CN110217956A

CN110217956A - 用于污泥深度脱水协同泥饼稳定化的组合调理剂及应用

Info

Publication number: CN110217956A
Application number: CN201910529246.0A
Authority: CN
Inventors: 杨家宽; 熊红松; 虞文波; 田中凯; 闻倩倩; 杜敬; 肖可可; 王宇; 梁莎; 陶爽奕
Original assignee: WUHAN URBAN DRAINAGE DEVELOPMENT Co Ltd; Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: WUHAN URBAN DRAINAGE DEVELOPMENT Co Ltd; Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2019-06-19
Filing date: 2019-06-19
Publication date: 2019-09-10

Abstract

本发明公开了一种用于污泥深度脱水协同泥饼稳定化的组合调理剂及应用，属于污泥处理技术领域。组合调理剂包括破胞试剂、骨架构建体和改变污泥絮体结构的调理剂。破胞试剂优选为次氯酸盐或氯气，调理过程中产生的次氯酸及其衍生物可以穿透污泥胞外聚合物与细胞壁，氧化细胞内物质进而使污泥中的细胞裂解，对污泥中的寄生虫卵和病原体等有害细菌进行灭活；混凝剂和/或絮凝剂对污泥产生的混凝和/或絮凝作用可进一步释放污泥胞外和胞内的结合水。骨架构建体作为惰性物质可以在污泥压滤过程中保持水分的出水通道，使破胞作用所释放的污泥胞内水快速脱除。该污泥预处理方法可以同时达到污泥深度脱水与污泥中有害细菌灭活的双重目的。

Description

用于污泥深度脱水协同泥饼稳定化的组合调理剂及应用

技术领域

本发明属于污泥处理技术领域，更进一步地，涉及一种用于污泥深度脱水协同泥饼稳定化的组合调理剂及应用。

背景技术

市政污泥是污水处理的副产物。污泥焚烧成本巨大，同时，产生的恶臭气体会严重影响附近居民的生产生活。因此，目前我国主要的污泥处置方法还是填埋及土地利用。由于污泥有机物含量高，脱水污泥中含有大量的寄生虫卵和病原体，处置不当存在严重的二次污染风险。所以，亟需开发一种污泥深度脱水与稳定化的污泥预处理方法。

污泥是由细胞、胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances，简称 EPS)以及无机物组成，污泥中的有机物主要是污泥细胞与EPS。EPS的亲水特性是影响污泥深度脱水的关键问题。目前，化学调理是目前主要使用的污泥预处理手段，主要包括外加混凝剂、絮凝剂、助凝剂、氧化剂、表面活性剂等。如一种污泥脱水复合调理剂及其应用方法(CN102381828B) 与一种污泥深度脱水方法(CN 103319066B)报道的Fenton、类Fenton反应与亚铁活化过硫酸盐污泥调理剂，产生的活性自由基不能穿透污泥EPS 层，作用不到EPS内部的寄生虫卵和病原体，所以上述氧化体系预处理污泥虽然可以达到深度脱水的要求，但是寄生虫卵和病原体还存在脱水泥饼中，制约了脱水泥饼后续的土地利用。此外，一种污泥调理剂及其在污泥脱水中的应用(CN105859106B)报道了使用十七烷基二羟乙基咪唑啉季铵盐、聚乙烯吡咯烷酮和聚硅酸铝铁调理污泥；一种污泥脱水调理剂及其脱水方法(CN105314815B)报道了使用脱硫灰、镁盐、铁盐、铝盐、氧化镁调理污泥；一种污泥处理方法(CN104556621B)报道了使用聚合氯化铝调理污泥；生活污泥脱水用调理剂及调理方法(CN101985386B)报道了使用聚丙烯酰胺、竹炭、季铵盐、生石灰和聚合硫酸铝调理污泥。上述污泥调理及主要是混凝剂、絮凝剂、助凝剂、表面活性剂等，通过吸附架桥、网捕、压缩双电层作用改变污泥絮体结构，外加惰性物质在污泥压缩过程中提供刚性骨架结构，保持污泥脱水通道等作用，上述作用可以提高污泥的脱水性能，但是并不能对污泥EPS内的寄生虫卵和病原体进行灭活处理。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种污泥深度脱水协同泥饼稳定化的组合调理试剂及应用，组合调理试剂包括破胞试剂，通过破胞试剂裂解污泥中的细胞，释放污泥结合水提高脱水性能，并灭活污泥中的寄生虫卵和病原体，实现同步泥饼稳定化的目的。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于污泥深度脱水协同泥饼稳定化的组合调理剂，所述组合调理剂包括各自独立存在的破胞试剂、骨架构建体和改变污泥絮体结构的调理剂；所述破胞试剂、骨架构建体和改变污泥絮体结构的调理剂配合用于污泥脱水和灭活污泥中的寄生虫卵以及病原体；所述破胞试剂用于裂解污泥中的细胞，并灭活污泥中的寄生虫卵和病原体；所述改变污泥絮体结构的调理剂用于释放污泥中细胞外和细胞内有机物的结合水；所述骨架构建体用于保持污泥压滤过程中水分的出水通道。

优选地，所述破胞试剂为次氯酸盐或氯气；

优选地，所述次氯酸盐为Mg(ClO)₂、Zn(ClO)₂、C₂H₅ClO、NaClO、KClO 和LiClO中的至少一种。

优选地，所述改变污泥絮体结构的调理剂为混凝剂和/或絮凝剂，所述混凝剂为FeCl₃、Fe₂(SO₄)₃、AlCl₃、Al₂(SO₄)₃、聚合硫酸铁和聚合氯化铝中的至少一种；所述絮凝剂为聚二烯丙基二甲基氯化铵和/或聚丙烯酰胺。

优选地，所述骨架构建体为粉煤灰、菱镁矿、水泥、赤泥、煤粉、飞灰和石灰中的至少一种。

优选地，所述破胞试剂、骨架构建体和改变污泥絮体结构的调理剂的质量比为(1-5)：(1-20)：(1-5)。

按照本发明的另一方面，提供了任一所述的用于污泥深度脱水协同泥饼稳定化的组合调理剂用于污泥脱水的应用。

优选地，所述应用包括以下步骤：

(1)向待处理污泥中加入破胞试剂，充分搅拌，所述破胞试剂使污泥中的细胞裂解，并灭活污泥中的寄生虫卵和病原体；

(2)向步骤(1)的反应体系中加入改变污泥絮体结构的调理剂，充分搅拌，所述改变污泥絮体结构的调理剂用于释放有机物的结合水，所述有机物为待处理污泥中的细胞外有机物和细胞裂解释放出来的有机物；

(3)向步骤(2)的反应体系中加入骨架构建体，充分搅拌后，再经过压滤脱水，所述骨架构建体使污泥压滤过程中保持水分的出水通道，使污泥中的胞外水和破胞作用所释放的污泥胞内水脱除，得到调理后的泥饼。

优选地，步骤(1)所述待处理污泥的pH为3-8，所述病原体为大肠杆菌；所述破胞试剂为待处理污泥有机物质量的10％～50％，所述改变污泥絮体结构的调理剂为待处理污泥有机物质量的10％～50％，所述骨架构建体为污泥有机物质量的10％～200％。

优选地，步骤(3)所述调理后的泥饼中大肠菌群数量小于1000MPN/g。

优选地，步骤(1)所述待处理污泥为活性污泥、厌氧污泥或工业污泥，所述待处理污泥的含水率为90wt％～99wt％；步骤(3)所述压滤为板框压滤，所述调理后的泥饼的含水率小于60wt％。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

(1)本发明中破胞剂产生的次氯酸等衍生物可以穿透污泥胞外聚合物层(EPS)层与细胞膜，直接作用与胞内物质，进而对污泥中的寄生虫卵和病原体进行灭活，细胞死亡的同时释放污泥的胞内结合水，结合后续的混凝与絮凝作用，释放污泥中的结合水，达到深度脱水目的。外加的骨架构建体作为惰性物质可以在污泥压滤过程中保持水分的出水通道，使破胞作用所释放的污泥胞内水快速脱除，达到深度脱水的目的，调理后的泥饼的含水率小于60wt％。该污泥预处理方法可以同时达到污泥深度脱水与污泥中有害细菌灭活的双重目的，为深度脱水泥饼的土地利用提供一种可能。

(2)本发明中的破胞剂优选地为氯气，不需要加固态的破胞试剂，只需要氯气发生器即可产生氯气，而且氯气溶于水能快速地产生次氯酸，使杀灭污泥中的寄生虫卵和病原体效果更好，使污泥更好地实现稳定化，有利于得到的泥饼的后续处理。

(3)本发明中，污泥深度脱水方法可在pH为3-8的范围内对污泥进行预处理，相比较采用芬顿和类芬顿试剂需要调节pH，本发明处理污泥无需调节pH，工序简单，条件易控，缩短了污泥处理的时间，提高了污泥处理效率，降低了污泥处理成本，可实现污泥的规模化处理，可以同时达到污泥深度脱水与泥饼稳定化的目的。

附图说明

图1是本发明实施例污泥深度脱水方法工艺流程示意图。

图2是本发明实施例污泥深度脱水与泥饼稳定化的污泥预处理机理图。

图3是本发明实施例调理污泥乳酸脱氢酶相对释放量图。

图4是本发明实施例调理污泥中活细胞比例图。

图5是本发明实施例调理污泥大肠菌群数量图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供了一种同时达到污泥深度脱水与泥饼稳定化的组合调理剂及应用，释放污泥结合水提高污泥脱水效果的同时，可以对污泥中的寄生虫卵和病原体进行灭活，达到污泥稳定化的目的。

所述组合调理剂包括破胞试剂、改变污泥絮体结构的调理剂和骨架构建体；所述破胞试剂、骨架构建体和改变污泥絮体结构的调理剂配合用于污泥脱水和灭活污泥中的寄生虫卵以及病原体；所述破胞试剂用于裂解污泥中的细胞，并灭活污泥中的寄生虫卵和病原体；所述改变污泥絮体结构的调理剂用于释放污泥中细胞外和细胞内有机物的结合水；所述骨架构建体用于保持污泥压滤过程中水分的出水通道。

所述破胞试剂为次氯酸盐或氯气；优选地，所述次氯酸盐为Mg(ClO)₂、 Zn(ClO)₂、C₂H₅ClO、NaClO、KClO和LiClO中的至少一种。

所述改变污泥絮体结构的调理剂为混凝剂和/或絮凝剂，所述混凝剂为 FeCl₃、Fe₂(SO₄)₃、AlCl₃、Al₂(SO₄)₃、聚合硫酸铁和聚合氯化铝中的至少一种；所述絮凝剂为聚二烯丙基二甲基氯化铵和/或聚丙烯酰胺。

所述骨架构建体为粉煤灰、菱镁矿、水泥、赤泥、煤粉、飞灰和石灰中的至少一种。

所述破胞试剂为待处理污泥有机物质量的10％～50％，所述改变污泥絮体结构的调理剂为待处理污泥有机物质量的10％～150％，所述骨架构建体为污泥有机物质量的10％～200％。

该复合调理剂应用于污泥脱水的方法工艺流程如图1所以示。图2是本发明实施例污泥深度脱水与泥饼稳定化的污泥预处理机理图。该污泥深度脱水方法包括如下步骤：

使用破胞原位混凝污泥调理试剂体系调理污泥有如下步骤：

S1：向含水率90-99wt％的污泥中加入污泥有机物含量的10～50％的破胞试剂，搅拌混匀1～10分钟。

S2：向完成S1步骤的混合污泥中加入污泥有机物含量的0.01～50％的混凝剂和/或絮凝剂，搅拌混匀1～20分钟。

S3：向完成S2步骤的混合污泥中加入污泥有机物含量的1～200％的骨架构建体，搅拌混匀1～10分钟。

S4：将步骤S3中的调理污泥进行板框脱水处理，得到含水率小于60wt％的脱水泥饼；同时，脱水泥饼中大肠菌群数量小于1000MPN/g TS。

破胞试剂为Mg(ClO)₂、Zn(ClO)₂、C₂H₅ClO、NaClO、KClO、LiClO、 Cl₂中的至少一种。次氯酸盐作为破胞剂，产生的次氯酸及衍生物可以穿透污泥EPS层与细胞膜，直接作用于胞内物质。以次氯酸钙为破胞试剂为例，当次氯酸钙加入污泥中，会迅速和水反应生成次氯酸(公式1)，氯酸及其衍生物会穿透污泥EPS层，不仅可作用于细胞壁、病毒外壳，而且因次氯酸分子小，不带电荷，还可渗透入菌(病毒)体内，与菌(病毒)体蛋白、核酸和酶等有机高分子发生氧化反应(公式4)，从而杀死病原微生物。同时，次氯酸产生出的氯离子还能显著改变细菌和病毒体的渗透压，使其细胞丧失活性而死亡。细胞死亡会释放胞内的结合水与有机物。

Mg(ClO)₂+2H₂O→Mg(OH)₂+2HOCl (1)

Cl·+HOCl→ClO·+H⁺+Cl^-(k＝3×10⁹M^-1s^-1) (2)

Cl·+OCl^-→ClO·+Cl^-(k＝8.2×10⁹M^-1s^-1) (3)

R-NH-R+HClO→R₂NCl+H₂O (4)

如图3所示，乳酸脱氢酶(LDH)一般存在于活细胞体内，细胞膜受损与死亡会使胞内LDH释放到细胞外，原泥(RS)的LDH含量为100％ (作为空白样)，只投加Fe³⁺与煤粉调理污泥的LDH为110％和105％，说明单纯投加混凝剂与骨架构建体并不能够破坏污泥EPS内部的细胞结构。作为对比，单独投加Mg(ClO)₂调理污泥的LDH为851％，复合投加Mg(ClO)₂、Fe³⁺与煤粉调理污泥的LDH为876％，说明次氯酸盐可以有效的破坏污泥细胞结构。进一步对原泥与调理污泥的活死细胞进行测定，如图4所示，原泥(RS)中的活细胞比例为90.2％，只投加Fe³⁺与煤粉调理污泥的活细胞比例分别为78.5％和77.1％，说明单纯投加混凝剂或骨架构建体并不能够使污泥中的细胞灭活。作为对比，单独投加Mg(ClO)₂调理污泥的活细胞比例为0％，复合投加Mg(ClO)₂、Fe³⁺与煤粉调理污泥的活细胞比例也为0％，说明投加次氯酸盐可以有效对污泥细胞灭活。污泥中的寄生虫卵和病原体主要通过测定大肠杆菌群数量来表征，如图5所示，原泥中的大肠菌群为 7194MPN/g TS，远高于美国EPA规定的污泥用作土地利用小于1000 MPN/g TS的要求。只投加Fe³⁺与煤粉调理污泥的大肠菌群数为7194和7194 MPN/g TS，单独投加Mg(ClO)₂调理污泥的大肠菌群数是419MPN/g TS，复合投加Mg(ClO)₂、Fe³⁺与煤粉调理污泥的大肠菌群数是270MPN/g TS，说明通过次氯酸盐调理污泥可以对污泥中的大肠菌群进行灭活，调理后的污泥满足土地利用的要求。

破胞试剂调理污泥产生的次氯酸及其衍生物可以穿透污泥EPS层与细胞膜，直接作用于胞内物质，导致细胞死亡，进而对污泥中的寄生虫卵和病原体进行灭活，细胞死亡的同时释放污泥的胞内结合水与胞内有机物。后续投加的混凝剂或者絮凝剂可以释放污泥中的结合水。外加的骨架构建体作为惰性物质可以在污泥压滤过程中保持水分的出水通道，使破胞作用所释放的污泥胞内水快速脱除，达到深度脱水的目的。

具体的，在污泥调理过程中，依次加入破胞试剂、混凝和/或絮凝剂、骨架构建体调理污泥，然后调理污泥进行板框压滤脱水。脱水泥饼含水率可以降低至60wt％。脱水泥饼中的大肠杆菌等细菌被灭活处理，使泥饼同时达到稳定化的目的。

该污泥深度脱水方法可在中性pH下对污泥进行预处理，其工序简单，条件易控，缩短了污泥处理的时间，提高了污泥处理效率，降低了污泥处理成本，可实现污泥的规模化处理，可以同时达到污泥深度脱水与泥饼稳定化的目的。

现以具体的污泥脱水复合调理剂及其应用方法为例，对本发明进行进一步详细说明。

实施例1

一种污泥深度脱水方法，工艺步骤如下：

S1：以有机物含量为55.9wt％、含水率为98.4wt％剩余污泥为起点，向污泥中投加污泥有机物含量26.5wt％的次氯酸镁，搅拌5分钟；

S2：向步骤S1处理后的污泥中投加污泥有机物含量的45.2wt％的三氯化铁，搅拌10分钟完成污泥调理；

S3：向步骤S2处理后的污泥中投加污泥有机物含量的10wt％的粉煤灰，搅拌10分钟完成污泥调理；

S4：将步骤S3调理后的污泥经板框脱水处理。

经测试，污泥过滤比阻由原泥的1.88×10¹³m/kg下降至0.12×10¹³m/kg，污泥毛细吸水时间由原污泥的172.7s下降至29.8s，调理后的污泥经板框脱水后，含水率为59.5wt％。泥饼中的大肠菌群数由原泥的10556MPN/g TS 降为154MPN/g TS。

实施例2

一种污泥深度脱水方法，工艺步骤如下：

S1：以有机物含量为45.2wt％、含水率为97.1wt％剩余污泥为起点，向污泥中投加污泥有机物含量10.2wt％的氯气，搅拌10分钟；

S2：向步骤S1处理后的污泥中投加污泥有机物含量的15wt％的三氯化铁，搅拌10分钟；向污泥中投加污泥有机物含量的0.02wt％的聚丙烯酰胺，搅拌10分钟；

S3：向步骤S2处理后的污泥中投加污泥有机物含量的50wt％的菱镁矿，搅拌10分钟完成污泥调理；

S4：将步骤S3调理后的污泥经板框脱水处理。

经测试，污泥过滤比阻由原泥的1.45×10¹³m/kg下降至0.07×10¹³m/kg，污泥毛细吸水时间由原污泥的156.2s下降至25.1s，调理后的污泥经板框脱水后，含水为58.6wt％。泥饼中的大肠菌群数由原泥的9562MPN/g TS 降为231MPN/g TS。

实施例3

S1：以有机物含量为49.5wt％、含水率为96.5wt％剩余污泥为起点，向污泥中投加污泥有机物含量20.1wt％的次氯酸钠，搅拌3分钟；

S2：向步骤S1处理后的污泥中投加污泥有机物含量的20wt％的三氯化铝，搅拌5分钟；

S3：向步骤S2处理后的污泥中投加污泥有机物含量的180wt％的煤粉，搅拌10分钟完成污泥调理；

S4：将步骤S3调理后的污泥经板框脱水处理。

经测试，污泥过滤比阻由原泥的2.41×10¹³m/kg下降至0.09×10¹³m/kg，污泥毛细吸水时间由原污泥的268.2s下降至30.1s，调理后的污泥经板框脱水后，含水为56.5wt％。泥饼中的大肠菌群数由原泥的13566MPN/g TS 降为178MPN/g TS。

实施例4

S1：以有机物含量为35.6wt％、含水率为97.2wt％剩余污泥为起点，向污泥中投加污泥有机物含量20.6wt％的次氯酸锌，搅拌5分钟；

S2：向步骤S1处理后的污泥中投加污泥有机物含量的33.5wt％的聚合硫酸铁，搅拌5分钟；

S3：向步骤S2处理后的污泥中投加污泥有机物含量的50wt％的赤泥，搅拌10分钟完成污泥调理；

S4：将步骤S3调理后的污泥经带式压滤机脱水处理。

经测试，污泥过滤比阻由原泥的3.65×10¹³m/kg下降至0.12×10¹³m/kg，污泥毛细吸水时间由原污泥的324.3s下降至25.6s，调理后的污泥经带式压滤机脱水后，含水为55.3wt％。泥饼中的大肠菌群数由原泥的24681 MPN/g TS降为226MPN/g TS。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于污泥深度脱水协同泥饼稳定化的组合调理剂，其特征在于，所述组合调理剂包括各自独立存在的破胞试剂、骨架构建体和改变污泥絮体结构的调理剂；所述破胞试剂、骨架构建体和改变污泥絮体结构的调理剂配合用于污泥脱水和灭活污泥中的寄生虫卵以及病原体；所述破胞试剂用于裂解污泥中的细胞，并灭活污泥中的寄生虫卵和病原体；所述改变污泥絮体结构的调理剂用于释放污泥中细胞外和细胞内有机物的结合水；所述骨架构建体用于保持污泥压滤过程中水分的出水通道。

2.如权利要求1所述的用于污泥深度脱水协同泥饼稳定化的组合调理剂，其特征在于，所述破胞试剂为次氯酸盐或氯气；

优选地，所述次氯酸盐为Mg(ClO)₂、Zn(ClO)₂、C₂H₅ClO、NaClO、KClO和LiClO中的至少一种。

3.如权利要求1所述的用于污泥深度脱水协同泥饼稳定化的组合调理剂，其特征在于，所述改变污泥絮体结构的调理剂为混凝剂和/或絮凝剂，所述混凝剂为FeCl₃、Fe₂(SO₄)₃、AlCl₃、Al₂(SO₄)₃、聚合硫酸铁和聚合氯化铝中的至少一种；所述絮凝剂为聚二烯丙基二甲基氯化铵和/或聚丙烯酰胺。

4.如权利要求1所述的用于污泥深度脱水协同泥饼稳定化的组合调理剂，其特征在于，所述骨架构建体为粉煤灰、菱镁矿、水泥、赤泥、煤粉、飞灰和石灰中的至少一种。

5.如权利要求1所述的用于污泥深度脱水协同泥饼稳定化的组合调理剂，其特征在于，所述破胞试剂、骨架构建体和改变污泥絮体结构的调理剂的质量比为(1-5)：(1-20)：(1-5)。

6.如权利要求1-5任一所述的用于污泥深度脱水协同泥饼稳定化的组合调理剂用于污泥脱水的应用。

7.如权利要求6所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：

8.如权利要求7所述的应用，其特征在于，步骤(1)所述待处理污泥的pH为3-8，所述病原体为大肠杆菌；所述破胞试剂为待处理污泥有机物质量的10％～50％，所述改变污泥絮体结构的调理剂为待处理污泥有机物质量的10％～50％，所述骨架构建体为污泥有机物质量的10％～200％。

9.如权利要求7所述的应用，其特征在于，步骤(3)所述调理后的泥饼中大肠菌群数量小于1000MPN/g。

10.如权利要求7所述的应用，其特征在于，步骤(1)所述待处理污泥为活性污泥、厌氧污泥或工业污泥，所述待处理污泥的含水率为90wt％～99wt％；步骤(3)所述压滤为板框压滤，所述调理后的泥饼的含水率小于60wt％。