CN105366909A - 一种污泥深度脱水的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污泥深度脱水的工艺，该工艺依次包括水热反应、絮凝调理和机械脱水，所述水热反应包括以下步骤：按每吨干污泥中添加表面活性剂5-13kg，将表面活性剂和污泥投加到水热反应釜中；使污泥在温度为120-160℃、相对压力为0.5-1.2MPa的条件下进行水热反应。该工艺使得脱水后的污泥含水率达到55%以下，大大降低了污泥后续处置的难度，减少了污泥后续处置费用。

Description

一种污泥深度脱水的工艺

技术领域

本发明涉及一种污泥深度脱水的工艺，属于环境工程领域。

背景技术

随着我国污水处理率的不断提高，污泥的产量也呈上升趋势，污泥作为水处理的副产物，含有大量难降解有机物、重金属和盐类，以及病原微生物和虫卵，若不妥善处理将造成严重的二次污染。

剩余污泥，即污水处理后产生的污泥，最主要的特征就是含水率高，甚至高达99%，实现污泥减量化最直接也是最有效的方法就是去除污泥中的水分，但由于剩余污泥成分复杂，呈絮体状态，其脱水性能极差，未经处理的污泥若直接进行机械脱水，泥饼含水率仍高达80%左右，这远远低于我国固体垃圾填埋标准（含水率小于60%），因此在污泥机械脱水前对污泥采取有效的调理措施改善污泥脱水性能，降低污泥的含水率，不仅可以降低污泥后续处置的难度，还可以提高污泥中干基污泥含量，减少污泥后续处置费用。

目前，常见的污泥脱水方法有干化法、机械法、调理法。干化法常见的是自然干化和加热干化两种，自然干化是一种简单传统的脱水方法，脱水成本低，但由于脱水效率低，占地面积大，对周围环境影响大，因此自然干化在大中型污水厂很少被采用；加热干化是采用人工加热的方法使得污泥中的水分快速被蒸发掉的一种方法，虽然脱水效率高，脱水后的污泥含水率可降至10%-30%，但是运行费用较高，对周围环境影响较大，比较适合于中小型污水厂污泥的集中处理与处置。机械脱水常见的有离心脱水、板框压滤脱水、带式压滤脱水、真空过滤脱水，真空过滤脱水由于其脱水噪声大，泥饼含水率高且占地面积大，因此很少被采用；相比其它脱水方法，板框压滤脱水泥饼含水率较低，但由于其间断式工作模式，脱水效率低，操作环境差，自动化程度不高等缺点限制了其在国内大型污水厂的应用；离心脱水和带式脱水由于操作方便和运行费用低仍被广为应用。调理法有化学调理、物理调理、生物调理，其中化学调理由于投资成本低，操作简单等优点目前仍被广泛采用。

水热溶胞技术是一种新兴的物理溶胞改性技术，通过将污泥加热，在一定温度和压力下促进污泥中微生物细胞裂解，释放细胞内物质到液相中，从而达到破坏污泥絮体结构，改善污泥脱水性能目的的一种方法，一般情况，随着污泥温度的提高，污泥溶胞效果越好，但有研究表明当污泥温度达到200℃时，污泥易产生一种难溶性物质，影响污泥脱水性能，这种现象叫美拉德反应。

目前国内关于污泥水热溶胞改性促进污泥脱水的研究很少，中国专利CN103880266A涉及一种水热法污泥脱水方法及装置，该方法是通过两级水热反应对预热后的湿污泥进行脱水，一级水热反应温度为220-280℃，反应时间5-15min，二级反应160-200℃，反应时间为20-60min，水热反应后污泥含水率在50%-60%之间，该发明装置的优点在于两级水热反应过程中，采用的降温产生的热量对污泥预热实现了能源再利用，但由于温度高，压力大，存在安全及大气污染的隐患，加之温度超过200℃时易产生美拉德现象，影响污泥的脱水性能，因此有待改进。

中国专利CN103964662A公开了一种基于水热处理的连续式污泥脱水方法，该方法是将温度加热到150℃以上进行水热反应，经过水热处理后的污泥被引入连续式挤压脱水装置实现污泥的连续脱水，脱水后的滤液进入高效厌氧处理单元厌氧消化生产沼气，沼液净化后进行土地利用，该方法重点介绍的是如何实现污泥脱水过程的连续运行，对污泥水热处理的工艺并没有过多的介绍，也没有具体的实施案例介绍，因此该专利的重点是如何实现污泥脱水的连续运行，而非水热改性脱水。

中国专利CN102381820A公开了一种基于水热改性技术的污泥处理工艺，该工艺是将机械脱水后污泥进入浆化装置，浆化后的污泥进入水热反应器加热到180℃进行水热反应，经水热后污泥进入闪蒸器中减压闪蒸，经冷却器冷却至35-45℃后进入高压隔膜压滤机进行压滤脱水，脱水滤液进入中温厌氧反应器进行厌氧反应，脱水泥饼制作成生物质染料棒，进入锅炉为水热反应器提供蒸汽，该工艺具有处理效果好、减容效果明显、无害化程度高、甲烷回收利用效益好等优点，该工艺是通过水热改性提高污泥的脱水能力和厌氧消化能力。

现有技术中的絮凝调理脱水是采用常规絮凝剂铁盐、钙盐以及聚丙烯酰胺絮凝剂等，絮凝效果不好，结合常规机械脱水，脱水率一般达80%左右，脱水率较低，很少结合水热反应进行絮凝调理。

发明内容

本发明解决的技术问题是，在较高温度下进行水热反应，污泥易产生一种难溶性物质，影响污泥脱水性能。

本发明的技术方案是，提供一种污泥深度脱水的工艺，依次包括水热反应、絮凝调理和机械脱水，其特征在于，所述水热反应包括以下步骤：按每吨干污泥中添加表面活性剂5-13kg，将表面活性剂和污泥投加到水热反应釜中；使污泥在温度为120-160℃、相对压力为0.5-1.2MPa的条件下进行水热反应。

进一步地，所述表面活性剂为阳离子表面活性剂。

进一步地，所述阳离子表面活性剂为自由苄基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵或双十八烷基二甲基氯化铵。

进一步地，所述絮凝调理包括以下步骤：水热反应完成后，反应温度降到60-70℃时，按每吨干污泥添加絮凝剂10-50kg，向水热反应釜中加入絮凝剂，搅拌，絮凝调理时间为30-60min。

进一步地，所述絮凝剂由有机絮凝剂和无机絮凝剂组成，有机絮凝剂选自小麦秸秆、玉米秸秆、甘蔗秸秆和/或木屑，无机絮凝剂选自氢氧化铁和/或氢氧化铝，有机絮凝剂和无机絮凝剂的质量比是1:2-1:5。

进一步地，所述絮凝剂的粒径为100-200μm。

进一步地，先将所述絮凝剂调配成质量分数为20-30%的悬浊液，再加入水热反应釜中。

进一步地，所述机械脱水为带式压滤。

进一步地，所述水热反应在搅拌速度为150-250r/min的条件下进行。

水热溶胞反应（简称水热反应）的原理是通过将污泥加热，在一定温度和压力下促进污泥中微生物细胞裂解，释放细胞内物质到液相中，从而达到破坏污泥絮体结构，改善污泥脱水性能目的。加入的表面活性剂极大地改善了污泥的疏水性能，结合高效复合絮凝剂的絮凝调理使得污泥极易脱水，加入的表面活性剂为阳离子表面活性剂，可以极大改善污泥的疏水性能。表面活性剂的加入使得水热溶胞反应温度降低、能耗降低，同时水热方式又使得表面活性剂易吸附在污泥表面而影响其界面性质，结合高效复合絮凝剂的絮凝调理使得污泥极易脱水；复合絮凝剂中小麦秸秆、玉米秸秆、甘蔗秸秆、木屑这些物质中本身结构中有纤维素、聚戊糖，以及单宁等酸性物质，还有一些醛、酮、醇、酯，其中含有大量的羟基、羧基部分游离羟基、游离的氨基酸和游离木质素，这些官能团都能吸附部分阳离子型物质及有机物；而Fe(OH)₃及Al(OH)₃悬浮液具有一定的絮凝功能，将这些吸附性能强的有机物和絮凝功能强的无机物组成的高效复合絮凝剂用于污泥的絮凝调理使得脱水后的污泥含水率达到55%以下，大大降低了污泥后续处置的难度，减少了污泥后续处置费用。

本发明与现有技术相比具有以下优点及效果：

1）本发明提供的方法简单，易控制条件；加入表面活性剂，有效的降低了水热反应的温度，防止了美拉德现象的产生，改善了污泥后续的脱水性能。

2）本发明提供的方法因在高压釜的密闭环境中进行，无有害气体及其他会对环境造成污染的物质产生，因此产生的二次污染小。

3）本发明提供的高效复合絮凝剂絮凝效果好，便宜易得。

4）本发明提供的方法采用水热溶胞改性与高效复合絮凝剂协同作用污泥深度脱水，使得污泥在常规带式压滤机含水率达到55%以下，比常规絮凝调理+带式脱水污泥含水率下降30%，大大降低了污泥后续处置的难度，减少了污泥后续处置费用。

具体实施方式

以下实施例旨在进一步说明本发明，而不是对本发明的限定。

实施例1

1、水热反应：将表面活性剂自由苄基三甲基氯化铵和污泥投加到水热反应釜当中，自由苄基三甲基氯化铵的添加量为一吨干污泥的1.3%，将反应釜封闭，开始加温，温度设定为120℃，反应压力为0.5MPa，待温度和压力稳定后，开启搅拌装置，搅拌速度200r/min，反应时间为60min，反应结束采用自然冷却降温；

2、高效复合絮凝剂的制备：将木屑和氢氧化铁按1:2的比例进行混合、研磨、过筛，使粒径在100-200微米，加水配制成20%的悬浮液；

3、絮凝调理：待反应釜的温度降到70℃时，开启反应釜，加入高效复合絮凝剂，添加量为一吨干污泥的5%，将反应釜封闭，开启搅拌装置，搅拌速度150r/min，絮凝调理时间为60min。

4、连续脱水：絮凝调理结束后采用连续式挤压脱水装置进行脱水，脱水后的污泥含水率达到52%，外运，脱水后的污泥脱滤液通过厌氧发酵产甲烷技术进行资源化利用。

实施例2

1、水热反应：将表面活性剂十二烷基二甲基苄基氯化铵和污泥投加到水热反应釜当中，十二烷基二甲基苄基氯化铵的添加量为一吨干污泥的0.5%，将反应釜封闭，开始加温，温度设定为160℃，反应压力为1.2MPa，待温度和压力稳定后，开启搅拌装置，搅拌速度200r/min，反应时间为30min，反应结束采用自然冷却降温；

2、高效复合絮凝剂的制备：将秸秆和氢氧化铝按1:5的比例进行混合、研磨、过筛，使粒径在100-200微米，加水配制成30%的悬浮液；

3、絮凝调理：待反应釜的温度降到60℃时，开启反应釜，加入高效复合絮凝剂，添加量为一吨干污泥的1%，将反应釜封闭，开启搅拌装置，搅拌速度150r/min，絮凝调理时间为30min。

4、连续脱水：絮凝调理结束后采用连续式挤压脱水装置进行脱水，脱水后的污泥含水率达到55%，外运，脱水后的污泥脱滤液通过厌氧发酵产甲烷技术进行资源化利用。

实施例3

1、水热反应：将表面活性剂双十八烷基二甲基氯化铵和污泥投加到水热反应釜当中，双十八烷基二甲基氯化铵的添加量为一吨干污泥的1%，将反应釜封闭，开始加温，温度设定为140℃，反应压力为1MPa，待温度和压力稳定后，开启搅拌装置，搅拌速度200r/min，反应时间为40min，反应结束采用自然冷却降温；

2、高效复合絮凝剂的制备：将木屑和氢氧化铝按1:2的比例进行混合、研磨、过筛，使粒径在100-200微米，加水配制成20%的悬浮液；

3、絮凝调理：待反应釜的温度降到70℃时，开启反应釜，加入高效复合絮凝剂，添加量为一吨干污泥的2%，将反应釜封闭，开启搅拌装置，搅拌速度150r/min，絮凝调理时间为40min。

4、连续脱水：絮凝调理结束后采用连续式挤压脱水装置进行脱水，脱水后的污泥含水率达到55%，外运，脱水后的污泥脱滤液通过厌氧发酵产甲烷技术进行资源化利用。

实施例4

1、水热反应：将表面活性剂十二烷基二甲基苄基氯化铵和污泥投加到水热反应釜当中，十二烷基二甲基苄基氯化铵的添加量为一吨干污泥的0.8%，将反应釜封闭，开始加温，温度设定为160℃，反应压力为1.2MPa，待温度和压力稳定后，开启搅拌装置，搅拌速度200r/min，反应时间为30min，反应结束采用自然冷却降温；

2、高效复合絮凝剂的制备：将秸秆和氢氧化铁按1:5的比例进行混合、研磨、过筛，使粒径在100-200微米，加水配制成20%的悬浮液；

3、絮凝调理：待反应釜的温度降到60℃时，开启反应釜，加入高效复合絮凝剂，添加量为一吨干污泥的3%，将反应釜封闭，开启搅拌装置，搅拌速度150r/min，絮凝调理时间为30min。

4、连续脱水：絮凝调理结束后采用连续式挤压脱水装置进行脱水，脱水后的污泥含水率达到53%，外运，脱水后的污泥脱滤液通过厌氧发酵产甲烷技术进行资源化利用。

Claims (9)

1.一种污泥深度脱水的工艺，依次包括水热反应、絮凝调理和机械脱水，其特征在于，所述水热反应包括以下步骤：按每吨干污泥中添加表面活性剂5-13kg，将表面活性剂和污泥投加到水热反应釜中；使污泥在温度为120-160℃、相对压力为0.5-1.2MPa的条件下进行水热反应。

2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述表面活性剂为阳离子表面活性剂。

3.如权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述阳离子表面活性剂为自由苄基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵或双十八烷基二甲基氯化铵。

4.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述絮凝调理包括以下步骤：水热反应完成后，反应温度降到60-70℃时，按每吨干污泥添加絮凝剂10-50kg，向水热反应釜中加入絮凝剂，搅拌，絮凝调理时间为30-60min。

5.如权利要求4所述的工艺，其特征在于，所述絮凝剂由有机絮凝剂和无机絮凝剂组成，有机絮凝剂选自小麦秸秆、玉米秸秆、甘蔗秸秆和/或木屑，无机絮凝剂选自氢氧化铁和/或氢氧化铝，有机絮凝剂和无机絮凝剂的质量比是1:2-1:5。

6.如权利要求4所述的工艺，其特征在于，所述絮凝剂的粒径为100-200μm。

7.如权利要求4所述的工艺，其特征在于，先将所述絮凝剂调配成质量分数为20-30%的悬浊液，再加入水热反应釜中。

8.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述机械脱水为带式压滤。

9.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述水热反应在搅拌速度为150-250r/min的条件下进行。