CN111362536A - 一种Fenton-絮凝联合调理方法在城市生活污泥脱水中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种Fenton‑絮凝联合调理方法在城市生活污泥脱水中的应用，属于污水处理领域。本发明先调节污泥的pH，然后向污泥中加入一定量的FeSO4·7H2O，搅拌，再加入H2O2，搅拌，反应一段时间后，加入定量的阳离子型聚丙烯酰胺P(AM‑DMC‑MAPTAC)(CPAM)，搅拌均匀后静置，然后抽滤。本发明可以大幅降低污泥含水率、污泥比阻(SRF)、上清液浊度，将大幅减轻污泥后续处理构筑物的负荷。

Description

一种Fenton-絮凝联合调理方法在城市生活污泥脱水中的 应用
技术领域
本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种Fenton-絮凝联合调理方法在城市生活污泥脱水中的应用。
背景技术
随着城市化与工业化的快速发展，所产生的城市生活污水与工业废水愈来愈多。而我国城镇污水处理厂大多是采用活性污泥法处理工艺，污水处理后产生的污泥量巨大。城市污水处理厂产生的剩余污泥多是胶状结构且高度亲水，因而含水率高且一般难以降低。此外，剩余污泥成分结构复杂，若处理不当，会对水源和大气造成严重的二次污染，对环境造成长久且难以修复的破坏。近年来，国家对环保日益重视，污泥处理标准愈来愈严格，污泥产量居高不下，因而，污泥处理已成为当今研究的重点课题。
为了减轻后续污泥处理构筑物的负荷，通常要对污泥进行调理以利于脱水。污泥调理方法按作用介质可分为物理法、化学法和生物法。化学法因其操作简单、成本低廉、工艺成熟等优点成为了当前城镇污水处理厂广泛采用的污泥调理方法，其中投加有机高分子絮凝剂在化学调理中最为常用。实验表明，污泥絮体中胞外聚合物(EPS)的大量存在是污泥难以脱水的重要因素，而有机高分子絮凝剂对于高含量EPS的去除没有显著的效果，不能使污泥继续深度脱水，调理后的污泥含水率只能达到75％～80％。Fenton反应是一种高级氧化技术，氧化性极强，能将一般有机物完全氧化为无机态，被认为是污泥调理的替代方法。此外，Fenton氧化能够有效破解并降解污泥絮体外壁的EPS。研究证明，Fenton氧化可以改善污泥的脱水性能，但该反应缺乏效率，且成本较高。
鉴于絮凝和Fenton氧化单独调理对于污泥脱水性能的改善各有局限，但两种调理方法对于污泥的脱水机制不同，故采用Fenton-絮凝联合处理技术调理污泥，可以大幅减轻污泥后续处理构筑物的负荷
发明内容
本发明目的是为了克服上述絮凝和Fenton氧化单独调理的局限性，提供一种Fenton-絮凝联合调理方法，结合两者的双重优点，比单独使用絮凝或Fenton氧化调理对污泥脱水性能的改善更显著，效果更好，
为实现本发明目的所采用的技术方案为：一种Fenton-絮凝联合调理方法在城市生活污泥脱水中的应用，包括如下步骤：
1)室温下，调节污泥的pH值，然后加入FeSO4·7H2O，搅拌；
2)加入质量分数为30％的H2O2，搅拌后Fenton反应一定时间；
3)加入定量的阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)，搅拌，混合均匀后静置，然后抽滤。
优选地，上述的一种Fenton-絮凝联合调理方法在城市生活污泥脱水中的应用，步骤1)中的初始pH值调节至3-6。
优选地，上述的一种Fenton-絮凝联合调理方法在城市生活污泥脱水中的应用，步骤1)中FeSO4·7H2O的投加量为20-40mg/L。
优选地，上述的一种Fenton-絮凝联合调理方法在城市生活污泥脱水中的应用，步骤1)中搅拌时间为10-20min。
优选地，上述的一种Fenton-絮凝联合调理方法在城市生活污泥脱水中的应用，步骤2)中质量分数为30％的H2O2的投加量为3-5g/L。
优选地，上述的一种Fenton-絮凝联合调理方法在城市生活污泥脱水中的应用，步骤2)中搅拌时间为10-20min。
优选地，上述的一种Fenton-絮凝联合调理方法在城市生活污泥脱水中的应用，步骤2)中Fenton反应时间为60-80min。
优选地，上述的一种Fenton-絮凝联合调理方法在城市生活污泥脱水中的应用，步骤3)中CPAM投加量为50-70mg/L。
优选地，上述的一种Fenton-絮凝联合调理方法在城市生活污泥脱水中的应用，步骤3)中搅拌时间为10-20min。
优选地，上述的一种Fenton-絮凝联合调理方法在城市生活污泥脱水中的应用，步骤3)中静置时间为10-20min。
本发明的有益效果为：Fenton-絮凝联合调理对于污泥脱水性能的改善显然优于单独絮凝调理。Fenton试剂可通过强氧化作用有效破解污泥絮体的EPS，进而有效降低污泥含水率；CPAM的絮凝作用使污泥比阻大大降低，提高了污泥脱水性能，大幅减轻污泥后续处理构筑物的负荷。
附图说明
图1是Fe2+投加量对污泥上清液浊度、滤饼含水率和SRF的影响。
图2是H2O2投加量对污泥上清液浊度、滤饼含水率和SRF的影响。
图3是Fenton反应时间对污泥上清液浊度、滤饼含水率和SRF的影响。
图4是絮凝剂投加量对污泥上清液浊度、滤饼含水率和SRF的影响。
图5是初始pH对污泥上清液浊度、滤饼含水率和SRF的影响。
具体实施方式
实施例1 一种Fenton-絮凝联合调理方法在污泥脱水中的应用
一种Fenton-絮凝联合调理方法在污泥脱水中的应用，方法如下：
1)测量取自沈阳市某城镇污水处理厂剩余污泥，滤饼含水率为80.36％，浊度为15.26NTU，污泥比阻(SRF)为1.82(1012m·kg-1)；
2)室温下，取100mL污泥置于500mL烧杯中，用0.1mol/L NaOH和0.1mol/L HCl调节pH至5；
3)加入3mg FeSO4·7H2O，然后用玻璃棒搅拌15min；
4)加入质量分数为30％的H2O2 0.4g，然后用玻璃棒搅拌10min；
5)搅拌后等待Fenton反应60min；
6)加入6mg CPAM后用玻璃棒搅拌10min，混合均匀后静置10min，然后抽滤。
7)测量处理后的污泥，滤饼含水率将至60.65％，上清液浊度降低了41.98％，SRF降低了66.58％，对污泥脱水性能的改善非常显著。
实施例2 Fenton试剂投加量对污泥脱水性能的影响
室温下，不调节污泥的初始pH，污泥的初始pH为3，Fenton反应为80min，Fe2+投加量对污泥脱水效果的影响如图1所示，当H2O2投加量为3g/L，Fe2+投加量在10～30mg/L时，随着，Fe2+投加量的增大，上清液浊度、滤饼含水率和SRF显著降低，当Fe2+投加量为30mg/L时对污泥的调理效果最好。继续增加投加量会使上清液浊度、滤饼含水率和SRF缓慢上升。H2O2投加量对污泥脱水效果的影响如图2所示，当Fe2+投加量为30mg/L时，H2O2投加量在1～4g/L范围内时，随着H2O2投加量的增大，上清液浊度、滤饼含水率和SRF都会快速下降，当H2O2投加量为4g/L时对污泥的调理效果最好。继续增大H2O2投加量则会使上清液浊度、滤饼含水率和SRF上升。
Fe2+作为Fenton反应体系中的催化剂，催化H2O2产生具有强氧化性的·OH(羟基自由基)。·OH能氧化破解并裂解污泥絮体的EPS，EPS含量越低，污泥吸附键合的水分则越低，污泥脱水性能越好；投加过量Fe2+时，会导致Fenton反应中第二阶段反应难以进行，而该反应为Fenton反应体系的控制步骤，因而会Fenton试剂氧化效果被削弱，影响污泥脱水性能。H2O2作为Fenton反应体系中·OH的供体，对Fenton氧化效果影响极大。增大H2O2的投加量时，泥液中其浓度较大，产生较多·OH，污泥絮体外壁EPS破解充分，污泥脱水性能较好；投加过量时，由于H2O2可以充当·OH的清除剂，使得先产生的·OH被无用消耗，因而有效的·OH变少Fenton试剂氧化效果减弱，污泥脱水性能变差。综上，Fenton试剂Fe2+和H2O2的最佳投加量分别为30mg/L和4g/L。
实施例3 Fenton反应时间对污泥脱水性能的影响
室温下，不调节污泥的初始pH，初始pH为3，Fenton试剂Fe2+和H2O2的投加量分别为30mg/L和4g/L，不同的Fenton反应时间对污泥脱水性能的影响如图3所示。当反应时间为0～60min时，随着反应时间的增长，上清液浊度、滤饼含水率和SRF都迅速下降。当反应时间达到60min时，污泥调理效果最好。反应时间继续延长，上清液浊度、滤饼含水率会开始缓慢上升，SRF则区域稳定。
随着反应时间的延长，泥液中的·OH被不断消耗，其浓度不断降低，Fenton氧化速率越来越慢，Fenton氧化对污泥絮体的破解趋于缓慢，在反应60min时，SRF基本稳定，多糖和SCOD也都趋于稳定，表明Fenton反应基本结束，污泥脱水性能趋于稳定。
实施例4 絮凝剂投加量对污泥脱水效果的影响
室温下，不调节污泥的初始pH，初始pH为3，Fenton试剂Fe2+和H2O2的投加量分别为30mg/L和4g/L，Fenton反应时间为60min时，不同CPAM投加量对污泥脱水效果的影响如图4所示。当CPAM的投加量在10～60mg/L范围内时，随着CPAM投加量的增大，上清液浊度、滤饼含水率和SRF都会迅速减小，当CPAM投加量达到60mg/L时，污泥调理效果最好。继续增大CPAM投加量则会使上清液浊度、滤饼含水率和SRF开始增大。
增大CPAM投加量时，絮凝剂表面提供污泥絮体吸附的附着位点增多，中和污泥絮体所带电荷，污泥絮体间静电斥力变小，易于絮凝，污泥脱水效果较好；投加过量时，絮凝剂的长链难以完全展开，吸附架桥受到限制，且Fenton反应后泥液中存在游离铁离子，可能会导致污泥絮体被正电荷包裹，污泥絮体间静电斥力增大，对污泥脱水性能的改善受到限制。综上，当Fenton试剂Fe2+和H2O2的投加量分别为30mg/L和4g/L，Fenton反应时间为60min，絮凝剂的最佳投加量为60mg/L。
实施例5 初始pH对污泥脱水效果的影响
Fenton试剂Fe2+和H2O2的投加量分别为30mg/L和4g/L，Fenton反应时间为60min时，CPAM投加量为60mg/L，不同初始pH对污泥脱水效果的影响如图5所示。当pH<5时，随着pH的增大，上清液浊度、滤饼含水率和SRF都迅速下降。当初始pH为5时，污泥调理效果最好。继续增大pH，上清液浊度、滤饼含水率和SRF会开始缓慢增大。
这主要是因为酸性条件时，Fenton反应速率较快，催化产生大量·OH，Fenton氧化速率较快。当pH过低时，泥液中H+浓度过大，导致生成的中间产物FeOOH2+不易解离成Fe3+，催化反应受阻，污泥絮体氧化破解程度低，释放的蛋白质和多糖较少，污泥脱水效果受限；当pH过高时，H2O2易自行分解，·OH产生受到抑制，泥液中·OH浓度偏低，阻碍了泥液中Fe2和Fe3+间的转化，削弱了Fenton氧化作用，且会影响絮凝剂的絮凝作用，导致污泥脱水性能的改善受到限制。综上，在Fenton试剂Fe2+和H2O2的投加量分别为30mg/L和4g/L，Fenton反应60min，CPAM投加量为60mg/L时，初始pH＝5的联合调理效果最佳。

Claims (10)

1.一种Fenton-絮凝联合调理方法在城市生活污泥脱水中的应用，其特征在于，包括如下步骤：
1)室温下，调节污泥的pH值，然后加入FeSO4·7H2O，搅拌；
2)加入质量分数为30％的H2O2，搅拌后Fenton反应一定时间；
3)加入定量的CPAM，搅拌，混合均匀后静置，然后抽滤。
2.如权利要求1所述的一种Fenton-絮凝联合调理方法在城市生活污泥脱水中的应用，其特征在于，步骤1)中的初始pH值调节至3-6。
3.如权利要求1所述的一种Fenton-絮凝联合调理方法在城市生活污泥脱水中的应用，其特征在于，步骤1)中FeSO4·7H2O的投加量为20-40mg/L。
4.如权利要求1所述的一种Fenton-絮凝联合调理方法在城市生活污泥脱水中的应用，其特征在于，步骤1)中搅拌时间为10-20min。
5.如权利要求1所述的一种Fenton-絮凝联合调理方法在城市生活污泥脱水中的应用，其特征在于，步骤2)中质量分数为30％的H2O2的投加量为3-5g/L。
6.如权利要求1所述的一种Fenton-絮凝联合调理方法在城市生活污泥脱水中的应用，其特征在于，步骤2)中搅拌时间为10-20min。
7.如权利要求1所述的一种Fenton-絮凝联合调理方法在城市生活污泥脱水中的应用，其特征在于，步骤2)中Fenton反应时间为60-80min。
8.如权利要求1所述的一种Fenton-絮凝联合调理方法在城市生活污泥脱水中的应用，其特征在于，步骤3)中CPAM投加量为50-70mg/L。
9.如权利要求1所述的一种Fenton-絮凝联合调理方法在城市生活污泥脱水中的应用，其特征在于，步骤3)中搅拌时间为10-20min。
10.如权利要求1所述的一种Fenton-絮凝联合调理方法在城市生活污泥脱水中的应用，其特征在于，步骤3)中静置时间为10-20min。
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