CN105645732A - 一种脱水污泥深度干化的组合式化学调质方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种脱水污泥深度干化的组合式化学调质方法，包括将待处理脱水污泥加水稀释，使脱水污泥的含水率为90%～93%，稀释后加入强酸调节pH值为4～5，然后加入绝干污泥量0.1%～0.5%的高铁酸钾，高铁酸钾以质量百分比浓度0.5%～2%、pH值为9～11的溶液形式投加，待搅拌充分反应后完成氧化处理；之后添加绝干污泥量4%～10%的聚合铝盐进行混凝处理；再加入绝干污泥量0.3%～1%的氢氧化钙调节pH值至6～7，最后投加绝干污泥量0.1%～0.3%聚季铵盐助滤，完成化学调质，本发明通过稀释、酸化、氧化、混凝、絮凝与助滤等优化组合，能够降低束缚水对污泥的影响，改善污泥比阻、可压缩性、水力特性等指标，能够有效的提高可释放的自由水比例，提高污泥脱水效果。

Description

一种脱水污泥深度干化的组合式化学调质方法

技术领域

本发明涉及脱水污泥处理领域，具体是一种脱水污泥深度干化的组合式化学调质方法。

背景技术

污泥是污水处理过程中的产物，一般城镇污水处理厂排放的处理后污泥（即脱水污泥）为含水量75～85％的半固体状物质，主要由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体及絮凝所用药剂等组成，是一种复杂混合物。脱水污泥中富集了污水中的有机物、盐和大量的磷、氮等物质以及病毒微生物、寄生虫卵、重金属等有毒有害物质，如果未经处理只采用简单的填埋方式，不仅占用大量土地，而且随着渗滤液的渗透和细菌在空气中的散播，对生态环境造成相当大的危害。

现阶段，我国对污泥的处置主要还是以污泥脱水稳定后再填埋的方式为主，随着全社会对生态环境要求的提高，国家相继出台了相关法律法规，鼓励和支持污泥处理技术升级和创新，全面推行污泥无害化、资源化的处理处置方式。根据国家规范标准要求，对混合填埋处理的污泥，含水率要求低于60%；而对土壤改良、园林绿化、农用及建材等其它资源化利用方面的污泥，含水率要求更低。

在污泥处理过程中，最大限度的降低污泥含水率是检验污泥处理效果的重要指标之一，也是污泥资源利用的基础。因此，污泥脱水是污泥处理过程中最为重要且难度最大的一个环节。

污泥复杂的组分及特性造成其具有很高的含水量和很强的亲水性。除了广泛分布在污泥颗粒间的间隙水外，污泥中的水分还有很大一部分是由毛细结合水、表面吸附水和内部水所构成。这部分束缚水是由污泥颗粒表面特性和污泥团的结构所决定的，具有很强的持水性，难以用常规的污泥调理和机械脱水方式排出。因此，对污泥特性进行科学有效的调理，降低束缚水的影响，改变污泥比阻、可压缩性、水力特性等指标，可有效的提高可释放的自由水比例，从而提高污泥脱水效果。

污泥调质方法主要有化学法、物理法和生物法。化学调质法是通过加入氧化剂、混凝剂、絮凝剂、助滤剂等化学药剂的方式，改变污泥脱水特性的一种方法。它与其它方法相比，具有反应直接、操作简单、效果好、成本低等优点。因此，以化学法为主的污泥脱水调质应用技术的研究和开发得到了高度的重视，并成为研究的热点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种脱水污泥深度干化的组合式化学调质方法，通过本方法能够降低束缚水对污泥的影响，改善污泥比阻、可压缩性、水力特性等指标，能够有效的提高可释放的自由水比例，提高污泥脱水效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种脱水污泥深度干化的组合式化学调质方法，包括以下步骤：

a)将待处理脱水污泥加水稀释，使脱水污泥的含水率为90%～93%；在稀释后的脱水污泥中加入强酸，例如盐酸或硫酸，调节脱水污泥的pH值为4～5；搅拌充分反应后完成对待处理脱水污泥的稀释与酸化处理；

b)向步骤a中处理后的脱水污泥中加入高铁酸钾，高铁酸钾的投加量为绝干污泥量的0.1%～0.5%，高铁酸钾以质量百分比浓度0.5%～2%、pH值为9～11的溶液形式投加，待搅拌充分反应后完成对脱水污泥的氧化处理；

c)向氧化处理后的脱水污泥中加入聚合铝盐，聚合铝盐的投加量为绝干污泥量的4%～10%，待搅拌充分反应后完成对脱水污泥的混凝处理；

d)向混凝处理后的脱水污泥中加入氢氧化钙，氢氧化钙的投加量为绝干污泥量的0.3%～1%，使脱水污泥的pH值为6～7；再加入聚季铵盐，聚季铵盐的投加量为绝干污泥量的0.1%～0.3%，搅拌分散均匀后即完成对脱水污泥的化学调质。

在完成上述步骤对脱水污泥的化学调质后，即可进行脱水干化处理，得到符合含水量要求的污泥泥饼。

下面详细阐述本发明中各步骤的原理作用：

由于现阶段各污水处理厂的脱水污泥含水率均在80%左右，此含水率的污泥呈半固态，流动性较差，不利于再调理，因此加水进行稀释，当含水率为90%～93%时，既保证污泥流动性良好，放置后会自然沉降，便于与调质剂充分反应，又减少处理用水的使用量和废水的处理量，提高处理效率；

对稀释后的污泥进行酸化处理时，H⁺会与污泥结合，改变污泥的表面电荷特性，促进污泥絮体间的进一步絮凝，并且使污泥表面的胞外聚合物发生水解，降低污泥表面的亲水性，从而提高污泥的可脱水程度。考虑到强酸的危险性及后续药剂的协同作用，将污泥的pH值调至4～5之间，对胞外聚合物形成一定程度的破坏。

高铁酸钾是一种绿色环保型的水处理药剂，具有比高锰酸钾、臭氧和氯气等强氧化剂更强的氧化性，其中心原子Fe以六价存在，在酸性条件下和碱性条件下的标准电极电势分别为2.20V和0.72V，因此，无论在酸性条件还是碱性条件下高铁酸盐都具有极强的氧化性；在pH值为9～11的情况下将高铁酸钾配制成浓度为0.5%～2%的溶液，可以降低高铁酸钾自然分解速率，提高药剂稳定性；污泥经过酸化处理，高铁酸钾的氧化能力可以得到更好的发挥，同时胞外聚合物结构也已相对松散，更利于充分反应，进一步提高了氧化效率；另外，高铁酸钾的还原产物Fe(OH)₃具有显著的吸附和絮凝作用；高铁酸钾的投加量根据不同污泥可做适当调整，既要保证胞外聚合物水解释放出污泥胶粒包覆的大量水份，提高脱水程度，又要避免胞外聚合物过度水解和释放，造成污泥体系的粘度增大，影响污泥脱水速率和程度；污泥经过氧化处理后，体系偏向于微酸性，pH值在5～7之间。

聚合铝盐可采用例如聚合氯化铝、聚合氯化铝铁或者聚合硫酸铝等，是一类性能优越的无机高分子混凝剂，聚合铝盐的混凝效果与pH值有很大关系：pH值小于4时，铝以Al³⁺形态存在；pH大于4时，生成Al₄(OH)₈ ⁴⁺、Al₈(OH)₂₀ ⁴⁺等带正电荷高价氢氧化物聚合体，有利于中和污泥颗粒的负电荷及加强吸附作用；pH值在8.2以上时，Al(OH)₃溶解成为铝酸离子AlO₂ ^-而丧失混凝作用，因此，本发明将聚合铝盐的投加pH条件选在5～7之间，使其混凝效果最好。聚合铝盐作为主要的混凝剂投加到污泥调理体系中，在pH值为5～7之间的污泥体系中水解生成Al₄(OH)₈ ⁴⁺、Al₈(OH)₂₀ ⁴⁺等带正电荷高价氢氧化物聚合体，不同的带正电高价氢氧化物聚合体在污泥调理体系中起着不同的混凝作用；分子量较小的聚合体可与污泥的电负性胶体作用，起到中和电荷、压缩双电层、降低斥力的作用，使得污泥胶体脱稳聚沉；大分子的聚合体则起到吸附和污泥胶粒间的架桥作用；聚合铝盐作为高分子无机混凝剂，混凝效果优于传统的低分子铝盐、铁盐混凝剂，形成的絮体吸附量大、致密、沉降快，对污泥的调理效果好。

氢氧化钙一方面可以中和污泥体系在混凝过程中产生的酸性，回调污泥的pH值，使体系回到中性范围，从而使后序工艺的污泥泥饼和压滤液达到规定的酸碱度要求；另一方面还起到助滤作用，氢氧化钙可在污泥体系中搭建骨架结构，使自由水更易于分离。

聚季铵盐属强阳离子高分子聚合物，易溶于水、凝聚力强、水解稳定性好、不凝胶、对pH值变化不敏感，聚季铵盐作为一种既有强电中和作用，又有吸咐架桥作用的高分子絮凝剂，不仅可以使污泥溶液中的胶体脱稳絮凝，而且还可以与带负电的溶解物进行反应，生成不溶性的盐类，进而通过絮凝沉淀除去，聚季铵盐与聚合铝盐等混凝剂配合使用，能够大大提高絮凝沉降性能，具有良好的助滤功能。

本发明的有益效果是，通过稀释、酸化、氧化、混凝、絮凝与助滤等优化组合，对脱水污泥进行化学调质，相对于传统调质方法本发明具有以下优点：

一、本发明基于污泥特性和污泥脱水各环节的分析和研究，从提高污泥脱水速率和程度方面着手，处理后的污泥符合有效利用的要求，不对生态环境产生二次污染；

二、传统污泥脱水的反应体系含水率在95%～97%，而本发明为90%～93%，不但保证污泥流动性良好，便于与调质剂充分反应，又能大量减少处理用水的使用量，提高处理效率，并且脱水过程产生的废水可以循环使用，减少污染，进一步降低成本；

三、本发明注重污泥胞外聚合物的氧化水解程度，稀释后的污泥体系先用酸进行酸化，使得胞外聚合物初步水解和结构分散，然后利用强氧化剂高铁酸钾进一步氧化破坏胞外聚合物；控制高铁酸钾的投加量，既要保证胞外聚合物水解释放出污泥胶粒包覆的大量水份，提高脱水程度，又要避免胞外聚合物过度水解和释放，造成污泥体系的粘度增大，影响污泥脱水速率和程度；

四、本发明更加注重各调理剂之间的相互配合，在高铁酸钾氧化水解的基础上，考虑高铁酸钾还原产物氢氧化铁的絮凝作用，投加适量的聚合铝盐并配合使用聚季铵盐助滤剂，进一步强化污泥混凝、絮凝效果，促进固液分离；

五、通过一系列的调理剂组合处理，污泥脱水性能大大提高，在压滤设备上进行对调理后的污泥进行脱水实验，污泥泥饼含水率稳定在50%～58%之间。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的具体描述：

实施例一

本发明提供一种脱水污泥深度干化的组合式化学调质方法，包括以下步骤：

a)取100kg脱水污泥置于反应釜中，测得脱水污泥的pH值为6.85，含水率80.67%，并计算出绝干污泥量；向反应釜中加水稀释脱水污泥，同时开启搅拌，搅拌速率控制在150转/分钟，使稀释后脱水污泥的含水率为92%；再向反应釜中加入质量百分比为10%的浓硫酸至脱水污泥的pH值为5，继续搅拌10分钟；

b)向反应釜中加入高铁酸钾，高铁酸钾的投加量为绝干污泥量的0.1%，高铁酸钾以质量百分比浓度0.5%、pH值为9的溶液形式投加，以200转/分钟的速率搅拌5分钟,再以100转/分钟的速度搅拌10分钟；

c)向反应釜中加入聚合氯化铝铁，聚合氯化铝铁的投加量为绝干污泥量的7%，聚合氯化铝铁以质量百分比浓度20%的溶液形式投加，以100转/分钟的速率搅拌10分钟，然后静置20分钟；

d)向反应釜中加入氢氧化钙，氢氧化钙的投加量为绝干污泥量的1%，使脱水污泥的pH值为7；再加入聚季铵盐，聚季铵盐的投加量为绝干污泥量的0.2%，搅拌分散均匀后即完成对脱水污泥的化学调质。

然后，对调质完的污泥进行板框脱水，板框脱水利用柱塞泵进泥，进泥压力为0.5Mpa，进泥时间20分钟，再用1.5Mpa的压力进行二次压榨，保压时间为30分钟，最终得到的污泥泥饼含水率为52.7%。

实施例二

本发明提供一种脱水污泥深度干化的组合式化学调质方法，包括以下步骤：

a)取100kg脱水污泥置于反应釜中，测得脱水污泥的pH值为6.93，含水率79.28%，并计算出绝干污泥量；向反应釜中加水稀释脱水污泥，同时开启搅拌，搅拌速率控制在150转/分钟，使稀释后脱水污泥的含水率为90%；再向反应釜中加入质量百分比为10%的浓硫酸至脱水污泥的pH值为4，继续搅拌10分钟；

b)向反应釜中加入高铁酸钾，高铁酸钾的投加量为绝干污泥量的0.3%，高铁酸钾以质量百分比浓度1%、pH值为10的溶液形式投加，以200转/分钟的速率搅拌5分钟,再以100转/分钟的速度搅拌10分钟；

c)向反应釜中加入聚合氯化铝，聚合氯化铝的投加量为绝干污泥量的10%，聚合氯化铝以质量百分比浓度15%的溶液形式加入，以100转/分钟的速率搅拌10分钟，然后静置20分钟；

d)向反应釜中加入氢氧化钙，氢氧化钙的投加量为绝干污泥量的0.3%，使脱水污泥的pH值为6；再加入聚季铵盐，聚季铵盐的投加量为绝干污泥量的0.1%，搅拌分散均匀后即完成对脱水污泥的化学调质。

然后，对调质完的污泥进行板框脱水，板框脱水利用柱塞泵进泥，进泥压力为0.5Mpa，进泥时间20分钟，再用1.5Mpa的压力进行二次压榨，保压时间为30分钟，最终得到的污泥泥饼含水率为51.8%。

实施例三

本发明提供一种脱水污泥深度干化的组合式化学调质方法，包括以下步骤：

a)取100kg脱水污泥置于反应釜中，测得脱水污泥的pH值为7.02，含水率81.47%，并计算出绝干污泥量；向反应釜中加水稀释脱水污泥，同时开启搅拌，搅拌速率控制在150转/分钟，使稀释后脱水污泥的含水率为93%；再向反应釜中加入质量百分比为10%的浓硫酸至脱水污泥的pH值为4.55，继续搅拌10分钟；

b)向反应釜中加入高铁酸钾，高铁酸钾的投加量为绝干污泥量的0.5%，高铁酸钾以质量百分比浓度2%、pH值为11的溶液形式投加，以200转/分钟的速率搅拌5分钟,再以100转/分钟的速度搅拌10分钟；

c)向反应釜中加入聚合氯化铝，聚合氯化铝的投加量为绝干污泥量的4%，聚合氯化铝以质量百分比浓度25%的溶液形式加入，以100转/分钟的速率搅拌10分钟，然后静置20分钟；

d)向反应釜中加入氢氧化钙，氢氧化钙的投加量为绝干污泥量的0.5%，使脱水污泥的pH值为6.5；再加入聚季铵盐，聚季铵盐的投加量为绝干污泥量的0.3%，搅拌分散均匀后即完成对脱水污泥的化学调质。

然后，对调质完的污泥进行板框脱水，板框脱水利用柱塞泵进泥，进泥压力为0.5Mpa，进泥时间20分钟，再用1.5Mpa的压力进行二次压榨，保压时间为30分钟，最终得到的污泥泥饼含水率为51.8%。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (1)

1.一种脱水污泥深度干化的组合式化学调质方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)将待处理脱水污泥加水稀释，使脱水污泥的含水率为90%～93%；在稀释后的脱水污泥中加入强酸，调节脱水污泥的pH值为4～5；搅拌充分反应后完成对待处理脱水污泥的稀释与酸化处理；

b)向步骤a中处理后的脱水污泥中加入高铁酸钾，高铁酸钾的投加量为绝干污泥量的0.1%～0.5%，高铁酸钾以质量百分比浓度0.5%～2%、pH值为9～11的溶液形式投加，待搅拌充分反应后完成对脱水污泥的氧化处理；

c)向氧化处理后的脱水污泥中加入聚合铝盐，聚合铝盐的投加量为绝干污泥量的4%～10%，待搅拌充分反应后完成对脱水污泥的混凝处理；

d)向混凝处理后的脱水污泥中加入氢氧化钙，氢氧化钙的投加量为绝干污泥量的0.3%～1%，使脱水污泥的pH值为6～7；再加入聚季铵盐，聚季铵盐的投加量为绝干污泥量的0.1%～0.3%，搅拌分散均匀后即完成对脱水污泥的化学调质。