CN110606649A

CN110606649A - 一种污泥调理脱水方法及装置

Info

Publication number: CN110606649A
Application number: CN201911005143.0A
Authority: CN
Inventors: 王毅力; 高诗卉
Original assignee: Beijing Forestry University
Current assignee: Beijing Forestry University
Priority date: 2019-10-22
Filing date: 2019-10-22
Publication date: 2019-12-24
Anticipated expiration: 2039-10-22
Also published as: CN110606649B

Abstract

一种用于污泥调理脱水的方法及装置，该方法在调理脱水一体化装置中进行。调理过程产生羟基自由基氧化破解污泥，分解污泥胞外聚合物(EPS)并降解有机物，释放部分结合水，絮凝剂发挥电中和与吸附架桥作用，增大污泥絮体尺寸，提高污泥脱水性，然后在水平交流电场的电渗作用下，进一步去除自由水和部分结合水。该方法的实现步骤如下：(1)将污泥放置至水平电场阴极区，接通直流电源；(2)向污泥中投加过氧化氢；(3)向连续搅拌的污泥中通入臭氧进行反应；(4)向污泥中加入絮凝剂进行反应；(5)对污泥进行重力沉降一定时间后进行电渗脱水。本发明中调理步骤简单，脱水效果明显，调理药剂便宜，适用范围广，可降低污泥后续处理的费用。

Description

一种污泥调理脱水方法及装置

技术领域

本发明涉及一种污泥破解再絮凝的调理脱水方法，属于环境保护技术领域。

背景技术

近年来，随着我国经济的高速发展，污水的产生量也呈现迅速増长的趋势，污水经过生物处理产生了大量的剩余污泥。据预测，到2020年我国污泥产量将突破6000万吨/年(含水率按80％计)。剩余污泥具有含水量高(≥95％)、颗粒细小、压缩性高的特征，从而导致其脱水性能差、泥水分离困难，增加后续处理处置的难度。而且剩余污泥中除了水分之外，还含有大量的有机物、重金属及细菌病原体等有毒物质，其中也包括具有生物累积性及生态毒性的持久有机物。可见，剩余污泥的处理处置，已经成为我国环境与给排水行业面临的难题。2015年我国颁布的《水污染防治行动计划》针对污泥特别提出需要推进污泥处理处置，污水处理设施产生的污泥应进行减量化、稳定化、无害化和资源化处理处置。其中，污泥的减量化是其进行后续处理的前提，而污泥调理和脱水是实现其减量化的关键步骤，也是污泥处理处置的首要环节。为了实现污泥含水率的降低，污泥调理是关键的预处理步骤。一般而言，污泥的调理依据其调理机制可将其分为物理法、化学法、生物法。化学调理法有操作简单，效果稳定且成本低等优点，是目前最常见的调理方法之一。

污泥要实现最终的减量化，还需在调理后对污泥进行脱水处理。现有的污泥脱水方法大致可分为自然干燥、热干化、机械脱水、电脱水四类，上述方法也有结合使用的情况。其中，电脱水是利用外加电场增强污泥脱水性能的方法，水的脱除发生在每一个絮凝体颗粒的内、外表面，间隙水和自由水同时被脱除，颗粒密度均匀地增大对污泥进行化学调理后再进行电脱水具有脱水效果好、操作稳定、运行能耗低等优势，为污水处理厂污泥的处理处置提供了一个安全、经济的实施方案，也为污泥的减量化、无害化处理及资源化应用提供了一个广阔的市场。

公开号为CN 106365412 A的中国专利申请公开了一种超声与Fenton协同调理城市污水厂剩余污泥的方法，该方法调节污泥的pH后加入Fenton试剂再对污泥进行超声处理，超声处理后再反应一定时间。该方法利用超声强化Fenton氧化破解污泥结构的作用，降低了超声调理的能耗和Fenton试剂的消耗量，改善了污泥的脱水性能。但此方法反应时间较长，Fenton试剂反应条件需在pH<4下，反应条件较为苛刻，且容易造成二次污染，不利于污泥的后续处理。

公开号为CN 106277660 A的中国专利申请公开了一种多相催化臭氧处理剩余活性污泥的方法，该方法利用载体和负载在载体上的活性金属组分组成的臭氧催化剂与臭氧分解污泥中的有机物，减少污泥质量和体积。但此方法中臭氧催化剂制备复杂，工艺繁琐，反应时间长，臭氧利用率较低。

公开号为CN 110117149 A的中国专利申请公开了一种催化氧化型污泥调理剂及污泥的调理方法，该方法采用催化氧化型污泥调理剂来调理污泥，并结合压滤脱水，提高污泥的脱水性能。此方法向污泥中加入多种化学物质，易造成二次污染，不利于污泥的后续处理，且污泥调理后还需转移进行机械压力脱水，过程较复杂。

据此，本发明旨在针对现有技术存在的问题提供一种二次污染少、效率高、效果优良且经济成本低的污泥调理的方法。

发明内容

1.本发明的目的是针对现有污泥调理后脱水效果不显著、易产生二次污染等问题提供一种污泥调理的方法及其设备，本污泥调理方法是在电解原位产碱的条件下使过氧氢根与臭氧在污泥中发生反应生成羟基自由基，反应结束后向污泥中加入絮凝剂，对污泥进行氧化-絮凝协同调理，发挥污泥结构破解、束缚水分释放和絮体重构作用，增强调理污泥在水平电场下的脱水效果。该污泥处理方法在降低污泥含水率、减小污泥体积、降低污泥运输及后续处置费用等方面效果好，且具有反应时间短、二次污染小、经济成本低、适用范围广等优点。

2.该污泥调理装置包括调理池、电源、机械搅拌器、臭氧发生器、臭氧检测器及气体流量计。

3.为了达到上述目的，本发明通过预处理、氧化调理、絮凝、电脱水等主要步骤实现：

(1)将污泥置于电场阴极区域，电解质溶液置于阳极区域，接通直流电源并反应一定时间；

(2)向污泥中投加一定量的过氧化氢同时搅拌；

(3)向污泥中通入臭氧，并反应一段时间；

(4)向污泥中加入絮凝剂，使其与污泥均匀混合；

(5)对污泥进行重力沉降，并进行电渗脱水一定时间。

4.尤其是，步骤中所述的待调理脱水污泥为城市污水处理厂的剩余活性污泥，含水率为97.00％～99.99％，优选为97.00％～98.00％。

5.特别是，步骤中所述的过氧化氢溶液浓度为30％，投加量为0.57～9.5g/g污泥干重，优选为3.8～9.5g/g污泥干重；O3流量设置为0.16～1.84L/min，优化为0.5～1.5L/min；絮凝剂优选为六水合氯化铁或阳离子聚丙烯酰胺，投加量分别设置为0.1～0.4g/g污泥干重和0.2～0.5g/g污泥干重，分别优选为0.15～0.25g/g污泥干重和0.25～0.4g/g污泥干重。(和前面对应)

6.所述干污泥指经105℃烘干的污泥。

7.尤其是，步骤中所述的接通直流电源后的反应时间为2-20分钟。

8.尤其是，步骤中所述的电解质溶液优选为0.05-0.5mol/L氯化钠溶液。

9.尤其是，步骤中所述的重力沉降时间设置为2-8h。

10.在上述污泥脱水方法中，水平电场脱水装置提供电场为水平电场。

11.尤其是，步骤中所述的水平电场为恒压电场，脱水的电源电压设置为10-60V。

12.尤其是，污泥水平电场脱水时间设置为20-120min。

13.本发明的污泥脱水方法及装置具有如下优点：

调理剂费用较低且适用范围广。此方法中所用的过氧化氢溶液、铁盐均为比较常见、容易获得、价格低廉的药剂，对含水率90％以上的市政污泥均有较好的效果，是安全、高效的污泥调理方法。

14.本发明调理与脱水过程均在同一反应装置内，操作简便。

15.本发明调理部分所用试剂无需配成溶液，简单方便。

16.本发明调理部分氧化过程中臭氧与过氧化氢溶液反应不产生二次污染物。

17.本发明的污泥调理方法结合了污泥破解和絮凝联合调理，充分发挥了两者的优势。首先，利用电解原位产碱条件下臭氧和过氧化氢反应产生具有强氧化性的羟基自由基，能有效地破坏污泥中胞外聚合物结构，使部分束缚水释放。其次，加入絮凝剂后，正电荷中和污泥表面所带的负电荷，使得污泥Zeta电位升高，污泥絮体增大，从而很好地改善污泥脱水性能。

18.本发的污泥调理方法效果好，经脱水处理后污泥最终含水率下降至80％以下，污泥体积大大减小，很大程度上降低了交通运输的难度以及存放的占地面积。

19.本发明的脱水方法装置运行成本低，提高了污泥脱水效率。并且具有清洁、安全、高效的特点，是一种绿色环保的污泥调理方法。

附图说明

图1是本发明调理脱水一体化装置示意图

附图标记说明：①直流电源；②反应装置阳极区域；③反应装置；④电极阳极；⑤电极阴极；⑥竖直隔离板；⑦滤布；⑧机械搅拌器；⑨臭氧通入装置。⑩反应装置阴极区域

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明，但所涉及附图及实施例仅是范例性的，

并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

实施实例1：

待脱水污泥采集于北京市某污水处理厂，该污水处理厂采用传统活性污泥法工艺对市政污水进行处理。活性污泥采集点位于二沉池至曝气池回流路段上某处。污泥含水率为98.92％，pH值为6.87。

(1)将活性污泥置于水平加压电场反应器中阴极区域，阳极区域将反应器阴阳两极分别于电源负极、正极相连，调节电压恒定为60V，通电10min；

(2)在300r/min的搅拌条件下，向污泥中投加5.7g/g污泥干重的浓度为30％的过氧化氢溶液；

(3)打开臭氧发生器，调节气体流量计使臭氧流量达到1.5L/min；

(4)向污泥中加入0.06g/g污泥干重的FeCl₃·6H₂O，并以200r/min的速度搅拌1min后以60r/min的速度搅拌10min，随后静置30min；

(5)将调理后的污泥进行重力沉降2h，然后继续进行水平电场脱水，控制时间为2h，收集反应结束后所有滤出液并称量其质量，收集反应结束后污泥腔中脱水后的污泥，用重量法测定污泥含水率。

测定结果如表1所示。

实施实例2：

待脱水污泥采集于北京市某污水处理厂，该污水处理厂采用传统活性污泥法工艺对市政污水进行处理。活性污泥采集点位于二沉池至曝气池回流路段上某处。污泥含水率为98.63％，pH值为6.73。

(4)向污泥中加入0.25g/g污泥干重的FeCl₃·6H₂O，并以200r/min的速度搅拌1min后以60r/min的速度搅拌10min，随后静置30min；

测定结果如表1所示。

实施实例3：

待脱水污泥采集于北京市某污水处理厂，该污水处理厂采用传统活性污泥法工艺对市政污水进行处理。活性污泥采集点位于二沉池至曝气池回流路段上某处。污泥含水率为98.77％，pH值为6.96。

(2)在300r/min的搅拌条件下，向污泥中投加3.8g/g污泥干重的浓度为30％的过氧化氢溶液；

(3)打开臭氧发生器，调节气体流量计使臭氧流量达到0.16L/min；

(4)向污泥中加入0.1％浓度的CPAM，投加量为0.06g/g污泥干重，并以200r/min的速度搅拌1min后以60r/min的速度搅拌10min，随后静置30min；

测定结果如表1所示。

对照实例1：

除过氧化氢投加量为1.9g/g污泥干重，其余与实施实例4相同。

对照实例2：

除臭氧流量设置为0.5L/min，其余与实施实例6相同。

对照实例3：

除CPAM投加量为0，其余与实施实例1相同。

表1本发明污泥脱水效果

检测结果表明：

1.氧化-絮凝协同调理后的水平电场脱水含水率降低，污泥脱水性能提高。

2.调理过程中过氧化氢投加量不同，脱水效果各异。

3.调理过程中臭氧流量不同，脱水效果各异。

4.调理过程中絮凝剂种类不同，脱水效果各异。

调理过程中絮凝剂投加量不同，脱水效果各异。

Claims

1.一种污泥调理脱水方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将污泥置于水平电场阴极区域，电解质溶液置于水平电场阴极区；

(2)接通直流电源，反应一定时间；

(3)向污泥中加入过氧化氢同时搅拌；

(4)向污泥中通入臭氧，并进行一段时间反应；

(5)向污泥中加入絮凝剂，使其与污泥均匀混合；

(6)对污泥进行重力沉降一定时间，并进行电渗脱水。

2.如权利要求1所述的污泥调理脱水方法，其特征是所述的污泥为市政污水处理厂产生的初沉污泥、活性污泥或消化污泥中的一种或它们的混合以及工业废水通过生物处理以后产生的污泥。

3.如权利要求1所述的污泥调理脱水方法，其特征在于，步骤(1)中所述的直流电场分为阳极区和阴极区，直流电源的工作电压为2-60V。

4.如权利要求1所述的污泥调理脱水的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的污泥在电场中通电反应时间为2-20分钟。

5.如权利要求1所述的污泥调理脱水方法，其特征在于，步骤(2)中所述过氧化氢的投加范围为0.57-9.5g/g污泥干重；所述污泥干重指经105℃烘干的污泥。

6.如权利要求1所述的污泥调理脱水方法，其特征在于，步骤(3)中所述的臭氧流量范围为0.16-1.84L/min，搅拌强度为100-400r/min，反应时间为5-40min。

7.如权利要求1所述的污泥调理脱水方法，其特征在于，步骤(4)中所述的絮凝剂为无机铁盐或有机聚丙烯酰胺，投药量分别为0.1-0.4g/g污泥干重和0.2～0.5g/g污泥干重，搅拌强度与时间分别为：快速搅拌1-5min，搅拌强度为100-300r/min；慢速搅拌5-10min，搅拌强度为20-70r/min；所述污泥干重指经105℃烘干的污泥。

8.如权利要求1所述的污泥调理脱水方法，其特征在于，步骤(5)中所述的电渗脱水时工作电压为10-60V，脱水时间为20-120min，脱水后污泥含水率可降至60％-80％。

9.一种污泥脱水的方法及其设备，包括污泥的调理以及污泥的水平电场脱水过程，其特征如下：

污泥调理脱水设备：搅拌装置(8)和通入臭氧装置(9)，使用时安装在反应装置内，用于依据权利要求1所述对污泥进行调理；直流电源(1)，用于提供电场脱水所需驱动动力；反应装置(3)，用于污泥调理与电脱水；反应装置中阴极区域(10)用于盛放待脱水污泥，阳极区域(2)用于盛放电解质溶液；阴极区与阳极区之间放置一块滤板(6)，固定滤布(7)并保证滤布与阳极板间(4)和阴极板(5)有一定间隔；调理结束后继续进行电脱水，脱水过程中被脱除的水分通过阴极处滤布进入滤出液腔，最后由收集口流出。