CN115259601A

CN115259601A - 一种纳米臭氧与污泥基生物炭耦合强化污泥调理脱水的工艺

Info

Publication number: CN115259601A
Application number: CN202210922295.2A
Authority: CN
Inventors: 许国仁; 高青
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-08-02
Filing date: 2022-08-02
Publication date: 2022-11-01

Abstract

一种纳米臭氧与污泥基生物炭耦合强化污泥调理脱水的工艺，属于污泥处理处置与资源化利用技术领域。本发明采用了纳米臭氧(1‑1000nm)和磁性污泥基生物炭耦合强化污泥调理脱水，通过对污泥的胞外聚合物和新污染物的分子结构进行破坏与改性以及污泥基生物炭在调理脱水过程中，通过电中和作用，强化了絮凝和分离效果，构建了自由水释放通道，减小了污泥泥饼可压缩性，改善了污泥调理与脱水性能。本发明中，纳米臭氧(1‑1000nm)与污泥基生物炭耦合可实现强化污泥调理与脱水性能，在减少污泥体积的同时，降低药剂量、毒性与污泥电导率，降低成本，同时提高污泥中新污染物去除能力，保证环境安全，实现污泥绿色低碳循环与安全资源化的目标。

Description

一种纳米臭氧与污泥基生物炭耦合强化污泥调理脱水的工艺

技术领域

本发明属于污泥处理处置与资源化利用领域，具体涉及一种纳米臭氧与污泥基生物炭耦合强化污泥调理脱水的工艺。

背景技术

污泥为污水处理过程中的副产物。污泥的高含水率、成分复杂、体积大、稳定性差等特点使其后续运输和处理处置的费用增加，提高了污水处理厂的运营成本。因此，在污泥处置之前对其进行调理以改善脱水性能是实现污泥资源化利用的重要基础。

污泥调理是指通过投加一种或多种化学药剂(酸、碱、混凝剂、氧化剂等) 或物理调理剂(硅藻土、石灰、粉煤灰、生物炭等)以及生物酶、微生物絮凝剂等改变污泥理化性质，破坏污泥原有胶体结构，减小泥水间亲和力，帮助克服粒子间斥力，实现污泥颗粒脱稳。

目前的污泥调理方法主要包括物理调理、化学调理、生物调理和联合调理等。常用的化学调理药剂存在投加量大、降解单体有毒等缺点，且调理后的污泥电导率高、污泥中新污染物去除效能低。近年来，高级氧化技术在污泥调理脱水领域呈现出新兴的发展趋势，其利用产生的强氧化性自由基对污泥絮体和细胞结构进行破坏，使胞外聚合物(EPS)降解、细菌细胞溶裂，进而导致污泥絮体间和细胞内的水分得以释放。臭氧作为一种清洁氧化剂，与高级氧化技术中其他常用的氧化剂(高锰酸钾、过氧化氢、过硫酸盐等)相比，使用过程中不会产生有毒有害的副产物，是非管制类货物，具有运输和储存安全等优点。纳米臭氧(1-1000nm)与普通臭氧(1-1000μm)相比，具有比表面积大、稳定性强、传质效率高、氧化能力强、存留时间长等优点，为其在污泥调理脱水领域中的应用提供了可能性。

发明内容

基于前期研究获得的国家发明专利磁性污泥基生物炭 (ZL202011157987.X)，其主要原理是利用污泥与其它废弃物制备出具有较大比表面积和磁性的污泥基生物炭，其表面有Fe等金属离子催化点位。在实现本发明的过程中，发现其与普通臭氧(1-1000μm)联用可用作高级氧化催化剂来催化臭氧产生羟基自由基调理污泥脱水性能。同时，磁性污泥基生物炭在污泥深度脱水过程中可通过电中和作用，强化絮凝和分离效果，并且构建自由水释放通道，减小污泥泥饼可压缩性，进一步提高污泥脱水性能。

在此基础上，进一步发现通过制备纳米级臭氧(1-1000nm)与磁性污泥基生物炭耦合使用，所产生的效果远优于普通臭氧(1-1000μm)和污泥基生物炭耦合作用产生的调理效果。纳米臭氧(1-1000nm)与普通臭氧气泡(1-1000μm) 相比，它的比表面积更大、传质效率更高、存留时间更长、稳定性更好，对污泥的胞外聚合物结构破坏与改性更彻底，能够促进胞内水、结合水和间隙水向自由水转变，提高对污泥中新污染物的去除能力，对污泥的调理效果更好。同时纳米臭氧在磁性污泥基生物炭表面金属离子催化点位作用下更有利于产生羟基自由基(·OH)，进而通过纳米臭氧的直接氧化作用和羟基自由基的间接氧化双重作用强化污染物去除，进一步提高污泥调理脱水效果和污染物去除能力。

本发明的主要目的是提出一种纳米臭氧与污泥基生物炭耦合强化污泥调理脱水的工艺，将纳米臭氧(1-1000nm)与污泥基生物炭耦合使用，可克服现有污泥调理脱水技术药剂投加量大、污泥电导率高、污泥中新污染物去除效能低等缺点，相对于传统化学法调理污泥脱水，可在减少污泥体积的同时，减少混凝剂和氧化剂的投加，使调理后污泥电导率下降，污泥中新污染物去除能力提高，从而降低成本，保证环境安全，实现污泥绿色低碳循环与安全资源化的目标。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种纳米臭氧与污泥基生物炭耦合强化污泥调理脱水的工艺，如图1所示，所述工艺包括以下步骤：

步骤一：污泥调理：(1)向待调理污泥中加入磁性污泥基生物炭并搅拌混合均匀；(2)将铁盐或铝盐混凝剂加入经过(1)处理后的污泥中并搅拌混合均匀；(3)将纳米臭氧(1-1000nm)通入经过(2)处理后的污泥中，反应时间为5-30min。(4)将高分子絮凝剂加入经过(3)处理后的污泥中。

1.进一步地，磁性污泥基生物炭、铁盐或铝盐混凝剂、纳米臭氧和高分子絮凝剂投加顺序可根据污泥的性质进行调整。

2.进一步地，磁性污泥基生物炭的投加量不超过污泥干重的50％。可选地，磁性污泥基生物炭的投加量可以但不限于是5％、10％、20％、30％、40％等。

3.进一步地，磁性污泥基生物炭的粒径为1-1000μm。

4.进一步地，磁性污泥基生物炭的制备方法见国家专利 (ZL202011157987.X)。

5.进一步地，铁盐或铝盐混凝剂的投加量不超过污泥干重的10％。

6.进一步地，纳米臭氧的投加量为10-100mg/g(污泥干重)。可选地，纳米臭氧的投加量可以但不限于是10mg/g、20mg/g、30mg/g、40mg/g、60mg/g、 70mg/g、80mg/g、100mg/g等。

7.进一步地，纳米臭氧的气泡尺度控制范围为1-1000nm。

8.进一步地，高分子絮凝剂投加量不超过污泥干重的2％。

步骤二：污泥深度脱水：对步骤一得到的调理污泥进行深度脱水，以使污泥含水率从96％-99％降低至50％-80％。脱水滤液经污泥基生物炭吸附新污染物后排至污水处理厂。

1.进一步地，污泥深度脱水所用设备为带式压滤机、板框压滤机、离心脱水机。

2.进一步地，深度脱水后滤液中的新污染物经污泥基生物炭吸附过滤去除后，排放至污水处理厂。

本发明至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)本发明采用纳米臭氧(1-1000nm)对污泥进行调理，相比普通臭氧气泡，其比表面积更大、传质效率更高、存留时间更长、稳定性更好，对污泥胞外聚合物结构和新污染物的破坏与改性更彻底，调理效果更好。

(2)本发明利用磁性污泥基生物炭作臭氧氧化调理催化剂，其表面的Fe 等金属离子催化点位能够催化臭氧产生羟基自由基，提高氧化性能，同时构建污泥过水通道提高污泥脱水性能，可实现污泥的资源化利用。

(3)本发明采用纳米臭氧(1-1000nm)与磁性污泥基生物炭耦合强化污泥调理脱水，脱水后污泥含水率可降至50％，经济效益显著。

(4)本发明采用安全、非管制、可现场制备的纳米臭氧(1-1000nm)和磁性污泥基生物炭耦合的污泥调理技术，相比传统调理药剂的调理技术可大幅度降低电导率，同时提高对污泥中新污染物的去除能力，减少后续资源化过程中对环境的破坏。

附图说明

图1是本发明纳米臭氧与污泥基生物炭耦合强化污泥调理脱水的工艺。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

纳米臭氧和磁性污泥基生物炭协同在污泥调理脱水过程中效果最好，在实际工程中，根据实际情况，在污泥调理时可以分别单独投加纳米臭氧和磁性污泥基生物炭或同时投加纳米臭氧和磁性污泥基生物炭。

实施例1

某污水处理厂污泥，含水率99％，首先加入9％污泥干重的磁性污泥基生物炭，磁性污泥基生物炭颗粒粒径控制范围为1-1000μm，搅拌均匀后，加入 2％污泥干重的混凝剂聚合硫酸铝并搅拌均匀，随后通入35mg/g(污泥干重) 的纳米臭氧(1-1000nm)进行调理，反应25min后，再加入5‰污泥干重的高分子絮凝剂PAM，搅拌3min后，将调理好的污泥输送至板框压滤机中进行深度脱水，脱水后污泥含水率降低至60％以下，脱水滤液经污泥基生物炭吸附新污染物后排至污水处理厂。比未投加磁性污泥基生物炭和纳米臭氧情况下的污泥含水率降低10％-20％，电导率降低10％，同时提高新污染物去除能力10％以上。

实施例2

某污水处理厂污泥，含水率97％，首先加入12％污泥干重的污泥基生物炭，污泥基生物炭颗粒粒径控制范围为1-1000μm，搅拌均匀后，加入2％污泥干重的混凝剂聚合氯化铁并搅拌均匀，随后通入60mg/g(污泥干重)的纳米臭氧 (1-1000nm)进行调理，反应30min后，再加入4‰污泥干重的高分子絮凝剂 PAM，搅拌3min后，将调理好的污泥输送至离心脱水机中进行深度脱水，脱水后污泥含水率降低至80％以下，脱水滤液经污泥基生物炭吸附新污染物后排至污水处理厂。比未投加污泥基生物炭和纳米臭氧情况下的污泥含水率降低2％-5％，电导率降低10％，同时提高新污染物去除能力10％以上。

实施例3

某污水处理厂污泥，含水率99％，首先加入10％污泥干重的磁性污泥基生物炭，磁性污泥基生物炭颗粒粒径控制范围为1-1000μm，搅拌均匀后，加入 3％污泥干重的混凝剂聚合氯化铝并搅拌均匀，随后通入30mg/g(污泥干重) 的纳米臭氧(1-1000nm)进行调理，反应20min后，将调理好的污泥输送至高压带式压滤机中进行深度脱水，脱水后污泥含水率降低至65％以下，脱水滤液经污泥基生物炭吸附新污染物后排至污水处理厂。比未投加磁性污泥基生物炭和纳米臭氧情况下的污泥含水率降低10％，电导率降低10％，同时提高新污染物去除能力10％以上。

实施例4

某污水处理厂污泥，含水率99％，首先加入2％污泥干重的混凝剂聚合硫酸铝并搅拌均匀，随后通入35mg/g(污泥干重)的纳米臭氧(1-1000nm)进行调理，反应25min后，再加入5‰污泥干重的高分子絮凝剂PAM，搅拌3min后，将调理好的污泥输送至板框压滤机中进行深度脱水，脱水后污泥含水率降低至 60％以下，脱水滤液经污泥基生物炭吸附新污染物后排至污水处理厂。比未投加纳米臭氧情况下的污泥含水率降低5％，电导率降低5％，同时提高新污染物去除能力10％以上。

实施例5

某污水处理厂污泥，含水率99％，首先加入9％污泥干重的磁性污泥基生物炭，磁性污泥基生物炭颗粒粒径控制范围为1-1000μm，搅拌均匀后，加入 2％污泥干重的混凝剂聚合硫酸铝并搅拌均匀，再加入5‰污泥干重的高分子絮凝剂PAM，搅拌3min后，将调理好的污泥输送至板框压滤机中进行深度脱水，脱水后污泥含水率降低至60％以下，脱水滤液经污泥基生物炭吸附新污染物后排至污水处理厂。比未投加磁性污泥基生物炭情况下的污泥含水率降低2％-5％，电导率降低6％-10％。

Claims

1.一种纳米臭氧与污泥基生物炭耦合强化污泥调理脱水的工艺，其特征在于：所述工艺具体包括：

步骤一：污泥调理：(1)向待调理污泥中加入磁性污泥基生物炭并搅拌混合均匀；(2)将铁盐或铝盐混凝剂加入经过(1)处理后的污泥中并搅拌混合均匀；(3)将纳米臭氧(1-1000nm)通入经过(2)处理后的污泥中，反应时间为5-30min；(4)将高分子絮凝剂加入经过(3)处理后的污泥中；

步骤二：污泥深度脱水：对步骤一得到的调理污泥进行深度脱水，以使污泥含水率从96％-99％降低至50％-80％；脱水滤液经污泥基生物炭吸附新污染物后排至污水处理厂。

2.根据权利要求1所述的一种纳米臭氧与污泥基生物炭耦合强化污泥调理脱水的工艺，其特征在于：步骤一中，所述磁性污泥基生物炭、铁盐或铝盐混凝剂、纳米臭氧和高分子絮凝剂投加顺序可根据污泥的性质进行调整。

3.根据权利要求1所述的一种纳米臭氧与污泥基生物炭耦合强化污泥调理脱水的工艺，其特征在于：步骤一中，所述磁性污泥基生物炭的投加量不超过污泥干重的50％。

4.根据权利要求1所述的一种纳米臭氧与污泥基生物炭耦合强化污泥调理脱水的工艺，其特征在于：步骤一中，所述磁性污泥基生物炭的粒径为1-1000μm。

5.根据权利要求1所述的一种纳米臭氧与污泥基生物炭耦合强化污泥调理脱水的工艺，其特征在于：步骤一中，所述磁性污泥基生物炭的制备方法见国家专利(ZL202011157987.X)。

6.根据权利要求1所述的一种纳米臭氧与污泥基生物炭耦合强化污泥调理脱水的工艺，其特征在于：步骤一中，所述铁盐或铝盐混凝剂的投加量不超过污泥干重的10％。

7.根据权利要求1所述的一种纳米臭氧与污泥基生物炭耦合强化污泥调理脱水的工艺，其特征在于：步骤一中，所述纳米臭氧的投加量为10-100mg/g污泥干重。

8.根据权利要求1所述的一种纳米臭氧与污泥基生物炭耦合强化污泥调理脱水的工艺，其特征在于：步骤一中，所述纳米臭氧的气泡尺度控制范围为1-1000nm。

9.根据权利要求1所述的一种纳米臭氧与污泥基生物炭耦合强化污泥调理脱水的工艺，其特征在于：步骤一中，所述高分子絮凝剂的投加量不超过污泥干重的2％。

10.根据权利要求1所述的一种纳米臭氧与污泥基生物炭耦合强化污泥调理脱水的工艺，其特征在于：步骤二中，污泥深度脱水所用设备为带式压滤机、板框压滤机、离心脱水机。

11.根据权利要求1所述的一种纳米臭氧与污泥基生物炭耦合强化污泥调理脱水的工艺，其特征在于：步骤二中，所述脱水滤液经污泥基生物炭吸附新污染物后排至污水处理厂。