申请日2019.09.17
公开(公告)日2019.11.19
IPC分类号C02F11/15; C02F11/02
摘要
本发明公开了一种污泥调理‑水平电场脱水的方法，该方法的主要步骤如下：(1)对污泥进行超声处理;(2)调节污泥温度、pH;(3)在污泥中投加硫杆菌、菱铁矿、过硫酸盐，混合均匀，进行一定时间的反应;(4)接入水平电场进行脱水。本发明组合了超声破坏微生物细胞、硫杆菌促进菱铁矿和过硫酸盐氧化反应，激发硫酸根自由基的产生，形成Fe(II)的氧化还原循环，破解污泥结构，并联合水平电场进行脱水，充分发挥各自优势，产生协同效果，使调理后污泥含水率降至50‑70%。此调理方法步骤清晰，操作简单，避免了投加过多菱铁矿而生成过量的Fe2+，节约成本，脱水效果明显，无二次污染。
权利要求书
1.一种污泥调理及脱水的方法，其特征在于联合超声破解与硫杆菌-菱铁矿-过硫酸盐氧化对污泥进行调理，然后进行污泥电脱水操作;硫杆菌一方面促进菱铁矿与过硫酸盐反应，激发硫酸根自由基的产生，另一方面硫杆菌可将Fe(III)还原为Fe(II)，形成Fe(II)的氧化还原循环体系，节省化学试剂投加量;超声对上述过程进行强化，实现污泥EPS的降解与细胞的破裂，其中的结合水转化为自由水，提升了污泥电脱水效果。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于污泥采用城市污水处理厂的剩余污泥、消化污泥中的一种或其混合物，含水率为96.00%-99.99%，污泥浓度为18-27g/L。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将污泥进行超声处理;
(2)将污泥的温度、pH调节到硫杆菌的适宜范围;
(3)向污泥中投加一定量的硫杆菌、菱铁矿、过硫酸盐，并进行一定时间的搅拌;
(4)将调理后的污泥重力沉降，排出滤液;
(5)打开电源，调节水平电场电压，对污泥进行脱水处理。
4.如权利要求3所述的步骤(1)，其特征在于使用频率20-100kHz的超声波处理污泥30-60min。
5.如权利要求3所述的步骤(2)，其特征在于硫杆菌的适宜范围如下：温度为15-40℃、pH为5-7。
6.如权利要求3所述的步骤(3)，其特征在于调理过程中投加的硫杆菌、菱铁矿、过硫酸盐，硫杆菌投加量为0.02-0.10g/g TSS;菱铁矿采用毫米到微米尺寸的颗粒，投加量为0.05-0.2g/g TSS;过硫酸盐的投加量为0.2-0.4g/g TSS。
7.如权利要求3所述的步骤(3)，其特征在于机械搅拌的转速设定为100-400r/min，搅拌时间为30-60min。
8.如权利要求3所述的步骤(5)，其特征在于水平电场脱水的电源电压设定为20-60V，脱水时间为0.5-5h。
9.如权利要求3所述的污泥调理脱水方法，其特征在于脱水后污泥的含水率可达50-70%。
说明书
一种高效的污泥调理及脱水方法
技术领域
一种高效的污泥调理及脱水方法，属于环保技术领域。
背景技术
在我国，由于社会、经济和城镇化的快速发展，市政污水处理厂(WWTPs)生产了大量的污泥，预计到2020年污泥产量将突破6000万吨/年。剩余污泥中含有大量的病原菌，重金属和有机农药，会对环境质量、人类健康带来危害。污泥的处理处置已经成为严峻的环境问题。2015年我国颁布的《水污染防治行动计划》针对污泥特别提出需要推进污泥处理处置，污水处理设施产生的污泥应进行减量化、稳定化、无害化和资源化,如何有效降低污泥含水率是污泥处理的关键环节。
实现污泥减量的处理单元包括调理与脱水。其中，物理调理主要有微波、超声、热水解法等，微波和热水解主要利用外加能量产生热量，使得污泥粒子产生热运动，细胞受热破裂，释放其中内部水。但是，一般高温预处理过程，不仅能耗高，大大增加了预处理成本，而且高温常常伴随着恶臭气体、有毒尾气产生对环境造成二次污染。而超声利用超声波在液体内产生许多气泡状的微小空腔，空腔瞬时崩裂，使污泥菌胶团受到较大的剪切力破坏，从而释放其中的有机物和水分，处理效果较好，无二次污染。化学调理是采用化学物质(药剂)改善污泥脱水性能，操作简单，效果稳定，操作成本较低，是目前广泛应用的一种方法。生物调理是采用微生物或微生物代谢产物对污泥进行调理的新技术，利用废弃污泥中的碳、氮、磷等成分为生长基质，以达到污泥减量和破坏污泥高孔隙结构的效果。一般而言，单一调理的作用效果有限，因此，将不同调理方法进行联合将是提高污泥脱水性能将是一种选择。本发明采用物理调理联合化学调理，可以更进一步的破解EPS和污泥内部细胞，释放更多的结合水并将其转化为自由水。
现有的污泥脱水方法可分为自然干燥、热干化、机械脱水和电脱水四类。自然干燥法是利用污泥颗粒的重力作用和自然蒸发作用实现泥水的分离，其占地面积大，对周围居民环境等影响严重。热干化技术是指利用加热使污泥中水分蒸发，达到泥水分离的效果，但工艺设备复杂，操作要求及能耗高。机械脱水如压缩过滤、重力沉降、离心作用等可有效去除污泥的自由水，但间隙水、表面水、水合态水却难以去除。在脱水过程中，随着自由水的脱除，颗粒会堆积在过滤介质上导致介质的堵塞，影响脱水的进一步进行。电脱水利用外加电场增强污泥脱水性能的方法，水的脱除发生在每一个絮凝体颗粒的内、外表面，间隙水和自由水同时被脱除，颗粒密度均匀地增大，可有效提高脱水效率。
公开号为CN 109665692 A的中国专利申请公开了一种基于水热条件下芬顿试剂氧化剩余污泥调理方法。此专利是将一定含水率的剩余污泥和芬顿试剂输入到高压反应釜中，调节反应温度、反应时间、初始pH进行水热氧化反应，而后对调理后的污泥进行脱水。此专利利用两种强氧化反应条件联合调理污泥，改善了污泥的脱水性能，大大降低了污泥体积。但此专利是在高温高压条件下进行，不仅能耗消耗较大，而且高温常伴随恶臭气体、有毒尾气的问题，较为危险。芬顿试剂要在pH<3的条件下生成羟基自由基，反应条件较为苛刻，且不利于污泥的后续处理容易造成二次污染;而且过氧化氢是一种具有氧化性的液体，易于分解，不容易储存和运输。
公开号为CN 109485229 A的中国专利申请公开了一种污泥深度调理脱水同时回收调理活化剂的方法。此专利是将污泥先进行pH调理，再加入零价铁混合物和过一硫酸氢钾复合盐进行污泥热处理，处理后的污泥通过磁性分离使得其中的零价铁回收利用，调理后的污泥进行脱水。此专利基于自由基化学活化联合热活化协同调理污泥，可实现活化剂的回收利用，但此方法调理剂采用了零价铁，由于零价铁有高表面能，所以在空气中的稳定性很差，而且此方法需要投加零价铁量较大，占污泥干重的25-27%，成本较高，并且调理后的污泥脱水性能不是很好。
因此，本发明旨在针对现有技术存在的问题提供一种反应条件简单、试剂稳定且方便储存与运输、成本低、无二次污染的高效调理污泥脱水的方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题提供一种高效污泥调理脱水的方法，该调理方法通过超声处理污泥，破坏污泥内部细胞。随后通过硫杆菌一方面促进菱铁矿与过硫酸盐反应，生成更多的硫酸根自由基，另一方面硫杆菌可将Fe(III)还原为Fe(II)，形成Fe(II)的氧化还原循环体系，不需要投加更多试剂的同时使污泥絮体表面的EPS发生氧化和破碎，释放出EPS和污泥细胞内部的大量结合水，使得结合水转化为自由水，同时与水平电场耦合，实现污泥脱水。该污泥调理脱水的方法反应条件简单、试剂方便储存与运输、同时可有效降低污泥含水率，实现污泥减量化，便于后续的处理处置。
为了达到上述目的，本发明通过物理调理、污泥预处理、化学调理、污泥脱水等主要步骤来实现：
(1)物理调理：将污泥进行超声处理，调节到适宜的超声频率;
(2)污泥预处理：将污泥的温度、pH调节到硫杆菌的适宜范围;
(3)化学调理：向污泥中投加一定量的硫杆菌、菱铁矿、过硫酸盐，混合均匀，并进行一定时间的搅拌;
(4)污泥脱水：调节水平电场电压，对污泥进行脱水处理。
其中，污泥调理脱水技术如图1所示。
尤其是，步骤中所述的待调理脱水污泥为城市污水处理厂的剩余活性污泥、消化污泥中的一种或其混合污泥，含水率为96.00%-99.99%，优选为97.50%-98.50%，污泥浓度为18-27g/L之间，优选为18-20g/L。
特别是，步骤(1)中物理调理要调节到适宜的超声频率，频率一般为20-100kHz，优选5k-10kHz。
特别是，步骤(2)中调节污泥温度、pH到硫杆菌适宜生存的范围，温度为15-40℃，优选25-30℃;pH为5-7，优选6-7。
尤其是，步骤(3)中所述的调理剂为菱铁矿和过硫酸盐，菱铁矿粒径处于毫米到微米级，优选0.5-1.0mm，投加量为0.05-0.2g/g TSS，优选0.05-0.1g/g TSS;过硫酸盐优选为过过硫酸钾或过硫酸氢钾中一种或两种配合，投加量为0.2-0.4g/g TSS，优选0.2-0.3g/gTSS。
特别是，步骤(3)中将污泥中投加的硫杆菌、菱铁矿、过硫酸盐混合搅拌，搅拌时间为30-60min，优选为30-40min。
尤其是，步骤(4)所述的污泥电脱水，水平直流电场电压有效值设定20-60V，优选为20-40V;电场脱水时间设置在0.5-5h，优选为2-3h。
本发明的污泥脱水方法具有如下优点：
1.本发明的污泥调理脱水方法是一种联合物理调理和化学调理的方法，可以充分发挥两种调理的优势，实现污泥的深度脱水。首先，物理调理破坏污泥内部细胞结构，随后进行化学调理通过硫杆菌促进菱铁矿与过硫酸盐反应，产生更多的硫酸根自由基，破解污泥细胞，进一步释放细胞内部部分结合水，并转化为自由水。其次，在水平电场作用下，将污泥释放出的水分脱除，提高脱水效果。
2.本发明的污泥调理方法可以将菱铁矿中Fe2+释放出来，充分发挥菱铁矿的价值，形成Fe(II)的氧化还原循环体系，节约试剂。
3.本发明污泥调理过程反应条件温和且适用范围广，对含水率为80%以上的污泥都适用。
4.本发明污泥调理过程使用的材料性质稳定、方便储存、无二次污染。
5.本发明污泥调理过程所用的药剂为固体药剂，投加时直接投入固体粉末即可，无需配成溶液，简单方便。
6.本发明中污泥脱水过程采用的水平电场，可使污泥在电渗作用下脱除自由水和部分结合水，操作简单，效果稳定。（发明人王毅力;李恩锐）
