CN111807676A - 一种二价铁诱导过氧化钙耦合高分子絮凝剂促进污泥脱水的方法 - Google Patents

一种二价铁诱导过氧化钙耦合高分子絮凝剂促进污泥脱水的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种二价铁诱导过氧化钙耦合高分子絮凝剂促进污泥脱水的方法，该方法采用以下步骤：1）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，搅拌速度为100‑300r/min；2）然后依次向污泥溶液中加入CaO2和FeSO4·7H2O继续搅拌反应25‑35min，搅拌速度为100‑300r/min，制得混合溶液；3）往混合溶液中加入高分子絮凝剂，并快速搅拌反应1分钟，完成污泥脱水过程。本发明利用二价铁诱导过氧化钙耦合高分子絮凝剂形成复合调节剂，实现了活性污泥更深层次的脱水，解决了污水处理厂剩余活性污泥脱水的难题。

Description

一种二价铁诱导过氧化钙耦合高分子絮凝剂促进污泥脱水的 方法
技术领域
本发明属于污泥处理技术领域，具体涉及一种二价铁诱导过氧化钙耦合高分子絮凝剂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；或者结合其他的催化剂，如过渡金属Fe、Cu、Zn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二价铁诱导过氧化钙耦合高分子絮凝剂促进污泥脱水的方法。
本发明通过以下技术方案加以实现：
所述的一种二价铁诱导过氧化钙耦合高分子絮凝剂促进污泥脱水的方法，其特征在于该方法采用以下步骤：
1）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，搅拌速度为100-300r/min；
2）然后依次向污泥溶液中加入CaO2和FeSO4·7H2O继续搅拌反应25-35min，搅拌速度为100-300r/min，制得混合溶液；
3）往混合溶液中加入高分子絮凝剂，并快速搅拌反应1分钟，完成污泥脱水过程。
优选地，步骤1）中活性污泥的浓度为15g/L, 硫酸的浓度为1mol/L。
优选地，步骤1）中搅拌时间10min，搅拌速度为200r/min。
优选地，步骤2）中搅拌时间30min，搅拌速度为200r/min.
优选地，步骤2）中CaO2的添加量为每克干污泥中添加25毫克的CaO2，FeSO4·7H2O的添加量为每克干污泥中添加40mg的FeSO4·7H2O。
优选地，步骤3）中高分子絮凝剂为聚二甲基二烯丙基氯化铵。
优选地，步骤3）中高分子絮凝剂的添加量为每克干污泥中添加3.75毫克的高分子絮凝剂。
本发明充分利用了Fe2+/CaO2的强氧化性以及高分子絮凝剂的化学再絮凝能力，创造性地提出了一种二价铁诱导过氧化钙耦合高分子絮凝剂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；并将富含絮凝剂的城镇自来水厂污泥替换复合调节剂中的高分子絮凝剂，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。
本发明利用二价铁诱导过氧化钙耦合高分子絮凝剂形成复合调节剂，实现了活性污泥更深层次的脱水，解决了污水处理厂剩余活性污泥脱水的难题；本发明方法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不同浓度的二价铁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不同浓度的过氧化钙对污泥脱水性能的影响；
图4为实施例4不同浓度的高分子絮凝剂对污泥脱水性能的影响。
具体实施方式
本发明一种二价铁诱导过氧化钙耦合高分子絮凝剂促进污泥脱水的方法，该方法采用以下步骤：1）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，搅拌速度为100-300r/min，优选200 r/min； 2）然后依次向污泥溶液中加入CaO2和FeSO4·7H2O继续搅拌反应25-35min，优选30min，搅拌速度为100-300r/min，优选200r/min，制得混合溶液；其中，CaO2的添加量为每克干污泥中添加25毫克的CaO2，FeSO4·7H2O的添加量为每克干污泥中添加40mg的FeSO4·7H2O；3）往混合溶液中加入高分子絮凝剂，高分子絮凝剂为聚二甲基二烯丙基氯化铵，其加入量为每克干污泥中添加3.75毫克的高分子絮凝剂，并快速搅拌反应1分钟，完成污泥脱水过程。
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8.16 ± 0.11；过滤至污泥体积一半耗用时间（TTF）为81 ± 5秒；含水量（%）为78.1 ±1.5；污泥毛细吸水时间（CST）为56.1± 0.9秒。
实施例1：不同浓度的二价铁对污泥脱水性能的影响
（为什么实施例中没有添加絮凝剂的步骤）
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10min，搅拌速度为200r/min。依次向污泥溶液中加入不同剂量的FeSO4·7H2O和固定剂量的CaO2，搅拌反应30min，搅拌速度为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。FeSO4·7H2O的加入量以所述的活性污泥固体含量计分别为0、20、40、60、120、200和400mg/g悬浮固体； CaO2的加入量以所述的活性污泥固体含量计为30mg/g悬浮固体。图1为不同浓度的二价铁对污泥脱水性能的影响。从图1中可以看出，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FeSO4·7H2O的加入量为40mg/g悬浮固体时，污泥含水率最低，污泥比阻也相对较小，脱水效果最好。
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10min，搅拌速度为200r/min。依次向污泥溶液中加入固定剂量的FeSO4·7H2O和CaO2，搅拌反应30min，搅拌速度为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。FeSO4·7H2O的加入量以所述的活性污泥固体含量计为120mg/g悬浮固体； CaO2的加入量以所述的活性污泥固体含量计为30mg/g悬浮固体。图2为污泥溶液pH值对污泥脱水性能的影响。从图2中可以看出，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10min，搅拌速度为200r/min。依次向污泥溶液中加入不同剂量的CaO2和固定剂量的FeSO4·7H2O，搅拌反应30min，搅拌速度为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。所述的CaO2的加入量以所述的活性污泥固体含量计分别为0、12.5、25、37.5、50、62.5和125mg/g悬浮固体；所述的FeSO4·7H2O的加入量以所述的活性污泥固体含量计为40mg/g悬浮固体。图3为不同浓度的过氧化钙对污泥脱水性能的影响。从图3中可以看出，当CaO2的加入量为25mg/g悬浮固体时，活性污泥的脱水效果最佳。
实施例4：不同浓度的高分子絮凝剂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10min，搅拌速度为200r/min。依次向污泥溶液中加入固定剂量的CaO2和FeSO4·7H2O，搅拌反应30min，搅拌速度为200r/min。随后加入不同剂量的聚二甲基二烯丙基氯化铵絮凝剂，快速搅拌反应1分钟。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。所述的聚二甲基二烯丙基氯化铵的加入量以所述的活性污泥固体含量计分别为0、1.25、2.5、3.75、5.0和6.25mg/g悬浮固体；所述的CaO2的加入量以所述的活性污泥固体含量计为25mg/g悬浮固体；所述的FeSO4·7H2O的加入量以所述的活性污泥固体含量计为40mg/g悬浮固体。图4为不同浓度的高分子絮凝剂对污泥脱水性能的影响。从图4中可以看出，当高分子絮凝剂的加入量为3.75mg/g悬浮固体时，污泥含水率和污泥比阻都相对较低，污泥的脱水效果最佳。

Claims (7)

1.一种二价铁诱导过氧化钙耦合高分子絮凝剂促进污泥脱水的方法，其特征在于该方法采用以下步骤：
1）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，搅拌速度为100-300r/min；
2）然后依次向污泥溶液中加入CaO2和FeSO4·7H2O继续搅拌反应25-35min，搅拌速度为100-300r/min，制得混合溶液；
3）往混合溶液中加入高分子絮凝剂，并快速搅拌反应1分钟，完成污泥脱水过程。
2.如权利要求1所述的一种二价铁诱导过氧化钙耦合高分子絮凝剂促进污泥脱水的方法，其特征在于步骤1）中活性污泥的浓度为15g/L, 硫酸的浓度为1mol/L。
3.如权利要求1所述的一种二价铁诱导过氧化钙耦合高分子絮凝剂促进污泥脱水的方法，其特征在于步骤1）中搅拌时间10min，搅拌速度为200r/min。
4.如权利要求1所述的一种二价铁诱导过氧化钙耦合高分子絮凝剂促进污泥脱水的方法，其特征在于步骤2）中搅拌时间30min，搅拌速度为200r/min。
5.如权利要求1所述的一种二价铁诱导过氧化钙耦合高分子絮凝剂促进污泥脱水的方法，其特征在于步骤2）中CaO2的添加量为每克干污泥中添加25毫克的CaO2，FeSO4·7H2O的添加量为每克干污泥中添加40mg的FeSO4·7H2O。
6.如权利要求1所述的一种二价铁诱导过氧化钙耦合高分子絮凝剂促进污泥脱水的方法，其特征在于步骤3）中高分子絮凝剂为聚二甲基二烯丙基氯化铵。
7.如权利要求1所述的一种二价铁诱导过氧化钙耦合高分子絮凝剂促进污泥脱水的方法，其特征在于步骤3）中高分子絮凝剂的添加量为每克干污泥中添加3.75毫克的高分子絮凝剂。
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