CN105836998A - 一种超声波破解—阳离子聚丙烯酰胺絮凝—生物质稻壳粉骨架构建联合调理剩余污泥的方法 - Google Patents

一种超声波破解—阳离子聚丙烯酰胺絮凝—生物质稻壳粉骨架构建联合调理剩余污泥的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超声波破解—阳离子聚丙烯酰胺絮凝—生物质稻壳粉骨架构建联合调理剩余污泥的方法，属于环境污染治理技术领域。该方法包括：剩余污泥经过频率为20kHz、声能密度为0.25‑0.35W/ml的超声波破解后，依次向剩余污泥中投加20‑30mg/L的阳离子聚丙烯酰胺和40％‑50％污泥干重的生物质稻壳粉，对剩余污泥进行调理，提高其脱水性能。相比单一调理或两种调理方法联用，污泥破解、絮体重建和滤饼骨架结构构建三种调理方法联用可有效提高剩余污泥脱水性能，联合调理后，污泥比阻下降90％以上、污泥滤饼含水率达到61％‑63％。本发明的调理剂来源广泛低廉、操作简便，对解决剩余污泥的处理处置问题具有重大意义。

Description

一种超声波破解—阳离子聚丙烯酰胺絮凝—生物质稻壳粉骨架构建联合调理剩余污泥的方法
技术领域
本发明属于环境污染治理技术领域，涉及一种超声波破解—阳离子聚丙烯酰胺絮凝—生物质稻壳粉骨架构建联合调理剩余污泥的方法。
背景技术
随着工业化和城镇化的大规模进行，城市污水处理厂大规模建设，产生了大量的剩余污泥。剩余污泥难以有效处理和利用，已经造成巨大的环境污染。作为污水处理厂的主要任务之一，剩余污泥处理处置费用占污水处理厂总投资和运行费用的60％左右。与此同时，近年来关于污泥处理处置的法律法规日益严格。因此，剩余污泥处理处置问题刻不容缓。剩余污泥中高压缩性和高含量的有机质和类胶体状物质是导致剩余污泥难以有效脱水的关键。因此，必须对剩余污泥进行调理，改善其脱水性能。发展适合我国国情，高效、经济且环保的新型污泥调理工艺迫在眉睫。
城市污水处理厂剩余污泥的调理方法主要包括物理、化学和生物(或酶)调理三大类。其中化学调理法因其效果好、技术成熟、操作简单、成本低廉、而且对污泥性质适应力强，目前是国内外污水处理厂污泥调理广泛使用的方法。石灰、铝盐和铁盐等无机絮凝剂和有机高分子絮凝剂加入污泥后，污泥颗粒间静电排斥力被削弱和中和，引发颗粒的聚集，而且颗粒上的吸附位点与絮凝剂结合，可以通过絮凝剂的链接架桥作用使污泥颗粒逐渐增大，从而改善污泥的脱水性能。向污泥中投加粉煤灰、碳基农林废弃物等可以改善污泥滤饼的孔隙度和透水性，避免滤饼中的过水通道在压滤过程中被阻塞，进一步提高污泥脱水性能。污泥中稳定的类胶体状菌胶团包括大量的水分，污泥絮体40‐60％的干重来自于菌胶团中的各种大分子物质，包括蛋白质、类腐殖酸、多糖、核酸和脂类，常规处理方法很难将它们和结合的大量水分去除。常见的物理、化学方法破解污泥，如超声波破解、臭氧氧化、高锰酸钾氧化等，可以通过破坏污泥絮体和菌胶团结构改善水分和污泥的结合性能，但由于其作用机理的局限性致使其不能进一步提高污泥的脱水性能。因此，采用多种调理方式联合调理污泥提高污泥脱水性能是当前的研究热点。
于文华等人采用阳离子表面活性剂与石灰联合调理剩余污泥，表明污泥脱水性能得到显著提高，表面活性剂具有分散和增溶作用，能提高污泥絮体中自由水的含量，而石灰可形成骨架构建水分通道，提高污泥脱水性能，但污泥颗粒不能形成紧密结合的絮体。罗海健等人采用微波预处理和阳离子聚丙烯酰胺联合调理剩余污泥，显示污泥脱水性能比采用单一调理方法有明显提高，但污泥滤饼在机械脱水时过水通道易被机械力阻塞，滤饼的不可压缩性较低。当前尚未有文献报道采用污泥破解—絮体重构—骨架构建三种机理联合调理剩余污泥的方法。本专利提出采用超声波破解—阳离子聚丙烯酰胺絮凝—生物质稻壳粉骨架构建联合调理剩余污泥的方法，利用超声波辐照对污泥絮体适度破解，使水分和污泥絮体有效分离；阳离子聚丙烯酰胺利用静电中和和架桥作用重构污泥絮体；向污泥中添加生物质稻壳粉形成牢固、高孔隙率的骨架结构，大幅提高剩余污泥的脱水性能，具有环境友好、资源循环利用的特点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有污泥调理技术的不足，提供一种工艺简单、效果优良的超声波破解—阳离子聚丙烯酰胺絮凝—生物质稻壳粉骨架构建联合调理剩余污泥的方法。
为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：首先采用超声波对污泥进行适度破解，释放污泥絮体间及细胞内的水分；然后向破解污泥中投加有机高分子絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺，促进污泥絮体重新形成；最后投加生物质稻壳粉，在污泥滤饼中形成牢固骨架多孔结构，有效提高污泥脱水性能。
本发明提出的超声波破解—阳离子聚丙烯酰胺絮凝—生物质稻壳粉骨架构建联合调理剩余污泥的方法，具体步骤如下：
(1)于20kHz频率和0.25-0.35W/ml声能密度下，超声波处理剩余污泥10-14s，破解污泥絮体。
(2)在250-350r/min搅拌条件下，向步骤(1)中所述超声破解污泥中投加0.1％的阳离子聚丙烯酰胺溶液，聚丙烯酰胺投加量为20-30mg/L，充分搅拌20-40s，促进污泥絮体重新形成。
(3)在50-100r/min搅拌条件下，向步骤(2)所述絮体重构污泥中投加40-50％污泥干重的生物质稻壳粉，充分搅拌2-4min，生物质稻壳粉作为骨架形成 污泥滤饼中的水流孔道。
(4)将步骤(3)所述联合调理后的污泥进行真空抽滤脱水，在压力0.05MPa条件下进行脱水性能测试。
本发明中，步骤(1)所述污泥为城市污水处理厂污泥浓缩池的剩余污泥，超声波频率为20kHz。
本发明中，步骤(2)中所述阳离子聚丙烯酰胺为纯度为99.0％(分子量大于1300万)。
本发明中，步骤(3)中所述生物质为粉碎后的稻壳粉，于60℃烘干至恒重后，过110目筛所得，稻壳粉粒径＜150μm。
本发明的优点在于：本发明的调理方法成本低廉、操作简便、原料易于获得。同时，超声波破解—阳离子聚丙烯酰胺絮凝—生物质稻壳粉骨架构建联合调理通过对污泥絮体破坏、污泥絮体重构和滤饼骨架结构形成，大幅提高污泥脱水性能，与只采用一种调理机理或者两种调理机理联用的方法相比具有巨大优越性。采用超声波破解—阳离子聚丙烯酰胺絮凝—生物质骨架构建联合调理后，污泥滤饼含水率达到61.0-63.0％。与原污泥脱水相比，污泥比阻下降90.37-92.66％，污泥过滤时间缩短70.0-75.0％。本发明操作简便、实用性强，对于解决剩余污泥的处理处置问题具有重要意义。
具体实施方式：
以下通过具体实施例对本发明作进一步阐述，但并不限制本发明。
本实施例中所用阳离子聚丙烯酰胺的纯度为99.0％(分子量大于1300万)，所用超声波频率为20kHz。所用生物质为粉碎后的稻壳粉，于60℃烘干至恒重后，过110目筛所得，其粒径＜150μm。实施例1、实施例2和实施例3所调理的污泥为北京市某污水处理厂污泥浓缩池的剩余污泥，原污泥含水率为97-98％。
实施例1：
(1)于超声波频率20k Hz，0.25W/ml声能密度下，超声波处理剩余污泥10s，破坏污泥絮体。
(2)在250r/min搅拌条件下，向步骤(1)中所述超声破解后污泥中投加0.1％的阳离子聚丙烯酰胺20mg/L，充分搅拌20s，促进污泥絮体重新形成。
(3)在50r/min搅拌条件下，向步骤(2)所述絮凝重构污泥中投加40％污泥干重的生物质稻壳粉，充分搅拌2min，生物质稻壳粉作为骨架形成污泥滤饼中的水流孔道。
(4)将步骤(3)所述联合调理后的污泥进行真空抽滤脱水，压力为0.05MPa，进行脱水性能测试。
所得结果如下：对各污泥样品进行真空抽滤脱水，压力为0.05MPa。原污泥比阻为1.89×109s2/g，滤饼含水率为92.16％；单独阳离子聚丙烯酰胺调理后污泥比阻值9.50×108s2/g，滤饼含水率为88.20％；经超声波和阳离子聚丙烯酰胺联合调理后污泥比阻为7.38×108s2/g，滤饼含水率为83.91％；经超声波、阳离子聚丙烯酰胺和生物质联合调理后的污泥比阻下降到1.82×108s2/g，滤饼含水率为68.15％，污泥过滤时间由原污泥的158s缩短到64s。
实施例2：
(1)于超声波频率20kHz，0.3W/ml声能密度下，超声波处理剩余污泥12s，破解污泥絮体。
(2)在300r/min搅拌条件下，向步骤(1)中所述超声破解后污泥中投加0.1％的阳离子聚丙烯酰胺25mg/L，充分搅拌30s，促进污泥絮体重新形成。
(3)在70r/min搅拌条件下，向步骤(2)所述絮凝重构污泥中投加45％污泥干重的生物质稻壳粉，充分搅拌3min，生物质作为骨架形成污泥滤饼中的水流孔道。
(4)将步骤(3)所述联合调理后的污泥进行真空抽滤脱水，压力为0.05MPa，时间15min。
所得结果如下：对各污泥样品进行真空抽滤脱水，压力为0.05MPa。原污泥比阻为1.39×109s2/g，滤饼含水率为91.16％；单独阳离子聚丙烯酰胺调理后污泥比阻值6.50×108s2/g，滤饼含水率为85.20％；经超声波和阳离子聚丙烯酰胺联合调理后污泥比阻为3.38×108s2/g，滤饼含水率为79.91％；经超声波、阳离子聚丙烯酰胺和生物质联合调理后的污泥比阻下降到1.02×108s2/g，滤饼含水率为62.15％，污泥过滤时间由原污泥的158s缩短到43s。
实施例3：
(1)于超声波频率20kHz，0.35W/ml声能密度下，超声波处理剩余污泥14s，破解污泥絮体。
(2)在350r/min搅拌条件下，向步骤(1)中所述超声破解后污泥中投加0.1％的阳离子聚丙烯酰胺30mg/L，充分搅拌40s，促进污泥絮体重新形成。
(3)在100r/min搅拌条件下，向步骤(2)所述絮凝重构污泥中投加50％污泥干重的生物质稻壳粉，充分搅拌4min，生物质作为骨架形成污泥滤饼中的水流孔道。
(4)将步骤(3)所述联合调理后的污泥进行真空抽滤脱水，压力为0.05MPa，时间为15min。
所得结果如下：对各污泥样品进行真空抽滤脱水，压力为0.05MPa。原污泥比阻为1.59×109s2/g滤饼含水率为91.31％；单独阳离子聚丙烯酰胺调理后污泥比阻值8.53×108s2/g，滤饼含水率为89.22％；经超声波和阳离子聚丙烯酰胺联合调理后污泥比阻为6.33×108s2/g，滤饼含水率为84.41％；经超声波、阳离子聚丙烯酰胺和生物质联合调理后的污泥比阻下降到1.33×108s2/g，滤饼含水率为65.14％，污泥过滤时间由原污泥的158s缩短到69s。
附图说明
附图1：是超声波破解—阳离子聚丙烯酰胺絮凝—生物质稻壳粉骨架构建联合调理剩余污泥流程图。

Claims (4)

1.一种超声波破解-阳离子聚丙烯酰胺絮凝-生物质稻壳粉骨架构建联合调理剩余污泥的方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)在20kHz频率和0.25-0.35W/ml声能密度下，超声波处理剩余污泥10-14s，破坏污泥絮体。
(2)在250-350r/min搅拌条件下，向步骤(1)中所述超声破解后污泥中投加浓度为0.1％的阳离子聚丙烯酰胺溶液，投量为20-30mg/L，充分搅拌20-40s，促进污泥絮体重新形成。
(3)在50-100r/min搅拌条件下，向步骤(2)所述絮凝重构污泥中投加40-50％污泥干重的生物质稻壳粉，充分搅拌2-4min，生物质稻壳粉作为骨架形成污泥滤饼中的水流孔道。
(4)将步骤(3)所述调理后的污泥进行真空抽滤脱水，在压力0.05MPa条件下进行脱水性能测试。
2.根据权利要求1中所述的一种超声波破解-阳离子聚丙烯酰胺絮凝-生物质稻壳粉骨架构建联合调理剩余污泥的方法，其特征在于，步骤(1)中所述剩余污泥为城市污水处理厂污泥浓缩池中剩余污泥，超声波的频率为20kHz。
3.如权利要求1中所述的一种超声波破解-阳离子聚丙烯酰胺絮凝-生物质稻壳粉骨架构建联合调理剩余污泥的方法，其特征在于，步骤(2)中所述阳离子聚丙烯酰胺纯度为99.0％，分子量大于1300万。
4.如权利要求1中所述的一种超声波破解-阳离子聚丙烯酰胺絮凝-生物质稻壳粉骨架构建联合调理剩余污泥的方法，其特征在于，步骤(3)中所述生物质为粉碎后的稻壳粉，于60℃烘干至恒重后，过筛110目所得，其粒径＜150μm。
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