CN108892347A - 一种改善好氧消化污泥脱水性能的方法 - Google Patents

一种改善好氧消化污泥脱水性能的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种改善好氧消化污泥脱水性能的方法，将城市污水处理厂的浓缩污泥进行好氧消化处理，调节消化出泥至pH值为2，加入不同浓度的过氧化氢和铁粉，振荡混匀，改善脱水性能。与现有技术相比，本发明提供了一种改善好氧消化污泥脱水性能的方法，反应效率高、时间短，处理能力强，有效减少后续污泥处理成本。

Description

一种改善好氧消化污泥脱水性能的方法
技术领域
本发明涉及污泥脱水领域，尤其是涉及一种改善好氧消化污泥脱水性能的方法。
背景技术
随着我国城镇化水平不断提高，污水处理设施建设高速发展，但是污水厂的建设投运伴随产生大量的剩余污泥，据统计，我国城市污水厂每年要排放干污泥约20万吨，以湿污泥计约为380-550万吨，并以每年20％的速度递增。在我国，污水污泥处理费用约占污水处理厂总运行费用的30％-40％，投资占污水处理厂总投资的20％-50％。污泥的处理和处置是不可或缺的环节，好氧消化是污泥稳定化和减量化的一种常用方法，好氧消化处理需要的处理设施体积小，投资较少且效率高，上清液中的BOD浓度较低(10mg/L以下)，处理后的产物无臭、肥效较高、类似腐殖质，运行安全、管理方便对于处理量较小(20000m3/d)的污水处理厂仍是一种有效实用的污泥稳定技术。
由于污泥含水率很高，不经过处理直接排放的话消耗成本很大，因此污泥脱水是污泥处理处置中一个非常重要的环节，脱水程度的好坏直接决定了活性污泥资源化利用的途径，而且滤饼含固率越高活性污泥体积越小，运输成本越低，后续处理也越简单。所以，对污泥进行脱水处理是污泥减量化的最有效措施。好氧消化污泥减量化效果不明显，含水率略有升高，消化后污泥的脱水性能变差。若对好氧消化污泥直接进行机械脱水，泥饼含水率仍高达80％左右，而中国固体废物的填埋标准为含水率小于60％。因此，仅仅进行污泥的机械脱水是远远不够的，采取有效的调理方法改善污泥的脱水效果，使得污泥更容易脱水，这具有非常实际的工程意义。
近年来，改善污泥脱水性能成为研究热点，对象主要集中在剩余污泥，其方法包括物理，化学和生物方法。物理方法主要通过外加能量或应力来改变活性污泥性质，如温度、超声、微波、点解等方式，其缺点在于成本耗费高，不适于产量巨大的污泥；生物方法有微生物絮凝调质和添加酶产品，其缺点在于反应速率低，适应能力不高；化学方法是加入化学调理剂改变活性污泥性质，如絮凝剂、酸碱、氧化剂等。加入聚合电解质能加快活性污泥脱水速率，但不改变最终脱水程度，而且造价高，存在一定的生物毒性；采用臭氧与酸碱耦合对剩余污泥减量化处理，该法虽然能增加脱水性能，但臭氧发生器设备庞大，存在一定危险性，且单位臭氧能耗高，工业化应用困难。总的来说，这些调理剂在调理污泥时都存在各自的缺点，如投加量大，效果不理想，价格比较高等缺陷。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种反应效率高、时间短，投入少，处理能力强的改善好氧消化污泥脱水性能的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种改善好氧消化污泥脱水性能的方法，将城市污水处理厂的浓缩污泥进行好氧消化处理，调节消化出泥至pH值为2，加入不同浓度的过氧化氢和铁粉，振荡混匀，改善脱水性能，具体采用以下步骤：
1)好氧污泥的培养：将污水处理厂的浓缩污泥进行好氧消化处理，污泥停留时间为15天，持续监测其溶解氧和pH值；
2)调节pH值：向好氧消化出泥中加入25％(V/V)的硫酸，调节pH值至2；
3)氧化处理：向调节pH值后的污泥加入铁粉和双氧水，并以100r/min的拌速率搅拌混匀，得到氧化混合物，在Fe2+和Fe3+催化下，过氧化氢产生强氧化性自由基等类芬顿氧化污泥；
4)铁回收处理：氧化处理后，投加的铁粉没有完全进入污泥体系，一部分以铁粉形式存在于污泥中，使用磁力搅拌设备回收铁粉，通过磁力回收剩余铁，计算出铁的回收率为41％；
5)脱水处理：污泥混合物进行压滤脱水，压滤分离后得到的污泥滤液循环至污水处理厂的源水进水端，滤饼经资源化处理方式后外排。
步骤1)中保持溶解氧浓度大于2mg/L，pH值大于6，优选可以控制pH值为7。
步骤2)中在加入硫酸的过程中进行搅拌处理，防止局部过酸。
步骤3)中每1L污泥加入350-700mg铁粉，700-1000mg双氧水，其中双氧水的质量浓度为27.5-35％。
步骤3)中污泥含水率为97wt％。
本发明是先调节污泥pH为2，使污泥处于酸性条件，有研究表明酸化预处理可使污泥中胞外聚合物发生水解，同时，破坏污泥絮体结构，改变污泥中水分分布，减少污泥束缚水含量，提高污泥的可脱水程度，从而改善脱水效果。在酸化处理后，再用铁粉和双氧水配置成Fenton试剂进行氧化处理，在酸性环境和亚铁离子的催化作用下，双氧水得到激发产生羟基自由基，羟基自由基具有极高的氧化性使剩余污泥中的胞外聚合物氧化破解，使污泥中键合态的水被释放达到增强污泥脱水性能的效果。本发明在不影响剩余污泥品质的基础上，污泥的毛细脱水时间下降70％以上，改善了污泥的脱水性能，同时在Fenton试剂氧化污泥的过程中产生的铁离子，还可以与磷酸根离子发生沉淀产物，有助于增强下游的除磷效果。
与现有技术相比，本发明本方法适用于改善好氧消化污泥脱水性能，具有广泛的应用前景，具有以下优点：
1、改善污泥的脱水性能，污泥经过处理后胞外聚合物发生解体，污泥絮体结构遭到破坏，污泥中水分分布发生改变，可脱水程度升高，毛细脱水时间显著下降，整个污泥体系的脱水性能得到改善。
2、处理效率高，运行管理简单，可操作性强。本方法涉及到的酸化调节和铁粉过氧化氢处理单元，只需在污泥好氧消化过后脱水单元之前增加处理单元即可，改单元只涉及投药和搅拌，运行简单，便于推广应用。
3、投加药剂可回收利用，有效减轻成本。铁由于具有磁性，且在处理过程中并不会完全溶解污泥中，仍然以单质铁的形式存在，这为铁的回收提供的可能。本说明中采用磁力搅拌设备对污泥中的未反应完全污泥进行回收，可再利用，从而减少成本投入，增加经济效益。
4、减轻了后续处理的压力。经过处理后的污泥，不但脱水性能提高，而且增加了污泥中铁元素，增强了后续除磷效果。
附图说明
图1为脱水效果随投加药剂剂量不同的变化曲线图；
图2为脱水效果随投加药剂剂量不同的变化曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
利用过氧化氢和铁粉对好氧消化污泥进行脱水的实验，按以下方法进行：
取某污水处理厂浓缩污泥，污泥泥质如下：含固率为98％，VS/TS＝71.34％，采用体积为5L的玻璃发酵罐,直径为16cm，高30cm，在器壁上设置2个不同高度的取样口，相隔10cm，以1L/min的曝气量持续曝气，采用磁力搅拌，搅拌子长度为5cm直径为1cm，转速为800rpm，保证反应器内搅拌良好，防止局部产生厌氧情况。生污泥进行好氧消化处理，污泥停留时间为15天，持续监测其溶解氧，pH，保持溶解氧浓度大于2mg/L，pH不小于6，如果溶解氧过低，则增大曝气量，pH过低则加入pH＝10的碳酸钠/碳酸氢钠缓冲液调节(实际工况可添加生石灰减少成本)。
1、取样好氧消化污泥，经过消解后，用电感耦合等离子体原子发射光谱测试其铁的含量。
2、取好氧消化污泥100ml(取样之前将污泥搅拌一小时)，加入250mL锥形瓶，用稀硫酸(25％)调节pH为2，加入不同浓度梯度的铁粉和过氧化氢(30％)。
(投加剂量见下表)
表1
3、在振荡器上以100rpm的速率振荡30分钟。
4、振荡结束后，测试其CST，进行三次重复测定，结果如图一所示。
5、采用响应曲面模型分析，计算其最佳投加量。响应曲面是一种实验技术，用于确定特定范围内因素的最佳响应即最优参数，使用中心复合设计来优化操作参数，铁和过氧化氢的投加量是自变量，选择污泥的CST作为响应值，两个操作变量被分为五个等级，即两个星点(-1.41)和(1.41)，低点(-1),中心点(0)和高点(1)。表1以列出了这两个因素的范围水平，ZVI表示铁粉，HP表示过氧化氢。经过计算，得出最佳投加量如下：ZVI投加量为1116.89mg/L，HP投加量为757.32mg/L。
表2中心复合设计中实验参数的上限和下限
6、再次取好氧消化污泥(Iron0)100ml，用稀硫酸(25％)调节pH为2，加入铁粉(ZVI0)和过氧化氢使其溶度分别为1116.89mg/L和757.32mg/L，将处理过后的污泥加入磁性转子(长度为3cm，直径0.8cm)以200rpm的转速搅拌5min，取出转子，更换干净转子，重复三次，测试剩余污泥中铁的含量(Ironr)。铁的回收率方式计算如下：
铁回收率(％)＝(Iron0+ZVI0-Ironr/ZVI0)*100％
说明：最佳投加剂量下计算得出铁的回收率为41％，根据表1中的CCD，在数据拟合后获得二阶多项式方程：
CST＝76.02144-3.34045E-003*ZVI-0.011695*HP-3.31349E-005*ZVI*HP
本模型的F小于0.0001，F值小于0.05说明这个模型是显著的，可靠的模型可以用来预测好氧消化污泥的最佳脱水剂量条件。最佳的脱水条件(ZVI投加量为1116.89mg/L，HP投加量为757.32mg/L)是通过Design Export 8.0.6确定的。
好氧消化污泥进行了加药氧化处理后，污泥的毛细吸水时间大大减少，经过分析，毛细脱水时间可由100s降低至25s左右，减少率可达70％以上，污泥脱水性能得到提升。
图1为脱水效果随铁投加量不同的CST变化曲线图，图2为脱水效果随H2O2投加量不同的CST变化曲线图。当H2O2浓度为500mg/L，随着Fe投加浓度增加，污泥的CST在逐步下降，均衡投加量和投加效果，700mg/L投加量较为适宜。设定Fe投加浓度为700mg/L，变换H2O2投加浓度，当H2O2浓度增大，CST逐渐减小，均衡投加量和投加效果，800mg/L投加量较为适宜。在实际投加过程中，每1L污泥加入350-700mg铁粉，700-1000mg/L H2O2可实现CST减少率达70％以上。
实施例2
一种改善好氧消化污泥脱水性能的方法，将城市污水处理厂的浓缩污泥进行好氧消化处理，调节消化出泥至pH值为2，加入不同浓度的过氧化氢和铁粉，振荡混匀，改善脱水性能，具体采用以下步骤：
1)好氧污泥的培养：将污水处理厂的浓缩污泥进行好氧消化处理，污泥停留时间为15天，持续监测其溶解氧，保持溶解氧浓度大于2mg/L，pH值控制在大于6；
2)调节pH值：向好氧消化出泥中加入25％(V/V)的硫酸并持续进行搅拌以避免局部过酸，调节pH值至2；
3)氧化处理：向调节pH值后的污泥加入铁粉和双氧水，每1L污泥加入350mg铁粉，700mg双氧水，加入的双氧水的质量浓度为27.5％，污泥含水率为97wt％，并以100r/min的拌速率搅拌混匀，得到氧化混合物；
4)铁回收处理：氧化处理后，投加的铁粉没有完全进入污泥体系，一部分以铁粉形式存在于污泥中，使用磁力搅拌设备回收铁粉；
5)脱水处理：污泥混合物进行压滤脱水，压滤分离后得到的污泥滤液循环至污水处理厂的源水进水端，滤饼经资源化处理方式后外排。
实施例3
一种改善好氧消化污泥脱水性能的方法，将城市污水处理厂的浓缩污泥进行好氧消化处理，调节消化出泥至pH值为2，加入不同浓度的过氧化氢和铁粉，振荡混匀，改善脱水性能，具体采用以下步骤：
1)好氧污泥的培养：将污水处理厂的浓缩污泥进行好氧消化处理，污泥停留时间为15天，持续监测其溶解氧，保持溶解氧浓度大于2mg/L，pH值控制在7左右；
2)调节pH值：向好氧消化出泥中加入25％(V/V)的硫酸并持续进行搅拌以避免局部过酸，调节pH值至2；
3)氧化处理：向调节pH值后的污泥加入铁粉和双氧水，每1L污泥加入700mg铁粉，1000mg双氧水，加入的双氧水的质量浓度为35％，污泥含水率为97wt％，并以100r/min的拌速率搅拌混匀，得到氧化混合物；
4)铁回收处理：氧化处理后，投加的铁粉没有完全进入污泥体系，一部分以铁粉形式存在于污泥中，使用磁力搅拌设备回收铁粉；
5)脱水处理：污泥混合物进行压滤脱水，压滤分离后得到的污泥滤液循环至污水处理厂的源水进水端，滤饼经资源化处理方式后外排。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种改善好氧消化污泥脱水性能的方法，其特征在于，将城市污水处理厂的浓缩污泥进行好氧消化处理，调节消化出泥至pH值为2，加入不同浓度的过氧化氢和铁粉，振荡混匀，改善脱水性能。
2.根据权利要求1所述的一种改善好氧消化污泥脱水性能的方法，其特征在于，该方法具体采用以下步骤：
1)好氧污泥的培养：将污水处理厂的浓缩污泥进行好氧消化处理，污泥停留时间为15天，持续监测其溶解氧和pH值；
2)调节pH值：向好氧消化出泥中加入25％(V/V)的硫酸，调节pH值至2；
3)氧化处理：向调节pH值后的污泥加入铁粉和双氧水，并以100r/min的拌速率搅拌混匀，得到氧化混合物；
4)铁回收处理：氧化处理后，投加的铁粉没有完全进入污泥体系，一部分以铁粉形式存在于污泥中，使用磁力搅拌设备回收铁粉；
5)脱水处理：污泥混合物进行压滤脱水，压滤分离后得到的污泥滤液循环至污水处理厂的源水进水端，滤饼经资源化处理方式后外排。
3.根据权利要求2所述的一种改善好氧消化污泥脱水性能的方法，其特征在于，步骤1)中保持溶解氧浓度大于2mg/L，pH值大于6。
4.根据权利要求2所述的一种改善好氧消化污泥脱水性能的方法，其特征在于，步骤2)中在加入硫酸的过程中进行搅拌处理。
5.根据权利要求2所述的一种改善好氧消化污泥脱水性能的方法，其特征在于，步骤3)中每1L污泥加入350-700mg铁粉，700-1000mg双氧水。
6.根据权利要求2或5所述的一种改善好氧消化污泥脱水性能的方法，其特征在于，所述双氧水的质量浓度为27.5％-35％。
7.根据权利要求2所述的一种改善好氧消化污泥脱水性能的方法，其特征在于，步骤3)中污泥含水率为97wt％。
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