申请日2017.12.13
公开(公告)日2018.06.19
IPC分类号C02F11/14; C02F11/12; C02F11/00
摘要
本发明提供了一种电化学协同Fe‑HClO体系改善污泥脱水性能的方法，包括以下步骤：A、在剩余污泥中加入氯化铁，并调节pH至2～3，得酸化污泥;B、在酸化污泥中加入NaClO后，通入直流电进行电化学氧化反应;C、经步骤B反应后的污泥调节pH至7，进行絮凝沉淀，然后进行脱水处理。本发明通过电化学协同Fe2+/HClO氧化体系对污泥进行调理，改善污泥脱水性能，同时有效实现污泥的减量化，利用Ca(OH)2调整体系pH，实现污泥的絮凝沉淀。本发明工艺简单、运行成本低，经过调理污泥脱水性能大幅提高，从而为现有污泥脱水项目提供技术选择。
权利要求书
1.一种电化学协同Fe-HClO体系改善污泥脱水性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、在剩余污泥中加入氯化铁，并调节pH至2～3，得酸化污泥;
B、在酸化污泥中加入NaClO后，通入直流电进行电化学氧化反应;
C、经步骤B反应后的污泥调节pH至7，进行絮凝沉淀，然后进行脱水处理。
2.根据权利要求1所述的电化学协同Fe-HClO体系改善污泥脱水性能的方法，其特征在于，步骤A中，所述剩余污泥的含固率为10～30g/L。
3.根据权利要求1所述的电化学协同Fe-HClO体系改善污泥脱水性能的方法，其特征在于，步骤A中，所述氯化铁的加入量为剩余污泥干重的3%～10%。
4.根据权利要求1所述的电化学协同Fe-HClO体系改善污泥脱水性能的方法，其特征在于，步骤A中，采用盐酸调节pH。
5.根据权利要求1所述的电化学协同Fe-HClO体系改善污泥脱水性能的方法，其特征在于，步骤B中，所述NaClO的加入量为剩余污泥干重的0.3%～1%。
6.根据权利要求1所述的电化学协同Fe-HClO体系改善污泥脱水 性能的方法，其特征在于，步骤B中，所述电化学氧化反应采用的电极为Ti/RuO2网状极板，极板间距2～5cm;所述直流电电流密度为10～60mA/cm2。
7.根据权利要求1所述的电化学协同Fe-HClO体系改善污泥脱水性能的方法，其特征在于，步骤B中，所述电化学氧化反应时间为10～30min;且电化学氧化反应过程中进行连续搅拌，搅拌转速为60～120rpm。
8.根据权利要求1所述的电化学协同Fe-HClO体系改善污泥脱水性能的方法，其特征在于，步骤C中，所述絮凝沉淀时间为5～20min;且絮凝沉淀过程中进行连续搅拌，搅拌转速为40～80rpm。
9.根据权利要求1所述的电化学协同Fe-HClO体系改善污泥脱水性能的方法，其特征在于，步骤C中，采用Ca(OH)2调节pH。
说明书
电化学协同Fe-HClO体系改善污泥脱水性能的方法
技术领域
本发明属于污水污泥处理领域，涉及一种电化学协同Fe-HClO体系改善污泥脱水性能的方法。
背景技术
活性污泥法被广泛应用于生活污水的处理，然而在有效去除污水中有机物的同时，也产生了大量剩余污泥。剩余污泥作为活性污泥处理法的副产物，含有大量有机物、病原菌，极易腐败发臭，由此产生的二次污染问题不容忽视。通常在污泥进行最后的处理处置之前，浓缩、稳定及脱水处理是必不可少的环节。其中污泥脱水的目的主要是减少污泥体积，减少后续处理处置费用。污泥是由胞外聚合物(EPS)为主体的亲水性絮体结构组成,包括自由水和结合水,其中结合水通过化学键或毛细作用力与污泥紧密结合,导致脱水困难;因而污泥脱水前需对其进行调理，破坏污泥胶体的稳定性，使得内部结合水转变为自由水，增强水分子流动性，便于脱水处理。
污泥调理主要包括添加絮凝剂、高级氧化预处理、酸/碱预处理、冻融预处理、加热预处理等技术。作为一种常用高级氧化技术，Fenton反应由于其高效快速处理效率且环境友好的优异性能而获得广泛研究和应用。反应过程中H2O2与Fe2+作用产生大量氢氧自由基(·OH)，而·OH的强氧化性能够改变污泥絮状结构，释放出内部结合水。如公开号为CN102180583A，名称为芬顿试剂与聚丙烯酰胺协同作用污泥调理技术，利用Fenton试剂的强氧化性破解微生物细胞及EPS，释放内部结合水，同时利用CPAM的强絮凝作用对细小污泥颗粒进行絮凝沉淀，实现脱水性能的提高。但该方法需要投加大量酸对污泥进行酸化，反应结束后又需要消耗大量碱来调节pH至中性，同时H2O2与Fe2+化学性质不稳定，运输及储存成本较高。
发明内容
本发明针对上述污泥调理脱水技术存在的不足，提供一种电化学协同Fe-HClO体系改善污泥脱水性能的方法。能够有效破坏污泥絮状结构，释放污泥内部水从而增强水分子流动性的组合技术工艺。通过电化学协同Fe2+/HClO氧化体系对污泥进行调理，改善污泥脱水性能，同时有效实现污泥的减量化;利用Ca(OH)2调整体系pH，实现污泥的絮凝沉淀。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种电化学协同Fe2+/HClO氧化体系改善剩余污泥脱水性能的方法，包括以下步骤：
A、在剩余污泥中加入氯化铁，并调节pH至2～3，得酸化污泥;
B、在酸化污泥中加入NaClO后，通入直流电进行电化学氧化反应;
C、经步骤B反应后的污泥调节pH至7，进行絮凝沉淀，然后进行脱水处理。
优选地，步骤A中，所述剩余污泥的含固率为10～30g/L。
更优选地，所述剩余污泥的含固率为20g/L。
优选地，步骤A中，所述氯化铁的加入量为剩余污泥干重(去除水分后的固含物重量)的3%～10%。更优选地，所述氯化铁的加入量为剩余污泥干重的6%。本发明中只能加入氯化铁，不能用其他铁盐替代。若进行替代，则无法实现本发明。
优选地，步骤A中，采用盐酸调节pH。若采用其他酸进行调节，则效果会变差。
优选地，步骤A中，所述调节pH至2.5。
优选地，步骤B中，所述NaClO的加入量为剩余污泥干重的0.3%～1%。
更优选地，所述NaClO的加入量为剩余污泥干重的0.6%。
优选地，步骤B中，所述电化学氧化反应采用的电极为Ti/RuO2网状极板，极板间距2～5cm;所述直流电电流密度为10～60mA/cm2。
更优选地，所述极板间距3cm;所述直流电电流密度为30mA/cm2。
优选地，步骤B中，所述电化学氧化反应时间为10～30min;且电化学氧化反应过程中进行连续搅拌，搅拌转速为60～120rpm。所述连续搅拌主要是保证反应能充分进行，过程产生的物质需要与电极板充分接触反应，进行电子传递。过快将导致不必要能源浪费同时会使污泥飞溅，过慢则不利于充分接触混合。
更优选地，所述电化学氧化反应时间为15min;搅拌转速为80rpm。
优选地，步骤C中，所述絮凝沉淀时间为5～20min;且絮凝沉淀过程中进行连续搅拌，搅拌转速为40～80rpm。过快不利于污泥絮体形成，过慢则不利于充分混合反应。
更优选地，所述絮凝沉淀时间为10min;搅拌转速为60rpm。
优选地，步骤C中，采用Ca(OH)2调节pH。
本发明的技术原理如下：
上述污泥脱水调理技术通过电化学协同Fe2+/HClO氧化体系产生氢氧自由基，有效破坏污泥絮状结构，释放内部结合水，降低EPS的持水率，大幅提高污泥脱水性能，同时实现污泥减量化，具体氧化过程如下：
Fe2++HOCl→Fe3++·OH+Cl- (本体反应)
2Cl-→Cl2+2e，Cl2+H2O→HOCl+H++Cl- (阳极反应)
Fe3++e→Fe2+ (阴极反应)
其中，初始投加NaClO为起始反应提供ClO-。HClO作为传统芬顿反应过程中H2O2的替代物，通过阳极氧化Cl-获得，同时不会对阴极反应中Fe2+的再生产生影响;理论上，传统芬顿反应中产生1mol羟基自由基需要序号3mol电子，而电化学协同Fe2+/HClO氧化体系仅需要2mol电子，提高了电子传递效率，降低能耗。通过Ca(OH)2调节污泥pH，生成羟基聚合物和Fe(OH)3沉淀，进一步使破碎后污泥颗粒脱稳，相互碰撞聚集成更大颗粒絮体，提高污泥脱水性能，便于后续机械脱水。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明利用电化学协同Fe2+/HClO氧化体系破坏污泥絮体结构，降低污泥持水率，大幅提高污泥脱水性能。
2、电化学协同Fe2+/HClO氧化体系的强氧化作用在实现污泥减量化的同时，在酸性环境加强氧化环境可减轻臭气浓度、有效杀灭污泥中病原微生物。
3、与传统芬顿预处理技术相比，该技术可有效控制反应动力学速率，避免了运输、存储H2O2的风险，减少了铁盐、酸碱药剂的投加成本。
