CN110759629A

CN110759629A - 一种增强污泥脱水性能的方法

Info

Publication number: CN110759629A
Application number: CN201911053294.3A
Authority: CN
Inventors: 周旻; 陈磊; 侯浩波; 李�禾; 冯露; 赵素芸
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Wuhan University WHU
Priority date: 2019-10-31
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2020-02-07

Abstract

本发明公开了一种增强污泥脱水性能的方法，利用蛋白沉淀剂、絮凝剂和助流剂联合形成的ACP调理体系对污泥进行调理，以有效增强污泥脱水性能，将所得泥饼的含固率升高至32％左右，且不影响污泥后期资源化利用。本发明涉及的调理方法简单、处理条件温和，安全环保，对设备要求低，可为高效污泥脱水手段提供一条全新思路。

Description

一种增强污泥脱水性能的方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种增强污泥脱水性能的方法。

背景技术

随着我国污水处理厂的扩建，污水处理过程中产生了大量的固体废物，尤其是污泥。污泥中含有大量的细菌、重金属等有毒有害物质。如果不进行安全处理和处置，将会造成严重的二次污染，甚至会造成人类健康问题。胞外聚合物(EPS)在污泥中主要成分是蛋白质和多糖，其在污泥中会形成大量亲水性絮体结构影响污泥的特性，是影响污泥脱水性能的关键因素。

污泥中水的存在形式在很大程度上限制了污泥脱水的能力，一般可以将污泥中的水根据水分分布和结合能力不同分为自由水、毛细水、吸附水和内部水四个部分，一般认为污泥机械脱水的上限时污泥中自由水的含量(约占70％)。为了提高污泥脱水性能，通常利用物理化学等方法进行污泥调理，改变污泥中水的结合方式和污泥EPS的亲水结构。

目前，大多数污水处理厂选择添加氯化铝、氯化铁、聚丙烯酰胺等传统化学调理剂调理污泥提高脱水性能。然而，传统絮凝处理工艺对污泥脱水性能的提高是有限制的，且需要高剂量的无机混凝剂，对后续污泥资源利用会产生不利影响。专利CN104098250A公开了一种用于市政污泥深度脱水的复合调理剂和脱水方法，通过初步脱水及后续电渗脱水降低污泥含水率至40～60％；专利CN110092569A公开了一种污泥脱水方法，在污泥中直接加入氯化钙、壳聚糖及生物质粉末联合调质污泥，使压滤后的泥饼含水率降至60％以下；专利CN107162382A公开了一种污泥脱水方法,用浓硫酸对待脱水污泥进行酸化处理,然后投放硫酸亚铁和过氧化氢提高污泥的可脱水程度,再同时投放氯化镁、氯化钙、氧化钙,匀速搅拌最后进行离心脱水完成污泥的脱水；专利CN106746478A公开了一种以利用新型双氧化剂系统改善污泥脱水性能的方法，依次向活性污泥中投加KMnO₄溶液和KHSO₅溶液,进行搅拌反应改善污泥脱水性能。

然而上述污泥脱水工艺，大多数涉及的处理过程复杂，并需要高能量或高化学剂量条件，不可重复利用，且可能会对设备造成腐蚀损坏，不利于推广应用。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术存在的不足提供一种增强污泥脱水性能的方法，利用蛋白沉淀剂、絮凝剂和助流剂联合形成的ACP调理体系对污泥进行调理以有效增强污泥脱水性能，且涉及的调理方法简单、安全环保，适合推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种增强污泥脱水性能的方法，向污泥中引入絮凝剂、蛋白沉淀剂和助流剂，进行搅拌处理，以降低污泥含水率。

上述方案中，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺、氯化铁、聚合氯化铝、硫酸铝、硫酸铁中的一种或几种。

上述方案中，所述蛋白沉淀剂为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、丙酮等能够破坏细胞膜沉淀蛋白的试剂中的一种或几种。

上述方案中，所述助流剂为稻壳、木屑、果壳、粉煤灰中的一种或几种。

上述方案中，所述蛋白沉淀剂相对干污泥的用量为10～30g/g；所述絮凝剂相对干污泥的用量为0.2～1.2g/g；所述助流剂相对干污泥的用量为200～500mg/g。

上述方案中，所述污泥含水率为80～98％。

上述方案中，所述增强污泥脱水性能的方法中依次加入助流剂、絮凝剂和蛋白沉淀剂，具体包括如下脱水步骤：

1)将污泥与助流剂进行混合搅拌均匀；

2)向步骤1)所得混合物中添加絮凝剂，先以150～400rpm转速搅拌30～200s，再以25～150rpm转速搅拌5～20min；

3)向步骤2)所得混合物中添加蛋白沉淀剂，再以150～400rpm转速搅拌5～20min，即得处理后的污泥。

4)将步骤3)所得处理后的污泥进行真空过滤脱水，得到含固率32％左右的泥饼。

本发明的原理为：

本发明利用蛋白沉淀剂、絮凝剂和助流剂联合形成ACP调理体系(Alcohol+Coagulation+Protein)，其中助流剂的投加可在污泥体系中形成流水通道，絮凝剂在污泥悬浮颗粒中发生架桥作用，有利于结合水的释放，蛋白沉淀剂的引入可破坏细胞膜从而使得细胞内物质和水被释放，同时破坏蛋白质的水合壳和疏水簇，从而进一步促进间隙水和结合水的释放，显著提升污泥脱水效果。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)本发明首次提出利用蛋白沉淀剂、絮凝剂和助流剂联合形成的ACP调理体系对污泥进行调理，可将污泥含水率降低至65％；且利用本发明所述调理体系可同时降低污泥中Pb、Cd、Zn、Cu、Mn等重金属的含量，对处理后污泥的资源化利用具有重要的促进作用。

2)本发明的污泥脱水过程采用的所有试剂无毒无害；且原料来源广、成本低；涉及的处理工艺简单，所需药剂量低且无腐蚀性，对设备要求低，适用性广。

3)本发明采用的乙醇等蛋白质沉淀剂可通过提纯回流等操作方式进行重复利用，且蛋白质沉淀剂可提高处理后污泥热值更利于后续焚烧等处理。

附图说明

图1为污泥中投加助流剂后形成流水通道的微观形貌；

图2为实施例3中所述不同调理条件下的污泥CST降低效率。

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，不用于限定本发明。

以下实施例中，以毛细吸水时间(capillary suction time，简称CST)降低效率为评价指标，CST降低率越高说明提高污泥脱水效果越好。

实施例1

一种增强污泥脱水性能的方法，采用的ACP调理体系中选定絮凝剂为氯化铁、蛋白沉淀剂为无水乙醇、助流剂为稻壳，具体实施步骤如下：

1)在常温实验条件下，取含水率为95％污泥20g，使用不同投加量的氯化铁、无水乙醇和稻壳；设定因素A为无水乙醇，其投加量范围为10-20g/g DS；因素B为Fe(Ⅲ)，起投加量范围为100-400mg/g DS(氯化铁引入的三价铁离子用量)；因素C为稻壳(RH)，起投加量范围为200-500mg/g DS；以CST降低率(单位：％)为响应值，进行17组不同投加量配方的实验，探讨3个因素A、B、C的变化对响应值CST降低率的影响；具体用量要求见表1；

2)将污泥与称取的稻壳进行混合搅拌均匀，助流剂的投加即可在污泥体系中形成流水通道(其微观形貌见图1)；

2)向步骤1)所得混合物中添加氯化铁，先以200rpm转速搅拌30s，再以50rpm转速搅拌10min；

3)向步骤2)所得混合物中添加无水乙醇，再以200rpm转速搅拌10min，即得处理后的污泥；

4)向步骤3)所得处理后的污泥，再进行真空过滤脱水，所得泥饼含固率升高至32％左右。

表1为不同投加量下实验及脱水结果

上述结果表明，采用本发明所述调理体系，物料最佳投加用量分别为：无水乙醇25.21g/g DS、Fe(Ⅲ)185.70mg/g DS、RH 406.02mg/g DS；同时17组实验均能表明本发明提供的ACP调理体系能够有效降低污泥的CST，从而增强污泥的脱水性能。

实施例2

一种增强污泥脱水性能的方法，采用的ACP调理体系中选定絮凝剂为氯化铁、蛋白沉淀剂为无水乙醇、助流剂为RH，并根据实施例1得出的最佳配比进行了脱水处理效果验证，具体实施步骤如下：

1)取含水率为95％污泥20g与406.02mg RH进行混合搅拌，匀速搅拌至混合均匀；

2)向步骤1)所得混合物中添加537.87mg FeCl₃，先以200rpm转速搅拌30s，再以50rpm转速搅拌10min；

3)向步骤2)所得混合物中添加25.21g无水乙醇，再以200rpm转速搅拌10min；再进行真空过滤脱水，得脱水后泥饼。

检测本实施例所得污泥(再按照上述步骤另外重复2次实验)的CST，得到三次实验的CST降低效率分别为：78.462％，77.720％和76.749％。

检测本实施例污泥脱水处理前后的重金属含量，具体步骤如下：

1)将脱水处理前的污泥以及脱水处理后所得泥饼分别在80℃下低温干燥；

2)分别取步骤1)所得干燥产物0.2g溶解于10ml混合酸液中(HNO₃:HF:HCl的体积比为6:2:2)，用微波消解仪(XT-9900A)消解；溶解条件为高压，140℃；

3)将步骤2)所得消解溶液冷却后过0.4μm滤膜，并用全谱直读电感耦合等离子发射光谱仪(ICP-AES)(Optima 4300DV，USA)测试溶液中重金属含量。

测试结果表明：经本发明ACP调理体系调理后的污泥中重金属Pb、Cd、Zn、Cu、Mn含量分别降低了20.6％、62.7％、73.5％、73.2％、74.7％。

实施例3

一种增强污泥脱水性能的方法，采用的ACP调理体系中选定絮凝剂为氯化铁、蛋白沉淀剂为无水乙醇、助流剂为RH，并根据实施例1得出的最佳配比研究处理温度和不同药剂条件对脱水效率的影响，具体实施步骤如下：

设置了三个不同的温度点，分别为15℃、25℃和35℃；分别在RH(15℃)，RH、Fe³⁺(15℃)，RH、Fe³⁺、乙醇(15℃)，RH、Fe³⁺、乙醇(25℃)，RH、Fe³⁺、乙醇(35℃)这五种药剂和温度条件下调理污泥，调理后所得污泥分别标为RH15、RF15、RFE15、RFE25、RFE35；原污泥用RS标识；调理步骤如实施例2所示。

所得不同调理条件下的污泥CST降低效率见图2：在15℃条件下，仅RH条件下污泥的CST降低效率为15.37％；经RH和Fe³⁺预处理的污泥在15℃时，CST的降低效率由15.36％提高到62.80％；在15℃温度下，加入无水乙醇使CST的降低效率从62.80％提高到77.13％；经RFE25和RFE35预处理的污泥CST降低效率略有下降但比较稳定，分别为76.90％和76.87％。

上述结果表明，采用本发明提供的ACP调理体系方法可以稳定适应实际操作操作温度并提高污泥脱水性能。

以上未涉及之处，适用于现有技术。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims

1.一种增强污泥脱水性能的方法，其特征在于，向污泥中引入絮凝剂、蛋白沉淀剂和助流剂，进行搅拌处理，以降低污泥含水率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺、氯化铁、聚合氯化铝、硫酸铝、硫酸铁中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述蛋白沉淀剂为能够破坏细胞膜沉淀蛋白的试剂。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述能够破坏细胞膜沉淀蛋白的试剂选自乙醇、丙醇、丁醇中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述助流剂为稻壳、木屑、果壳、粉煤灰中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述蛋白沉淀剂相对干污泥的用量为10～30g/g；所述絮凝剂相对干污泥的用量为0.2～1.2g/g；所述助流剂相对干污泥的用量为200～500mg/g。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述污泥含水率为80～98％。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述增强污泥脱水性能的方法中依次加入助流剂、絮凝剂和蛋白沉淀剂，具体包括如下脱水步骤：

1)将污泥与助流剂进行混合搅拌均匀；

3)向步骤2)所得混合物中添加蛋白沉淀剂，再以150～400rpm转速搅拌5～20min，即得处理后的污泥；

4)将步骤3)所得处理后的污泥进行真空过滤脱水。