CN109437509A - 一种间歇式浓缩有机污泥的方法 - Google Patents
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Abstract
一种间歇式浓缩有机污泥的方法，包括以下步骤：将预浓缩后的有机污泥泵入耐腐蚀反应罐中，投加玻璃化温度高于室温的温度响应性聚丙烯酸酯共聚物的铵（胺）溶液，搅拌混合均匀；加入酸，充分搅拌混合后反应5‑30min，使污泥pH为4‑5；将污泥泵入预热罐，与浓缩出的水通过热交换进行预热；将预热后的污泥泵入加热浓缩罐，与无机物固体颗粒反应，同时加热；保温5‑30min，通过反应释放的微气泡黏附污泥颗粒，并由微气泡带动污泥上浮使污泥浓缩；由底部排放管排出浓缩出的水，过滤回收剩余无机物固体颗粒后排入污水处理系统；排出浓缩污泥，冷却后污泥过滤脱水。
Description
技术领域
本发明属于环境保护中的污水、污泥处理技术领域，特别涉及一种连续浓缩有机污泥的方法。
背景技术
污水处理过程中会产生大量的污泥，其体积大，含水率高，通常高达98-99%，因此污泥的脱水一直是世界性难题。当采用板框压滤机、带式脱水机或离心脱水机等进行机械脱水或真空脱水等固液分离方法进行脱水时脱水速率慢，脱水时间长。
污泥体积的减量化是污泥处理的重要任务之一，因此污泥脱水前通常需要先进行浓缩处理，以减少污泥体积，但是有机污泥中通常含有大量的有机物，其亲水性强，粘度大，结合水含量高，采用常规的污泥浓缩技术如沉淀浓缩、气浮浓缩难以达到良好的浓缩效果。存在浓缩倍数低，减量化效果差等问题，其浓缩后污泥体积仍然巨大，有的污泥甚至难以浓缩不能泥水分层，而且污泥比阻高，脱水困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种浓缩有机污泥的方法，提高污泥体积减量化程度，使污泥高倍浓缩。
本发明的另一目的在于提供一种降低浓缩污泥比阻的方法，提高污泥过滤脱水速度。
为实现上述之发明目的，本发明采用的技术方法为：
一种间歇式浓缩有机污泥的方法，其特征在于，向污泥中添加pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物，使其反应析出，以共聚物分子链对温度的响应通过温度变化改变其物理状态，实现污泥的浓缩，并且降低污泥比阻，包括以下步骤：
（1）将预浓缩后的有机污泥泵入耐腐蚀反应罐中，向反应罐污泥中投加玻璃化温度（Tg）高于室温的pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物的铵（胺）溶液，投加量为2-10g/L污泥，搅拌混合均匀；
（2）向反应罐中污泥加入酸，充分搅拌混合后反应5-30min，使聚丙烯酸酯共聚物的水溶性基团脱去铵（胺）基离子，通过离子交换形成—COOH，降低共聚物的溶解度，使共聚物分子充分析出并与污泥颗粒通过范德华力作用吸附结合，反应后污泥pH为4-5；
（3）反应完全后的污泥由污泥泵泵入预热罐，与浓缩出的水通过热交换进行预热；
（4）将预热后的污泥泵入加热浓缩罐，与罐中预先加入的与酸反应缓慢释放微气泡的无机物固体颗粒反应，调控浓缩水pH近中性,同时加热，使温度升高至聚丙烯酸酯共聚物的Tg以上5-30℃，改变其物理状态，使温度响应性聚丙烯酸酯共聚物分子链运动卷曲，带动污泥运动聚集；
（5）启动搅拌机，保温5-30min，利用热作用使与污泥颗粒吸附的共聚物分子链运动卷曲带动污泥颗粒一起充分团聚，收缩变形，通过共聚物中的甲基、乙基、酯基等疏水基团提高污泥颗粒的憎水性，并且通过持续反应释放的微气泡黏附污泥颗粒，并由微气泡带动污泥上浮充分，泥水分层形成污泥层，使污泥高度浓缩；
（6）污泥浓缩后由底部排放管排出浓缩罐底部浓缩出的水，过滤回收剩余无机物固体颗粒后进入预热罐通过热交换回收热能，然后排入污水处理系统；
（7）浓缩出的水排放完毕后排出糊状浓缩污泥，冷却至温度低于聚丙烯酸酯共聚物Tg以下，使共聚物改变物理状态恢复成玻璃态，硬化后形成立体骨架支撑污泥颗粒间孔隙，降低污泥比阻，然后污泥过滤脱水。
有益效果：
a. 以水相中酸析形成的玻璃化温度高于室温的pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物通过对温度的响应在玻璃化温度上下发生物理状态的转变实现软化黏结污泥—保温制孔—硬化支撑孔道作用，使难以浓缩的污泥进一步浓缩，减量化效果明显，污泥体积可缩减至30%以下，浓缩倍数比常规沉淀浓缩法提高4倍以上，比常规气浮浓缩法提高2倍以上。
b.受热后聚丙烯酸酯共聚物分子链柔性链段的蜷缩作用，可带动污泥颗粒高度团聚并变形收缩，使污泥浓缩并形成污泥颗粒间孔隙，构成过滤脱水时的脱水孔道。
c. 析出的共聚物中的羧基可与污泥颗粒的亲水基作用，降低污泥颗粒与水之间的作用力，同时共聚物中柔性链段上的甲基、乙基、酯基等疏水基团进一步提高污泥颗粒的憎水性，并通过气液固三相界面改变污泥的表面性能，降低浓缩污泥中结合水的含量，利于污泥浓缩。
d. pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物转化成玻璃态后硬化支撑污泥颗粒间孔隙，可减少过滤脱水时污泥孔隙变形、坍塌，浓缩后污泥比阻可降低为原来的10%以下，由难过滤污泥转变成为易过滤污泥，滤速加快，缩短过滤时间。
e. 无机物固体颗粒反应释放的微气泡在污泥颗粒表面形成气、液、固三相接触界面，减少固液接触，并随温度上升，加速微气泡释放，使浓缩出水易借助重力下沉形成水层，提高浓缩效果。
附图说明
图1为间歇式浓缩污泥的工艺流程图。
图2为污泥浓缩罐剖面结构图。
图3为污泥浓缩罐俯视图。
附图中各部件标注如下：
1浓缩罐 2进泥管 3加热管 4搅拌框 5无机颗粒层 6 进泥管阀门 7排放管阀门 8加热管固定支架 9搅拌机 10搅拌轴 11数显温度测试仪 12搅拌机固定支架
一种用于实现权利要求1的间歇式污泥浓缩罐，其特征在于，所述的浓缩罐1为上部敞口圆筒体，由耐腐蚀板围成，上部设有进泥管2，底部设有加热管3，底部一侧罐壁上设有排放管，罐中心顶端设有搅拌机9，罐壁上部设有数显温度测试仪11；所述进泥管在浓缩罐罐壁外设有阀门6，管口末端封闭，管两侧均匀开设直径20mm的出泥孔，孔间距20cm；所述加热管位于浓缩罐最底部，高度20cm，由支架8固定在罐壁上；所述排放管位于加热管一侧，排放管管中心距浓缩罐底部30cm，排放管穿过浓缩罐罐壁连接排放管口，排放管口设置阀门7；所述搅拌机由支架12固定在浓缩罐顶端中央，搅拌机无级调速，最下端设有搅拌框4，搅拌框由搅拌轴10与搅拌机9连接，搅拌框宽度25cm，高度20cm，最下端距罐底40cm，搅拌框底部及周边由穿孔板构成，内设100目不锈钢网，不锈钢网内装填无机物颗粒层5，颗粒粒径5-50mm。
具体实施方式
下面结合附图通过具体实施例进一步说明本发明。
实施例1
（1）将预沉淀浓缩24h后的有机污泥泵入耐腐蚀反应罐中，向反应罐污泥中投加玻璃化温度（Tg）高于室温30℃的pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物的铵（胺）溶液，投加量为4g/L污泥，搅拌混合均匀；
（2）向反应罐中污泥加入50%的甲酸，充分搅拌混合后反应30min，使聚丙烯酸酯共聚物的水溶性基团脱去铵（胺）基离子，通过离子交换形成—COOH，降低共聚物的溶解度，使共聚物分子充分析出并与污泥颗粒通过范德华力作用吸附结合，反应后污泥pH为4.52；
（3）反应完全后的污泥由污泥泵泵入预热罐，与浓缩出的水通过热交换进行预热；
（4）将预热后的污泥经进泥管2泵入加热浓缩罐1，与罐中预先加入的与酸反应缓慢释放微气泡的2-5mm碳酸钙固体颗粒5反应，调控浓缩水pH逐步接近中性,同时加热，使温度升高至温度响应性聚丙烯酸酯共聚物的Tg以上10℃，使温度响应性聚丙烯酸酯共聚物分子链运动卷曲，带动污泥运动聚集；
（5）启动搅拌，保温30min，利用热作用使与污泥颗粒吸附的共聚物分子链运动卷曲带动污泥颗粒一起充分团聚，收缩变形，通过共聚物中的甲基、乙基、酯基等疏水基团提高污泥颗粒的憎水性，并且通过持续反应释放的微气泡黏附污泥颗粒，并由微气泡带动污泥上浮充分，泥水分层形成污泥层，使污泥高度浓缩；
（6）污泥浓缩后打开由底部排放管阀门7排出浓缩罐底部浓缩出的水，过滤回收剩余无机物固体颗粒后进入预热罐通过热交换回收热能，然后排入污水处理系统；
（7）浓缩出的水排放完毕后排出浓缩污泥，冷却至温度低于聚丙烯酸酯类共聚物Tg以下，使共聚物转变成玻璃态，硬化后形成立体骨架支撑污泥颗粒间孔隙，降低污泥比阻，然后污泥过滤脱水。
实施例2
（1）将预沉淀浓缩24h后的有机污泥泵入耐腐蚀反应罐中，向反应罐污泥中投加玻璃化温度（Tg）高于室温30℃的pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物的铵（胺）溶液，投加量为6g/L污泥，搅拌混合均匀；
（2）向反应罐中污泥加入93%的硫酸，充分搅拌混合后反应10min，使聚丙烯酸酯共聚物的水溶性基团脱去铵（胺）基离子，通过离子交换形成—COOH，降低共聚物的溶解度，使共聚物分子充分析出并与污泥颗粒通过范德华力作用吸附结合，反应后污泥pH为4.45；
（3）反应完全后的污泥由污泥泵泵入预热罐，与浓缩出的水通过热交换进行预热；
（4）将预热后的污泥经进泥管2泵入加热浓缩罐1，与罐中预先加入的与酸反应缓慢释放微气泡的2-5mm碳酸钙固体颗粒反应，调控浓缩水pH逐步接近中性,同时加热，使温度升高至温度响应性聚丙烯酸酯共聚物的Tg以上5℃，使温度响应性聚丙烯酸酯共聚物分子链运动卷曲，带动污泥运动聚集；
（5）启动搅拌机，保温10min，利用热作用使与污泥颗粒吸附的共聚物分子链运动卷曲带动污泥颗粒一起充分团聚，收缩变形，通过共聚物中的甲基、乙基、酯基等疏水基团提高污泥颗粒的憎水性，并且通过持续反应释放的微气泡黏附污泥颗粒，并由微气泡带动污泥上浮充分，泥水分层形成污泥层，使污泥高度浓缩；
（6）污泥浓缩后打开由底部排放管阀门7排出浓缩罐底部浓缩出的水，过滤回收剩余无机物固体颗粒后进入预热罐通过热交换回收热能，然后排入污水处理系统；
（7）浓缩出的水排放完毕后排出浓缩污泥，冷却至温度低于聚丙烯酸酯类共聚物Tg以下，使共聚物转变成玻璃态，硬化后形成立体骨架支撑污泥颗粒间孔隙，降低污泥比阻，然后污泥过滤脱水。
实施例3
（1）将预沉淀浓缩24h后的有机污泥泵入耐腐蚀反应罐中，向反应罐污泥中投加玻璃化温度（Tg）高于室温30℃的pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物的铵（胺）溶液，投加量为8g/L污泥，搅拌混合均匀；
（2）向反应罐中污泥加入93%的硫酸，充分搅拌混合后反应10min，使聚丙烯酸酯共聚物的水溶性基团脱去铵（胺）基离子，通过离子交换形成—COOH，降低共聚物的溶解度，使共聚物分子充分析出并与污泥颗粒通过范德华力作用吸附结合，反应后污泥pH为4.30；
（3）反应完全后的污泥由污泥泵泵入预热罐，与浓缩出的水通过热交换进行预热；
（4）将预热后的污泥经进泥管2泵入加热浓缩罐1，与罐中预先加入的与酸反应缓慢释放微气泡的5-10mm铁屑颗粒反应，调控浓缩水pH逐步接近中性,同时加热，使温度升高至温度响应性聚丙烯酸酯共聚物的Tg以上5℃，使温度响应性聚丙烯酸酯共聚物分子链运动卷曲，带动污泥运动聚集；
（5）启动搅拌机，保温15min，利用热作用使与污泥颗粒吸附的共聚物分子链运动卷曲带动污泥颗粒一起充分团聚，收缩变形，通过共聚物中的甲基、乙基、酯基等疏水基团提高污泥颗粒的憎水性，并且通过持续反应释放的微气泡黏附污泥颗粒，并由微气泡带动污泥上浮充分，泥水分层形成污泥层，使污泥高度浓缩；
（6）污泥浓缩后打开由底部排放管阀门7排出浓缩罐底部浓缩出的水，过滤回收剩余无机物固体颗粒后进入预热罐通过热交换回收热能，然后排入污水处理系统；
（7）浓缩出的水排放完毕后排出浓缩污泥，冷却至温度低于聚丙烯酸酯类共聚物Tg以下，使共聚物转变成玻璃态，硬化后形成立体骨架支撑污泥颗粒间孔隙，降低污泥比阻，然后污泥过滤脱水。
预浓缩24h后有机污泥经本方法进一步浓缩，体积减量化效果明显，浓缩后的污泥经真空抽滤脱水测试结果表明，与原污泥相比，脱水速率明显加快，达到相同的污泥含水率，脱水时间可缩短为原来的20%以内，污泥比阻下降90%以上。具体污泥减量化及污泥比阻测试结果如下表所示：
污泥浓缩减量化效果及比阻测试结果
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种间歇式浓缩有机污泥的方法，其特征在于，向污泥中添加pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物，响应pH变化使其反应析出，再以共聚物分子链对温度的响应通过温度变化改变其物理状态，实现污泥的浓缩，并且降低污泥比阻，包括以下步骤：
（1）将预浓缩后的有机污泥泵入耐腐蚀反应罐中，向反应罐污泥中投加玻璃化温度（Tg）高于室温的pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物的铵（胺）溶液，搅拌混合均匀；
（2）向反应罐中污泥加入酸，充分搅拌混合后反应5-30min，使聚丙烯酸酯共聚物的水溶性基团脱去铵（胺）基离子，通过离子交换形成—COOH，降低共聚物的溶解度，使共聚物分子充分析出并与污泥颗粒通过范德华力作用吸附结合，反应后污泥pH为4-5；
（3）反应完全后的污泥由污泥泵泵入预热罐，与浓缩出的水通过热交换进行预热；
（4）将预热后的污泥泵入加热浓缩罐，与罐中搅拌框内的与酸反应缓慢释放微气泡的无机物颗粒反应，调控浓缩水pH近中性,同时加热，使温度升共聚物的Tg以上5-30℃，改变其物理状态，使温度响应性水性高分子共聚物分子链运动卷曲，带动污泥运动聚集黏结；
（5）启动搅拌机，保温5-30min，利用热作用使与污泥颗粒吸附的共聚物分子链运动卷曲带动污泥颗粒一起充分团聚，收缩变形，通过共聚物中的甲基、乙基、酯基等疏水基团提高污泥颗粒的憎水性，并且通过持续反应释放的微气泡黏附污泥颗粒，并由微气泡带动污泥上浮充分，泥水分层形成污泥层，使污泥高度浓缩；
（6）由底部排放管排出浓缩罐底部浓缩出的水，过滤回收剩余无机物固体颗粒后进入预热罐通过热交换回收热能，然后排入污水处理系统；
（7）浓缩出的水排放完毕后排出糊状浓缩污泥，冷却至温度低于聚丙烯酸酯类共聚物Tg以下，使共聚物改变物理状态恢复成玻璃态，硬化后形成立体骨架支撑污泥颗粒间孔隙，降低污泥比阻，然后污泥过滤脱水。
2.一种用于实现权利要求1的间歇式污泥浓缩罐，其特征在于，所述的浓缩罐为上部敞口圆筒体，由耐腐蚀板围成，上部设有进泥管，底部设有加热管，底部一侧罐壁上设有排放管，罐中心设有搅拌机，罐壁上部设有数显温度测试仪；所述进泥管在浓缩罐罐壁外设有阀门，管口末端封闭，管两侧均匀开设直径20mm的出泥孔，孔间距20cm；所述加热管位于浓缩罐最底部，高度20cm，由支架固定在罐壁上；所述排放管位于加热管一侧，排放管管中心距浓缩罐底部30cm，排放管穿过浓缩罐罐壁连接排放管口，排放管口设置阀门；所述搅拌机由支架固定在浓缩罐顶端中央，搅拌机无级调速，最下端设有搅拌框，搅拌框由搅拌轴与搅拌机连接，搅拌框宽度25cm，高度20cm，最下端距罐底40cm，搅拌框底部及周边由穿孔板构成，内设100目不锈钢网，不锈钢网内装填无机物颗粒，颗粒粒径5-50mm。
3.根据权利要求1所述的一种间歇式浓缩有机污泥的方法，其特征在于，所述步骤（1）中的pH与温度响应性聚丙烯酸酯高分子共聚物由丙烯酸酯类软、硬单体或非丙烯酸类硬单体共聚形成, 通过单体摩尔比控制共聚物的Tg高于室温。
4.根据权利要求1所述的一种间歇式浓缩有机污泥的方法，其特征在于，所述步骤（2）中的酸为无机酸或有机酸，其电离度应大于温度响应性水性高分子共聚物中羧酸基的电离度，优选无机酸。
5.根据权利要求1所述的一种间歇式浓缩有机污泥的方法，其特征在于，所述步骤（4）中的加热浓缩罐加热采用电加热、蒸汽加热、导热油加热中的任一间接加热方式或其联合加热方式。
6.根据权利要求1所述的一种间歇式浓缩有机污泥的方法，其特征在于，所述步骤（4）中的无机物固体颗粒为金属单质或化合物固体颗粒，优选石灰石或废铁屑。
7.根据权利要求2所述的一种用于实现权利要求1的间歇式污泥浓缩罐，其特征在于，所述的搅拌机搅拌转速5-10r/min。
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