申请日2015.06.29
公开(公告)日2015.10.14
IPC分类号C02F11/12; C02F11/14
摘要
本发明涉及一种污泥高效脱水的组合调理方法，属于污泥脱水预处理领域。其技术方案通过以下步骤实现：用浓硫酸对待脱水污泥进行酸化处理，调节污泥体系的pH为3.5～5之间，用搅拌桨不断搅拌15～30min;向已酸化污泥中加入强氧化剂高铁酸钾为污泥总干固含量的0.2%～4%，用水溶解后投加，以200～300r/min快速搅拌2min，然后以80～150r/min慢速搅拌20～40min;再向上述污泥调理体系中加入污泥总干固含量为6%～12%的聚合硫酸铁，聚合硫酸铁加水溶解配成质量浓度为20%～50%的液体然后投加，继续慢速搅拌15～30min;最后向污泥调理体系中泥中加入污泥总干固含量为3%～8%的生石灰，调整体系pH值在6～8之间，将石灰分散均匀后立即进行脱水。
权利要求书
1.一种污泥高效脱水的组合调理方法，其特征在于包括以下步骤和工艺条件：
(1)污泥的酸化处理：对待脱水污泥进行pH、含水率测定，污泥的pH以<9 为宜，污泥的含水率在95%～99%(如不在此范围，应采取加水或浓缩调整)为宜，对 加入储泥罐里的待脱水污泥开启搅拌桨进行搅拌，并向其中加入质量百分比浓度为 70%～98%的浓硫酸，直到调节污泥的pH为3.5～5之间，继续搅拌15～30min;
(2)污泥的强氧化剂处理:计算待脱水污泥的总干固含量，强氧化药剂投加均 以其质量百分比计，向已酸化处理的污泥中加入强氧化剂高铁酸钾，高铁酸钾加入 量为污泥总干固体含量的0.2%～4%;
(3)污泥混凝剂的投加：向步骤(2)处理过的污泥中加入聚合硫酸铁，聚合 硫酸铁加入量为污泥总干固含量的6%～12%，加入前先将固体的聚合硫酸铁加水溶 解配成质量浓度为20%～50%的液体然后投加，搅拌下充分反应15～30min;
(4)污泥的pH调节和助滤：向经过步骤(3)处理的污泥中加入生石灰，生 石灰加入量为污泥总干固含量的3%～8%，使得污泥的pH值在6～8之间在搅拌桨作 用下分散均匀后立即进行脱水。
2.根据权利要求1所述的一种污泥高效脱水的组合调理剂，其特征在于：先将 固体高铁酸钾用水溶解后然后投加，以200～300r/min搅拌2min，然后以80～150r/min 搅拌20～40min。
说明书
一种污泥高效脱水的组合调理方法
技术领域
本发明涉及一种污泥高效脱水的组合调理方法，属于污泥脱水预处理领域。
背景技术
污泥调理是污泥脱水的必要准备，为了解决污泥处理处置过程中脱水困难、脱水后 含水率高的问题，必需采用污泥预处理技术方法对污泥进行调质或者破壁，改善污泥的 脱水性能。从大的方面划分，通常污泥的预处理可分为物理法、化学法、生物法三类以 及其相互组合。
(1)物理法泛指通过物理作用改变污泥性质的方法。如冷冻处理法、超声波处理、 高压处理等。
(2)化学法即以加入化学药剂的方式去改变污泥的特性。如改变酸碱性、化学氧化、 添加絮凝剂等。
(3)生物法是利用特定菌体或菌体产物，通过一系列生化作用，改变污泥特性，使 其易于脱水，如生物沥浸技术等。
在以上方法中，化学调节法由于反应快、操作简单、效果好等优点，在污泥调理中 应用比较广泛。
近年来，高铁酸钾(K2FeO4)由于其强氧化性在污泥处理领域而引起广泛的重视。 高铁酸钾在水溶液中以高铁酸根的形式存在，其中心原子为+6价，具有极强的氧化性， 酸性和碱性条在件下的氧化还原电位分别为+2.20V和+0.72V，可见在酸性条件下其 氧化性更强。高铁酸钾良好的絮凝作用，表现在水中与污染物作用的过程中，经过一系 列反应，由六价降至三价，带有不同电荷的中间态如：Fe(Ⅴ)/Fe(Ⅵ)等，并逐步 被还原成具有絮凝作用的Fe(Ⅲ)。高铁酸钾同时发挥氧化、吸附、絮凝、沉淀、灭 菌、消毒、脱色、除臭的协同作用，并不产生任何有毒、有害的物质，因此高铁酸钾是 一种绿色的新型高效多功能水处理剂。
聚合硫酸铁([Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m，其中n<2,m=f(n))是一种性能优越的无机高分子 絮凝剂，PFS在应用上投药剂量低、矾花密实、沉降速度快、适用范围广等特点。PFS 在混凝过程中可提供多种组分的核轻基络合物,其中分子量较小的高价络离子可与原水 中的负电性胶粒作用,起到压缩胶粒的双电层、降低§电位的作用,使胶粒迅速脱稳聚沉; 大分子络离子在混凝中的主要贡献是吸附中和胶粒的电荷和兼有粒间架桥作用。PFS絮 体的表面积大,在沉降过程中对胶体颗粒的吸附量大,容易发生卷扫沉积现象，大大加快 了沉降速度,提高了PFS的混凝效果。
作为我国现阶段污泥处置的主要方法混合填埋,根据GB/T23485一2009要求填埋污 泥的含水率应低于60%。对于其他污泥后处理和资源利用方式，对污泥含水率的要求都 要控制在60%以下甚至更低的水平才能进行进一步处理处置及利用，而现阶段我国大部 分污水处理厂的脱水污泥含水率仍在80%左右。但是现有的调理剂单独作用往往很难达 到使脱水泥饼含水率低于60%的要求，药剂的复合使用往往能达到比单独投加更理想的 调理效果，因此对高效脱水复合调理剂的开发研究越来越引起重视。
发明内容
为了解决上述单独药剂的污泥调理难以满足脱水泥饼含水率要求的不足之处，本发 明利用不同调理剂按照一定的顺序进行调理组合的方式来增强调理污泥的脱水效果。
为了达到上述目的，本发明通过以下方案来实现：
一种污泥高效脱水的组合调理方法，它包括以下步骤和工艺条件：
(1)污泥的酸化处理：对待脱水污泥进行pH、含水率测定，污泥的pH以<9为宜， 污泥的含水率在95%～99%(如不在此范围，应采取加水或浓缩调整)为宜，对加入储泥罐 里的待脱水污泥开启搅拌桨进行搅拌，并向其中加入质量百分比浓度为70%～98%的浓 硫酸，直到调节污泥的pH为3.5～5之间，继续搅拌15～30min;
(2)污泥的强氧化剂处理:计算待脱水污泥的总含固量，强氧化剂投加均以其质量 百分比计，向已酸化处理的污泥中加入强氧化剂高铁酸钾，高铁酸钾加入量为污泥总含 固量的0.2%～4%，为保证可以均匀的投加到污泥体系中去，可选择先将固体高铁酸钾 用水溶解后然后投加，以200～300r/min快速搅拌2min，然后以80～150r/min慢速搅拌 20～40min;
(3)污泥混凝剂的投加：向步骤(2)处理过的污泥中加入聚合硫酸铁，聚合硫酸 铁加入量为污泥总干固含量的6%～12%，加入前先将固体的聚合硫酸铁加水溶解配成质 量浓度为20%～50%的液体然后投加，搅拌下充分反应15～30min;
(4)污泥的pH调节和助滤：向经过步骤(3)处理的污泥中加入生石灰，生石灰 加入量为污泥总干固含量的3%～8%，使得污泥的pH值在6～8之间在搅拌桨作用下分 散均匀后立即进行脱水。
污泥的pH以<9为宜，污泥pH越大需要消耗的酸的量就越多，多加酸在成本上就 高了，但在处理效果上是一样的，不需要预处理;从经济性的角度建议可以考虑其他处 理方法。
本发明的作用原理是：
首要对待脱水污泥进行酸化处，由于污泥胞外聚合物的高度亲水性使絮体内部包含 了大量的水分，从而给污泥脱水带来了困难。利用酸性环境可使胞外聚合物水解、分散， 则将有一部分絮体中的间隙水变成自由水，甚至将微生物细胞瓦解破坏，从而使污泥水 分分布发生改变，活性污泥的可脱水程度将大大提高。同酸环境下，H2SO4的溶胞效 果要优于HCl，且浓硫酸具有强氧化性，因此选择使用浓硫酸来调节污泥酸碱性。虽然 理论上调理污泥酸性越强溶胞效果越好，但是酸处理释放出来的自由水的量是有限的， 只能将部分间隙水变成自由水，不能将表面水、化学结合水释放出来，且考虑到强酸性 有一定的危险性和后续药剂的协同作用，因此将污泥的pH值调整到3.5～5之间。在连 续搅拌作用下，使污泥在酸性环境下反应一段时间，对胞外聚合物形成了一定程度上的 破坏。
酸化处理完成后，向酸化污泥体系加入强氧化剂(高铁酸钾)来进一步对污泥的胞 外聚合物进行破坏。高铁酸钾在水溶液中以高铁酸根FeO42-形式存在，其中铁离子化合 价为最高价态正六价，具有极强的氧化性，在酸性和碱性条件下的氧化还原电位分别为 +2.20V和+0.72V。由此可见，在酸性污泥体系中高铁酸钾的氧化能力将得到更好的 发挥。高铁酸钾的强氧化性可以使污泥的胞外聚合物发生裂解，由于酸处理已经使地污 泥的胞外聚合物结构更加松散，这更有利于高铁酸钾与胞外聚合物的充分接触，进一步 提高了氧化反应的效率，使对污泥的溶胞效果更加显著。高铁酸钾自身的还原产物Fe3+或Fe(OH)3为传统的无机絮凝剂，在发挥强氧化作用的同时也有很好的絮凝效果。高铁 酸钾的加入量根据不同的污泥可以有所调整，且要保证充高铁酸钾能够在污泥混合体系 中持续作用一段时间以保证与污泥的充分反应。高铁酸钾溶于水呈碱性，可对酸化污泥 体系进行部分中和，但是体系仍处于酸性。
聚合硫酸铁作为主体絮凝剂投加到以上污泥调理体系中，是发挥主要絮凝作用的调 理剂。PFS的分子式结构为[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m，其中n<2,m=f(n)。PFS在水溶液中 络合水解状况远比一般无机铁盐混凝剂组分的种类复杂。PFS在溶于水溶液后可水解出 多种核羟基络合物，如Fe2(OH)3+3、Fe2(OH)4+2、Fe3(OH)5+4、Fe4(OH)6+6等络离子。PFS 提供多种组份核羟基络合物时,不同的核羟基络合物组分在污泥调理体系中起到了不同 的混凝作用。分子量较小的高价络离子可与污泥中的负电性胶粒作用,起到压缩胶粒的 双电层、降低§电位的作用,使胶粒迅速脱稳聚沉;大分子络离子在污泥混凝中的则主 要是吸附电性中和兼有胶体粒子之间架桥作用。PFS的混凝效果高于传统的低分子铝 盐、铁盐絮凝剂，形成的矾花絮体吸附量大、致密性强、沉降速度快，对污泥的调理效 果较好。
最后把一定量的生石灰加入到污泥调理体系中的作用主要是基于两点，一是石灰溶 于水形成的Ca(OH)2可以中和污泥调理体系的酸性，使体系的pH值重新回到中性范围 附近，使污泥泥饼和压榨滤液都能达到规定的酸碱性要求，二是石灰可以起到助滤剂的 作用，有利于疏水通道的骨架构建，使污泥体系中的自由水分可以在压滤作用的时候更 容易实现固液两相的分离。
本发明和现有技术相比，具有如下优点和效果：
(1)更加注重对污泥胞外聚合物的破坏。首先把待脱水污泥体系用浓硫酸调至酸 性环境，对污泥胞外聚合物进行初步的水解、分散，然后用强氧化剂高铁酸钾进一步对 胞外聚合物进行氧化瓦解破坏;与直接向污泥体系中加入絮凝剂相比，对胞外聚合物的 破坏可以把包裹在细胞周周的松散聚合物中的水分大量释放出来，对污泥的脱水更加充 分。
(2)更加注重调理剂的不同作用的相互补充配合。对污泥调理体系的酸化不仅是 利用酸性条件改变污泥脱水特性，而且为下一步高铁酸钾的发挥作用创造了更有利的条 件，使其在酸性条件下氧化性更强，有利于对污泥胞外聚合物的深度破坏，从而大幅改 善污泥脱水性能，并且高铁酸钾在发挥强氧化性的同时，其还原产物包含三价铁离子能 起到良好的絮凝作用，聚合硫酸铁的使用进一步加强对调理污泥的絮凝作用，石灰的加 入是为了调节上述调理体系的pH，并且有助滤的作用，在污泥体系中形成过水通道， 更加有利于固水分离。
(3)污泥脱水效果大大提高。与常规的污泥调理不同，通过一系列调理剂的组合 使用后，污泥脱水性能可大大改善，在板框压滤中试设备上对上述调理污泥进行脱水实 验，相对于同药剂投加量的铁盐单独使用可使脱水泥饼含水率降低10个百分点左右， 稳定在55%～60%之间。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步具体的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
对高碑店污水处理厂浓缩污泥进行板框压滤脱水，具体过程如下：
取300L浓缩污泥置于反应罐中，取样测定待脱水污泥的基本特性，pH值为6.8, 含水率为98%，污泥毛细吸水时间(CST)为39s属于中等难脱水。开启搅拌装置 (120r/min)，并向其中加入质量百分比浓度为98%的浓硫酸，直到调节污泥的pH为 4，继续搅拌15min;计算待脱水污泥的总含固量为6kg，向已酸化处理的污泥中加入强 氧化剂高铁酸钾0.3%(即加入18g高铁酸钾)，先将固体高铁酸钾用水溶解后然后投 加，以300r/min快速搅拌2min，然后以120r/min慢速搅拌30min;向污泥调理体系中 加入聚合硫酸铁为污泥总干固含量的10%，加入前先将固体的聚合硫酸铁加水溶解配成 质量浓度为30%的液体然后投加，继续以120r/min慢速搅拌20min;向污泥调理体系中 加入生石灰量为污泥总干固含量的6%，在搅拌桨作用下分散均匀后立即进行板框脱水。 板框脱水的进泥压力为0.4MPa，进泥时间为1小时，用高压水枪对板框隔膜进行二次 压榨，压力为1.5Mpa，保压时间为40min。脱水泥饼的含水率为58%。
实施例2：
对高碑店污水处理厂浓缩污泥进行板框压滤脱水，具体过程如下：
取300L浓缩污泥置于反应罐中，取样测定待脱水污泥的基本特性，pH值为6.8, 含水率为98%，污泥毛细吸水时间(CST)为39s属于中等难脱水。开启搅拌装置 (120r/min)，并向其中加入质量百分比浓度为98%的浓硫酸，直到调节污泥的pH为 4，继续搅拌15min;计算待脱水污泥的总含固量为6kg，向已酸化处理的污泥中加入强 氧化剂高铁酸钾2%(即加入120g高铁酸钾)，先将固体高铁酸钾用水溶解后然后投加， 以300r/min快速搅拌2min，然后以120r/min慢速搅拌40min;向污泥调理体系中加入 聚合硫酸铁为污泥总干固含量的8%，加入前先将固体的聚合硫酸铁加水溶解配成质量 浓度为30%的液体然后投加，继续以120r/min慢速搅拌20min;向污泥调理体系中加入 生石灰量为污泥总干固含量的4%，在搅拌桨作用下分散均匀后立即进行板框脱水。板 框脱水的进泥压力为0.4MPa，进泥时间为1小时，用高压水枪对板框隔膜进行二次压 榨，压力为1.5Mpa，保压时间为40min。脱水泥饼的含水率为56.5%。