CN109422436B

CN109422436B - 一种热酸处理强化污泥脱水的方法

Info

Publication number: CN109422436B
Application number: CN201710708425.1A
Authority: CN
Inventors: 施军营; 周亚倩; 何清玉; 乔如林; 张莹雪; 余能; 田倩
Original assignee: Bioland Environmental Technologies Group Corp ltd
Current assignee: Bioland Environmental Technologies Group Corp ltd
Priority date: 2017-08-17
Filing date: 2017-08-17
Publication date: 2022-07-29
Anticipated expiration: 2037-08-17
Also published as: CN109422436A

Abstract

本发明提供一种热酸处理强化污泥脱水的方法，包括：调节剩余污泥的pH值；采用饱和热蒸汽对剩余污泥进行加热预处理，在热酸条件下，剩余污泥胶体中EPS和细胞溶解，包裹的结合水、表面水和间隙水释放出来，得到预处理后的剩余污泥；对预处理后的剩余污泥进行机械脱水。优点为：利用热酸性条件对污泥中胶体及细胞的破壁作用，迫使剩余污泥胶体中EPS和细胞溶解，包裹的结合水、表面水和间隙水释放出来，同时高温高压可以杀灭污泥中的有害物质，达到污泥的无害化处理，处理后的污泥进入后期的机械脱水步骤，能够显著降低污泥含水率，提高处理后的污泥脱水率，污泥脱水率可达到94％‑98％，满足后续污泥填埋、堆肥以及焚烧等处置的需求。

Description

一种热酸处理强化污泥脱水的方法

技术领域

本发明属于污泥处理技术领域，具体涉及一种热酸处理强化污泥脱水的方法。

背景技术

活性污泥法是污水处理厂中最常用的工艺，剩余污泥是污水处理过程中微生物生长和代谢的主要副产物，随着污水处理量的增加，剩余污泥产量也逐步增长。剩余污泥的含水率高、脱水性差等特性为后续处理处置增加了成本和难度。目前，剩余污泥经过机械脱水，污泥泥饼的含水率通常达不到后续处理处置的要求，成为制约污泥减量化、无害化和资源化处理处置的主要因素。

具体的，为便于污泥运输及后续处理处置，污泥机械脱水是降低污泥含水率的主要手段，但由于剩余污泥中水分的分布特性及胶体颗粒的黏结性，使得污泥在机械脱水后含水率只能降到80％左右，无法满足后续污泥填埋、堆肥以及焚烧等处置的需求。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种热酸处理强化污泥脱水的方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种热酸处理强化污泥脱水的方法，包括以下步骤：

步骤1，在剩余污泥中加入酸溶液，调节剩余污泥的pH值至1.0-3.0；

步骤2，将调节pH值后的剩余污泥放入高温高压加热装置中，采用饱和热蒸汽对剩余污泥进行加热预处理，在热酸条件下，剩余污泥胶体中EPS和细胞溶解，包裹的结合水、表面水和间隙水释放出来，得到预处理后的剩余污泥；

本步骤具体采用三阶段加热方法，包括：

步骤2.1，剩余污泥软化阶段：

高温高压加热装置包括罐体；罐体的内部安装挡水板，挡水板的上面放置污泥容器；挡水板的下方放置电加热器，并且，电加热器置于水中；在没有放置被处理的剩余污泥时，首先启动电加热器，使罐体内温度升到120℃，压力0.1mpa，并维持20分钟；因此，电加热器加热水而产生饱和热蒸汽，通过饱和热蒸汽的加热作用，使污泥容器和挡水板的温度均达到120℃；

然后，迅速打开罐体，取出污泥容器，并迅速向污泥容器中放入需要被处理的剩余污泥，再迅速将已放入剩余污泥的污泥容器置入到罐体内部；维持罐体内120℃温度、0.1mpa压力2小时；

步骤2.2，激发阶段：

以0.2℃/min的升温速率、0.01mpa/min的升压速率，使罐体内温度升高到200℃、压力升高到0.3mpa，并维持罐体内200℃温度、0.3mpa压力10小时；

步骤2.3，稳固脱离阶段：

维持罐体内200℃温度不变，以0.01mpa/min的降压速率，使罐体内压力降低到0.01mpa，并维持罐体内200℃温度、0.01mpa压力2小时；

然后，以3℃/min的升温速率，使罐体内温度降低到25℃，打开罐体的盖体，取出预处理后的剩余污泥；

步骤3，对预处理后的剩余污泥进行机械脱水。

优选的，步骤1中，采用的酸溶液为5mol/L H₂SO₄溶液。

优选的，步骤3中，采用的机械脱水方法为：板框压滤脱水方法、真空抽滤脱水方法或高速离心脱水方法。

以下是本发明的详细介绍：

由于剩余污泥中水分的分布特性及胶体颗粒的黏结性，使得污泥在机械脱水后含水率只能降到80％左右，所以本发明在对污泥进行机械脱水前，首先对剩余污泥进行调理，从而有利于污泥的深度脱水，以满足后续污泥填埋、堆肥以及焚烧等处置需求。

本发明采用热酸对剩余污泥进行调理，调理过程的具体温度和压力工艺参数的控制，直接影响后续对污泥进行机械脱水的效果。经发明人多次努力反复研究，对温度压力工艺参数进行了重大改进，最终确定以下三阶段的控制工艺：

第一阶段：剩余污泥软化阶段：

然后，迅速打开罐体，取出污泥容器，并迅速向污泥容器中放入需要被处理的剩余污泥，再迅速将已放入剩余污泥的污泥容器置入到罐体内部；维持罐体内120℃温度、0.1mpa压力2小时。

本阶段，首先使高温高压加热装置预热，使罐体内部挡水板和污泥容器的温度均达到120℃高温，然后再将需要被处理的剩余污泥迅速放入到罐体内部。此种做法的原因为：加大剩余污泥和污泥容器的温差。在实际操作中，剩余污泥与污泥容器以及挡水板会发生热交换，剩余污泥和污泥容器的温差越大，则剩余污泥的升温速度越快，剩余污泥的表面和内部能够快速均匀的实现软化，以利于第二阶段的激发阶段。

维持罐体内120℃温度、0.1mpa压力2小时的目的为：消除剩余污泥的表面和内部的温度梯度，使剩余污泥的表面和内部实现温度的自动平衡。

第二阶段：激发阶段：

本阶段，实际是控制升温速率和升压速率，实现缓慢的升温和升压。具体的，剩余污泥在前一阶段均匀软化后，在本阶段的升温升压过程，目的为通过加温加压，迫使剩余污泥胶体中EPS和细胞溶解，包裹的结合水、表面水和间隙水释放出来。而如果本阶段的升温和升压速率过快，则表层的污泥将率先被加热到高温，并使包裹的结合水、表面水和间隙水释放出来，从而封闭表层的微孔通道，阻止内部污泥进一步释放包裹的结合水、表面水和间隙水，从而不利于全面的释放包裹的结合水、表面水和间隙水。因此，本阶段对升温升压速率的控制非常重要。经发明人大量试验尝试，才得到本阶段采用的具体工艺参数。

第三阶段：稳固脱离阶段：

本阶段主要是为了稳固第二阶段的成果，使第二阶段释放的结合水、表面水和间隙水彻底脱离污泥，而不会又被污泥吸收回来。本阶段，实际是控制降压速率，实现缓慢的降压。如果降压过快，则释放出来的结合水、表面水和间隙水非常容易又被污泥吸附回来。

然后，以3℃/min的升温速率，使罐体内温度降低到25℃，打开罐体的盖体，取出预处理后的剩余污泥。

本发明采用的剩余污泥，为污水处理厂初沉池、二沉池、浓缩池、生化池等产生的剩余污泥。

本发明提供的一种热酸处理强化污泥脱水的方法具有以下优点：

本发明利用热酸性条件对污泥中胶体及细胞的破壁作用，迫使剩余污泥胶体中EPS和细胞溶解，包裹的结合水、表面水和间隙水释放出来，同时高温高压可以杀灭污泥中的有害物质，达到污泥的无害化处理，处理后的污泥进入后期的机械脱水步骤，能够显著降低污泥含水率，提高处理后的污泥脱水率，污泥脱水率可达到94％-98％，满足后续污泥填埋、堆肥以及焚烧等处置的需求。

本发明还具有污泥脱水工艺简单、成本低的优点，可广泛推广使用。

附图说明

图1为本发明提供的一种热酸处理强化污泥脱水的方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

步骤1，在剩余污泥中加入5mol/L H₂SO₄溶液，调节剩余污泥的pH值至1.0；

本步骤具体采用三阶段加热方法，包括：

步骤2.1，剩余污泥软化阶段：

步骤2.2，激发阶段：

步骤2.3，稳固脱离阶段：

步骤3，对预处理后的剩余污泥进行机械脱水，机械脱水方法为板框压滤脱水方法。

实施例2

步骤1，在剩余污泥中加入5mol/L H₂SO₄溶液，调节剩余污泥的pH值至2.0；

本步骤具体采用三阶段加热方法，包括：

步骤2.1，剩余污泥软化阶段：

步骤2.2，激发阶段：

步骤2.3，稳固脱离阶段：

步骤3，对预处理后的剩余污泥进行真空抽滤机械脱水。

实施例3

步骤1，在剩余污泥中加入5mol/L H₂SO₄溶液，调节剩余污泥的pH值至3.0；

本步骤具体采用三阶段加热方法，包括：

步骤2.1，剩余污泥软化阶段：

步骤2.2，激发阶段：

步骤2.3，稳固脱离阶段：

步骤3，对预处理后的剩余污泥进行高速离心机械脱水。

试验例1

剩余污泥取自污水处理厂二沉池经重力浓缩后的污泥，含水率为95％；pH为7.35。

设置3个试验组和1个对照组；其中，3个试验组为：分别采用实施例1-3的方法，对剩余污泥进行处理，得到污泥样品1、污泥样品2和污泥样品3。

1个对照组为：将剩余污泥直接采用高速离心机械脱水方式进行机械脱水，机械脱水的工艺过程和试验组3在步骤3所采用的机械脱水工艺完全一致，得到污泥样品4。

分别测定3个试验组和1个对照组的污泥脱水率，结果见下表：

由上表可以看出，对于剩余污泥，采用本发明的热酸处理工艺后，可显著提高污泥脱水率，有效降低污泥体积，从而大大减少后续的污泥处理量，减少处理成本，达到污泥无害化处理目标。

试验例2

本试验例用于考察本发明提供的剩余污泥调理工艺中，步骤2工艺过程对污泥脱水率的影响。

以实施例1的过程为试验组。

1)设置对照组试验1，与试验组相比，省略步骤2的过程，即：

步骤2，对预处理后的剩余污泥进行机械脱水。

2)设置对照组试验2，与试验组相比，仅改变步骤2中的剩余污泥软化阶段，省略步骤2.1中的预加热阶段，即：将剩余污泥软化阶段修改为：高温高压加热装置未启动，然后，首先将前一步得到的剩余污泥放入到罐体内的污泥容器中；然后，启动高温高压加热装置，使罐体内温度升到120℃，压力0.1mpa，并维持2分钟。

3)设置对照组试验3，与试验组相比，仅改变步骤2中的激发阶段工艺，将激发阶段修改为：以2℃/min的升温速率、0.1mpa/min的升压速率，使罐体内温度升高到200℃、压力升高到0.3mpa，并维持罐体内200℃温度、0.3mpa压力10小时。

4)设置对照组试验4，与试验组相比，仅改变步骤2中的稳固脱离阶段工艺，将稳固脱离阶段修改为：维持罐体内200℃温度不变，以0.1mpa/min的降压速率，使罐体内压力降低到0.01mpa，并维持罐体内200℃温度、0.01mpa压力2小时。

分别通过试验组、对照组试验1、对照组试验2、对照组试验3和对照组试验4后，测定污泥脱水率，结果见下表：

	污泥脱水率
		试验组	98％
对照组试验1	62％
		对照组试验2	80％
对照组试验3	70％
		对照组试验4	75％

由上表可以看出，对于剩余污泥，采用本发明的三阶段热酸处理工艺后，污泥脱水率最高。而完全不采用热酸处理工艺，即常温搅拌，即对照组试验1，其污泥脱水率最低。另外，通过对照组试验2-4可以看出，如果不进行步骤2.1中的预加热阶段，或者，改变激发阶段工艺中的升压速度和升温速率，或者，改变稳固脱离阶段工艺，均会不同程度的降低污泥脱水率。由此可见，本发明采用的三阶段热酸处理工艺，通过对工艺参数的精细控制，可实现最优的污泥脱水效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims

1.一种热酸处理强化污泥脱水的方法，其特征在于，包括以下步骤：

本步骤具体采用三阶段加热方法，包括：

步骤2.1，剩余污泥软化阶段：

本阶段，首先使高温高压加热装置预热，使罐体内部挡水板和污泥容器的温度均达到120℃高温，然后再将需要被处理的剩余污泥迅速放入到罐体内部，此种做法的原因为：加大剩余污泥和污泥容器的温差；在实际操作中，剩余污泥与污泥容器以及挡水板会发生热交换，剩余污泥和污泥容器的温差越大，则剩余污泥的升温速度越快，剩余污泥的表面和内部能够快速均匀的实现软化，以利于第二阶段的激发阶段；

维持罐体内120℃温度、0.1mpa压力2小时的目的为：消除剩余污泥的表面和内部的温度梯度，使剩余污泥的表面和内部实现温度的自动平衡；

步骤2.2，激发阶段：

本阶段，实际是控制升温速率和升压速率，实现缓慢的升温和升压；具体的，剩余污泥在前一阶段均匀软化后，在本阶段的升温升压过程，目的为通过加温加压，迫使剩余污泥胶体中EPS和细胞溶解，包裹的结合水、表面水和间隙水释放出来；而如果本阶段的升温和升压速率过快，则表层的污泥将率先被加热到高温，并使包裹的结合水、表面水和间隙水释放出来，从而封闭表层的微孔通道，阻止内部污泥进一步释放包裹的结合水、表面水和间隙水，从而不利于全面的释放包裹的结合水、表面水和间隙水；

步骤2.3，稳固脱离阶段：

本阶段主要是为了稳固第二阶段的成果，使第二阶段释放的结合水、表面水和间隙水彻底脱离污泥，而不会又被污泥吸收回来；本阶段，实际是控制降压速率，实现缓慢的降压；如果降压过快，则释放出来的结合水、表面水和间隙水非常容易又被污泥吸附回来；

步骤3，对预处理后的剩余污泥进行机械脱水；

其中，步骤1中，采用的酸溶液为5mol/L H₂SO₄溶液。

2.根据权利要求1所述的一种热酸处理强化污泥脱水的方法，其特征在于，步骤3中，采用的机械脱水方法为：板框压滤脱水方法、真空抽滤脱水方法或高速离心脱水方法。