CN111592209A - 一种热活化过氧化钙促进污泥脱水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热活化过氧化钙促进污泥脱水的方法，该方法为：取活性污泥溶液，滴加硫酸将活性污泥溶液的PH值调节至2.0，于磁力搅拌器作用下搅拌反应5‑15min，然后加热升温至60℃，再加入CaO2继续搅拌反应25‑35min，搅拌速度为100‑300r/min。本发明通过加热活化过氧化钙形成复合调节剂，实现了活性污泥更深层次的脱水，该处理方法简单易行，可广泛应用于污水处理厂剩余活性污泥的处理处置，具有明显的社会和环境效益。

Description

一种热活化过氧化钙促进污泥脱水的方法
技术领域
本发明属于污泥处理技术领域，具体涉及一种热活化过氧化钙促进污泥脱水的方法。
背景技术
活性污泥法是水污染控制的主要技术手段，随着大量城市污水的产生，剩余活性污泥的产量急剧增加。如果剩余污泥不能被有效地处理处置，将会对生态系统造成极大的威胁。传统的污泥处理方法费用高昂，占整个污水处理厂运营成本的绝大部分，且处理效果不佳。原始活性污泥的含水率大约在99%，传统的调理方法处理后污泥的含水率仍高达80%。所以目前，对剩余污泥的处理处置面临着巨大的技术挑战。剩余污泥含水率高、体积大和脱水性差的特点，导致对其运输及处置的成本大幅度增加。降低剩余污泥的含水率对污泥减量化和缩减污水处理厂的运营成本至关重要。
近年来，利用高级氧化过程产生羟基自由基来促进污泥脱水的方法越来越多地引起人们的关注。由过渡金属Fe元素催化过氧化氢（H2O2）产生羟基自由基的芬顿（Fenton）反应在上世纪90年代就已开始被应用于污泥脱水领域，该方法具有能产生活性较强的羟基自由基、反应速率快、容易操控等优点。Fenton及类Fenton方法促进污泥脱水的机理，主要体现在羟基自由基对污泥胞外聚合物的主要成分多糖类及蛋白类物质的降解和污泥细胞的溶解，释放出包含在污泥胞外聚合物骨架结构及污泥细胞中的水分，从而促进污泥脱水。然而经典Fenton方法需要用到大量氧化性较强的危险品H2O2；此外Fenton反应虽能够降低污泥含水率，但降低程度有限，且在脱水速率方面比有机高分子絮凝剂慢。因此，发展安全廉价、能有效降低污泥含水率并加快污泥过滤速度的高级氧化脱水技术，依然是需要我们进一步解决的难题。
过氧化钙（CaO2）作为一种能产生H2O2的固体过氧化物被越来越多地应用于土壤和地下水修复、水污染控制等方面。CaO2的强氧化能力主要来源于其单独使用时产生的H2O2；或者结合其他条件催化，如UV、加热等，产生活性极强的羟基自由基。污泥中对脱水起着重要作用的胞外聚合物（有机物）也是CaO2产生的自由基的主要攻击对象，CaO2的加入能够极大程度地强化污泥脱水。因此CaO2具有氧化性强、稳定性高、安全可靠等优点，这为其在污泥处理处置方面的应用提供了有利条件。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明设计的目的在于提供一种热活化过氧化钙促进污泥脱水的方法。
本发明通过以下技术方案加以实现：
所述的一种热活化过氧化钙促进污泥脱水的方法，其特征在于该方法为：取活性污泥溶液，滴加硫酸将活性污泥溶液的PH值调节至2.0，于磁力搅拌器作用下搅拌反应5-15min，然后加热升温至60℃，再加入CaO2继续搅拌反应25-35min，搅拌速度为100-300r/min。
所述的一种热活化过氧化钙促进污泥脱水的方法，其特征在于活性污泥的浓度为15g/L。
所述的一种热活化过氧化钙促进污泥脱水的方法，其特征在于所述硫酸的浓度为1mol/L。
所述的一种热活化过氧化钙促进污泥脱水的方法，其特征在于调活性污泥溶液的PH值时搅拌反应时间为10min，加入CaO2继续搅拌反应时间为30min。
所述的一种热活化过氧化钙促进污泥脱水的方法，其特征在于CaO2的添加量为每克干污泥中添加12.5毫克的CaO2。
本发明充分利用了加热活化CaO2的强氧化性，创造性地提出了一种加热活化过氧化钙促进污泥脱水的新方法。新构建的复合调节剂为剩余污泥脱水找到了一条安全、高效的新途径；既解决了城镇自来水厂污泥的资源化利用难题，又实现了污水处理厂剩余污泥的脱水目标。通过本发明方法构建的复合调节剂具有明显的社会和环境效益，为推动污泥脱水技术的发展，及自来水厂剩余污泥的资源化提供了一种新的思路。
本发明通过加热活化过氧化钙形成复合调节剂，实现了活性污泥更深层次的脱水，该处理方法简单易行，可广泛应用于污水处理厂剩余活性污泥的处理处置，具有明显的社会和环境效益。
附图说明
图1为实施例1不同温度对污泥脱水性能的影响；
图2为实施例2污泥溶液pH值对污泥脱水性能的影响；
图3为实施例3不同添加量的过氧化钙对污泥脱水性能的影响。
具体实施方式
本发明一种热活化过氧化钙促进污泥脱水的方法，该方法为：取浓度为15g/L的活性污泥溶液，滴加浓度为1mol/L的硫酸将活性污泥溶液的PH值调节至2.0，于磁力搅拌器作用下搅拌反应5-15min，优选10min，然后加热升温至60℃，再加入CaO2继续搅拌反应25-35min，优选30min，搅拌速度为100-300r/min，优选200 r/min ，CaO2的添加量为每克干污泥中添加12.5毫克的CaO2。
原始活性污泥溶液取自浙江省杭州市七格污水处理厂的污泥消化池，样品放置于4℃冰箱保存。该活性污泥的特征参数如下：pH为6.7 ± 0.1；总固体含量（%）为1.25 ±0.08；挥发性悬浮固体含量为0.56 ± 0.03g/g总固体；污泥比阻（SRF, ×1013 m/kg）为9.21 ± 0.30；含水量（%）为79.9 ± 0.6；污泥毛细吸水时间（CST）为25± 0.1秒。
实施例1：不同加热温度对污泥脱水性能的影响
分别量取100mL固体含量为15g/L的活性污泥溶液置于250mL的烧杯中，利用浓度为1mol/L硫酸将污泥溶液的pH值调节至2.0，然后在磁力搅拌器作用下搅拌反应5~15min，优选10min，搅拌速度为100~300r/min，优选200r/min。依次对污泥溶液加热至特定温度和向污泥溶液中加入固定剂量的CaO2，搅拌反应25~35min，优选30min，搅拌速度为100~300r/min，优选200r/min。最后用常规的布氏漏斗方法Buchner funnel test测定污泥比阻SRF和污泥含水率，评估污泥脱水效能。加热温度分别为20℃、40℃、60℃、80℃；所述的CaO2的加入量以所述的活性污泥固体含量计为12.5mg/g悬浮固体。其影响结果见图1，从图1可以看出，表征污泥脱水效能的两个参数：污泥比阻和污泥含水率均随着二价铁浓度的变化而变化。当温度为60℃，污泥含水率和污泥比阻相对较小，虽然在80℃时脱水效果也很好，但是从经济效益上考虑60℃脱水效率最好。
实施例2：污泥溶液pH值对污泥脱水性能的影响
分别量取100mL固体含量为15g/L的活性污泥溶液置于250mL的烧杯中，利用浓度为0~1mol/L硫酸将污泥溶液的pH值分别调节至2.0、3.0、4.0、5.0和6.0，然后在磁力搅拌器作用下搅拌反应5~15min，优选10min，搅拌速度为100~300r/min，优选200r/min。依次对污泥溶液加热至特定温度和向污泥溶液中加入固定剂量的CaO2，搅拌反应25~35min，优选30min，搅拌速度为100~300r/min，优选200r/min。最后用常规的布氏漏斗方法Buchner funneltest测定污泥比阻SRF和污泥含水率，评估污泥脱水效能。其中，特定温度为60℃；CaO2的加入量以所述的活性污泥固体含量计为12.5mg/g悬浮固体。不同pH值对污泥脱水性能的影响结果见图2，从图2可以看出，活性污泥的脱水效果在溶液pH值等于2.0时为最佳。
实施例3：不同浓度的过氧化钙对污泥脱水性能的影响
分别量取100mL固体含量为15g/L的活性污泥溶液置于250mL的烧杯中，利用浓度为1mol/L硫酸将污泥溶液的pH值调节至2.0，然后在磁力搅拌器作用下搅拌反应5~15min，优选10min，搅拌速度为100~300r/min，优选200r/min。依次向污泥溶液中加入不同剂量的CaO2和对污泥溶液加热至特定温度，搅拌反应25~35min，优选30min，搅拌速度为100~300r/min，优选200r/min。最后用常规的布氏漏斗方法Buchner funnel test测定污泥比阻SRF和污泥含水率，评估污泥脱水效能。其中，CaO2的加入量以活性污泥固体含量计分别为0、12.5、25、37.5、50、62.5、125和375mg/g悬浮固体；特定温度为60℃。不同浓度的过氧化钙对污泥脱水性能的影响结果见图3，从图3可以看出，当CaO2的加入量为12.5mg/g悬浮固体时，活性污泥的脱水效果最佳。
实施例4
将活性污泥分别经Fenton，Fenton-like以及热活化过氧化钙的最优条件处理，分别测量这几种处理条件下污泥的污泥比阻（SRF）和污泥含水率，不同处理方法对污泥特性的影响结果见表1，从表1可以看出活性污泥的脱水效果在本试验方法下最佳。
表1：不同处理方法对污泥特性的影响
Figure DEST_PATH_IMAGE001
通过Fenton，Fenton-like以及热活化过氧化钙的最优条件三种处理方法所使用的的试剂以及消耗的能量，进行污泥的经济评估，总成本的经济可行性结果见表2，从表2可以看出热活化过氧化钙经济优势最好。
表2：总成本的经济可行性
Figure DEST_PATH_IMAGE002
过氧化钙，氯化亚铁，硫酸铁，30％过氧化氢和98％硫酸的价格分别为8350元，1500元，1300元，1300元，486.3元/吨。

Claims (5)

1.一种热活化过氧化钙促进污泥脱水的方法，其特征在于该方法为：取活性污泥溶液，滴加硫酸将活性污泥溶液的PH值调节至2.0，于磁力搅拌器作用下搅拌反应5-15min，然后加热升温至60℃，再加入CaO2继续搅拌反应25-35min，搅拌速度为100-300r/min。
2.如权利要求1所述的一种热活化过氧化钙促进污泥脱水的方法，其特征在于活性污泥的浓度为15g/L。
3.如权利要求1所述的一种热活化过氧化钙促进污泥脱水的方法，其特征在于所述硫酸的浓度为1mol/L。
4.如权利要求1所述的一种热活化过氧化钙促进污泥脱水的方法，其特征在于调活性污泥溶液的PH值时搅拌反应时间为10min，加入CaO2继续搅拌反应时间为30min。
5.如权利要求1所述的一种热活化过氧化钙促进污泥脱水的方法，其特征在于CaO2的添加量为每克干污泥中添加12.5毫克的CaO2。
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