申请日2015.11.30
公开(公告)日2016.04.20
IPC分类号C02F11/14
摘要
本发明属于城市污泥处理技术领域，具体涉及一种改善城市污泥脱水性能的方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种改善城市污泥脱水性能的方法，包括以下步骤：a、在需要处理的城市污泥中加入亚铁盐和过硫酸盐，搅拌反应;b、依次加入普通硅酸盐水泥和生石灰搅拌调理;c、污泥调理结束后，脱水即得脱水污泥。该方法可以将城市污泥的含水率从98～99%降低至50～55%，污泥比阻降低约95%，从而污泥体积大大地减小，为污泥后续处理处置和资源化奠定基础。
权利要求书
1.一种改善城市污泥脱水性能的方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、在需要处理的城市污泥中加入亚铁盐和过硫酸盐，搅拌反应;
b、依次加入普通硅酸盐水泥和生石灰搅拌调理;
c、污泥调理结束后，脱水即得脱水污泥。
2.根据权利要求1所述的改善城市污泥脱水性能的方法，其特征在于：步骤a中，所述的亚铁盐为硫酸亚铁或氯化亚铁。
3.根据权利要求1所述的改善城市污泥脱水性能的方法，其特征在于：步骤a中，所述亚铁盐的加入量为：按Fe2+计，每克干泥加0.04～0.08gFe2+。
4.根据权利要求1所述的改善城市污泥脱水性能的方法，其特征在于：步骤a中，所述的过硫酸盐为过硫酸钾或过硫酸钠。
5.根据权利要求1所述的改善城市污泥脱水性能的方法，其特征在于：步骤a中，所述过硫酸盐的加入量为：按过硫酸根计，每克干泥加0.10～0.20g过硫酸根。
6.根据权利要求1所述的改善城市污泥脱水性能的方法，其特征在于：步骤a中，所述搅拌反应的时间为20～40min，搅拌反应的温度为20～30℃，搅拌反应的速度为200～300r/min。
7.根据权利要求1所述的改善城市污泥脱水性能的方法，其特征在于：步骤b中，所述普通硅酸盐水泥的加入量为：每克干泥加0.32～0.44g普通硅酸盐水泥。
8.根据权利要求1所述的改善城市污泥脱水性能的方法，其特征在于：步骤b中，所述加入普通硅酸盐水泥搅拌反应分为两步，第一步：搅拌速度为80～150r/min，搅拌时间为30～120s;第二步：搅拌速度为30～60r/min，搅拌时间为200～300s。
9.根据权利要求1所述的改善城市污泥脱水性能的方法，其特征在于：步骤b中，所述生石灰的加入量为：每克干泥加0.48～0.64g生石灰。
10.根据权利要求1所述的改善城市污泥脱水性能的方法，其特征在于：步骤b中，所述加入生石灰搅拌反应分为两步，第一步：搅拌速度为80～150r/min，搅拌时间为30～120s;第二步：搅拌速度为30～60r/min，搅拌时间为200～300s。
说明书
一种改善城市污泥脱水性能的方法
技术领域
本发明属于城市污泥处理技术领域，具体涉及一种改善城市污泥脱水性能的方法。
背景技术
在国家政策和环保压力的推动下，近年我国城市建设了许多集中式污水处理厂。污水处理厂的运行对改善我国水环境和保护人类健康起着巨大作用。
活性污泥法在我国污水处理中起着举足轻重的作用，但其运行过程产生大量的剩余污泥。剩余污泥含水率高，体积庞大，在其最终处置和利用前必须经脱水处理减少其体积。剩余污泥处理费用昂贵，约占整过污水处理费用的25～50%，给污水处理厂正常运行带来巨大的压力。现阶段，我国城市污泥一般经重力浓缩和机械脱水后直接进行卫生填埋。这种传统的处理方式不仅污泥脱水效果较差，污泥含水率可超过80%，而且给垃圾填埋场带来巨大的负担。随着国家制定的处理标准越来越高，针对我国污泥特性，开发安全、高效、经济的污泥脱水处理技术对污泥处置和资源化利用非常重要。
高级氧化法由于处理效果好、反应时间短，已被诸多学者广泛应用于剩余污泥脱水研究。其中，芬顿和类芬顿氧化是最早应用于处理不同类型的剩余活性污泥，但其酸性反应条件限制了其进一步发展。相比氢氧自由基，硫酸根自由基活性与其相当，但在水中更稳定，可在中性条件下达到更好的处理效果。因此，活化过硫酸盐氧化法近年已逐渐应用于处理难降解有机物和剩余污泥。活化过硫酸氧化法能有效降解污泥中的胞外聚合物和破解微生物细胞，但其不能形成多孔渗透结构，使得处理污泥的脱水性能改善有限。此外，大量的投加过硫酸盐和活化剂会导致成本增加，限制其大规模的应用。
由于污泥颗粒的变形和孔隙的消失，污泥压滤过程中的泥饼随着厚度的增加脱水难度骤增。为避免在高压条件下水过滤通道的消失，无机骨架物由于其能形成多孔的、渗透的、坚硬的格子结构，而被广泛应用于城市污泥调理。尽管无机骨架物能形成多孔渗透结构，但是其不能有效降解胞外聚合物和破解微生物细胞，这使得污泥调理后脱水性能改善有限。此外，大量的投加无机骨架物会导致污泥体积增大，为后续污泥的进一步处理增加负担。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺点，本发明的发明目的在于提供一种改善城市污泥脱水性能的方法。该方法不仅可以大大地降低污泥调理剂的用量，而且能够大幅度提高污泥的脱水性能，降低泥饼的含水率，具有良好的发展前景。
本发明所要解决的技术问题是提供一种改善城市污泥脱水性能的方法。该方法包括以下步骤：
a、在需要处理的城市污泥中加入亚铁盐和过硫酸盐，搅拌反应;
b、依次加入普通硅酸盐水泥和生石灰调理;
c、污泥调理结束后，脱水即得脱水污泥。
优选的，上述改善城市污泥脱水性能的方法步骤a中，所述的亚铁盐为硫酸亚铁或氯化亚铁。
进一步的，上述改善城市污泥脱水性能的方法步骤a中，所述亚铁盐的加入量为：按Fe2+计，每克干泥加0.04～0.08gFe2+。
优选的，上述改善城市污泥脱水性能的方法步骤a中，所述的过硫酸盐为过硫酸钾或过硫酸钠。
进一步的，上述改善城市污泥脱水性能的方法步骤a中，所述过硫酸盐的加入量为：按过硫酸根计，每克干泥加0.10～0.20g过硫酸根。
优选的，上述改善城市污泥脱水性能的方法步骤a中，所述搅拌反应的时间为20～40min，搅拌反应的温度为20～30℃，搅拌反应的速度为200～300r/min。
优选的，上述改善城市污泥脱水性能的方法步骤b中，所述普通硅酸盐水泥的加入量为：每克干泥加0.32～0.44g普通硅酸盐水泥。
优选的，上述改善城市污泥脱水性能的方法步骤b中，所述生石灰的加入量为：每克干泥加0.48～0.64g生石灰。
优选的，上述改善城市污泥脱水性能的方法步骤b中，所述加入普通硅酸盐水泥调理分为两步，第一步：搅拌速度为80～150r/min，搅拌时间为30～180s;第二步：搅拌速度为30～60r/min，搅拌时间为200～300s。
优选的，上述改善城市污泥脱水性能的方法步骤b中，所述加入生石灰调理分为两步，第一步：搅拌速度为80～150r/min，搅拌时间为30～180s;第二步：搅拌速度为30～60r/min，搅拌时间为200～300s。
优选的，上述改善城市污泥脱水性能的方法步骤c中，所述的脱水采用板框压滤脱水。
优选的，上述改善城市污泥脱水性能的方法步骤c中，所述脱水污泥的含水率为50～55%。
本发明方法将Fe2+离子活化过硫酸盐氧化和无机骨架物两者联系起来，充分利用两者的优点，前者能有效地破解污泥胞外聚合物和降解微生物细胞，后者能有效地通过形成多孔的、渗透的、坚硬的格子结构，进一步显著改善污泥的脱水性能。本发明方法大大地改善了污泥脱水性能、减少了处理费用、提高了处理效率。经本发明方法处理后的污泥易脱水，可以将 污泥的含水率从98～99%降低为50～55%，污泥比阻降低约95%，从而污泥体积大大地减小，有利于污泥的运输;并且，本发明方法处理后的污泥有毒有害物质和病原体含量低，为污泥的后续处理和利用提供了基础。
具体实施方式
一种改善城市污泥脱水性能的方法，包括以下步骤：
a、在需要处理的城市污泥中加入亚铁盐和过硫酸盐，搅拌反应;
b、依次加入普通硅酸盐水泥和生石灰调理;
c、污泥调理结束后，脱水即得脱水污泥。
加入的Fe2+离子作为活化剂，可催化过硫酸根产生硫酸根自由基，硫酸根自由基具有很强的活性，从而有效地降解污泥中的胞外聚合物和破解微生物细胞，达到改善污泥脱水的性能。所述的亚铁盐为硫酸亚铁或氯化亚铁;所述的过硫酸盐为为过硫酸钾或过硫酸钠。
由于经步骤a氧化调理后城市污泥在高压脱水过程中不能形成多孔渗透结构，水过滤通道消失，致使污泥脱水性能改善有限。因此，步骤b加入普通硅酸盐水泥和生石灰对污泥再进行混合调理，以形成多孔的、渗透的、坚硬的格子结构，从而进一步改善污泥脱水性能。
为了使污泥的比阻减少率最大，污泥滤饼含水率最小，控制亚铁盐的加入量为：按Fe2+计，每克干泥加0.04～0.08gFe2+。
为了使污泥的比阻减少率最大，污泥滤饼含水率最小，控制过硫酸盐的加入量为：按过硫酸根计，每克干泥加0.10～0.20g过硫酸根。
为了使污泥比阻小，滤饼含水率小，控制普通硅酸盐水泥的加入量为：每克干泥加0.32～0.44g普通硅酸盐水泥。
为了污泥在高压脱水过程中形成有效的多孔渗透结构，显著改善污泥脱水性能，控制生石灰的加入量为：每克干泥加0.48～0.64g生石灰。
为了确保普通硅酸盐水泥在短时间内混合均匀、使普通硅酸盐水泥和污泥颗粒充分接触，提取絮凝效果，所以加入普通硅酸盐水泥调理分两步，第一步为快搅，搅拌速度为80～150r/min，搅拌时间为30～180s;第二步为慢搅，搅拌速度为30～60r/min，搅拌时间为200～300s。
为了确保生石灰在短时间内混合均匀、使生石灰和污泥颗粒充分接触，提取絮凝效果，所以加入生石灰调理分两步，第一步为快搅，搅拌速度为80～150r/min，搅拌时间为30～180s;第二步为慢搅，搅拌速度为30～60r/min，搅拌时间为200～300s。
本发明方法中所述普通硅酸盐水泥为P.O42.5。
实施例1
本实施例处理的污泥为氧化沟工艺处理城市生活污水产生的剩余污泥，污泥pH为6.8，污泥总固体含量为15626mg/L，挥发性固体含量为9758mg/L，污泥比阻为1.27×1013m/kg。
(1)Fe2+活化过硫酸盐氧化：在含水率98.4%的污泥中，按每克干泥加0.06gFe2+投加七水硫酸亚铁的和按每克干泥加0.15g过硫酸根投加过硫酸钾，搅拌反应时间30min，搅拌反应温度22℃，搅拌反应速度为300r/min;
(2)无机骨架物调理：污泥经Fe2+活化过硫酸盐氧化处理后，按每克干泥加0.38g普通硅酸盐水泥，在120r/min快速搅拌60s，在50r/min的速度下慢速搅拌250s;按每克干泥加0.56g生石灰，搅拌速度和时间与普通硅酸盐水泥相同;
(3)污泥机械脱水：采用板框压滤脱水方法对处理后的污泥脱水，污泥比阻为4.12×1011m/kg，脱水污泥含水率为51.9%，污泥体积大大减小。
实施例2
本实施例所处理的污泥为A2/O工艺处理城市生活污水产生的剩余污泥，污泥pH为6.9，污泥总固体含量为16842mg/L，挥发性固体含量为10783mg/L，污泥比阻为1.35×1013m/kg。
(1)Fe(II)活化过硫酸盐氧化：在含水率98.3%的污泥中，按每克干泥加0.05gFe2+投加七水硫酸亚铁的和按每克干泥加0.13g过硫酸根投加过硫酸钾，搅拌反应时间20min，搅拌反应温度25℃，搅拌反应速度为250r/min;
(2)无机骨架物调理：污泥经Fe(II)活化过硫酸盐氧化处理后，按每克干泥加0.32g普通硅酸盐水泥，在80r/min快速搅拌30s，在45r/min的速度下慢速搅拌200s;按每克干泥加0.48g生石灰，搅拌速度和时间与普通硅酸盐水泥相同。
(3)污泥机械脱水：采用板框压滤脱水方法对处理后的污泥脱水，污泥比阻为4.29×1011m/kg，脱水污泥含水率为53.6%，污泥体积大大减小。
对比例1
一种Fe2+激活过硫酸盐氧化法与CPAM联合调理城市污泥的方法，该方法具体步骤如下：
(1)Fe2+激活过硫酸盐氧化：反应条件为：常温(20～40℃)、反应时间为10～30min，Fe2+投加量为0.145～0.166g/(g干泥)，过硫酸根投加量为0.355～0.497g/(g干泥);其中Fe2+来自七水合硫酸亚铁，过硫酸根来自过硫酸钾;
(2)CPAM调理：污泥经Fe2+激活过硫酸盐氧化调理后，投加0.30～0.45g/(g干泥)的CPAM;
(3)抽滤脱水：调理污泥经真空抽滤脱水后，污泥滤饼含水率为76～77%。
对比例2
一种生物酸化-类Fenton氧化联用改善剩余污泥脱水性能的方法，该方法具体步骤如下：
(1)污泥生物酸化接种液培养：在含固率为1～3%的污泥中，分别按10和20g/L投加硫粉和七水合硫酸亚铁作为底物，在28℃和180r/min的搅拌条件下培养驯化污泥，至污泥pH降至2.0以下。取驯化培养的酸化污泥，按5～10%的体积比接种到含固率为1～3%的污泥中，重复上步操作两次，所得酸化污泥作为生物酸化的接种液。
(2)污泥生物酸化：将培养驯化的接种液加入到含固率为1.5～3%的剩余污泥中，对污泥进行生物酸化，生物酸化条件为：接种污泥量，10～20%(体积比);温度，室温(20～30℃);搅拌速度，180r/min;硫粉投加量，0.10～0.15g/(g干污泥);Fe2+投加量，0～0.15g/(g干污泥)。经过1.0～2.0天的生物酸化，污泥的pH降至2～3，氧化还原电位升至400～500mV。
(3)污泥的类Fenton氧化：生物酸化后的污泥的pH降至2～3，在Fe2+和Fe3+催化作用下，加入的H2O2产生强氧化性的OH自由基等，氧化酸化污泥。类Fenton氧化的条件为：温度，室温(20～30℃);搅拌速度，180r/min;H2O2投加量，0.20～0.25g/(g干污泥);Fe2+投加量，0.10～0.15g/(g干污泥);Fe3+浓度，0～0.10g/(g干污泥);反应时间，40～60min。
(4)污泥pH调整：向处理后的污泥中加入10%的氢氧化钙溶液，调节污泥的pH至6～7，减少酸化污泥的腐蚀性。一般氢氧化钙投加量为0.05～0.08g/(g干污泥)。
(5)污泥机械脱水：采用板框压滤或离心脱水方法对处理后的污泥脱水，得到含水率在65～75%的脱水污泥。
综上可以看出，本发明方法不仅操作简单、调理剂用量低，而且处理后的污泥易脱水，经脱水后，可以得到含水率为50～55%的脱水污泥，所以，本发明为城市污泥脱水提供了一条更为有效的方法。