申请日2017.03.03
公开(公告)日2017.06.13
IPC分类号C02F11/14; C02F11/06; C02F11/00; C02F101/20; C02F101/30
摘要
本发明公开了一种基于零价铁‑硅酸盐体系的污泥调理剂及深度脱水方法。先将高浓度硅酸盐溶液加入污泥中，充分曝气搅拌后加入零价铁粉末，零价铁被污泥中的氧化性物质或氧气氧化，产生的Fe2+与硅酸根形成可以快速还原溶解氧的配合物，从而生成大量高活性的氧系自由基。这些强氧化性物质首先破坏污泥的外层，消耗释放出的有机物，然后对内部污泥进行破坏，使得大量的蛋白质和多糖被释放到自由水中，最终通过对污泥中的微生物细胞进行灭活和破壁，大量的胞外聚合物结合水和间隙水被释放;同时，大量的铁离子会发生水合作用形成混凝剂。本发明药剂简单，无毒无害，使用方便，进行污泥深度脱水时能使污泥含水率快速降至60%以下。
权利要求书
1.一种基于零价铁-硅酸盐体系的污泥深度脱水方法，其特征在于，包括以下步骤：首先将pH=4-10的硅酸盐溶液与污泥混合均匀，然后调节体系的pH值为5-9，再加入零价铁粉末，曝气搅拌，最后机械脱水，即成;其中，体系中硅酸盐的浓度为2-50mmol/L。
2.根据权利要求1所述的基于零价铁-硅酸盐体系的污泥脱水方法，其特征在于：所述的硅酸盐为Na2SiO3或Na2Si2O5。
3.根据权利要求1所述的基于零价铁-硅酸盐体系的污泥脱水方法，其特征在于：所述的零价铁粉末为微米零价铁或纳米零价铁。
4.根据权利要求1所述的基于零价铁-硅酸盐体系的污泥脱水方法，其特征在于：曝气搅拌的时间为30-180min。
5.根据权利要求1所述的基于零价铁-硅酸盐体系的污泥脱水方法，其特征在于：曝气搅拌的方式为：边搅拌边向污泥中通入空气或者氧气，通气速率为1mL/s-100mL/s。
6.根据权利要求1所述的基于零价铁-硅酸盐体系的污泥脱水方法，其特征在于：所述的机械脱水为离心脱水或过滤脱水。
7.一种污泥调理剂，其特征在于：包括独立包装的硅酸盐和零价铁粉末。
说明书
一种基于零价铁-硅酸盐体系的污泥调理剂及脱水方法
技术领域
本发明属于固体废弃物综合利用技术领域，具体涉及一种基于零价铁-硅酸盐体系的污泥调理剂及深度脱水方法。
背景技术
污泥脱水是污泥处理最困难的一环，体积庞大的污泥对其外运带来不便，大大提高了污泥的处理费用。污泥经浓缩消化后尚有约95%-97%的含水量，体积仍很大，为了综合利用和最终处置，需对污泥作脱水处理。理想的脱水应当是最大限度地把水去除，同时污泥的固体颗粒则应当尽可能保留在脱水后的泥饼上，并要求这种操作所花费的费用最低。
存在于污泥中的水分大致有三种形式：存在于污泥颗粒间隙中的水为游离水、间隙水，约占污泥水分的70%左右;存在于颗粒间的毛细管中，称为毛细水，约占20%左右，存在于污泥颗粒内部的内部水和黏附于表面的附着水，约占10%左右。一般情况下，游离水、间隙水可以通过重力沉降和自然脱水等重力浓缩脱水方法脱除，而毛细结合水如果不施以更大的离心力和压力，是去除不了的。另外，在固体内部的保留水，它与SS的结合较强，用一般的机械操作也难以去除，而固体表面的吸附水，空隙部分的间隙水，它们都与粒子群表面的化学结合力很强，无法用机械方法去除。因此对于附着水和毛细水，有效改变污泥的化学、物理特性是去除这两部分水的重要方法。
污泥调理是指对污泥进行预处理以提高污泥的浓缩脱水效率，并为经济地进行后续处理而有计划地改善污泥性质的措施。为了降低污泥(主要是针对破碎的胞外聚合物EPS)的压缩性，很多物理化学方法已经被提出和使用。这其中，高级氧化的方法对于污泥的预处理非常有效，很多研究表明，高级氧化过程通过其产生的活性氧(ROS)，可以实现对污泥絮体的破坏，并消耗其中的部分有机物，从而显著地降低污泥比阻(SRF)及毛细吸水时间(CST)，提高污泥的脱水率，并减少脱水时间。但是，高级氧化尤其是传统的Fenton氧化过程存在着两个比较大的缺点，一个是其原料过氧化氢价格较高，且在运输和储存时所存在的巨大安全风险，还有一个是对pH值有严苛要求(pH<3)。
发明内容
为克服现有技术方法的不足，本发明提出了一种基于零价铁-硅酸盐体系的污泥调理剂及深度脱水方法。
本发明的污泥调理剂包括独立包装的硅酸盐和零价铁。首先将硅酸盐充分溶解于污泥中，曝气搅拌并加入零价铁，零价铁会还原污泥中的有机物或重金属离子，或者与水反应，形成亚铁离子，亚铁离子进入水中与硅酸盐形成配合物，该配合物具有更强的还原能力，氧气被其还原为超氧阴离子自由基(·O2-)并被进一步还原为H2O2，H2O2与配合态的亚铁离子形成Fenton效应，产生羟基自由基，实现对污泥絮体的的氧化破坏。
为实现上述目的，本发明采取如下的技术方案：
一种基于零价铁-硅酸盐体系的污泥脱水方法，包括以下步骤：首先将pH=4-10的硅酸盐溶液与污泥混合均匀，然后调节体系的pH值为5-9，再加入零价铁粉末，曝气搅拌，最后机械脱水，即成;其中，体系中硅酸盐的浓度为2-50mmol/L。
所述的硅酸盐为Na2SiO3或Na2Si2O5。
所述的零价铁粉末为微米零价铁或纳米零价铁。
曝气搅拌的时间为30-180min。
曝气搅拌的方式为：边搅拌边向污泥中通入空气或者氧气，通气速率为1mL/s-100mL/s。
所述的机械脱水为离心脱水或过滤脱水。
一种污泥调理剂，包括独立包装的硅酸盐和零价铁粉末。
本发明的原理具体如下：本发明的污泥调理剂使用时，先将硅酸盐制备成高浓度硅酸盐溶液加入污泥中，调节调节体系的pH值为5-9，之后加入零价铁粉末，充分地曝气搅拌，零价铁被污泥中的氧化性物质或氧气氧化，产生的亚铁离子进入污泥的水中，与其中的硅酸盐形成配合物，该配合物可以快速地还原污泥中的溶解氧，从而生成大量高活性氧自由基。这些强氧化性物质首先会破坏污泥的外层区域，并消耗掉释放出的有机物，从而有利于对内部污泥进一步破坏，大量的蛋白质和多糖会被释放到自由水中。最终通过对污泥中的微生物细胞进行有效的灭活和破壁，大量的胞外聚合物结合水和间隙水被释放。同时，零价铁进一步消耗之后，大量的铁离子会发生水合作用，可以作为混凝剂，起到传统铁盐的作用。
其中，(1)体系中加入的硅酸盐包括偏硅酸钠、二硅酸钠，和其他具有类似配合能力的不含碳的硅-氧化合物;(2)加入硅酸盐之后的污泥的pH值为5-9，低于这pH范围，溶解出的亚铁离子主要以非配合形式存在，还原能力较弱;高于这一pH范围，亚铁离子与氢氧根形成配合，也不会还原氧气分子，生成过氧化氢;(3)处理过程中需要进行曝气搅拌，氧气是这一处理过程的必要条件;(4)处理过程结束后污泥需要进行常规的机械脱水过程，脱水方式可以是过滤法或离心法。过滤法包括真空过滤机、板框压滤机和带式过滤机等过滤方式，离心法包括使用高速沉降离心脱水机脱水等方式。
本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明提供的污泥调理剂配料简单，成本低廉。
(2)本发明通过简单地添加硅酸盐和零价铁粉末，曝气搅拌即可实现污泥脱水，操作简便，设备要求低，耗时短。
(3)本发明不仅能够氧化除去污泥中的有机物和微生物，零价铁还能还原污泥中重金属离子，不会带来二次污染。