CN101698561A

CN101698561A - 一种提高污泥脱水性和消化性的污泥前处理方法

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Publication number: CN101698561A
Application number: CN200910208668A
Authority: CN
Inventors: 叶芬霞
Original assignee: Ningbo University of Technology
Current assignee: Ningbo University of Technology
Priority date: 2009-10-23
Filing date: 2009-10-23
Publication date: 2010-04-28

Abstract

一种提高污泥脱水性和消化性的污泥前处理方法，属于污水处理领域。其特征在于如果用于提高剩余污泥的脱水性，先向污泥中加入过氧化氢溶液(0.4-0.6g H₂O₂/g干污泥)，搅拌均匀，再将污泥在60-80℃下微波处理3-5min即可。如果用于提高污泥厌氧消化效率，先向污泥中加入过氧化氢溶液(0.8-1.2g H₂O₂/g干污泥)，搅拌均匀，再将污泥在80-120℃下微波处理5-8min即可。利用微波快速高效的加热特性和过氧化氢在微波辐射下产生的羟基自由基的强氧化作用，提高剩余活性污泥脱水性，使污泥减量。还可用于提高后续污泥厌氧消化效率，降低能耗，并使污泥减量。该方法设备简单，操作维护方便，不产生任何二次污染。在大、中小型城市污水处理厂和企业污水处理站均具有广阔的应用前景。

Description

一种提高污泥脱水性和消化性的污泥前处理方法

技术领域

本发明属于固体废物处理、处置领域，涉及一种用微波/过氧化氢联合技术前处理污泥的方法，特别是涉及一种应用微波/过氧化氢高级氧化技术处理污泥，提高污泥的脱水性和消化性，从而使污泥减容减量的方法。

背景技术

由于污水处理量的增加和污水处理率的提高，我国的污泥产量近几年急剧增加。预计到2015年我国污泥产量将达到3560万吨(80％含水量)。污泥脱水可有效降低需要处理、处置的污泥体积，是污泥减量化中最为经济的一种方法。在焚烧、堆肥、填埋、综合利用等污泥处理处置方法中，污泥脱水是必须的前处理过程，污泥脱水处理的运行结果，直接决定着污泥处置的费用和能量消耗，成为经济、高效处理污泥的瓶颈。

一般重力浓缩污泥的含水率约为98％，机械脱水后的泥饼含水率约为80％，高含水率极大地影响了污泥的减容和减量，导致后续污泥运输费用提高和最终处置难度加大。就我国污泥处理的现实而言，首要解决的问题是如何有效减少泥饼含水率以利于后续处理，不论是填埋、堆肥还是焚烧都建立在较低的泥饼含水率基础上。如何在减少絮凝剂或不增加絮凝剂用量的前提下提高污泥的脱水性，研发经济、高效的改善污泥脱水性能的污泥前处理新技术，就成为实际生产中的一个亟待解决的重要问题。

目前普遍采用的污泥脱水工艺是在液态污泥中添加聚丙烯酰胺(PAM)等絮凝剂进行化学调理后，再进行机械脱水。由于污泥形成了特殊的絮体结构，具有高度亲水性，污泥絮凝后包含了大量的间隙水和表面水等难以脱去的水分，造成虽然污泥在调理后脱水速率加快，但是污泥脱水后的泥饼中仍然含有很高的剩余水量，即泥饼含水率仍较高。所有机械脱水方法只能使脱水污泥含水率降低到80％左右，污泥含水率难以进一步再降低。污泥的脱水效果是由脱水速率和最终脱水程度两方面决定的。常规的化学调理手段(添加絮凝剂或混凝剂)只能增加污泥脱水速率，不能提高污泥的可脱水程度。

污泥脱水的程度由污泥中水的分布特征决定，尽管对污泥中水的定义有差异，但总体来说，无外乎为易被机械力去除的自由水和具有较强结合力的、不能被机械力去除的束缚水(或结合水)。

胞外多聚物(EPS)是微生物在一定环境条件下产生的包围在微生物细胞壁外的多聚化合物，是活性污泥絮体的重要组成部分。EPS的高度水化结构使其具有很高的持水能力，而且其质量占活性污泥总质量的80％以上，是影响污泥脱水性能的关键因素。

另一方面，通常采用厌氧消化对污泥进行稳定化处理，传统的厌氧消化工艺存在以下不足：污泥停留时间长，需要20-30天，因此设施占地面积大、基建费用高；有机物的去除率较低，仅为40％左右。这主要是由于污泥中大部分有机物包含在微生物细胞内，导致厌氧消化的第一阶段-水解速率慢，成为制约消化的主要因素，最终使得污泥虽经厌氧消化，但减容和减量效果不显著。

可见，污泥难脱水和难消化的特征极大地影响了污泥的减容和减量，从而制约了污泥有效安全的处理与处置。

因此，通过合适的污泥前处理，将污泥EPS分解、分散，实现EPS与污泥微生物细胞相分离，破坏污泥絮体结构，改变污泥中水分分布，使絮体中的束缚水变为自由水，减少污泥中结合水含量，污泥的可脱水程度将大大提高。污泥的前处理还可破碎污泥细胞，使其释放胞内物质，加快污泥的消化速率。目前有采用微波辐射、超声波、酸碱、冻融、磁场、水热处理技术来对污泥进行前处理，调理污泥的脱水性能。但这些方法均存在一定的弊端：如酸碱处理要求设备防腐蚀，设备要求高，后续还必须进行中和处理；超声波、水热、冻融、磁场等能耗太高；微波辐射前处理虽然热效高，能耗大为降低，但效果不甚理想，真空抽滤含水率由原泥抽滤的85％降为71％(田禹等，微波辐射预处理对污泥结构和脱水性能的影响，中国环境科学，2006，26(4)：459-463)。限制了它们在实际中的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种用微波/过氧化氢高级氧化技术处理污泥，提高污泥的脱水性和消化效率，从而使污泥减容减量的方法。本发明采用以下技术方案实现上述目的。

本发明的技术方案是将微波与过氧化氢相结合，一方面是基于微波(MW)的低频率、长波长非离子辐射性能，以及其快速高效的加热特性，另一方面是过氧化氢在微波辐射下产生羟基自由基(·OH)，联合微波的热效应和羟基自由基的强氧化作用，提高剩余活性污泥EPS分解效果，有效分离EPS，释放结合水，提高剩余活性污泥脱水性；另外合适的微波/过氧化氢高级氧化还可使污泥细胞裂解，释放细胞内含物，促进后续的厌氧消化和提高消化污泥的脱水性能，并降低能耗。

本发明所述的一种提高污泥脱水性和消化性的污泥前处理方法，其特征在于先向污泥中加入一定量的过氧化氢溶液(30％)，搅拌，使混合均匀，再将上述污泥在一定温度微波(2450MHz)下辐射处理一定时间即可进行后续的絮凝、机械压滤脱水过程或进行厌氧消化。本发明的各项处理参数如下表。不同种类污泥、不同微波频率下的最佳条件参数可能有所差异，过氧化氢加入量、微波辐射温度、微波辐射时间与污泥的含水率、含固率等性质有关。

本发明的显著进步和优点在于：

(1)该方法能显著改善剩余活性污泥的脱水性，脱水泥饼的含水率可降低至65-70％。极大地降低污泥体积，降低污泥中固体悬浮物(SS)的含量，从而使污泥减量，降低污泥运输费用，降低污泥后续处理处置的困难，后续处理处置费用也大大下降。

(2)该方法能减少絮凝剂用量1/3-1/2，节约处理成本，减少絮凝剂使用对环境所带来的负面影响。

(3)该方法可使污泥厌氧消化时间缩短5-10天，降低厌氧消化罐的体积，COD去除率达到约65％，甲烷产量提高约80％-100％，污泥消化效率的提高使得污泥产量降低，厌氧消化后污泥的脱水性改善，泥饼含水率为45％。

(4)该方法还可杀灭污泥中的病原菌和寄生虫等有害微生物，提升污泥的无害化水平，降低后续处理的困难。

(5)该方法设备简单，操作维护方便，运行成本较低，不产生任何二次污染。而且剩余过氧化氢分解所产生的少量氧气还可提高污泥的氧化水平，防止或延缓污泥临时堆放时产生臭气。

具体实施方式

实施例1、取某城市污水处理厂的剩余活性污泥，常温下，在相同量的污泥中分别加入不同量的30％过氧化氢溶液(0.2-0.8g H₂O₂/g干污泥)，搅拌混合均匀，再将上述污泥在微波频率2450MHz，80℃温度下辐射处理5min。对照污泥不经过任何处理。在所有污泥中加入相同量的絮凝剂(PAM)进行絮凝沉降，然后进行机械压滤脱水。结果见表1所示。

表1过氧化氢用量(g H₂O₂/g干污泥)对提高污泥脱水性的效果

实施例2、取某城市污水处理厂的剩余活性污泥，常温下，在相同量的污泥中分别加入30％过氧化氢溶液(0.5g H₂O₂/g干污泥)，搅拌混合均匀，再将上述污泥在微波频率2450MHz下，不同的处理温度下(40-120℃)辐射处理5min。对照污泥不经过任何处理。在所有污泥中加入相同量的絮凝剂(PAM)进行絮凝沉降，然后进行机械压滤脱水。结果见表2所示。

表2微波温度对提高污泥脱水性的效果

实施例3、取某城市污水处理厂的剩余活性污泥，常温下，在相同量的污泥中分别加入30％过氧化氢溶液(0.5g H₂O₂/g干污泥)，搅拌混合均匀，再将上述污泥在微波频率2450MHz，80℃下辐射处理2-10min。对照污泥不经过任何处理。在所有污泥中加入相同量的絮凝剂(PAM)进行絮凝沉降，然后进行机械压滤脱水。结果见表3所示。

表3微波处理时间对提高污泥脱水性的效果

从表1-3可见，首先随着过氧化氢用量的逐渐提高、微波温度的提高、微波时间的增加，污泥的脱水性能随之提高。但当过氧化氢的用量超过0.6g H₂O₂/g干污泥、微波温度超过80℃、微波时间超过5s以后，污泥的脱水性能反而变差。这是因为适量的过氧化氢、微波温度和微波处理时间，使得污泥分解，分散其EPS，释放其中的水分，脱水性改善。而高浓度的过氧化氢、微波温度和微波处理时间会使得污泥颗粒粒径变小，反而影响了其脱水性。因此，如果该技术用于提高污泥的脱水性，则过氧化物氢的用量以每克干污泥0.4-0.6克为宜，微波温度为60-80℃为宜，微波时间3-5s为宜。

实施例4、取某城市污水处理厂的剩余活性污泥2500mL，平均分成5份，常温下分别加入30％过氧化氢溶液(0.5g H₂O₂/g干污泥)，搅拌混合均匀，再将上述污泥在微波频率2450MHz，80℃下辐射处理5min。对照污泥500mL不经过任何处理。将上述处理过的污泥分别加入不同量的絮凝剂(0.4％PAM)进行絮凝沉降，然后进行机械压滤脱水。对照污泥加入30mg/L的絮凝剂(0.4％PAM)进行絮凝沉降，然后进行机械压滤脱水。结果见表4所示。

表4微波处理时间对提高污泥脱水性的效果

从表4可见，经过微波/过氧化氢高级氧化处理后的污泥，絮凝剂PAM的加入量只需1/3-1/2的用量，即可达到对照污泥的脱水水平。在相同絮凝剂用量下，污饼含水率可降低19％。

实施例5、取某城市污水处理厂厌氧消化前的浓缩污泥，常温下，在相同量的污泥中分别加入不同量的30％过氧化氢溶液(0.6-1.4g H₂O₂/g干污泥)，搅拌混合均匀，再将上述污泥在微波频率2450MHz，80℃温度下辐射处理5min。对照污泥不经过任何处理。将所有污泥进行厌氧消化(25℃)20天，计算COD去除率和甲烷产量。结果见表5所示。

表5过氧化氢用量(g H₂O₂/g干污泥)对提高污泥厌氧消化效率的效果

实施例6、取某城市污水处理厂厌氧消化前的浓缩污泥，常温下，在相同量的污泥中分别加入30％过氧化氢溶液(1.0g H₂O₂/g干污泥)，搅拌混合均匀，再将上述污泥在微波频率2450MHz下，不同的处理温度下(60-120℃)辐射处理5min。对照污泥不经过任何处理。将所有污泥进行厌氧消化(25℃)20天，计算COD去除率和甲烷产量。。结果见表6所示。

表6微波温度对提高污泥厌氧消化效率的效果

实施例7、取某城市污水处理厂厌氧消化前的浓缩污泥，常温下，在相同量的污泥中分别加入30％过氧化氢溶液(1.0g H₂O₂/g干污泥)，搅拌混合均匀，再将上述污泥在微波频率2450MHz，100℃下辐射处理3-10min。对照污泥不经过任何处理。将所有污泥进行厌氧消化(25℃)20天，计算COD去除率和甲烷产量。结果见表7所示。

表7微波处理时间对提高污泥厌氧消化效率的效果

从表5-7可见，与前述提高污泥脱水性不同，要促进污泥的厌氧消化效率，除必须将污泥分解、分散外，还必须进一步将污泥细胞破碎，释放细胞内含物，将污泥中颗粒化难消化的COD转化为可溶性COD，在厌氧消化罐内易于水解，效率提高。所以过氧化氢用量、微波温度和微波时间都比前述加强。同时发现，开始随着过氧化氢用量的逐渐提高、微波温度的提高、微波时间的增加，污泥的污泥厌氧消化效率随之提高。但当过氧化氢的用量超过1.0g H₂O₂/g干污泥、微波温度超过120℃、微波时间超过8s以后，污泥的污泥厌氧消化效率无明显再提高。因此，考虑其效果和能耗成本两方面，过氧化物氢的用量以每克干污泥0.8-1.2克为宜，微波温度为80-120℃为宜，微波时间5-8s为宜。

实施例8、取某城市污水处理厂厌氧消化前的浓缩污泥，常温下，加入30％过氧化氢溶液(1.0g H₂O₂/g干污泥)，搅拌混合均匀，再将上述污泥在微波频率2450MHz，100℃下辐射处理7min。将污泥进行厌氧消化(25℃)10天，从厌氧反应器中排出的污泥进行离心脱水，得到含水率为45％的泥饼，泥饼的体积减少到原来的5％以下。

Claims

1.一种提高污泥脱水性和消化性的污泥前处理方法，其特征在于先向污泥中加入一定量的过氧化氢溶液，搅拌，使混合均匀，再将上述污泥在一定微波温度(2450MHz)下辐射处理一定时间即可进行后续的絮凝、机械压滤脱水过程或进行后续的厌氧消化。

2.根据权利要求1所述的一种提高污泥脱水性和消化性的污泥前处理方法，其特征是用于提高剩余活性污泥脱水性，过氧化氢加入量为0.4-0.6g H₂O₂/g干污泥，微波温度为60-80℃，微波处理时间为3-5min。

3.根据权利要求1所述的一种提高污泥脱水性和消化性的污泥前处理方法，其特征是用于提高污泥厌氧消化效率，过氧化氢加入量为0.8-1.2g H₂O₂/g干污泥，微波温度为80-120℃，微波处理时间为5-8min。

4.根据权利要求1所述的一种提高污泥脱水性和消化性的污泥前处理方法，其特征是先向污泥中投加过氧化氢溶液，搅拌均匀后，再进行微波处理。

5.根据权利要求1所述的一种提高污泥脱水性和消化性的污泥前处理方法，其特征是既可用于剩余活性污泥，提高污泥的脱水性能；也可作为污泥厌氧消化前的预处理，提高污泥的厌氧消化效率和脱水泥饼含水率。