CN106630524B - 一种改善剩余污泥脱水性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种改善剩余污泥脱水性能的方法。通过先采用酸液调节pH值，加入Fe2+和H2O2，再采用水力空化处理，进而使得污泥中的结合水、吸附水、间隙水以及自由水部分脱出，进而使得污泥中的含水量由98％以上降低至50％左右，固含量减少20％左右，降低污泥的毛细管吸水时间，提高了污泥处理上清液中的多糖和蛋白质含量，改善了污泥的脱水性能和脱出水的品质，并且操作方法简单，能耗低，成本低。

Description

一种改善剩余污泥脱水性能的方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种改善剩余污泥脱水性能的方法。
背景技术
剩余污泥是污水处理后的必然副产物。近年来，随着城市人口的增长、市政服务设施的不断完善，我国每年污水处理总量不断增加，污泥产量也越来越大。截止当前，我国运行污水处理厂4000多座，处理污水达1.5×108m3/d，剩余污泥(含水率80％)年产量近3500万吨国家环境保护部环办[2010]157号《关于加强城镇污水处理厂污泥污染防治工作的通知》要求“污水处理厂以贮存(即不处理处置)为目的将污泥运出厂界的，必须将污泥脱水至含水率50％以下。”由此污泥深度脱水成为了人们关注和研究的热点。
污泥中水的存在形式可分为：间隙水、毛细管水、表面吸附水和内部结合水。间隙水(占70％～75％)被截留在污泥颗粒间隙中，可用机械方法去除；内部结合水(占20％～25％)存在于污泥的微生物细胞内，只有细胞破壁后才能被进一步脱除；毛细管水、表面吸附水所占份额小可以忽略。污泥深度脱水的关键在于脱除污泥絮体中的结合水，脱除结合水的关键在于微生物细胞破壁。
水力空化是一种高级氧化技术，具有广泛的应用前景。流体通过压缩装置(如几何孔板、文丘里管)产生压降，当压力小于饱和蒸汽压，甚至出现负压时，溶解在流体中的气体会释放出来，同时流体气化而产生大量空化泡，空泡在随流体进一步流动的过程中，遇到周围压力增大时，体积将急剧缩小至溃灭，产生高温，高压，可使水蒸气热解生成·OH自由基和·H原子。另外，水力空化还会产生剪切力。文献证实，相比超声空化，水力空化具有能量效率高、投资成本低、易于工业化等优点；但其也存在耗时长，·OH自由基产生量较少等不足。因此，水力空化与其他高级氧化技术相结合被视为该技术进一步发展的关键(这个是现有技术)。
此外，芬顿(Fenton)反应作为最有效的高级氧化技术，近年来被广泛应用于改善污泥的脱水性能。其反应机理是，在酸性条件下，Fe2+催化H2O2生成活泼的羟基自由基(·OH)，从而引发和传递链反应，加快有机物和还原物质的氧化反应。Fenton试剂的氧化处理可以破坏污泥结构使污泥中的水分和有机物释放出来，同时，Fenton试剂可以氧化还原性的恶臭物质，减少恶臭物质的释放，杀灭病原菌，稳定化污泥(这个也是现有技术)。但在实际应用中，单一Fenton氧化技术处理污泥，不仅需要较多Fenton试剂量，费用较昂贵。而且在污泥体系中，因其氧化过程较剧烈，造成污泥粒径减小，增加污泥脱水时间。因此，需要对各自的方法和设备进行改进，从而弥补这两种方法的不足。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种改善剩余污泥脱水性能的方法，具体为一种芬顿耦合水力空化改善剩余污泥脱水性能的方法，该方法具有设备简单，易于工程上大规模应用，适合建立大规模工业化水处理设备等优点。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种改善剩余污泥脱水性能的方法，具体包括以下步骤：
1)将污泥池(1)中的污泥注入至调节池(2)中，并向其中加入酸液，调节污泥的pH值为3-5；
2)然后将污泥注入至芬顿反应罐(3)，向其中加入污泥调理剂，以绝干污泥计，具体为每千克绝干污泥中加入0.1-10克的Fe2+和0.1-10克的H2O2试剂，然后进行充分混合反应；
3)对步骤2)处理得到的污泥进行水力空化作用，将污泥通过离心泵(4)泵入水力空化发生装置(5)中，反应0.1-20分钟，
4)然后将污泥注入至pH回调池(6)中，并将pH调至6.0-9.0；
5)最后将污泥泵入压滤机进行脱水。
优选的，所述酸液为硫酸或盐酸的废酸。
优选的，所述污泥调理剂中的Fe2+源为FeSO4、FeCl2或FeCO3。
优选的，水力空化发生装置(5)中筛板空化器的直径为2cm，孔径为0.15cm。
优选的，离心泵的为单级泵，流量为1-50m3/h，扬程为10-50m。
优选的，所述水力空化发生装置(5)为单孔筛板、多孔筛板和文丘里管。
优选的，水力空化发生装置(5)的循环时间为0.1～20min。
优选的，所述压滤机为板框压滤机，板框压滤机的工作压力为1.0～2.5Mpa。
Fenton试剂结合水力空化能够弥补单一空化的不足，并且利用协同作用可减少Fenton试剂的使用量，缩短处理时间，降低处理成本，适合大规模工业化应用(本发明的发明点，就是水力空化+芬顿反应作)。
本发明的原理在于：污泥流体通过压缩装置(如几何孔板、文丘里管)产生压降，当压力小于饱和蒸汽压，甚至出现负压时，溶解在流体中的气体会释放出来，同时流体气化而产生大量空化泡，空泡在随流体进一步流动的过程中，遇到周围压力增大时，体积将急剧缩小至溃灭，产生高温，高压，可使水蒸气热解生成OH自由基和H原子。因此，水力空化具有化学效应，能够破解污泥絮体，大量溶解性有机物和亲水性固体有机物溶出，再结合Fenton试剂产生大量活性·OH自由基，可使溶出的有机物充分氧化分解，一定程度上降低了污泥固含量；并且污泥中细胞微生物发生裂解，细胞内水分溶出，从而改变污泥水分结构，改善污泥脱水性能。具体的协同影响如下。
(1)空化产生较大的水力剪切力，破坏污泥絮体结构或污泥微生物细胞壁,使胞内物质流出，削弱了污泥絮体结构与污泥微生物细胞壁对Fenton氧化的消耗，促进了·OH自由基与胞外多聚物(EPS)和亲水性有机污染物间作用。可减少Fenton试剂的使用量，降低处理成本。
(2)Fenton酸性条件下，污泥中胞外多聚物、细胞壁及细胞质膜中的脂类可在溶液中水解,生成甘油与高级脂肪酸盐，该反应的进行可破坏对形成污泥絮体结构有重要作用的胞外多聚物，并在胞壁与细胞质膜上产生小孔，加强水力空化法对污泥的破解作用。
(3)在单一Fenton反应产生·OH自由基的同时，Fe2+被H2O2氧化生成Fe3+(1)，Fe3+进一步被氧化生成[Fe-OOH]2+螯合物失去作用(2)，但空化条件下，[Fe-OOH]2+可被还原(2)，实现循环利用。如下反应式(1)、(2)和(3)所示：
Fe2++H2O2→Fe3++·OH+OH- (1)
Fe3++H2O2→[Fe-OOH]2++H+ (2)
Figure BDA0001146909290000031
因此，芬顿耦合水力空化具有协同作用，是一种可行的改善剩余污泥脱水性能的方法。
本发明与现有技术相比，有益效果是：该方法通过空化发生装置的水力空化促进了Fenton试剂与污泥中有机物和微生物细胞间作用，从而削弱了污泥絮体结构与污泥微生物细胞壁对空化的抵抗作用，是一种经济且具有应用潜力的新技术。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是本发明的脱水示意图；
图3是本发明处理后的污泥性能图；
图4是本发明处理后的污泥含水率和固含量变化图。
其中：1污泥池，2pH调节池，3芬顿反应罐，4涡旋泵，5水力空化反应装置，6pH回调池，7压滤机。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明。
如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。
实施例1：
取含水率为98.2％的生化污泥倒入水槽中，调节pH＝3.0，加入调理剂Fe2+，添加量为污泥绝干量的0.05w％，再添加调理剂H2O2，添加量为污泥绝干量的0.05w％，启动水利空化装置，循环作用10min。处理之后的污泥打入高压隔膜压滤机进行脱水(这个过程对的参数和高压隔膜压滤机的性能参数也需要说明)，脱水后，污泥含水率达到53.1％，固含量减少18.4％。
实施例2
取含水率为98.5％的生化污泥倒入水槽中，调节pH＝3.0，加入调理剂Fe2+，添加量为污泥绝干量的0.08w％，再添加调理剂H2O2，添加量为污泥绝干量的0.08w％，启动水利空化装置，循环作用10min。处理之后的污泥打入高压隔膜压滤机进行脱水，脱水后，污泥含水率达到52.2％，固含量减少19.8％。
实施例3
取含水率为97.9％的生化污泥倒入水槽中，调节pH＝3.0，加入调理剂Fe2+，添加量为污泥绝干量的0.1w％，再添加调理剂H2O2，添加量为污泥绝干量的0.1w％，启动水利空化装置，循环作用10min。处理之后的污泥打入高压隔膜压滤机进行脱水，脱水后，污泥含水率达到50.8％，固含量减少20.2％
实施例4
取含水率为98.4％的生化污泥倒入水槽中，调节pH＝3.0，加入调理剂Fe2+，添加量为污泥绝干量的0.1w％，再添加调理剂H2O2，添加量为污泥绝干量的0.1w％，启动水利空化装置，循环作用20min。处理之后的污泥打入高压隔膜压滤机进行脱水，脱水后，污泥含水率达到49.6％，固含量减少20.6％。
本发明还通过以下实验对本发明所能产生的技术效果进行的探讨，与常规的污泥加药处理进行对比：
备注：这里应该提供单独的水利空化机器处理淤泥的含水量和单独的芬顿反应作来处理淤泥的含水量进行比较，才能说明两个技术叠加的技术效果。下面的例子只能参考，没有多大的实际意义。
对比例1
取含水率为98.5％的生化污泥倒入污泥搅拌池，首先添加10％浓度的聚合氯化铝溶液并搅拌，添加量为5mL/L；随后再添加0.2％浓度的聚丙烯酰胺并搅拌。添加量为3mL/L。加药调理后的污泥打入高压隔膜压滤机进行脱水，脱水后，污泥含水率达到60.1％，固含量减少19.8％。
对比例2
取含水率为98.1％的生化污泥倒入污泥搅拌池，首先添加10％浓度的聚合氯化铝溶液并搅拌，其添加量为5mL/L；随后再添加0.2％浓度的聚丙烯酰胺并搅拌。其添加量为3mL/L。加药调理后的污泥打入高压隔膜压滤机进行脱水，脱水后，污泥含水率达到59.3％，固含量减少17.3％。
通过对比可得出以下结论：芬顿耦合水力空化对比传统的加药处理，污泥压滤后含水率可降低7.1-10.5个百分点。

Claims (1)

1.一种改善剩余污泥脱水性能的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
1）将污泥池（1）中的污泥注入至调节池（2）中，并向其中加入酸液，调节污泥的pH值为3-5；所述酸液为硫酸或盐酸的废酸；
2）然后将污泥注入至芬顿反应罐（3），向其中加入污泥调理剂，以绝干污泥计，具体为每千克绝干污泥中加入0.1-10克的Fe2+和0.1-10克的H2O2试剂，然后进行充分混合反应；所述污泥调理剂中的Fe2+源为FeSO4、FeCl2或FeCO3；
3）对步骤2）处理得到的污泥进行水力空化作用，将污泥通过离心泵（4）泵入水力空化发生装置（5）中，反应0.1-20分钟，水力空化发生装置（5）中筛板空化器的直径为2cm，孔径为0.15cm；所述水力空化发生装置（5）为单孔筛板、多孔筛板和文丘里管；水力空化发生装置（5）的循环时间为0.1~20min；离心泵为单级泵，流量为1-50m3/h，扬程为10-50m；
4）然后将污泥注入至pH回调池（6）中，并将pH调至6.0-9.0；
5）最后将污泥泵入压滤机进行脱水，所述压滤机为板框压滤机，板框压滤机的工作压力为1.0~2.5Mpa。
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