申请日2018.11.28
公开(公告)日2019.02.01
IPC分类号C02F11/147; C02F11/122; C02F11/123; C02F11/127
摘要
一种污泥脱水的工艺方法，属于污泥脱水处理技术领域。该方法为：向待处理污泥中，加入阳离子表面活性剂，搅拌均匀，再加入极性水溶性小分子醇类化合物，搅拌均匀，置于室温～200℃，保温20～60min，沉降，分层后，进行脱水，得到脱水后的污泥和污泥脱除的水相。该脱水工艺方法结合了阳离子表面活性剂对蛋白质和多糖的释放作用、极性水溶性小分子醇类化合物对蛋白质的改性作用，并结合水热处理对含氧官能团的消去作用，开发出一种污泥脱水处理新工艺。
权利要求书
1.一种污泥脱水的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)向待处理污泥中，加入阳离子表面活性剂，搅拌均匀，得到污泥处理物A;其中，阳离子表面活性剂的加入量为污泥干基质量的2%～20%;
(2)向污泥处理物A中，加入极性水溶性小分子醇类化合物，搅拌均匀，得到污泥处理物B;其中，极性水溶性小分子醇类化合物的加入量为污泥干基质量的10～15倍;
(3)将污泥处理物B置于室温～200℃，保温20～60min，得到处理后的污泥;
(4)将处理后的污泥沉降，分层后，进行脱水，得到脱水后的污泥和污泥脱除的水相。
2.如权利要求1所述的污泥脱水的工艺方法，其特征在于，脱水后的污泥，其含水率≤60%，脱水后的污泥的pH为6.7～7.1。
3.如权利要求1所述的污泥脱水的工艺方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，所述的阳离子表面活性剂为烷基季铵盐类、含杂原子的季铵盐类、含有苯环的季铵盐类、含杂环的季铵盐类、长链烷基伯胺盐类、长链烷基仲胺盐类、长链烷基叔胺盐类中的至少一种。
4.如权利要求3所述的污泥脱水的工艺方法，其特征在于，所述的长链烷基为碳原子数为C8～C24的烷基。
5.如权利要求1所述的污泥脱水的工艺方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，搅拌采用机械搅拌，机械搅拌的搅拌速率为50～200rpm，搅拌时间为20～60min。
6.如权利要求1所述的污泥脱水的工艺方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，所述的极性水溶性小分子醇类化合物为甲醇、乙醇、丙三醇中的一种或几种混合。
7.如权利要求1所述的污泥脱水的工艺方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，搅拌采用机械搅拌，机械搅拌的搅拌速率为50～200rpm，搅拌时间为20～60min。
8.如权利要求1所述的污泥脱水的工艺方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，温度为160～200℃，保温时间为20～40min。
9.如权利要求1所述的污泥脱水的工艺方法，其特征在于，所述的步骤(4)中，沉降时间为1～10h。
10.如权利要求1所述的污泥脱水的工艺方法，其特征在于，所述的步骤(4)中，脱水采用脱水设备进行脱水，脱水设备为板框压滤机、带式过滤机、高速沉积离心脱水机中的一种。
说明书
一种污泥脱水的工艺方法
技术领域
本发明涉及污泥脱水处理技术领域，具体涉及一种污泥脱水的工艺方法。
背景技术
污泥处理是污水处理系统中的重要组成部分，虽然污泥处理仅仅是污水处理量中很小的一部分，但是在污水处理厂的污水处理成本上，由于污泥需要特殊的处理方法导致污泥的处理成本占运营成本50%以上。这主要是由于污泥中含有99%以上的水分，而高水分含量会严重阻碍污泥后续的处理处置(如填埋、焚烧等)。为了其后续处理和降低成本，污泥的水分含量不应超过60%。所以污泥脱水是污泥处理中的重要环节，对降低污泥处理成本和提高处理量具有重要意义。
传统的污泥脱水方法主要分物理和化学两种。而污泥使用离心和压滤等常用的物理处理方法脱水会受到絮凝物之间静电排斥的干扰，导致脱水后污泥中沉淀物固体含量仍低于20%。所以，研究人员在脱水前，向污泥中添加化学试剂以降低静电排斥干扰。传统化学试剂(如有机聚合物和无机盐凝结剂等)可以通过电荷中和桥接作用来团聚污泥颗粒，形成大块絮凝物使其沉淀脱水。但大量使用添加剂会因残留金属离子和有毒有机物造成二次污染，导致后续污泥处理处置更加困难。污泥的成分非常复杂，特别是胞外聚合物(EPS)主要由大分子微生物分泌物、细胞裂解产物和大分子水解产物组成，其主要成分蛋白质和多糖中含有的大量亲水性含氧官能团易与水分子形成氢键，对水的结合能力很强。因此，研究人员开发了许多通过破坏EPS组成及结构从而释放结合水的方法来对活性污泥进行脱水处理。常见的处理方法如酸或碱处理、添加生物絮凝剂、脉冲电场处理、超声波处理、热处理等等。一些实验室常用的处理方法会对设备造成严重腐蚀，还有一些方法由于其比较复杂，很难进行工业化应用。
蛋白质和多糖是EPS中对污泥脱水起到关键作用的成分。Li等提出污泥脱水性与污泥中的蛋白质含量呈负相关。Wang等认为蛋白质与多糖比例的降低会改善污泥脱水效果。Wu等.认为破坏EPS中的蛋白质的空间结构可以显著改善污泥脱水性能。所以，通过分离蛋白质和多糖能够改善污泥脱水性能。
发明内容
本发明的目的是针对通过现有的污泥脱水工艺得到的污泥含水率仍然较高的情况，提出了一种污泥脱水的工艺方法，该脱水工艺方法结合了阳离子表面活性剂对蛋白质和多糖的释放作用、极性水溶性小分子醇类化合物对蛋白质的改性作用，并结合水热处理对含氧官能团的消去作用，开发出一种污泥脱水处理新工艺。
为实现以上目的，本发明的技术方案如下：
本发明的一种污泥脱水的工艺方法，包括以下步骤：
(1)向待处理污泥中，加入阳离子表面活性剂，搅拌均匀，得到污泥处理物A;其中，阳离子表面活性剂的加入量为污泥干基质量的2%～20%;
(2)向污泥处理物A中，加入极性水溶性小分子醇类化合物，搅拌均匀，得到污泥处理物B;其中，极性水溶性小分子醇类化合物的加入量为污泥干基质量的10～15倍;
(3)将污泥处理物B置于室温～200℃，保温20～60min，得到处理后的污泥;
(4)将处理后的污泥沉降，分层后，进行脱水，得到脱水后的污泥和污泥脱除的水相。
本发明的脱水后的污泥，其含水率≤60%，脱水后的污泥的pH为6.7～7.1。
作为优选，所述的步骤(1)中，所述的阳离子表面活性剂为烷基季铵盐类、含杂原子的季铵盐类、含有苯环的季铵盐类、含杂环的季铵盐类、长链烷基伯胺盐类、长链烷基仲胺盐类、长链烷基叔胺盐类中的至少一种。
作为优选，所述的步骤(1)中，长链烷基为碳原子数为C8～C24的烷基。
作为优选，所述的步骤(1)中，所述的阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。
作为优选，所述的步骤(1)中，搅拌采用机械搅拌，机械搅拌的搅拌速率为50～200rpm，搅拌时间为20～60min。
作为优选，所述的步骤(2)中，所述的极性水溶性小分子醇类化合物为甲醇、乙醇、丙三醇中的一种或几种混合，优选为甲醇。
作为优选，所述的步骤(2)中，极性水溶性小分子醇类化合物，其纯度可以为任意值，其净含量达到要求规定即可，优选为分析纯级别。
作为优选，所述的步骤(2)中，搅拌采用机械搅拌，机械搅拌的搅拌速率为50～200rpm，搅拌时间为20～60min。
作为优选，所述的步骤(3)中，温度优选为160～200℃，保温时间优选为20～40min，在160～200℃反应为水热反应，反应后，自然冷却至室温。
为作为优选，所述的步骤(3)中，污泥处理物B加热的升温速率为3～20℃/min。
作为优选，所述的步骤(4)中，沉降时间为1～10h。
作为优选，所述的步骤(4)中，脱水采用脱水设备进行脱水，脱水设备优选为板框压滤机、带式过滤机、高速沉积离心脱水机中的一种。
作为优选，所述的步骤(4)中，污泥脱除的水相中含有大量含碳物质，在反硝化过程中可以作为的碳源进行回用。
本发明的一种污泥脱水的工艺方法，其作用原理是：污泥中的胞外聚合物(EPS)中蛋白质和多糖等都是带负电的，会使污泥形成的带电负性的胶体网络。阳离子表面活性剂则可以中和电负性，破坏胶体网络，并与亲水性含氧官能团作用释放结合水。但蛋白质的三级结构并未被破坏，蛋白质表面的水化膜结构仍存在，水化膜结构对污泥脱水仍然有抑制作用。极性水溶性小分子醇类化合物则是一种极性亲水试剂，它可以通过范德华力与蛋白质侧链强烈相互作用来降低蛋白质的稳定性，破坏水化膜，改善污泥脱水特性。
通过加入阳离子表面活性剂和极性水溶性小分子醇类化合物，并在其基础上，进行水热处理，可以显著减小污泥絮体的尺寸，降低污泥孔隙结构。温度在160℃～200℃时，酯化、水解和缩聚反应会显著增强，羟基、羧基等亲水性含氧官能团大量减少，污泥脱水能力被显著改善。基于上述结论可知阳离子表面活性剂与极性水溶性小分子醇类化合物都是通过与蛋白质作用释放结合水，并且在与蛋白质作用的效果上互相补充。水热处理则是通过化学反应降低亲水性含氧官能团数量，并改变污泥絮体结构。两个化学处理和一个物理处理相结合的方法，使得污泥中EPS的结合水释放，提高了脱水率。
与现有的污泥脱水技术相比，本发明的一种污泥脱水的工艺方法，其有益效果是：
(1)本发明采用阳离子表面活性剂、极性水溶性小分子醇类化合物和水热联合脱水，试剂添加量少，工艺流程简单，进行脱水后，能使污泥含水率降至60%以下。
(2)处理后污泥的pH趋于中性，对设备无腐蚀，环境友好。
(3)污泥脱水后的水相可以作为碳源。
(4)本工艺广泛适用于各种污泥法处理污水的污水处理厂。
(5)本发明的一种复合型污泥脱水剂进行污泥脱水工艺中，包含化学处理和物理处理两部分。化学处理过程中用到的试剂包括：阳离子表面活性剂和极性水溶性小分子醇类化合物。物理处理主要方法为：水热处理。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
本实例中阳离子表面活性剂为CTAB，添加量为污泥干基的10%，甲醇添加量为污泥干基的15倍，水热处理温度为180℃。
一种污泥脱水的工艺方法，包括以下步骤：
(1)称取待处理的含固率为3%的污泥，计算污泥干基重量，按照比例添加阳离子表面活性剂，以100rpm搅拌30min，搅拌均匀后，得到污泥处理物A。
(1)向(1)处理后污泥处理物A中，按比例添加甲醇，以100rpm搅拌30min，搅拌均匀，得到污泥处理物B。
(1)将(2)处理后污泥处理物B以10℃/min升温至180℃，恒温30min后自然降温，污泥pH为6.9，得到处理后的污泥。
(1)将(3)中处理后的污泥静止1h。
(1)将(4)中污泥在板框压滤机中进行机械脱水。板框压滤机中滤板面积0.28m2，污泥处理量约0.12m3，压滤时间为30min，最大压力为4.5MPa。
(1)按(5)中脱水后的污泥形成的泥饼粘度较低，泥饼含水率为57%，压滤液pH为6.9。
实施例2
本实例中阳离子表面活性剂为CTAC，添加量为污泥干基的15%，甲醇添加量为污泥干基的10倍，水热处理温度为170℃。
一种污泥脱水的工艺方法，包括以下步骤：
(1)称取待处理的含固率为2.8%的污泥，计算污泥干基重量，按照比例添加阳离子表面活性剂CTAC，以100rpm搅拌30min，搅拌均匀后，得到污泥处理物A。
(2)向(1)处理后的污泥处理物A中，按比例添加甲醇，以100rpm搅拌30min，搅拌均匀，得到污泥处理物B。
(3)将(2)处理后污泥处理物B以10℃/min升温至170℃，恒温30min后自然降温，污泥pH为7.0，得到处理后的污泥。
(4)将(3)中处理后的污泥静止1h。
(5)将(4)中污泥在板框压滤机中进行机械脱水。板框压滤机中滤板面积0.28m2，污泥处理量约0.12m3，压滤时间为30min，最大压力为4.5MPa。
(6)按(5)中脱水后的污泥形成的泥饼粘度较低，泥饼含水率为58%，压滤液pH为7.0。
实施例3
一种污泥脱水的工艺方法，包括以下步骤：
(1)称取待处理的含固率为3%的污泥，计算污泥干基重量;
向待处理污泥中，加入阳离子表面活性剂N-丙酮基氯化吡啶，以50rpm搅拌60min，搅拌均匀后，得到污泥处理物A;其中，N-丙酮基氯化吡啶的加入量为污泥干基质量的2%;
(2)向污泥处理物A中，加入甲醇，以100rpm搅拌30min，搅拌均匀，得到污泥处理物B;其中，甲醇的加入量为污泥干基质量的10倍;
(3)将污泥处理物B在室温条件下，恒温搅拌30min后，污泥pH为6.7，得到处理后的污泥;
(4)将处理后的污泥静止沉降1h，分层后，在带式过滤机中进行机械脱水，得到脱水后的污泥和污泥脱除的水相。
实施例4
一种污泥脱水的工艺方法，包括以下步骤：
(1)称取待处理的含固率为3%的污泥，计算污泥干基重量;
向待处理污泥中，加入阳离子表面活性剂十二烷基苄基三甲基溴化铵，以200rpm搅拌20min，搅拌均匀后，得到污泥处理物A;其中，十二烷基苄基三甲基溴化铵的加入量为污泥干基质量的20%;
(2)向污泥处理物A中，加入甲醇和乙醇的混合物(体积比为1:1)，以200rpm搅拌20min，搅拌均匀，得到污泥处理物B;其中，甲醇的加入量为污泥干基质量的12倍;
(3)将污泥处理物B以20℃/min升温至200℃，恒温搅拌20min后，污泥pH为6.8，得到处理后的污泥;
(4)将处理后的污泥静止沉降2h，分层后，在高速沉积离心脱水机中进行机械脱水，得到脱水后的污泥和污泥脱除的水相。
实施例5
一种污泥脱水的工艺方法，包括以下步骤：
(1)称取待处理的含固率为3%的污泥，计算污泥干基重量;
向待处理污泥中，加入阳离子表面活性剂十二烷基伯胺，以150rpm搅拌30min，搅拌均匀后，得到污泥处理物A;其中，十二烷基伯胺的加入量为污泥干基质量的18%;
(2)向污泥处理物A中，加入丙三醇，以150rpm搅拌40min，搅拌均匀，得到污泥处理物B;其中，甲醇的加入量为污泥干基质量的12倍;
(3)将污泥处理物B以10℃/min升温至50℃，恒温搅拌30min后，污泥pH为7.0，得到处理后的污泥;
(4)将处理后的污泥静止沉降2h，分层后，在高速沉积离心脱水机中进行机械脱水，得到脱水后的污泥和污泥脱除的水相。
实施例6
一种污泥脱水的工艺方法，包括以下步骤：
(1)称取待处理的含固率为3%的污泥，计算污泥干基重量;
向待处理污泥中，加入阳离子表面活性剂苄基三乙基氯化铵，以150rpm搅拌30min，搅拌均匀后，得到污泥处理物A;其中，苄基三乙基氯化铵的加入量为污泥干基质量的10%;
(2)向污泥处理物A中，加入丙三醇和甲醇的混合物(按体积比，丙三醇：甲醇=1:10)，以150rpm搅拌40min，搅拌均匀，得到污泥处理物B;其中，甲醇的加入量为污泥干基质量的11倍;
(3)将污泥处理物B以5℃/min升温至100℃，恒温搅拌40min后，污泥pH为7.1，得到处理后的污泥;
(4)将处理后的污泥静止沉降1.5h，分层后，在高速沉积离心脱水机中进行机械脱水，得到脱水后的污泥和污泥脱除的水相。