申请日2018.12.13
公开(公告)日2019.02.19
IPC分类号C02F11/147; C02F11/12
摘要
本发明公开了一种提高浓缩污泥脱水性能的方法，包括以下步骤：将污泥浓缩至固含量5%以上泵入反应罐中，加入水性聚丙烯酸酯共聚物搅拌混合均匀;投加酸并快速搅拌，调节pH为3‑5，反应10‑30min;将污泥泵入加热罐中加热，使温度升高至聚丙烯酸酯共聚物的Tg以上10‑40℃;保温10‑40min;将污泥热交换降温冷却至温度低于聚丙烯酸酯共聚物Tg以下5‑10℃，使聚合物快速硬化成立体网络状骨架，支撑形成的污泥颗粒间孔隙;将冷却污泥立即过滤脱水，通过硬化后的共聚物分子链的支撑作用形成污泥过滤时的透水孔道，提高浓缩污泥脱水性能。
权利要求书
1.一种提高浓缩污泥脱水性能的方法，其特征在于，利用向污泥中投加的pH与温度响应性聚丙烯酸酯高分子共聚物对温度的响应通过温度变化改变其物理状态，降低污泥比阻，提高浓缩污泥脱水性能，包括以下步骤：
(1)将污泥压缩沉淀或气浮浓缩至固含量5%以上泵入反应罐中，向污泥中加入pH与温度响应性聚丙烯酸酯高分子共聚物，投加量为0.2-0.6g/g干污泥，搅拌混合均匀;
(2)向污泥中投加酸并快速搅拌，反应10-30min，使污泥中聚丙烯酸酯共聚物中的水溶性基团—COO—结合氢离子，形成—COOH，并以H+抑制羧酸基电离，降低聚丙烯酸酯共聚物的溶解度，使共聚物分子充分析出并与污泥颗粒通过范德华力及氢键作用吸附结合，反应后pH为3-5;
(3)将污泥泵入加热罐中加热，使温度升高至聚丙烯酸酯共聚物的Tg以上10-40℃，改变其物理状态，使聚丙烯酸酯共聚物分子链卷曲，黏结污泥颗粒，带动污泥颗粒运动;
(4)保温10-40min，使与污泥颗粒黏结的共聚物分子链连同污泥颗粒一起团聚，收缩变形，形成污泥颗粒间孔隙，并通过聚丙烯酸酯共聚物中的甲基、酯基等疏水基团降低污泥颗粒的亲水性;
(5)将污泥热交换降温冷却至温度低于聚丙烯酸酯共聚物Tg以下5-10℃，使聚合物分子链改变物理状态恢复成玻璃态，快速硬化;
(6)将冷却至温度低于聚丙烯酸酯共聚物Tg以下的污泥立即过滤脱水，通过硬化后的共聚物分子链的支撑作用形成污泥过滤时的透水孔道，防止或减少过滤过程中孔道变形，以及通过聚丙烯酸酯共聚物中的甲基、酯基等疏水基团的疏水作用，提高浓缩污泥脱水性能。
2.根据权利要求1所述的一种提高浓缩污泥脱水性能的方法，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、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聚合物Tg为40-80℃。
3.根据权利要求1所述的一种提高浓缩污泥脱水性能的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的酸为无机酸或有机酸，若为有机酸其电离常数应大于聚丙烯酸中羧酸基的电离常数。
4.根据权利要求1所述的一种提高浓缩污泥脱水性能的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的加热采用电加热、蒸汽加热或导热油等直接或间接加热方式中的任一种或联合加热方式。
5.根据权利要求1所述的一种提高浓缩污泥脱水性能的方法，其特征在于，所述步骤(5)中的降温冷却是利用投加酸反应后的污泥通过热交换进行，回收热能。
6.根据权利要求1所述的一种提高浓缩污泥脱水性能的方法，其特征在于，所述步骤(6)中的过滤脱水采用自然过滤、机械压滤或真空抽滤中的任一方式。
说明书
一种提高浓缩污泥脱水性能的方法
技术领域
本发明属于环境保护中的污泥处理技术领域，特别涉及一种提高浓缩污泥脱水性能的方法。
背景技术
污泥的脱水一直是世界性难题，特别是污水处理工程产生的浓缩污泥中含有大量亲水性有机物，其结合水含量高，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污泥层孔道容易堵塞，脱水速率慢，泥饼含水率高。
目前对于污泥脱水性能的改善，主要包括热调理、冻融处理，高温热水解、投加絮凝剂增大絮体颗粒等方法，但效果普遍不甚理想，污泥比阻高，脱水性差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高浓缩污泥脱水性能的方法，通过降低污泥比阻，提高浓缩污泥脱水性能。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方法为：
一种提高浓缩污泥脱水性能的方法，利用向污泥中投加的pH与温度响应性聚丙烯酸酯高分子共聚物对温度的响应通过温度变化改变其物理状态，降低污泥比阻，提高浓缩污泥脱水性能，包括以下步骤：
(1)将污泥压缩沉淀或气浮浓缩至固含量5%以上泵入反应罐中，向污泥中加入玻璃化温度(Tg)高于室温的由软单体、硬单体与丙烯酸系单体共聚形成的pH与温度响应性水性聚丙烯酸酯共聚物，投加量为0.2-0.6g/g干污泥，搅拌混合均匀;
(2)向污泥中投加酸并快速搅拌，反应10-30min，使污泥中pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物中的水溶性基团—COO—结合氢离子，形成—COOH，并以H+抑制羧酸基电离，降低聚丙烯酸酯共聚物的溶解度，使共聚物分子充分析出并与污泥颗粒通过范德华力及氢键作用吸附结合，反应后pH为3-5;
(3)将污泥泵入加热罐中加热，使温度升高至pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物的Tg以上10-40℃，改变其物理状态使共聚物分子链卷曲，黏结污泥颗粒，带动污泥颗粒运动;
(4)保温10-40min，使与污泥颗粒黏结的共聚物分子链连同污泥颗粒一起团聚，收缩变形，形成污泥颗粒间孔隙，并通过共聚物中的甲基、酯基等疏水基团降低污泥颗粒的亲水性;
(5)将污泥热交换降温冷却至温度低于pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物Tg以下5-10℃，使聚合物分子链改变物理状态恢复成玻璃态，快速硬化成立体网络状骨架，支撑形成的污泥颗粒间孔隙;
(6)将冷却至温度低于pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物Tg以下的污泥立即过滤脱水，通过硬化后的共聚物分子链的支撑作用形成污泥过滤时的透水孔道，防止或减少过滤过程中孔道变形，以及通过聚丙烯酸酯共聚物中的甲基、酯基等疏水基团的疏水作用，提高浓缩污泥脱水性能。
有益效果：
a. 浓缩污泥经本方法处理，污泥比阻可降低为原来的2-6%，由难过滤污泥转变成为易过滤污泥，过滤速率大为加快，达到相同的泥饼含水率，过滤时间缩短80%以上。
b. 析出的pH与温度响应性共聚物中的羧基可与污泥颗粒的亲水基作用，改变污泥表面性能，降低污泥颗粒与水之间的作用力，同时共聚物柔性链段中的甲基、乙基、酯基等疏水基团进一步提高污泥颗粒的憎水性，增加泥水间斥力，降低浓缩污泥中结合水的含量，利于污泥脱水。
c. 以水相中酸析形成的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在水相中实现软化吸附黏结污泥—污泥保温变形制孔—硬化支撑透水孔道作用。析出的温度响应性聚丙烯酸酯共聚物分子链库伦斥力降低，受热后发生蜷缩作用，可粘结污泥，带动污泥颗粒高度团聚并变形收缩，形成污泥颗粒间孔隙构成过滤脱水时的脱水孔道，而且冷却硬化后支撑脱水通道，可减少过滤脱水时污泥孔隙变形、坍塌，降低污泥比阻。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步说明本发明。
实施例1
一种提高浓缩污泥脱水性能的方法，包括以下步骤：
(1)将污泥压缩沉淀或气浮浓缩至固含量5%以上泵入反应罐中，向污泥中加入玻璃化温度(Tg)高于室温的由软单体、硬单体与丙烯酸系单体共聚形成的pH与温度响应性水性聚丙烯酸酯共聚物，投加量为0.3g/g干污泥，搅拌混合均匀;
(2)向污泥中投加50%的盐酸并快速搅拌，调节pH为3.9，反应15min，使污泥中pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物中的水溶性基团—COO—结合氢离子，形成—COOH，并以H+抑制羧酸基电离，降低共聚物的溶解度，使共聚物分子充分析出并与污泥颗粒通过范德华力及氢键作用吸附结合;
(3)将污泥泵入加热罐中加热，使温度升高至pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物的Tg以上15℃，使共聚物分子链卷曲，黏结污泥颗粒，带动污泥颗粒运动;
(4)保温40min，使与污泥颗粒黏结的共聚物分子链连同污泥颗粒一起团聚，收缩变形，形成污泥颗粒间孔隙，并通过pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物中的甲基、酯基等疏水基团降低污泥颗粒的亲水性;
(5)将污泥热交换降温冷却至温度低于共聚物Tg以下10℃，使聚合物分子链恢复成玻璃态，快速硬化成立体网络状骨架，支撑形成的污泥颗粒间孔隙;
(6)将冷却至温度低于pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物Tg以下的污泥立即过滤脱水，通过硬化后的共聚物分子链的支撑作用形成污泥过滤时的透水孔道，防止或减少过滤过程中孔道变形，以及通过共聚物中的甲基、酯基等疏水基团的疏水作用，提高浓缩污泥脱水性能。
真空抽滤测试结果表明，污泥比阻降为原污泥的5.86%，泥饼含水率降低3.1%左右。
实施例2
一种提高浓缩污泥脱水性能的方法，包括以下步骤：
(1)将污泥压缩沉淀或气浮浓缩至固含量5%以上泵入反应罐中，向污泥中加入玻璃化温度(Tg)高于室温的由软单体、硬单体与丙烯酸系单体共聚形成的pH与温度响应性水性聚丙烯酸酯共聚物，投加量为0.6g/g干污泥，搅拌混合均匀;
(2)向污泥中投加甲酸并快速搅拌，调节pH为4.2，反应30min，使污泥中pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物中的水溶性基团—COO—结合氢离子，形成—COOH，并以H+抑制羧酸基电离，降低共聚物的溶解度，使共聚物分子充分析出并与污泥颗粒通过范德华力及氢键作用吸附结合;
(3)将污泥泵入加热罐中加热，使温度升高至pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物的Tg以上30℃，使共聚物分子链卷曲，黏结污泥颗粒，带动污泥颗粒运动;
(4)保温20min，使与污泥颗粒黏结的共聚物分子链连同污泥颗粒一起团聚，收缩变形，形成污泥颗粒间孔隙，并通过pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物中的甲基、酯基等疏水基团降低污泥颗粒的亲水性;
(5)将污泥热交换降温冷却至温度低于pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物Tg以下5℃，使聚合物分子链恢复成玻璃态，快速硬化成立体网络状骨架，支撑形成的污泥颗粒间孔隙;
(6)将冷却至温度低于pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物Tg以下的污泥立即过滤脱水，通过硬化后的共聚物分子链的支撑作用形成污泥过滤时的透水孔道，防止或减少过滤过程中孔道变形，以及通过共聚物中的甲基、酯基等疏水基团的疏水作用，提高浓缩污泥脱水性能。
真空抽滤测试结果表明，污泥比阻降为原污泥的2.02%，泥饼含水率降低5.60%左右。
实施例3
一种提高浓缩污泥脱水性能的方法，包括以下步骤：
(1)将污泥压缩沉淀或气浮浓缩至固含量5%以上泵入反应罐中，向污泥中加入玻璃化温度(Tg)高于室温的由软单体、硬单体与丙烯酸系单体共聚形成的pH与温度响应性水性聚丙烯酸酯共聚物，投加量为0.4g/g干污泥，搅拌混合均匀;
(2)向污泥中投加93%的浓硫酸并快速搅拌，调节pH为4.0，反应10-30min，使污泥共聚物中的水溶性基团—COO—结合氢离子，形成—COOH，并以H+抑制羧酸基电离，降低共聚物的溶解度，使共聚物分子充分析出并与污泥颗粒通过范德华力及氢键作用吸附结合;
(3)将污泥泵入加热罐中加热，使温度升高至pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物的Tg以上20℃，使共聚物分子链卷曲，黏结污泥颗粒，带动污泥颗粒运动;
(4)保温30min，使与污泥颗粒黏结的共聚物分子链连同污泥颗粒一起团聚，收缩变形，形成污泥颗粒间孔隙，并通过共聚物中的甲基、酯基等疏水基团降低污泥颗粒的亲水性;
(5)将污泥热交换降温冷却至温度低于pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物Tg以下10℃，使共聚物分子链恢复成玻璃态，快速硬化成立体网络状骨架，支撑形成的污泥颗粒间孔隙;
(6)将冷却至温度低于pH与温度响应性聚丙烯酸酯共聚物Tg以下的污泥立即过滤脱水，通过硬化后的共聚物分子链的支撑作用形成污泥过滤时的透水孔道，防止或减少过滤过程中孔道变形，以及通过共聚物中的甲基、酯基等疏水基团的疏水作用，提高浓缩污泥脱水性能。
真空抽滤测试结果表明，污泥比阻降为原污泥的3.65%，泥饼含水率降低4.72%左右。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。