申请日2015.05.25
公开(公告)日2015.09.23
IPC分类号C02F11/14; C02F11/12
摘要
本发明涉及污泥脱水性能改善技术领域，尤其是一种超声波-壳聚糖耦合处理改善城市污泥脱水性能的方法，通过先采用酸液调节pH值，加入壳聚糖后高速搅拌一定时间，低速搅拌10-15min，再采用超声处理，进而使得污泥中的结合水、吸附水、间隙水以及自由水部分脱出，进而使得污泥中的含水量由98%以上降低至68%以下，降低污泥的毛细管吸水时间，提高了污泥处理上清液中的多糖和蛋白质含量，改善了污泥的脱水性能和脱出水的品质，并且操作方法简单，能耗低，成本低。
权利要求书
1.一种超声波-壳聚糖耦合处理改善城市污泥脱水性能的方法， 其特征在于，包括以下步骤：
(1)将污泥置于调节池中，并向其中加入酸液调节污泥的pH值 为4-6.5，再向其中按照每升污泥加入600-800mg壳聚糖，再采用磁力 搅拌器先以290-310r/min搅拌处理0.9-1.2min，再调整搅拌速度为 47-53r/min搅拌处理10-15min;
(2)将步骤(1)处理待用的污泥采用超声波处理，超声波处理 是将超声探头浸没于污泥液面下80-120mm处，并调整超声频率为 20-200kHz，声能密度控制在0.3-0.6W/mL，超声处理1-5min，再将其 置于离心脱水机中进行离心脱水处理，即可完成污泥脱水性能的改 善。
2.如权利要求1所述的超声波-壳聚糖耦合处理改善城市污泥脱 水性能的方法，其特征在于，所述的酸液为盐酸、硫酸、或者酸生产 车间的废酸。
3.如权利要求2所述的超声波-壳聚糖耦合处理改善城市污泥脱 水性能的方法，其特征在于，所述的酸生产车间的废酸为硫酸和/或 者盐酸生产车间的废酸。
4.如权利要求2所述的超声波-壳聚糖耦合处理改善城市污泥脱 水性能的方法，其特征在于，所述的盐酸或者硫酸的摩尔浓度为 0.1-1mol/l。
5.如权利要求1所述的超声波-壳聚糖耦合处理改善城市污泥脱 水性能的方法，其特征在于，所述的超声频率为50-150kHz。
6.如权利要求1所述的超声波-壳聚糖耦合处理改善城市污泥脱 水性能的方法，其特征在于，所述的超声处理时间为3min。
7.如权利要求1所述的超声波-壳聚糖耦合处理改善城市污泥脱 水性能的方法，其特征在于，所述的离心脱水机的转速为 1000-5000r/min。
说明书
一种超声波-壳聚糖耦合处理改善城市污泥脱水性能的方法
技术领域
本发明涉及污泥脱水性能改善技术领域，尤其是一种超声波-壳聚糖 耦合处理改善城市污泥脱水性能的方法。
背景技术
污泥是城市污水处理厂活性污泥法处理废水的副产物，其有效处 理已成为城市污水处理厂正常运行的关键环节之一。但由于污泥的含 水率高、体积大，且水分难以脱除的特征，使得大量的污泥堆存，进 而导致污水处理厂的进一步的运行受到阻碍。污泥中所含的水分存在 着四种形态，即间隙水、自由水、表面吸附水、内部结合水。并且污 泥为絮状胶体集合而成，当施加外力时，胶状的细小颗粒就会堵塞形 成滤桥，增大了污泥中污水通过过滤除去的比阻值，造成机械脱出， 如离心脱出污泥中的水分难度较大，脱出率较低，进而造成污泥中的 水分含量较高，进一步的使得污泥的体积庞大，进而阻碍了污水处理 厂的正常运行。
对于污泥的处理方法在现有技术中较多，其中较受欢迎的还是化 学调理方法，在这个过程中，采用絮凝剂对污泥进行处理，进而使得 污泥的脱水性能得到改善，但是，在现有技术中，采用的絮凝剂为聚 丙烯酰胺(PAM)和聚合氯化铝(PAC)，如专利号为CN201410064855 的一种回收氮磷并处理污泥脱水性能的技术方案;但是，其中的PAM 的单体流入环境中后，可能致畸、致癌、致突变，对生物体会带来很 大危害，存在着二次污染的风险;同时，PAC处理过程中，由于对污 泥的处理方式不恰当，进而导致铝离子流露到环境中，造成环境的二 次污染。
为此，对于污泥处理过程中，有研究者引进了超声处理技术，该 技术对污泥的脱水性能有所促进和改善，但单纯超声处理会释放大量 的胞外聚合物，增加污泥离心出水的COD，使出水水质变差;且单纯 超声效果并不显著，操作条件难控制;并且，如果超声波处理过程中， 其超声密度较密，超声处理时间较长，依然会导致污泥颗粒改变，进 而导致污泥的脱水性能较差。
故而，本领域研究者有必要对污泥的进一步处理，提高污泥的脱 水性能进行新技术的研究，进而为污水处理厂提供保障，同时，超声 波联合壳聚糖处理污泥的技术还未见有任何文献公开。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供超声波- 壳聚糖耦合处理改善城市污泥脱水性能的方法，处理效率高、成本低、 绿色环保无二次污染，提高污泥的脱水性能显著。
具体是通过以下技术方案得以实现的：
一种超声波-壳聚糖耦合处理改善城市污泥脱水性能的方法，包 括以下步骤：
(1)将污泥置于调节池中，并向其中加入酸液调节污泥的pH值 为4-6.5，再向其中按照每升污泥加入600-800mg壳聚糖，再采用磁力 搅拌器先以290-310r/min搅拌处理0.9-1.2min，再调整搅拌速度为 47-53r/min搅拌处理10-15min;通过将污泥采用酸液调节其pH值，进 而使得PH值呈现出酸性，进而在将壳聚糖加入其中后，首先采用高 速短时间搅拌处理，使得壳聚糖在酸性作用下，其分子链上的氨基发 生质子化，进而提高壳聚糖对污泥的絮凝性能，并在后期的慢速搅拌 过程中，通过壳聚糖中质子化的成分与污泥进行反应，进而使得污泥 中的自由水、表面吸附水和部分间隙水得到显露出来;
(2)将步骤(1)处理待用的污泥采用超声波处理，超声波处理 是将超声探头浸没于污泥液面下80-120mm处，并调整超声频率为 20-200kHz，声能密度控制在0.3-0.6W/mL，超声处理1-5min，再将其 置于离心脱水机中进行离心脱水处理，即可完成污泥脱水性能的改 善。通过第一步骤中的壳聚糖处理之后，使得自由水、吸附水和部分 间隙水显露出来之后，进而使得污泥聚沉在水面下，再结合步骤2中 的超声处理，并通过对超声探头与污泥的接触情况进行限定，进而使 得超声处理过程中，污泥性能发生变化更加均匀，再结合超声处理过 程中的能耗控制，进而降低了超声处理过程中的能耗，尤其是通过控 制超声频率，超声声能密度以及超声处理时间，进而使得超声产生的 空化效应不会过分破坏污泥颗粒，进而降低了污泥的比阻值，提高了 污泥的脱水性能。
所述的酸液为盐酸、硫酸、或者酸生产车间的废酸。
所述的酸生产车间的废酸为硫酸和/或者盐酸生产车间的废酸。
所述的盐酸或者硫酸的摩尔浓度为0.1-1mol/l。
所述的超声频率为50-150kHz。
所述的超声处理时间为3min。
所述的离心脱水机的转速为1000-5000r/min。
壳聚糖广泛存在于节肢动物虾、蟹和昆虫的外壳以及贝类、软体 动物的外壳和软骨中，是地球上仅次于植物纤维的第二大生物资源。 壳聚糖分子链内的六元环平面有一定角度，侧链上有羟甲基、羟基和 胺基等活性基团，决定了壳聚糖除了吸附、架桥，还有普通絮凝剂所 没有的螯合、交联功能。
本发明将壳聚糖与超声波进行耦合联用对污泥进行处理，进而使 得壳聚糖对污泥中的四种水分形态进行深度处理与脱出，进而提高了 超声处理后的污泥的脱水性能。并通过超声波的使用，减少了壳聚糖 的使用量，通过壳聚糖的使用，降低了超声波处理的时间、超声波处 理的频率，进而降低了超声波的能耗，降低了污泥处理的成本，提高 了污泥的处理效率和提高了污泥的脱水性能。
本发明中采用壳聚糖与超声耦合处理的原理为：壳聚糖先在酸液 中发生氨基质子化，进而通过电荷作用降低污泥中的自由水、吸附水 和间隙水含量，进而使得上述三种类型的水显露出来，再结合超声处 理，使得污泥中的胞体水以及结合水显露出来，再通过对超声处理的 频率、声能密度以及超声处理时间的控制，进而使得污泥的颗粒性能 不会遭受过分破坏，进而提高了污泥的脱水性能。
并且，本发明还通过将本发明的技术方案与单独采用壳聚糖处理 以及单独采用超声波处理进行对比试验，并得出：其毛细管吸水时间 下降25%-40%，上清液中多糖、蛋白质浓度增加10%-25%，离心后 污泥含水率降至68.3%以下，并且壳聚糖无毒无污染，进而不会造成 环境的二次污染，具有显著的进步性。
并且，本发明的操作方法简单，处理过程中的成本较低，能耗低， 对污泥的脱水性能改善明显。
再者，本发明还结合现有技术对污泥脱水性能的改善进行了对比 试验，对比组采用的是专利号为CN201410064855的一种回收氮磷并 处理污泥脱水性能的技术方案，本发明相比该专利号的方案来说，其 处理后的污泥的毛细管吸水时间下降幅度高出6-7个百分点，上清液 中多糖、蛋白质浓度增加幅度高出5-9个百分点，明显了改善了污泥 脱出的水的品质，并且也明显的改善了污泥的脱水性能。
