CN109574459B - 利用分段微气泡臭氧和表面活性剂联合调理改善污泥脱水性能的方法 - Google Patents

利用分段微气泡臭氧和表面活性剂联合调理改善污泥脱水性能的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种利用分段微气泡臭氧和表面活性剂联合调理改善污泥脱水性能的方法，包括：S1、取原始污泥重力沉降后过筛；S2、将臭氧以微气泡形式通入步骤S1处理后的污泥内，并进行反应；S3、将表面活性剂与步骤S2处理后的污泥均匀混合，并进行搅拌反应；S4、向步骤S3处理后的污泥中通入微气泡形式的臭氧反应后，进行脱水，得泥饼。本发明通过微气泡臭氧的氧化、表面活性剂的增容与电荷中和作用实现污泥的适度破解、有机物溶解至液相、絮体重构与粒度增长，而后再利用臭氧氧化降解亲水性小分子有机物，实现结合水向自由水转化，最终改善污泥脱水性能。该方法具有协同效应明显、操作方便、调理剂费用低、适应性广、脱水效果显著等优点。

Description

利用分段微气泡臭氧和表面活性剂联合调理改善污泥脱水性 能的方法
技术领域
本发明属于城市污水厂剩余污泥处理处置技术领域，涉及一种改善污水处理厂剩余污泥脱水性能的方法，具体为一种利用分段微气泡臭氧和表面活性剂联合调理改善污泥脱水性能的方法。
背景技术
污泥是污水生物处理过程中的副产物，其含有营养物质、病原体、持久性有机污染物、重金属等，如处理不当易对环境造成二次污染。随着我国城市生活污水的产生量也日益增大，污泥产量也急剧增加，给环境带来了巨大的压力。
污泥作为一种亲水性物质，其含水率通常在99％以上，为了减少污泥运输及后续处理处置等过程中的成本，提高污泥处置效率，有必要对污泥进行脱水处理，以期大幅减小体积。而污泥由于富含蛋白质和多糖类亲水性物质，比较难以脱水，必须对其进行预处理，以改善污泥的脱水性能。污泥预处理也就是污泥调理，主要是通过破解污泥絮体结构和细胞膜裂解的方式，促使细胞内部水的释放，提高污泥脱水性能。目前，污泥的调理方法主要包括：物理调理、化学调理和生物调理等方法，并且主要集中在单一调理方式的研究上。研究表明，单一的污泥调理方式对改善污泥脱水性能效果有限，因此联合调理方法成为污泥脱水调理的研究热点。公开号为CN 201710045895.4和201611215715.4的中国发明专利，公开了粉煤灰和生石灰及采用铁盐、镁盐和脱硫灰等无机调理剂改善污泥脱水性能。该两个专利只针对污泥的负电性，通过添加金属离子，中和污泥表面电荷，使污泥絮体沉降性能变好，进而提升污泥脱水性能，但是没有从本质上改变污泥脱水性能，污泥絮体和细胞中还是存在大量的内部结合水，没有释放出来。公开号为201110087907.2的中国发明专利申请公开了一种芬顿试剂与聚丙烯酰胺协同作用污泥调理技术。该调理技术，可有效释放污泥中难以脱除的结合水和细胞内部水，改善污泥脱水效果明显，但芬顿试剂的使用会产生大量的铁泥，并且聚丙烯酰胺的引入会影响污泥的后续处置选择。另外，芬顿氧化破胞过程中，氧化程度难以控制，容易造成污泥絮体和微生物细胞破解不够或过度破解，从而恶化污泥脱水的效果。
发明内容
本发明旨在针对现有污泥调理中污泥EPS结构破坏效果不佳、微生物细胞内部结合水释放及调理后污泥脱水效果不显著等问题，提供利用分段微气泡臭氧和表面活性剂联合调理改善污泥脱水性能的方法，具体为一种氧化-絮体破坏-亲水性物质剥离-亲水性小分子物质降解的污泥脱水调理方法，通过臭氧氧化作用实现污泥絮体的适度破解及结合水的释放，然后以阳离子型表面活性剂进行正电荷中和作用，进一步增大污泥絮体尺寸，并利用其增容作用，使胞外聚合物进一步溶解至液相中，最后再利用臭氧的氧化作用，降解污泥液相中的亲水性小分子有机物，实现结合水向自由水的转化，使污泥脱水性能得到提升。该方法使得污泥脱水后泥饼含水率降低至45％-60％，具有费用较低、适用范围广、各调理步骤明确、操作方便、降低污泥后续处置费用等优点。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种利用分段微气泡臭氧和表面活性剂联合调理改善污泥脱水性能的方法，利用臭氧的强氧化性和表面活性剂的增容作用，有效降低处理后的泥饼含水率，减少污泥体积，具体包括以下步骤：
S1、取原始污泥重力沉降后去掉上清液，过筛去掉悬浮物；
S2、将臭氧以微气泡形式通入步骤S1处理后的污泥内，并进行一段时间反应，对污泥细胞进行破解；
S3、将表面活性剂与步骤S2处理后的污泥均匀混合，并进行一段时间搅拌反应，促进经过破解后污泥中的蛋白质及多糖类物质进一步溶解至液相中；
S4、向步骤S3处理后的污泥中通入微气泡形式的臭氧，反应一段时间后，进行脱水，得泥饼。
优选地，步骤S1中，所述原始污泥为市政污水处理厂产生的污泥(包括活性污泥、消化污泥等)及工业废水通过生物处理以后产生的污泥。
优选地，步骤S1中，所述原始污泥的含水率在99.0％-99.5％之间。
优选地，步骤S1中，所述重力沉降时间为6-10h。
优选地，步骤S1中，所述过筛去掉悬浮物的处理中，采用的筛网孔径分别为10和50目。
该过筛的目的，主要为去除一些悬浮杂质之用。先用大孔径筛子对粗的悬浮杂质进行去除，然后再用小孔径筛子对小粒径悬浮杂质进行进一步去除，提高杂质去除效率，防止筛子通量大幅降低。
优选地，步骤S2中，所述臭氧的投加浓度为50-70mg/g污泥干重，反应时间为15-30min。
优选地，所述微气泡形式的臭氧的气泡平均尺寸小于100μm。
优选地，步骤S3中，所述表面活性剂为阳离子型表面活性剂。
优选地，所述阳离子表面活性剂选自CTAB、季铵盐型化合物中的一种或几种的混合。
优选地，步骤S3中，所述表面活性剂的投加量为0-0.3g/g污泥干重；所述搅拌反应具体为：先在250-350r/min速度下搅拌1-3min，然后在50-100r/min速度下搅拌5-10min。采用该搅拌反应是为了先通过快速短时间搅拌，将污泥絮体破开，阳离子型表面活性剂溶解至液相中，然后对污泥表面电荷进行中和作用；而后在慢速长时间的搅拌条件下，使污泥慢慢恢复絮体重建，增大粒径。如果后期搅拌转速过高，容易再次破坏污泥絮体结构，对污泥脱水不利。
优选地，步骤S4中，所述臭氧的投加浓度为20-30mg/g污泥干重，反应时间为45-60min。
优选地，步骤S4中，所述脱水的方法选自带式脱水、电脱水、板框脱水、真空抽滤脱水中的至少一种。
优选地，步骤S4中，所述泥饼的含水率为45-60％。
本发明的原理是：首先通过微气泡臭氧的氧化、表面活性剂的增容与电荷中和作用实现污泥的适度破解、有机物溶解至液相中、絮体重构与粒度增长，而后再利用微气泡臭氧的氧化作用，降解液相中的亲水性小分子有机物，实现结合水向自由水的转化，使污泥脱水性能得到改善。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)该调理方法费用相对较低，适用范围广。此方法中的表面活性剂比较常见、价格低廉，臭氧氧化反应条件温和，对含水率98％以上的市政污泥均有较好的效果。
(2)臭氧和表面活性剂的联合调理方法可有效提高市政污泥脱水性能。本发明专利充分考虑了该种工艺的协同效应，有效改善了污泥的结构和特性，显著提高了污泥的脱水性能。具体为首先通过高浓度微气泡臭氧的氧化作用，适度破解污泥絮体结构及细胞膜，释放更多的污泥絮体和细胞内部结合水；再利用阳离子型表面活性剂的增容作用，进一步使破解后污泥胞外聚合物中的蛋白质和多糖类物质进一步释放至液相中，并且通过阳离子型表面活性剂的正电荷中和作用，对污泥进行絮体结构重建，增大污泥粒径大小；最后再通过低浓度臭氧的氧化作用，充分降解液相中的小分子亲水性有机物，使结合水转变为自由水，最终改善污泥脱水性能。
(3)通过分段微气泡臭氧处理，可有效提高臭氧的氧化效率，节约成本。臭氧是一种绿色污染的强氧化剂，对环境造成的副作用小，同时可实现污泥的减量化，大大减少脱水后的污泥体积。
(4)通过该污泥调理方法，可是调理后污泥经过脱水单元后泥饼含水率快速降至60％以下，污泥减量化明显，大大降低脱水后污泥后续的运输和处理处置费用及存放空间。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明中臭氧和表面活性剂联合调理污泥的技术工艺图。
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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施实例1：
本实施实例处理的待脱水污泥采集于上海市闵行区某生活污水处理厂，该污水处理厂采用A2O工艺对市政污水进行处理。待脱水污泥采集于二沉池。该污泥取回后经过重力沉降8h，过10目和50目筛网，污泥含水率为99.5％。以微气泡形式(其产生的气泡平均尺寸小于100μm)向污泥中通入浓度为70mg/g干污泥的臭氧，反应30min，进行污泥絮体和细胞破解；然后往污泥中加入0.3g/g干污泥的CTAB，以350r/min的速度搅拌1min，再在50r/min的速度下搅拌10min，促进污泥中的胞外聚合物和结合水的释放至液相中；再同样以微气泡形式将浓度为30mg/g干污泥的臭氧通到处理后的污泥溶液中，反应时间为60min，然后转至真空抽滤装置中，以0.6Mpa的压力进行抽滤，抽滤时间为15min。收集脱水后的污泥，用重量法测定其含水率为48％。
实施实例2：
本实施实例处理的待脱水污泥采集于上海市闵行区某生活污水处理厂，该污水处理厂采用A2O工艺对市政污水进行处理。待脱水污泥采集于二沉池。该污泥取回后经过重力沉降8h，过10目和50目筛网，污泥含水率为99％。以微气泡形式(其产生的气泡平均尺寸小于100μm)向污泥中通入浓度为50mg/g干污泥的臭氧，反应15min，进行污泥絮体和细胞破解；然后往污泥中加入0.2g/g干污泥的十八烷基三甲基氯化铵(季铵盐型表面活性剂中一种)，以250r/min的速度搅拌3min，再在100r/min的速度下搅拌5min，促进污泥中的胞外聚合物和结合水的释放至液相中；再同样以微气泡形式将浓度为20mg/g干污泥的臭氧通到处理后的污泥溶液中，反应时间为45min，然后转至真空抽滤装置中，以0.6Mpa的压力进行抽滤，抽滤时间为15min。收集脱水后的污泥，用重量法测定其含水率为60％。
实施实例3：
本实施实例处理的待脱水污泥采集于上海市闵行区某生活污水处理厂，该污水处理厂采用A2O工艺对市政污水进行处理。待脱水污泥采集于二沉池。该污泥取回后经过重力沉降8h，过10目和50目筛网，污泥含水率为99.3％。以微气泡形式(其产生的气泡平均尺寸小于100μm)向污泥中通入浓度为60mg/g干污泥的臭氧，反应20min，进行污泥絮体和细胞破解；然后往污泥中加入0.15g/g干污泥的CTAB，以300r/min的速度搅拌2min，再在80r/min的速度下搅拌8min，促进污泥中的胞外聚合物和结合水的释放至液相中；再同样以微气泡形式将浓度为25mg/g干污泥的臭氧通到处理后的污泥溶液中，反应时间为50min，然后转至真空抽滤装置中，以0.6Mpa的压力进行抽滤，抽滤时间为15min。收集脱水后的污泥，用重量法测定其含水率为45％。
实施实例4：
本实施实例处理的待脱水污泥采集于上海市闵行区某生活污水处理厂，该污水处理厂采用A2O工艺对市政污水进行处理。待脱水污泥采集于二沉池。该污泥取回后经过重力沉降8h，过10目和50目筛网，污泥含水率为99％。以微气泡形式(其产生的气泡平均尺寸小于100μm)向污泥中通入浓度为70mg/g干污泥的臭氧，反应15min，进行污泥絮体和细胞破解；然后往污泥中加入0.3g/g干污泥的十八烷基三甲基氯化铵(季铵盐型表面活性剂中一种)，以350r/min的速度搅拌3min，再在100r/min的速度下搅拌10min，促进污泥中的胞外聚合物和结合水的释放至液相中；再同样以微气泡形式将浓度为25mg/g干污泥的臭氧通到处理后的污泥溶液中，反应时间为60min，然后转至真空抽滤装置中，以0.6Mpa的压力进行抽滤，抽滤时间为15min。收集脱水后的污泥，用重量法测定其含水率为55％。
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化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种利用分段微气泡臭氧和表面活性剂联合调理改善污泥脱水性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、取原始污泥重力沉降后去掉上清液，过筛去掉悬浮物；
S2、将臭氧以微气泡形式通入步骤S1处理后的污泥内，并进行一段时间反应；
S3、将表面活性剂与步骤S2处理后的污泥均匀混合，并进行一段时间搅拌反应；
S4、向步骤S3处理后的污泥中通入微气泡形式的臭氧，反应一段时间后，进行脱水，得泥饼；
步骤S2中，所述臭氧的投加浓度为50-70mg/g污泥干重，反应时间为15-30min；
步骤S3中，所述表面活性剂的投加量为0.1-0.3g/g污泥干重；所述搅拌反应具体为：先在250-350r/min速度下搅拌1-3min，然后在50-100r/min速度下搅拌5-10min；
步骤S4中，所述臭氧的投加浓度为20-30mg/g污泥干重，反应时间为45-60min；
步骤S4中，所述泥饼的含水率为45-60％。
2.根据权利要求1所述的利用分段微气泡臭氧和表面活性剂联合调理改善污泥脱水性能的方法，其特征在于，步骤S1中，所述原始污泥为市政污水处理厂产生的污泥及工业废水通过生物处理以后产生的污泥。
3.根据权利要求1所述的利用分段微气泡臭氧和表面活性剂联合调理改善污泥脱水性能的方法，其特征在于，步骤S1中，所述过筛去掉悬浮物的处理中，采用的筛网孔径分别为10和50目。
4.根据权利要求1所述的利用分段微气泡臭氧和表面活性剂联合调理改善污泥脱水性能的方法，其特征在于，步骤S3中，所述表面活性剂为阳离子型表面活性剂。
5.根据权利要求4所述的利用分段微气泡臭氧和表面活性剂联合调理改善污泥脱水性能的方法，其特征在于，所述阳离子表面活性剂选自CTAB、季铵盐型化合物中的一种或几种的混合。
6.根据权利要求1或4所述的利用分段微气泡臭氧和表面活性剂联合调理改善污泥脱水性能的方法，其特征在于，步骤S4中，所述脱水的方法选自带式脱水、电脱水、板框脱水、真空抽滤脱水中的至少一种。
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