CN109336361A - 一种污泥调理药剂及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污泥调理药剂及其应用，该调理药剂包括过硫酸钠、硫酸亚铁以及木屑粉，该污泥调理剂具有良好的改善污泥脱水能力以及稳定化污泥中游离重金属离子的能力，且污泥调理剂原材料成本较低，能够实现林业废物木屑的资源化利用，降低调理药剂的生产成本，可广泛应用于污泥预处理，具有良好的工业前景和重大的社会意义。

Description

一种污泥调理药剂及其应用

技术领域

本发明涉及一种污泥调理剂及其应用，特别涉及利用高级氧化剂活化过硫酸盐和林业废弃物木屑等原料组合的污泥调理药剂，再利用污泥调理药剂改善污泥脱水及实现重金属稳定化的方法，属于固体废物资源化利用领域。

背景技术

污泥是指污水在处理过程中产生的副产物，属于固体废物。污泥产生量巨大据计算，到2020年，我国干污泥的产生量在8.4×10⁶-12.6×10⁶吨之间。市政污水处理厂产生的污泥主要包含初级污泥即污水在沉淀池沉降分离得到的污泥；二级污泥(活性污泥)即在污水生物处理过程中产生的污泥；三级污泥(消化污泥)即经厌氧或好氧消化后得到的污泥。污泥如果没有经过合理的处理与处置，会给环境和人类生活造成严重的威胁。国内外最典型的污泥处理工艺流程如下：首先，污泥经过浓缩初步减容；再进行厌氧消化，降解污泥中的有机物，杀灭细菌、病毒等病原菌，同时回收产生的能源物质，此过程根据实际情况确定有无；通过一定的方法进行污泥调理，提高污泥的脱水性能。污泥脱水是决定污泥处理成本和污泥处理工艺中一个重要的环节，污泥脱水前必须通过物理、化学或物理化学作用，改变污泥的絮体结构，从而改善污泥的脱水性能，这一过程称之为污泥调理。污泥调理在污泥的处理与处置流程中，作为一个承上启下的环节，通过有效改善污泥的性质促进污泥的脱水作用，为污泥的后续处理处置及资源化利用奠定基础，因此，如何找寻有效的调理方法成为国内外研究的热点。

发明内容

针对现有技术中污泥脱水困难的问题，本发明的目的是在于提供一种利用木屑粉作为骨架构建体，并与活化过硫酸盐高级氧化复合改善污泥脱水效果，同时实现重金属稳定化处理的方法，该方法对污泥调理效果好，不仅可以有效的破解污泥絮体，提高脱水性能，而且可以降低活性重金属离子迁移，实现重金属离子的稳定化处理，该方法资源化利用木屑，实现林业的可持续发展，降低调理剂的生产成本，具有良好的工业前景和重大的社会意义。

本发明的另一个目的是在于提供一种污泥调理药剂的应用，将其添加在污泥中，在调理污泥脱水的同时稳定污泥中的重金属，可以实现污泥中重金属的稳定化处理，稳定化过程简单、低成本，可以借鉴现有的重金属稳定化过程，对设备没有特殊要求，有利用工业化生产。

为了实现上述目的，本发明提供了一种污泥调理药剂，其包括亚铁盐、过硫酸盐和木屑粉。

本发明的污泥调理药剂中亚铁盐和过硫酸盐主要生成活化过硫酸盐，而木屑粉主要作为骨架构建体，各组分之间协同作用明显。亚铁盐主要提供活性Fe²⁺，Fe²⁺本身就具有中和污泥中负电荷离子的絮凝作用，而过硫酸盐在Fe²⁺的活化作用下，产生大量的硫酸根自由基。而硫酸根自由基引发污泥絮体内有机物发生分解，絮体结构破坏，释放出其中裹挟的水分；进一步加入木屑粉后，木屑粉表面携带的正电荷继续中和污泥絮体的负电荷，致使污泥絮体脱稳，而且木屑粉通过静电交联作用与污泥形成具有一定刚性骨架结构，使泥饼在收到外力压缩时仍然能保持通透性，利用水分的溢出。同时，污泥调理药剂改变了重金属离子在污泥中的形态分布，降低了重金属在环境中的迁移性和危害性。因此，亚铁盐、过硫酸盐和木屑粉的组合使用，可以同时改善污泥脱水性及降低重金属迁移。

本发明利用Fe²⁺活化过硫酸根离子S₂O₈ ^2-分解为SO₄·^-，其化学方程式如下：

SO₄·^-标准氧化还原电位E⁰＝+2.5～+3.1V，超过氧化性极强的羟基自由基(·OH，E⁰＝+1.8～+2.7V)，其与羟基自由基降解有机物原理类似，但更稳定，可氧化降解大部分有机物，包含某些羟基不能氧化的难降解污染物。本发明利用其来破坏絮体结构，释放出其中裹挟的水分，而木屑在污泥中形成坚硬的可渗透的网状骨骼结构，增强污泥絮体的强度，改善污泥的可压缩性能，在压力下仍然保持水传递的通道，可达到提高污泥脱水性能的目的。

优选的方案，污泥脱水调理药剂由以下质量份组分组成：木屑粉13～60份，亚铁盐12～18份，过硫酸盐4～5份；其中亚铁盐以Fe²⁺质量计量；进一步优选的方案，污泥脱水调理药剂由以下质量份组分组成：木屑粉30～40份，亚铁盐14～16份，过硫酸盐4～5份；其中亚铁盐以Fe²⁺质量计量。

优选的方案，所述亚铁盐为本领域常规的亚铁盐，主要是可以电离出亚铁离子的盐类，如硫酸亚铁。

优选的方案，所述过硫酸盐为本领域常规的过硫酸盐，主要是可以电离亚硫酸根离子的盐类，为亚硫酸钠。

优选的方案，所述木屑粉粒度为小于0.25mm。木屑粉放入球磨机中以3000～4000rpm/min转速研磨5～15min，过0.25mm筛子。粒径不适宜会降低调理效果。

本发明还提供了一种污泥调理药剂的应用，将其应用于污泥脱水及污泥中重金属离子稳定化处理。

优选的方案，在搅拌作用下，在污泥中依次加入过硫酸盐、亚铁盐及木屑粉，混合均匀，污泥混合物静置处理。

较优选的方案，控制污泥混合物的pH为5～11，温度为25～90℃。

优选的方案，过硫酸盐、亚铁盐及木屑粉在污泥中的加入量为：木屑粉130～600mg/g，亚铁盐120～180mg/g，过硫酸盐40～50mg/g；其中亚铁盐以Fe²⁺质量计量，污泥以污泥干基质量计量。污泥调理药剂在污泥中的添加量以污泥干基(DS)为基础，各组分的最佳投加量为：过硫酸钠为151.5mg/g DS，Fe²⁺为46mg/g DS，木屑粉为333mg/g DS。优选的投加比例能够取得良好的调理效果，提高污泥的脱水效率，大大的降低了污泥的毛细脱水时间以及泥饼含水率，同时提高重金属稳定化效率。

相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：

1)本发明首次将活化过硫酸盐高级氧化药剂与木屑粉共同作为调理药剂的主要原料，不仅可以获得良好的污泥脱水效果，而且可以利用废弃林业废物木屑，降低调理药剂的生产成本，具有良好的工业前景和重大的社会意义。

2)本发明技术方案不但以木屑粉作为调理药剂的物理调理剂，而且调理剂对重金属有较好的吸附和稳定化作用，相对现有技术中的污泥调理方法能够在改善污泥脱水的同时稳定重金属。

3)本发明的技术方的调理药剂对重金属稳定化效果好，降低了重金属在环境中的迁移性和危害性，具有良好的工业前景和重大的社会意义。

4)本发明的调理药剂的使用可以借鉴现有的成型工艺，对设备没有特殊要求，操作简单、低成本，有利于工业化推广。

具体实施方式

下面通过实施例具体说明本发明的实施方式，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。

以下实施例中采用的污泥和木屑来源及成分分析：

污泥主要来自于武汉市落步嘴污水处理厂，根据《城市污水处理厂污泥检验方法》(CJ/T221-2005)对原污泥的基本理化性质进行测试，如表1所示，实验结果为三次平行实验的平均值，其中CST代表污泥毛细脱水时间，用来表示污泥脱水难易程度。

表1原污泥的基本特性

污泥和木屑粉经过低温干燥至恒重，采用X射线荧光光谱仪对污泥和木屑粉进行化学成分分析，分析结果如表2所示。

表2污泥和木屑的化学成分分析(wt％)

结果表明，原污泥中Si、Al、Fe含量较高，符合市政污泥的成分特性。木屑粉中除了碳以外，硅含量最多，还含有Al、K、Ca、Mg等元素。

污泥调理过程如下：首先，适量原污泥从冰箱内取出放入烧杯，待恢复至室温，加入去离子水调至含水率为95％，搅拌30min至污泥与水完全混合均匀，随后加入过硫酸钠，在150rpm下搅拌5min，然后加入Fe²⁺溶液(固液比1：10)，新鲜配置，在150rpm下搅拌5min，最后加入木屑粉，在150rpm下搅拌10min。药剂的加入量以污泥干基计。

实施例1

取木屑粉投加量范围为133-600mg/g DS，过硫酸钠投加量为151.5mg/g DS，Fe²⁺投加量为46mg/g DS，以CST降低率判断污泥脱水效果，分析结果如表3所示。

由表3可知，当木屑粉的投加量为133mg/g DS时，CST降低率为70％，随着木屑粉的投加量从133mg/g DS增加到333和400mg/g DS时，CST降低率从70％升高到90％。然而，随着木屑粉投加量的继续增加，CST降低率呈现降低的趋势，当木屑粉的投加量增加到600mg/gDS时，CST降低率为68％。因此可选择木屑投加量为333mg/g DS。

表3木屑粉投加量对CST降低率的影响

实施例2

根据实施例1的结果，选取木屑粉投加量为333mg/g DS，研究pH对复合调理剂改善污泥脱水效果的影响，过硫酸钠投加量为151.5mg/g DS，Fe²⁺投加量为46mg/g DS。以CST降低率判断污泥脱水效果，分析结果如表4所示。

由表4可知，在pH为5-11时制备的复合调理剂均能取得较高的CST降低率，改善效果突出，当pH为1，3，23时，CST降低率分别为19％，21％，23％，调理药剂改善污泥脱水效果不理想，因为原污泥pH为7左右，因此，对原污泥的酸碱性不经过预处理直接进行调理过程。

表4 pH对CST降低率的影响

实施例3

根据实施例2的结果，不改变原污泥的酸碱性，进行调理过程，选取常温25℃，40℃-90℃进行实验，比较调理药剂其对污泥脱水性能的影响。选取SPS投加量为151.5mg/gDS，Fe²⁺投加量为46mg/g DS，木屑粉投加量为333mg/g DS，以CST降低率判断污泥脱水效果，分析结果如表5所示。

表5 pH对CST降低率的影响

由表4可知，在25℃，40℃-90℃范围内，复合调理药剂对污泥脱水过程都有一个良好的效果，CST降低率都在90％左右。因此，可选取室温进行调理。

实施例4

选取上述最优的调理条件，研究不同调理条件对污泥脱水性能的影响，实验方案和调理过程如表6所示。

由表6可知，当只添加木屑粉时，CST降低率仅为12.6％，基本没有改善污泥脱水性能，经过活化过硫酸盐高级氧化调理后，CST降低率增加到77.2％，在此基础上，加入木屑粉复合调理后，CST降低率增加到92.8％，说明复合药剂改善污泥脱水效果显著。

表6不同调理条件对CST降低率的影响

实施例5

本发明采用RAC法对重金属的风险进行定量评价。该评价方法是以重金属弱酸可提取形态在总量中所占的比例来评价重金属的风险。RAC的值与风险等级的关系如表7所示。

表7 RAC风险评价法

对实施例4中的4个样品中重金属进行RAC值分析，结果如表8所示，由表8可知，复合调理药剂调理污泥后，脱水泥饼中Cu表现为低环境风险，Pb和Cr表现为无环境风险，Cd和Zn表现为中等环境风险。

表8各样品重金属RAC值

Claims (8)

1.一种污泥调理药剂，其特征在于：包括亚铁盐、过硫酸盐和木屑粉。

2.根据权利要求1所述的一种污泥脱水调理药剂，其特征在于：由以下质量份组分组成：木屑粉13～60份，亚铁盐12～18份，过硫酸盐4～5份；其中亚铁盐以Fe²⁺质量计量。

3.根据权利要求2所述的一种污泥调理药剂，其特征在于：由以下质量分组分组成：木屑粉30～40份，亚铁盐14～16份，过硫酸盐4～5份；其中亚铁盐以Fe²⁺质量计量。

4.根据权利要求1～3所述的一种污泥调理药剂，其特征在于：所述亚铁盐为硫酸亚铁；所述过硫酸盐为亚硫酸钠；所述木屑粉粒度小于0.25mm。

5.权利要求1～4任一项所述的一种污泥调理药剂的应用，其特征在于：应用于污泥脱水及污泥中重金属离子稳定化处理。

6.根据权利要求5所述的一种污泥调理药剂的应用，其特征在于：在搅拌作用下，在污泥中依次加入过硫酸盐、亚铁盐及木屑粉，混合均匀，污泥混合物静置处理。

7.根据权利要求6所述的一种污泥调理药剂的应用，其特征在于：控制污泥混合物的pH为5～11，温度为25～90℃。

8.根据权利要求6所述的一种污泥调理药剂的应用，其特征在于：过硫酸盐、亚铁盐及木屑粉在污泥中的加入量为：木屑粉130～600mg/g，亚铁盐120～180mg/g，过硫酸盐40～50mg/g；其中亚铁盐以Fe²⁺质量计量，污泥以污泥干基质量计量。