CN106242242A - 一种锰盐污泥调理剂及污泥脱水方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锰盐污泥调理剂及污泥脱水方法。上述锰盐调理剂包括二价、三价、四价和七价锰的化合物，这些锰盐可以导致污泥絮体发生絮凝或胞外有机物的破坏，释放部分结合水，并可以构建污泥骨架和脱水通道。利用锰盐污泥调理剂对污泥进行调理、脱水的方法，包括以下步骤：1)污泥预处理；2)添加锰盐，包括单独Mn(Ⅱ)盐或Mn(Ⅶ)盐，以及KMnO4和NaHSO3(Na2SO3)进行氧化还原反应原位生成Mn(Ⅲ)及其反应产物Mn(Ⅱ)、Mn(Ⅳ)、Mn(Ⅶ)；3)污泥脱水，采用抽滤或水平电场进行水分脱除。本发明提供的锰盐污泥调理剂及污泥脱水方法具有脱水时间短、操作简单、辅助杀灭污泥中病原微生物等优点，可以有效的降低污泥含水率，提高污泥的安全卫生性能。

Description

一种锰盐污泥调理剂及污泥脱水方法
技术领域
本发明涉及一种锰盐污泥调理剂以及采用上述锰盐调理剂的污泥脱水方法，属于环保技术领域。
背景技术
市政污泥是城市污水处理厂中污水处理单元所产生的固体废弃物。在中国，污泥总产量从2007到2013年以每年13%的增速增加，2013年产生625万吨干重污泥，预计到2018年80%含水率的污泥产量将突破4000万t/a。市政污泥的主要成分是水分（95%～99％左右）和有机物，还有少量的氮化物、磷化物、多环芳烃、重金属离子等，各组分通过特殊的作用力如静电作用力、范德华力和疏水作用力等结合在一起。市政污泥的主要特征为有机物含量髙、污泥絮体细小、比重较轻、与水结合能力强、含水量高、脱水困难等。我国是纺织印染行业大国，由于印染废水有机物浓度高、色度高、组分复杂等特点，印染废水在排放前需经过一系列复杂的物理-化学和生物处理才能够达标排放，不可避免的会产生大量印染污泥。据不完全统计，印染废水每天的排放量约为4×106~5×106立方米，若采用活性污泥法进行处理，产生的剩余污泥量约占处理水量的0.3~0.5%（含水率以97%计）。这种污泥中含有大量染料、浆料、助剂等有机物，同时含有苯系物、重金属、病原体等有毒有害物质，使其处理处置十分困难。底泥一般指江河湖海的沉积物，是自然水域的重要组成部分。污染物进入水体中后，有一部分会积聚在底泥中，在一定的条件下，累积于底泥中的各种有机和无机污染物通过与上覆水体间的物理、化学、生物交换作用，重新进入到上覆水体中，成为影响水体水质的二次污染源。因此，对湖泊沉积物的疏浚成为了降低湖泊污染负荷的有效措施。以太湖为例，2002~2014年间共清淤3000万立方米左右。这些淤泥含水率大，有机物含量高，若处理处置不当将会造成污染物的转移。各类污泥的急剧增加给环境带来巨大压力，污泥中含有的恶臭物质、病原体、持久性有机物、重金属等污染物从水体转移到陆地，导致污染物进一步扩散。因此，合理高效的污泥脱水技术显得越来越重要。
污泥调理主要是指通过添加化学药剂或采用物理、生物方法来改善污泥沉降性能与脱水性能。依据调理机制可将其分为物理法、化学法和生物法。物理方法的处理效果好，但是需要增加构筑物，而且耗能耗费较高，设备易腐蚀，甚至可能对人体造成伤害，在实际工程采用较少。生物调理具有无二次污染、无毒、污泥絮体密实、来源广、可生物降解、条件温和等优点，但微生物或微生物代谢产物制备成本较高、调理的程度及效果不一，因此生物调理主要还是和传统絮凝剂联用调理污泥。化学调理法是指向污泥中投加化学药剂进行调理的方法，其操作简单，投资成本较低，调理效果较稳定，是目前广泛应用的方法。
污泥要实现最终的减量化，还需在调理后进行脱水处理。现有的污泥脱水方法大致可分为自然干燥、热干化、机械脱水、电脱水四类，上述方法也有结合使用的情况。自然干燥法方法简单，但占地面积大，处理周期长，卫生条件差，并且受气候因素影响。热干化能脱除污泥内部难以去除的表面水和水合态水，可以使污泥最大化减量，但工艺设备复杂，操作要求及能耗高。机械脱水如压缩过滤、重力沉降、离心作用等可有效去除污泥的自由水，但间隙水、表面水、水合态水却难以去除。在脱水过程中，随着自由水的脱除，颗粒会堆积在过滤介质上导致介质的堵塞，影响脱水的进一步进行；机械压力的施加，也会对过滤介质造成破坏。机械脱水后污泥的含水率一般为80%至85%左右。电脱水是利用外加电场增强污泥脱水性能的方法，水的脱除发生在每一个絮凝体颗粒的内、外表面，间隙水和自由水同时被脱除，颗粒密度均匀地增大。
对污泥化学调理后再进行电脱水具有脱水效果好、操作稳定、运行及设备成本低等优势，为污水处理厂污泥的处理处置提供了一个安全、经济的实施方案，也为污泥的减量化、无害化处理及资源化应用提供了一个广阔的市场。
据此，本发明旨在针对现有技术存在的问题提供一种流程简短、装置简单、操作方便、效果优良且经济成本低的污泥调理及脱水方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题提供一种采用上述锰盐的污泥调理剂。具有操作方便、装置简单、效果优良且经济成本低的优点。
本发明的目的还在于提供一种采用上述锰盐污泥调理剂的污泥脱水方法。
为实现本发明的目的，本发明提供了一种锰盐污泥调理剂。上述锰盐调理剂包括二价、三价、四价和七价锰的化合物。
在上述锰盐调理剂使用过程中，可以为单独Mn(Ⅱ)盐或Mn(Ⅶ)盐，以及KMnO4和NaHSO3(Na2SO3)进行氧化还原反应原位生成Mn(Ⅲ)及其反应产物Mn(Ⅱ)、Mn(Ⅳ)、Mn(Ⅶ)。
上述锰盐调理剂中的Mn(Ⅱ)盐可以为MnCl2或MnSO4或两者组合；Mn(Ⅶ)盐主要为KMnO4；原位生成的Mn(Ⅲ)及其反应产物Mn(Ⅱ)、Mn(Ⅳ)、Mn(Ⅶ)可以由KMnO4与NaHSO3或Na2SO3或NaHSO3和Na2SO3的组合药剂进行原位反应生成。
其中，步骤中所述的待脱水污泥为城市污水处理厂产生的各类污泥（活性污泥、消化污泥以及浓缩污泥等）以及印染废水生化处理的污泥、富营养化河流的底泥以及黑臭水体的底泥等。
在利用KMnO4和NaHSO3(Na2SO3)进行氧化还原反应原位生成Mn(Ⅲ)及其反应产物Mn(Ⅱ)、Mn(Ⅳ)、Mn(Ⅶ)调理污泥的过程中，KMnO4和NaHSO3(Na2SO3)的投加顺序设置为同时投加、先投加KMnO4、先投加NaHSO3(Na2SO3)，优选为先投加NaHSO3(Na2SO3)，待NaHSO3(Na2SO3)均匀分散后，再投加KMnO4。
在上述锰盐污泥调理剂使用过程中的搅拌装置可选择桨板式、螺旋桨式、磁力搅拌等形式，相应的搅拌强度和时间分别为100-500rpm/min、10-30min为宜。
尤其是，污泥调理过程中，锰盐调理剂作为处理药剂，特征是在搅拌过程中与污泥充分且均匀混合。
特别是，采用上述锰盐污泥调理剂对污泥进行调理后，对污泥进行抽滤或水平电场脱水。抽滤脱水采用真空抽滤装置，抽滤压力为0.5-1.0MPa，时间为5-30min。水平电场脱水前的污泥需要进一步重力沉降浓缩，时间为5-8h。
在上述污泥脱水方法中，水平电场脱水装置提供电场为水平电场。
特别是，电场为恒压电场，在整个脱水过程中，电压保持稳定，且在10-50V，优选为20-40V。
尤其是，污泥水平电场脱水时间设置在30-120min为宜，优选为60-120min。
本发明的污泥调理方法及其脱水方法具有如下优点：
1、本发明的污泥脱水方法结合了污泥预处理和抽滤、水平电场联合脱水，充分发挥了各自的优势。首先，用锰盐调理剂作为污泥预处理药剂，其中包括二价、三价、四价和七价锰的化合物。这些锰盐可以导致污泥絮体发生絮凝或胞外有机物的破坏，释放部分结合水，构建污泥骨架和脱水通道，这些作用都可以改善污泥的脱水性能。该方法所采用的原料来源广泛、价格低廉，且操作简单，性能稳定。另外，将锰盐调理剂处理后的污泥进行抽滤脱水，泥饼含水率可显著降低。利用水平电场进行脱水时，锰离子可增强导电性，能加快污泥脱水速率，提高污泥脱水效果。此外，锰盐较活泼，在电场作用下，可发生氧化还原反应，产生大量热量，不仅加速了污泥中水分的去除，还可以杀死污泥中的病原微生物。
2、本发明的污泥脱水方法主要包括污泥预处理和脱水两个部分，进行一次完整的过程所需时间短，而且操作方便，时间及人力成本低。
3、本发明所使用药剂成本低、储存方便，且投加量小，对环境造成的副作用小。
4、本发明的污泥预处理部分所用药剂为固体药剂，投加时直接投入固体粉末即可，无需配成溶液，简单方便。
5、本发明污泥水平电场脱水部分，无需高电压即可高效工作，能耗较低，且操作方便，可长期使用。
6、本发明的污泥脱水方法脱水效果好，污泥最终含水率下降到80%以下，污泥体积大大减小，很大程度上降低了交通运输的难度以及存放的占地面积。
7、本发明的调理及脱水方法设备结构紧凑、占地面积小、运行成本低、操作简便，缩短了污泥脱水时间，提高了污泥脱水效率。并且清洁、安全、高效，药剂可回收，是一种绿色环保的污泥脱水方法。
附图说明
图1是本发明的污泥调理、脱水工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
实施实例1
活性污泥取回后经过重力浓缩2h，过10目和50目筛网，污泥浓度（MLSS）达到16.2g/L，含水率为98.35%，pH值为7.34。
1）将活性污泥置于容器中。
2） 精确称取0.03mol/L湿污泥的MnCl2，在300rpm/min搅拌强度下将MnCl2迅速投入污泥中，搅拌30min。
3）将调理后污泥转移到真空抽滤装置中，以0.6MPa的压力进行抽滤，抽滤时间为15min。收集反应结束后所有滤出液并称量其质量，收集反应结束后污泥腔中脱水后的污泥，用重量法测定其含水率。
测定结果如表1所示。
实施实例2
活性污泥取回后经过重力浓缩2h，过10目和50目筛网，污泥浓度（MLSS）达到16.2g/L，含水率为98.35%，pH值为7.34。
1）将活性污泥置于容器中。
2）精确称取0.05mol/L湿污泥的KMnO4，在300rpm/min搅拌强度下将KMnO4迅速投入污泥中，搅拌30min。
3）将调理后污泥转移到真空抽滤装置中，以0.6MPa的压力进行抽滤，抽滤时间为15min。收集反应结束后所有滤出液并称量其质量，收集反应结束后污泥腔中脱水后的污泥，用重量法测定其含水率。
测定结果如表1所示。
实施实例3
活性污泥取回后经过重力浓缩2h，过10目和50目筛网，污泥浓度（MLSS）达到16.2g/L，含水率为98.35%，pH值为7.34。
1）将活性污泥置于容器中。
2）精确称取0.04mol/L湿污泥的KMnO4和0.2mol/L湿污泥的NaHSO3，在300 rpm/min搅拌强度下将KMnO4迅速投入污泥中，搅拌30min。
3）将调理后污泥转移到真空抽滤装置中，以0.6MPa的压力进行抽滤，抽滤时间为15min。收集反应结束后所有滤出液并称量其质量，收集反应结束后污泥腔中脱水后的污泥，用重量法测定其含水率。
测定结果如表1所示。
实施实例4
活性污泥取回后经过重力浓缩2h，过10目和50目筛网，污泥浓度（MLSS）达到16.2g/L，含水率为98.35%，pH值为7.34。
1）将活性污泥置于容器中。
2）精确称取0.04mol/L湿污泥的KMnO4和0.2mol/L湿污泥的NaHSO3，在300 rpm/min搅拌强度下将KMnO4迅速投入污泥中，搅拌30min。
3）将调理后的污泥转移到水平电场脱水反应器中，将反应器阴阳两极分别于电源负极、正极相连，调节电压恒定为40V。开启电源开关，记录反应开始时间。控制反应时间为2小时。反应过程中，为防止污泥颗粒堵塞滤布，每隔10min疏通滤布一次。收集反应结束后所有滤出液并称量其质量，收集反应结束后污泥腔中脱水后的污泥，用重量法测定其含水率。
测定结果如表2所示。
实施实例5
活性污泥取回后经过重力浓缩2h，过10目和50目筛网，污泥浓度（MLSS）达到16.2g/L，含水率为98.35%，pH值为7.34。
1）将活性污泥置于容器中。
2）精确称取0.04mol/L湿污泥的KMnO4和0.2mol/L湿污泥的NaHSO3，在300 rpm/min搅拌强度下将KMnO4迅速投入污泥中，搅拌30min。
3）将调理后的污泥转移到水平电场脱水反应器中，将反应器阴阳两极分别于电源负极、正极相连，调节电压恒定为30V。开启电源开关，记录反应开始时间。控制反应时间为2小时。反应过程中，为防止污泥颗粒堵塞滤布，每隔10min疏通滤布一次。收集反应结束后所有滤出液并称量其质量，收集反应结束后污泥腔中脱水后的污泥，用重量法测定其含水率。
测定结果如表2所示。
实施实例6
活性污泥取回后经过重力浓缩2h，过10目和50目筛网，污泥浓度（MLSS）达到16.2g/L，含水率为98.35%，pH值为7.34。
1）将活性污泥置于容器中。
2）精确称取0.03mol/L湿污泥的KMnO4和0.15mol/L湿污泥的NaHSO3，在300 rpm/min搅拌强度下将KMnO4迅速投入污泥中，搅拌30min。
3）将调理后的污泥转移到水平电场脱水反应器中，将反应器阴阳两极分别于电源负极、正极相连，调节电压恒定为40V。开启电源开关，记录反应开始时间。控制反应时间为2小时。反应过程中，为防止污泥颗粒堵塞滤布，每隔10min疏通滤布一次。收集反应结束后所有滤出液并称量其质量，收集反应结束后污泥腔中脱水后的污泥，用重量法测定其含水率。
测定结果如表2所示。
对照实例1
除MnCl2投加量设置为0，其余均与实施实例1相同。
对照实例2
除KMnO4投加量为0，其余均与实施实例2相同。
对照实例3
除KMnO4和NaHSO3投加量为0，其余均与实施实例3相同。
对照实例4
除KMnO4和NaHSO3投加量为0，其余与实施实例4相同。
对照实例5
除KMnO4和NaHSO3投加量为0，其余均与实施实例5相同。
对照实例6
除KMnO4和NaHSO3投加量为0，其余均与实施实例6相同。
表1 本发明污泥脱水效果
表2 本发明污泥脱水效果
检测结果表明：
1、用单独Mn(Ⅱ)盐或Mn(Ⅶ)盐，以及KMnO4和NaHSO3(Na2SO3)进行氧化还原反应原位生成Mn(Ⅲ)及其反应产物Mn(Ⅱ)、Mn(Ⅳ)、Mn(Ⅶ)调理污泥，能提高污泥的脱水性能。
2、调理过程中锰盐调理剂的成分不同，脱水效果各异。
3、调理过程中锰盐调理剂的投加量不同，脱水效果各异。
4、水平电场脱水过程中，脱水电压对污泥脱水效果有影响。
5、将污泥用锰盐调理剂进行调理后，用水平电场脱水比抽滤脱水效果更好。
6、KMnO4-NaHSO3调理与电脱水联用过程中，活性污泥的体积大幅度减少，含水率降低显著。

Claims (8)

1.一种锰盐污泥调理剂，其特征在于：包括二价、三价、四价和七价的锰盐化合物中的一种或多种，其可以为单独Mn(Ⅱ)盐或Mn(Ⅶ)盐，以及KMnO4和NaHSO3(Na2SO3)进行氧化还原反应原位生成Mn(Ⅲ)及其反应产物Mn(Ⅱ)、Mn(Ⅳ)、Mn(Ⅶ)，该锰盐调理剂与污泥进行混合，通过絮凝、破坏胞外有机物和释放部分结合水的作用，以及构建污泥骨架和脱水通道，达到高效调理污泥的效果。
2.如权利要求1所述的一种锰盐污泥调理剂，其特征在于：单独Mn(Ⅱ)盐，可以是MnCl2或MnSO4中的一种或两者组合，其投加量为0.01-1mol/L湿污泥。
3.如权利要求1所述的一种锰盐污泥调理剂，其特征在于：单独的Mn(Ⅶ)盐为KMnO4，其投加量为0.01-0.1mol/L湿污泥。
4.如权利要求1所述的一种锰盐污泥调理剂，其特征在于：原位生成的Mn(Ⅲ)及其反应产物Mn(Ⅱ)、Mn(Ⅳ)、Mn(Ⅶ)可以由KMnO4与NaHSO3或Na2SO3或NaHSO3和Na2SO3的组合药剂进行原位反应生成，其中KMnO4投加量为0.001-0.1mol/L湿污泥，NaHSO3或Na2SO3投加量为0.05-0.5mol/L湿污泥。
5.一种污泥的脱水方法，其是采用权利要求1-4任一项所述的锰盐调理剂对污泥进行调理，并结合抽滤或水平电场对污泥进行脱水处理的方法。
6.根据权利要求5所述的污泥调理、脱水方法，其包括以下步骤：
（1）预处理
原始污泥重力沉降1.5-4h，去掉上清液，经浓缩后污泥依次过10目、50目的筛网去掉较大悬浮物
（2）调理
将锰盐污泥调理剂与污泥混合搅拌，搅拌装置可选择桨板式、螺旋桨式、磁力搅拌等形式，相应的搅拌强度和时间分别为100-500rpm/min、10-30min
（3）脱水
a、抽滤脱水
将锰盐调理后的污泥转移到真空抽滤装置中进行抽滤，抽滤压力为0.5-1.0MPa，时间为5-30min
b、水平电场脱水
先将锰盐调理的污泥进行重力沉降，进一步浓缩污泥；
将浓缩后污泥转移至水平电场脱水装置中，接通电源，保持恒压10-50V，作用时间30-120min，对污泥进行电脱水。
7.根据权利要求5所述的污泥调理、脱水方法，其特征在于：步骤中所述的污泥为城市污水处理厂产生的各类污泥（活性污泥、消化污泥以及浓缩污泥等）以及印染废水生化处理的污泥、富营养化河流的底泥以及黑臭水体的底泥等。
8.根据权利要求5所述的污泥调理、脱水方法，其特征在于：经过调理、脱水的污泥，其含水率为60%-80%。
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