泥并将上清液外排。

2)将浓缩污泥经污泥泵抽入破壁罐中，先向破壁罐中加入6L质量浓度为98％的硫酸，以80rmp的速率搅拌3分钟并调节浓缩污泥的pH值至3.5；再向浓缩污泥中加入质量浓度为27.5％的双氧水12L，搅拌5分钟并混合反应10分钟，实现污泥中微生物细胞破壁。

3)将破壁处理后的污泥排入贮泥罐或直接经污泥泵抽入隔膜板框压滤机中进行压滤脱水，待压滤机达到额定压力1.2MPa并维持1～2小时后停止进泥，启动鼓膜压榨泵并待其达到鼓膜压榨泵的额定压力1.6MPa再维持1～2小时保压；达到保压时间后，停止保压并关闭鼓膜压榨泵，再松开隔膜板框压滤机，放出脱水后的脱水污泥饼并通过皮带输送机和运输卡车外运填埋或资源化利用；至此，一个脱泥周期完成；脱水污泥饼的含水率达到50％以下。

4)重复第2)、第3)步骤，污泥深度脱水的工作即可连续进行。

图2A示出了根据本发明示例1中采用污泥深度脱水的药剂对污泥进行污泥细胞破壁处理前的高清显微图，图2B示出了根据本发明示例1中采用污泥深度脱水的药剂对污泥进行污泥细胞破壁处理后的高清显微图。如图2A和2B所示，污泥细胞在加药破壁前，细胞内被水分子充实，外观十分饱满；而污泥细胞在加药破壁后，细胞因破壁变得干瘪，仅剩余细胞外壁，这说明本发明中污泥深度脱水的药剂的脱水效果良好。

此外，表1列出了在实验室条件下不同药剂的破壁效果对比数据平均值。目前，添加生石灰和氯化铁或者添加PAM为污泥脱水的主流工艺。从表1数据可见，在脱水污泥饼含水率相当的情况下时，本发明的药剂的添加量大大低于添加生石灰和氯化铁的对比例；而相对于添加PAM的对比例，虽然本发明的药剂的添加量有所增加，但药剂成本及含水率却有大幅降低，并且添加的药剂均为水剂，不增加污泥绝干量。

表1 在实验室条件下不同药剂的破壁效果对比数据平均值

综上所述，本发明的污泥深度脱水的药剂及其处理工艺能够将污泥含水率从96％降低至50％甚至40％以下，污泥体积减少一倍以上(以80％为标准计算)，运输成本和处置成本大为降低，微生物基本灭活，不会对环境造成二次危害；脱水污泥饼即使在水中浸泡，含水率也不会大幅度上升，能够达到相关标准中关于无害化、稳定化、减量化的要求，为后续的资源化利用创造有利条件；投资费用低、运行费用低，处置费用也大幅度降低；药剂原料易购，工艺方法简单，便于掌握。

尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明的污泥深度脱水的药剂及其处理工艺，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改和变化。

Claims (10)

1.一种污泥深度脱水的药剂，其特征在于，所述药剂包括先后加于污泥中实现污泥中微生物细胞破壁的第一调理剂和第二调理剂，所述第一调理剂为包含H⁺的无机酸，所述第二调理剂为双氧水。

2.根据权利要求1所述的污泥深度脱水的药剂，其特征在于，所述无机酸为盐酸或硫酸。

3.根据权利要求1所述的污泥深度脱水的药剂，其特征在于，所述双氧水的质量浓度为20～50％。

4.一种污泥深度脱水的处理工艺，其特征在于，所述处理工艺包括以下步骤：

污泥浓缩：将污泥进行浓缩处理以去除剩余污泥中的混合水，得到含水率低于96％的浓缩污泥；

污泥中微生物细胞破壁：先向浓缩污泥中加入第一调理剂，搅拌并调节浓缩污泥的pH值至3.5～4.5；再向浓缩污泥中加入第二调理剂，搅拌并混合反应实现污泥中微生物细胞破壁；其中，所述第一调理剂为包含H⁺的无机酸，所述第二调理剂为双氧水；

压滤脱水：将破壁后的污泥进行压滤脱水处理，获得含水率低于50％的脱水污泥饼。

5.根据权利要求4所述的污泥深度脱水的处理工艺，其特征在于，所述无机酸为盐酸或硫酸。

6.根据权利要求4所述的污泥深度脱水的处理工艺，其特征在于，所述双氧水的质量浓度为20～50％。

7.根据权利要求4所述的污泥深度脱水的处理工艺，其特征在于，所述双氧水的加入量为污泥干固量的5～20‰。

8.根据权利要求4所述的污泥深度脱水的处理工艺，其特征在于，加入第一调理剂或第二调理剂后搅拌3～6分钟，控制混合反应时间为8～10分钟。

9.根据权利要求4所述的污泥深度脱水的处理工艺，其特征在于，在污泥浓缩的步骤中，采用机械浓缩或重力沉淀浓缩的方式。

10.根据权利要求4所述的污泥深度脱水的处理工艺，其特征在于，在压滤脱水的步骤中，采用隔膜板框压滤机进行压滤脱水处理，控制进料压力≤1.2MPa、压榨压力≤1.6MPa、压滤脱水时间为2～4小时。