CN106055915A - 一种评价污泥脱水调理剂的综合性能的方法 - Google Patents

一种评价污泥脱水调理剂的综合性能的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种评价污泥脱水调理剂的综合性能的方法，选定了一套统一的、综合的、能定量计算的评价指标，包括污泥沉降性能的SV和SＡ、污泥过滤性能的SCT、污泥脱水程度的脱水率W、滤液水质指标COD、pH和浊度，将其综合起来形成一个评价指数Ecp，可以通过比较Ecp来比较多种调理剂的性能，填补了目前调理剂综合性能的评价方法的空缺，对可定量计算的评价指标CST和COD分别定义了新的评价方法，过滤性能提高率PCST用于更好地表示调理剂对污泥过滤性能提升或阻碍的作用程度，COD变化率GCOD用于更好地表示调理剂对滤液还原性物质消解或增加的程度；提出了污泥脱水调理剂综合性能评价指数Ecp，评价方法客观、定量、重复性好、具有可操作性和实用性。

Description

一种评价污泥脱水调理剂的综合性能的方法
技术领域
本发明涉及污泥处理技术领域，特别涉及一种评价污泥脱水调理剂的综合性能的方法。
背景技术
随着经济的快速发展和人们生活水平的提高，工业发展、城市建设、河湖清淤及污水处理厂均产生大量的污泥，为防止污泥堆积产生二次污染，缩短干化时间，投加脱水调理剂进行污泥调质是快速实现污泥减量化及后续资源化利用的一项关键技术，若不对泥质进行调理，机械脱水也是极其困难。目前的研究主要集中在调理方案的比选及优化调理剂配方等方面，但调理剂性能评价指标多种化、评价方法各异，缺乏一种统一的衡量指标及其综合性能的评价方法，导致难以比对各种调理剂的优劣，为改善污泥脱水综合性能的各种新方法和新技术之间的相互参考比较、筛选及推广应用带来了困难。
目前污泥脱水调理剂比较常用的评价指标包括污泥的过滤性能、沉降性能及脱水程度。污泥的过滤速度可以衡量调理剂调质后污泥脱水的快慢，从而反映调理剂对污泥过滤性能的作用效果，一般用污泥比阻SRF或毛细吸水时间CST表征。调理剂对污泥沉降性能的影响没有统一的评价指标，有的用污泥沉降比SV，也有设计一段时间内的各固定时间间隔记录的固液分界面高度绘成图比较，用以衡量调理剂调质后污泥的聚沉效果，没有定量的数据来表征。调质后污泥的脱水程度常用真空抽滤或机械脱水后的泥饼含水率或脱水率表示。
过滤性能、沉降性能和脱水程度属于调理剂对污泥调质的三个不同性能，但都只关注调理剂的使用对污泥的作用效果。目前对调理剂的评价都是单方面地考量过滤性能、沉降性能和脱水程度，没有一种能够全面地综合地评价调理剂功能的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种评价污泥脱水调理剂的综合性能的方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种评价污泥脱水调理剂的综合性能的方法，包括以下步骤：
S1：污泥过滤性能的测定：取污泥，测量其毛细吸水时间CST前，向污泥中加入调理剂调质，测量其毛细吸水时间CST后，通过式(1)计算得到过滤性能的提高率PCST，
S2：污泥沉降性能的测定：取污泥，测量初始的沉淀污泥体积V初始，向其中加入调理剂调质，A min后，测量沉淀污泥的体积VA，其中，A为4-7，30min后，测量沉淀污泥的体积V30，通过式(2)计算得到污泥沉降比SV，通过式(3)计算得到污泥沉降速度SA，
S3：污泥脱水程度的测定：取污泥，测量其初始含水率W初始，向其中加入调理剂调质，脱水得到泥饼，分析得到泥饼的含水率W泥饼，通过式(4)计算得到脱水率W，
S4：滤液水质指标测定：取污泥，过滤，分析滤液的COD前值，取相同的等量的污泥加入调理剂调质后，过滤，分析滤液的COD后值、浊度值Z和pH值，通过式(5)计算得到滤液COD变化率GCOD，
S5：通过式(6)计算得到污泥脱水调理剂综合性能的评价指数Ecp，所述Ecp数值越大，调理剂的综合性能越好，
Ecp＝(35W)+(25PCST)+[10(1-SV)]+(10SA)+(5GCOD)+XZ+YpH (6)，
其中，XZ为浊度值Z的权重分值；YpH为pH的权重分值。
在一些具体的实施方式中，所述S4中如果采用真空抽滤进行过滤时，当得到的滤液的Z为0-10NTU时，XZ为7.5，当得到的滤液的Z为10.1-20NTU时，XZ为6，当得到的滤液的Z为20.1-30NTU时，XZ为4.5，当得到的滤液的Z为30.1-50NTU时，XZ为3，当得到的滤液的Z＞50NTU时，XZ为1.5。
在另一些具体的实施方式中，所述S4中如果采用机械滤布式过滤方法进行过滤时，当得到的滤液的Z为0-70NTU时，XZ为7.5，当得到的滤液的Z为70.1-200NTU时，XZ为5.6，当得到的滤液的Z为200.1-400NTU时，XZ为3.8，当得到的滤液的Z＞400NTU时，XZ为1.9。
在一些具体的实施方式中，所述污泥为相同类型相同性质的污泥。
在进一步优选的实施方式中，所述污泥的初始含水率W初始≥70％。
在一些具体的实施方式中，所述S2中A为5。
在一些具体的实施方式中，所述调理剂为生石灰、硝酸、硫酸亚铁、过氧化氢、聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、十六烷基三甲基溴化铵、竹炭、聚合硫酸铝、氯化铁、聚乙烯醇、氯化铝、硅酸钠、粉煤灰中的至少一种。
在一些具体的实施方式中，所述加入调理剂调质的步骤是将调理剂加入所述污泥中，搅拌，所述搅拌时间为5-40min。
本发明的有益效果是：
在调理剂的实际使用中，需同时考虑其对污泥过滤性能、沉降性能、脱水程度和滤液多方面的作用效果，但是目前在分析调理剂的功能时，往往是单一地对调质后的污泥过滤性能或沉降性能等进行分析，但是多种不同调理剂对各项性能的作用不同，此时，想要判断哪种调理剂是更优的选择，没有一个综合的评价方法。本发明对污泥沉降性能测定，新增了一个污泥沉降速度SA的概念，因为经过大量实验发现，经过调理剂调质后，污泥在前4-7min中固液分离较为明显，污泥沉降速度较快，之后逐渐固液分离速度趋于平缓，所以选取在4-7min后测量形成的污泥沉淀的体积VA，将VA与V30的比值作为SA可以很好地说明调质后污泥的沉降速度，这一概念以前从未在任何文献或专利申请文件中提出过；本发明将调理剂对污泥过滤性能、污泥沉降性能、污泥脱水程度及滤液水质综合起来形成一个评价指数Ecp，可以通过比较Ecp来比较多种调理剂的性能，填补了目前调理剂综合性能的评价方法的空缺，针对目前调理剂的性能评价评价方法各异、指标多种化的现状，本发明选定了一套统一的、综合的、能定量计算的评价指标，包括污泥沉降性能的SV和SA、污泥过滤性能的SCT、污泥脱水程度的脱水率W、滤液水质指标COD、pH和浊度，目前对调理剂性能评价目前都几乎没有考虑调质后过滤后滤液的性质，而本发明将滤液的性能也考虑在内；本发明对可定量计算的评价指标CST和COD分别定义了新的评价方法，过滤性能提高率PCST用于更好地表示调理剂对污泥过滤性能提升或阻碍的作用程度，COD变化率GCOD用于更好地表示调理剂对滤液还原性物质消解或增加的程度；本发明将污泥沉降比、沉降速度、过滤性能提高率、脱水率、COD变化率、pH、浊度这几个指标和计算的数据分别赋予不同的权重比分，利用权重积分法进行综合评定，创造性地提出了污泥脱水调理剂综合性能评价指数Ecp，定义了一种对调理剂全新的、综合的评价方法，该法客观、定量、重复性好、具有很好的可操作性和实用性，对污泥/淤泥脱水调质用调理剂的比较及选用有直接的指导意义。
附图说明
图1为调理剂1-13调质后沉淀污泥体积随时间变化图。
具体实施方式
实施例1：
取河道底泥，所选河道底泥为黑臭、软泥状底泥，将其稀释为初始含水率W初始为75％的泥浆，其中调含水率所加的水为河道底泥的上覆河水，若调质对象的污泥无上覆水或沉淀上清液，则加入自来水调配含水率即可，在本实施例中，稀释后的泥浆即为本发明所述污泥，将稀释后的泥浆作为实验对象，采用1cm直径的CST仪专用漏斗装取一定量的初始泥浆，使用CST仪测定泥浆的毛细吸水时间CST前，、测试初始泥浆的含水率W初始，取一定量初始泥浆用定性滤纸过滤，收集滤液，当天采用国标法分析COD，得到COD前值。选取5种具有代表性的调理剂1-5，按照常规的投加用量或者最优的投加量分别向初始泥浆中加入各调理剂，先以300r/min的转速快速搅拌1-2min，然后以150r/min的转速慢速搅拌10min，调理剂1-5的主要成分及用量如表1所示。
表1 调理剂1-5的成分及用量表
调理剂成分 调理剂1 调理剂2 调理剂3 调理剂4 调理剂5
生石灰 √ \ √ \ \
硝酸 √ \ \ \ \
硫酸亚铁 √ \ \ \ \
过氧化氢 √ \ \ \ \
聚丙烯酰胺 \ √ √ \ \
聚合氯化铝 \ √ \ \ \
十六烷基三甲基溴化铵 \ \ √ \ \
竹炭 \ \ √ \ \
聚合硫酸铝 \ \ √ \ \
氯化铁 \ \ \ √ \
聚乙烯醇 \ \ \ √ \
氯化铝 \ \ \ \ √
硅酸钠 \ \ \ \ √
粉煤灰 \ \ \ \ √
调理剂投加量(占干泥量质量百分数) 3.5％ 1.1％ 9.5％ 8.6％ 10％
取一定量调质后的泥浆，同样采用1cm直径的CST仪专用漏斗装，测定毛细吸水时间CST后，根据式(1)计算过滤性能的提高率PCST，
取调质后的泥浆倒入与之体积大小相适应的量筒进行沉降性能实验，倒入量筒后马上开始计时，记录0min、5min及30min时沉淀污泥的体积V初始、VA和V30(即泥水分界面的体积)，此时A为5，根据式(2)计算污泥沉降比SV和根据式(3)计算污泥沉降速度SA，
取一定量调质后的泥浆，用定性滤纸过滤，当天用国标法测定滤液的COD后，根据式(5)计算滤液COD变化率GCOD，
分别使用调理剂1-5对泥浆进行调质后，将调质后的泥浆用真空抽滤或机械滤布式过滤方法进行脱水，机械滤布式过滤方法包括板框压滤机、带式压滤机等，收集滤液分别用pH计测滤液pH值，用浊度仪测滤液浊度Z，脱水泥饼用烘干法测含水率W泥饼。根据式(4)计算脱水率W，
上述采用调理剂1-5调质后分析得到实验结果如表2。
表2 调理剂1-5的评价指标测定和计算结果
滤液水质指标pH和NTU的权重比分的计算方法有别于W、PCST、SA、GCOD，因其均换算成百分比值，乘以权重即可得该指标的权重分值；而水质指标pH和NTU为数值，积分的计算方法不同。
pH和NTU均以投加调理剂调质后的滤液指标为评价值，按照排放标准的等级划分得相应的权重分值。因污泥脱水设备的不同，滤液浊度相差较大，所以当泥浆使用真空抽滤法脱水时，滤液的浊度采用较为严格的标准《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)，而当泥浆使用板框压滤机或带式过滤机等机械用滤布过滤的方式脱水时，过滤精度较低，滤液的浊度也采用较宽松的标准《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的其他排污单位标准，浊度各标准对应的权重分值如表3所示。由于两个标准对于pH的限值一样，两个标准选其一即可评价滤液pH，其权重分值如表4所示。
表3 浊度各标准对应的等级评价和权重分值XZ
备注：(单位NTU，即TU，1TU＝1JTU＝1mg/L)
表4 pH各标准对应的等级评价和权重分值YpH
通过式(6)计算得到污泥脱水调理剂综合性能的评价指数Ecp，所述Ecp数值越大，调理剂的综合性能越好，污泥性能指标中的W、PCST、SA和滤液水质指标GCOD值均是越大代表调理剂效果越好，只有SV的值越小代表调理剂效果越好，因此，在综合评定加权积分时SV的值以(1-SV)来计算权重分值，列入公式(6)计算，
Ecp＝(35W)+(25PCST)+[10(1-SV)]+(10SA)+(5GCOD)+Xz+YpH (6)。
如果调质后的泥浆采用真空抽滤法脱水，调理剂综合性能的等级标准划分如表5，如果调质后的泥浆采用机械滤布式过滤方法进行脱水，调理剂综合性能的等级标准划分如表6。
表5 调理剂综合性能评价指数等级评价一
表6 调理剂综合性能评价指数等级评价二
在本实施例中，是采用真空抽滤方式对污泥进行脱水，滤液的浊度采用《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的标准来定浊度的权重分值XZ，然后根据式(6)计算污泥脱水调理剂综合性能的评价指数Ecp，参考表5中等级评价得到调理剂1-5的综合性能的评价指数结果如表7。
表7 5种调理剂综合性能评价
调理剂 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
综合性能指数Ecp 75.9 66.5 64.9 45.9 35.1
综合性能等级 强 较强 中等 弱 差
将调理剂对污泥过滤性能、污泥沉降性能、污泥脱水程度及滤液水质综合起来形成一个评价指数Ecp，可以通过比较Ecp来比较多种调理剂的性能，根据上述评价方法最终可得到测试样品调理剂的综合性能指数大小及其评价等级，Ecp值越高，调理剂综合性能越好，填补了目前调理剂综合性能的评价方法的空缺，本发明所述污泥调理剂综合性能的评价方法可操作性和实用性强，且为调理剂各指标提供具体的评价标准，对污泥/淤泥/底泥脱水调质用调理剂的比较及选用有直接的指导意义。
实施例2：
取13种调理剂，其中调理剂1-5与如实施例1相同，调理剂6-13的组分如表8所示，按照各个调理剂的常规投加量或者最佳投加量加入相同泥浆中，记录沉淀污泥的体积，绘制沉淀污泥体积随时间变化曲线图，得到图1。从图1中可以看出，污泥在前4-7min中固液分离较为明显，污泥沉降速度较快，之后逐渐固液分离速度趋于平缓，所以选取在4-7min后测量形成的污泥沉淀的体积VA，将VA与V30的比值作为SA可以很好地说明调制后污泥的沉降速度，这一概念以前从未在任何文献或专利申请文件中提出过。
表8 调理剂6-13的成分表
调理剂 成分
调理剂6 碳酸钙、氯化铁
调理剂7 硫酸亚铁、氧化钙、氧化镁
调理剂8 活性炭、粉煤灰、生石灰、聚合氯化铝铁
调理剂9 氯化铁、聚丙烯酰胺
调理剂10 氯化铁、氯化钙、海藻酸钠
调理剂11 氯化铁、氧化钙、氧化镁、十六烷基三甲基氯化铵
调理剂12 稻壳灰、生石灰、粉煤灰
调理剂13 十六烷基三甲基溴化铵、凹凸棒土、氯化铁、壳聚糖

Claims (8)

1.一种评价污泥脱水调理剂的综合性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：污泥过滤性能的测定：取污泥，测量其毛细吸水时间CST前，向污泥中加入调理剂调质，测量其毛细吸水时间CST后，通过式(1)计算得到过滤性能的提高率PCST，
S2：污泥沉降性能的测定：取污泥，测量初始的沉淀污泥体积V初始，向其中加入调理剂调质，A min后，测量沉淀污泥的体积VA，其中，A为4-7，30min后，测量沉淀污泥的体积V30，通过式(2)计算得到污泥沉降比SV，通过式(3)计算得到污泥沉降速度SA，
S3：污泥脱水程度的测定：取污泥，测量其初始含水率W初始，向其中加入调理剂调质，脱水得到泥饼，分析得到泥饼的含水率W泥饼，通过式(4)计算得到脱水率W，
S4：滤液水质指标测定：取污泥，过滤，分析滤液的COD前值，取相同的等量的污泥加入调理剂调质后，过滤，分析滤液的COD后值、浊度值Z和pH值，通过式(5)计算得到滤液COD变化率GCOD，
S5：通过式(6)计算得到污泥脱水调理剂综合性能的评价指数Ecp，所述Ecp数值越大，调理剂的综合性能越好，
Ecp＝(35W)+(25PCST)+[10(1-SV)]+10SA)+(5GCOD)+XZ+YpH(6)，
其中，XZ为浊度值Z的权重分值；YpH为pH的权重分值。
2.根据权利要求1所述的评价污泥脱水调理剂的综合性能的方法，其特征在于，所述S4中如果采用真空抽滤进行过滤时，当得到的滤液的Z为0-10NTU时，XZ为7.5，当得到的滤液的Z为10.1-20NTU时，XZ为6，当得到的滤液的Z为20.1-30NTU时，XZ为4.5，当得到的滤液的Z为30.1-50NTU时，XZ为3，当得到的滤液的Z＞50NTU时，XZ为1.5。
3.根据权利要求1所述的评价污泥脱水调理剂的综合性能的方法，其特征在于，所述S4中如果采用机械滤布式过滤方法进行过滤时，当得到的滤液的Z为0-70NTU时，XZ为7.5，当得到的滤液的Z为70.1-200NTU时，XZ为5.6，当得到的滤液的Z为200.1-400NTU时，XZ为3.8，当得到的滤液的Z＞400NTU时，XZ为1.9。
4.根据权利要求1所述的评价污泥脱水调理剂的综合性能的方法，其特征在于，所述污泥为相同类型相同性质的污泥。
5.根据权利要求4所述的评价污泥脱水调理剂的综合性能的方法，其特征在于，所述污泥的初始含水率W初始≥70％。
6.根据权利要求1所述的评价污泥脱水调理剂的综合性能的方法，其特征在于，所述S2中A为5。
7.根据权利要求1所述的评价污泥脱水调理剂的综合性能的方法，其特征在于，所述调理剂为生石灰、硝酸、硫酸亚铁、过氧化氢、聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、十六烷基三甲基溴化铵、竹炭、聚合硫酸铝、氯化铁、聚乙烯醇、氯化铝、硅酸钠、粉煤灰中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的评价污泥脱水调理剂的综合性能的方法，其特征在于，所述加入调理剂调质的步骤是将调理剂加入所述污泥中，搅拌，所述搅拌时间为5-40min。
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