申请日2018.12.18
公开(公告)日2019.02.19
IPC分类号C02F11/147; C02F11/143; C02F11/13; C02F101/30
摘要
一种浓缩高黏度有机污泥的方法，其特征在于，包括以下步骤：向预浓缩后的高黏度有机污泥中加入玻璃化温度高于室温的pH与温度响应性聚丙烯酸酯类共聚物搅拌均匀;投加酸性物质，搅拌混合后反应5‑30min，控制污泥pH为4‑5;加入与H+反应释放微气泡的无机物颗粒调控污泥pH近中性;加热污泥，使温度升高至聚丙烯酸酯高分子共聚物的Tg以上，使污泥颗粒接触黏结;保温5‑30min，使黏结污泥充分上浮形成浓缩污泥层;排出底部的水层，使污泥浓缩，回收其中剩余的无机物固体颗粒;将浓缩后的污泥降温冷却，降低污泥比阻，利于脱水。
权利要求书
1.一种浓缩高黏度有机污泥的方法，其特征在于，向污泥中添加pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物，响应pH变化使其反应析出，再以共聚物分子链对温度的响应通过温度变化改变其物理状态作用于污泥，实现污泥的浓缩，降低污泥比阻，包括以下步骤：
(1)向预浓缩后的高黏度有机污泥中加入玻璃化温度(Tg)高于室温的pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物的碱性溶液，搅拌均匀;
(2)向污泥中投加酸或固体释酸物质，搅拌混合后反应5-30min，利用酸或固体释酸物质电离出的H+与聚丙烯酸酯共聚物中的—COO—结合，通过离子交换作用形成—COOH，并以过量的H+抑制羧酸基电离，降低聚丙烯酸酯高分子共聚物的水溶性，使共聚物分子充分析出，与污泥颗粒通过范德华力及氢键作用吸附结合，反应后控制污泥pH为4-5,若投加固体释酸物质反应完全后将固体释酸物质取出;
(3)向污泥中加入与过量H+反应释放微气泡的无机物颗粒，不断释放微气泡黏附污泥颗粒形成气、液、固三相接触界面,并消耗过量的酸，调控污泥pH近中性;
(4)加热污泥，使温度升高至聚丙烯酸酯高分子共聚物的Tg以上，改变其物理状态，使聚丙烯酸酯共聚物分子链能自由卷曲，带动污泥颗粒运动聚集并由反应产生的微气泡带动上浮与其它污泥颗粒接触黏结;
(5)保温5-30min，使与污泥颗粒吸附的聚丙烯酸酯共聚物分子链连同污泥颗粒充分黏结、团聚，并通过聚丙烯酸酯共聚物中的甲基、乙基、酯基等疏水基团提高污泥颗粒的疏水性，黏结污泥充分上浮，泥水分层形成浓缩污泥层;
(6)排出底部的水层，使污泥浓缩，回收其中剩余的无机物固体颗粒;
(7)将浓缩后的糊状污泥降温冷却至温度低于聚丙烯酸酯共聚物Tg以下5-10℃，使共聚物恢复成玻璃态，快速硬化，形成立体骨架，支撑形成的污泥颗粒间孔隙，构成过滤时的透水孔道，降低污泥比阻，利于脱水。
2.根据权利要求1所述的一种浓缩高黏度有机污泥的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物由丙烯酸酯类软单体、硬单体或非丙烯酸类硬单体共聚形成, 通过单体摩尔比控制共聚物的Tg高于室温。
3.根据权利要求1所述的一种浓缩高黏度有机污泥的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的酸为无机酸或有机酸，其电离度应大于聚丙烯酸酯共聚物中—COOH的电离度，优选无机酸。
4.根据权利要求1所述的一种浓缩高黏度有机污泥的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的固体释酸物质为强酸性固体释酸物质。
5.根据权利要求1所述的一种浓缩高黏度有机污泥的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的固体释酸物质粒径不小于0.2mm。
6.根据权利要求1所述的一种浓缩高黏度有机污泥的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的无机物为金属单质或化合物，优选碳酸钙或铁屑。
7.根据权利要求1所述的一种浓缩高黏度有机污泥的方法，其特征在于，所述步骤(4)中的加热采用蒸汽加热、电加热或导热油加热中的任一中加热方式或其联合加热方式。
8.根据权利要求1所述的一种浓缩高黏度有机污泥的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物的数均分子量为5000以上，重均分子量为8000以上。
说明书
一种浓缩高黏度有机污泥的方法
技术领域
本发明属于环境保护中的污水、污泥处理技术领域，特别涉及一种浓缩高黏度有机污泥的方法。
背景技术
污水处理过程中会产生大量的污泥，其体积大，含水率高，通常高达98-99%，因此污泥的脱水一直是世界性难题。当采用板框压滤机、带式脱水机或离心脱水机等进行机械脱水或真空脱水等固液分离方法进行脱水时脱水速率慢。
污泥体积的减量化是污泥处理的重要任务之一，因此污泥脱水前通常需要先进行浓缩处理，以减少污泥体积，但是高黏度有机污泥中通常含有大量的亲水性有机物，如印染污泥、化工污泥等，其亲水性强，结合水含量高，粘度大，采用常规的污泥浓缩技术如沉淀浓缩、气浮浓缩难以达到良好的浓缩效果。存在浓缩倍数低，减量化效果差等问题，其浓缩后污泥体积仍然巨大，难以分层浓缩，而且污泥比阻高，脱水速率极慢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种浓缩高黏度有机污泥的方法，提高污泥体积减量化程度，使污泥高倍浓缩。
本发明另一目的在于提供一种降低高黏度污泥比阻的方法，提高污泥脱水速度。
为实现上述之发明目的，本发明采用的技术方法为：
一种浓缩高黏度有机污泥的方法，其特征在于，向污泥中添加pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物，使其反应析出，以共聚物分子链对温度的响应通过温度变化改变其物理状态作用于污泥，实现污泥的浓缩，降低污泥比阻，包括以下步骤：
(1)向预浓缩后的高黏度有机污泥中加入玻璃化温度(Tg)高于室温的pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物的碱性溶液，投加量为100-500mg/g干污泥，搅拌均匀;
(2)向污泥中投加酸或固体释酸物质，搅拌混合后反应5-30min，利用酸或固体释酸物质电离出的H+与聚丙烯酸酯共聚物中的—COO—结合，通过离子交换作用形成—COOH，并以过量的H+抑制羧酸基电离，降低聚丙烯酸酯高分子共聚物的水溶性，使共聚物分子充分析出，与污泥颗粒通过范德华力及氢键作用吸附结合，反应后控制污泥pH为4-5,若投加固体释酸物质反应完全后将固体释酸物质取出;
(3)向污泥中加入与过量H+反应释放微气泡的无机物颗粒，不断释放微气泡黏附污泥颗粒形成气、液、固三相接触界面,并消耗过量的酸，调控污泥pH近中性;
(4)加热污泥，使温度升高至聚丙烯酸酯高分子共聚物的Tg以上，改变其物理状态，使聚丙烯酸酯共聚物分子链能自由卷曲，带动污泥颗粒运动聚集并由反应产生的微气泡带动上浮与其它污泥颗粒接触黏结;
(5)保温5-30min，使与污泥颗粒吸附的聚丙烯酸酯共聚物分子链连同污泥颗粒充分黏结、团聚，并通过聚丙烯酸酯共聚物中的甲基、乙基、酯基等疏水基团提高污泥颗粒的疏水性，黏结污泥充分上浮，泥水分层形成浓缩污泥层;
(6)排出底部的水层，使污泥浓缩，回收其中剩余的无机物固体颗粒;
(7)将浓缩后的糊状污泥降温冷却至温度低于聚丙烯酸酯共聚物Tg以下5-10℃，使共聚物转变成玻璃态，快速硬化，形成立体骨架，支撑形成的污泥颗粒间孔隙，构成过滤时的透水孔道，降低污泥比阻，利于脱水。
有益效果：
a. 以水相中对pH响应酸析形成的pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物通过对温度的响应在玻璃化温度上下物理状态的变化实现软化吸附黏结污泥—污泥保温制孔—硬化支撑脱水孔道，使难以浓缩的污泥进一步浓缩，减量化效果明显，污泥体积可缩减至30%以下，浓缩倍数比常规沉淀浓缩法提高4倍以上，比常规气浮浓缩法提高2倍以上。
b.受热后pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物分子链柔性链段的蜷缩作用，可带动污泥颗粒高度团聚并变形收缩，使污泥浓缩并形成污泥颗粒间孔隙，构成过滤脱水时的脱水孔道。
c.析出的共聚物中的羧基可与污泥颗粒的亲水基作用，降低污泥颗粒与水之间的作用力，同时共聚物中的甲基、乙基、酯基等疏水基团进一步提高污泥颗粒的憎水性，并通过气液固三相界面改变污泥的表面性能，降低浓缩污泥中结合水的含量，利于污泥浓缩。
d.pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物转化成玻璃态后硬化支撑污泥颗粒间孔隙，可减少过滤脱水时污泥孔隙变形、坍塌，浓缩后污泥比阻可降低为原来的10%以下，由难过滤污泥转变成为易过滤污泥，滤速加快，缩短过滤时间。
e.无机物固体颗粒反应释放的微气泡在污泥颗粒表面形成气、液、固三相接触界面，减少固液接触，并使浓缩出水借助重力下沉形成水层，提高浓缩效果。