CN110204174A - 一种调理污泥脱水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种调理污泥脱水的方法，包括如下步骤：(1)将污泥炭基铁材料投加至剩余污泥中，搅拌至均匀；(2)将过硫酸盐加入所述的剩余污泥中，150‑300rpm条件下搅拌5‑10min，然后在50‑100rpm条件下继续搅拌5‑10min，反应终止后即得。本发明所述的调理污泥脱水的方法采用污泥炭基二价铁材料和污泥炭基零价铁材料活化过硫酸盐用于污泥强化脱水处理，可同时起到预氧化调理、絮凝调理和骨架构建调理多重作用，污泥脱水效果好，原材料价格低廉，且实现了废物资源化利用。

Description

一种调理污泥脱水的方法
技术领域
本发明属于污泥处理领域，尤其是涉及一种调理污泥脱水的方法。
背景技术
随着我国城市污水处理能力的快速提高，污泥产量迅速增大。截止2018年6月底，我国年产含水率80％的污泥5000多万吨。由于污泥中含有大量重金属、病原微生物与寄生虫卵等，处理处置不当会产生严重的二次污染。但由于剩余污泥具有高亲水性，污泥中水分和颗粒间的结合能力很强，脱水非常困难，较高的含水率增加了后续无害化、资源化处理处置成本，已成为污泥处理处置的瓶颈。污泥调理技术是污泥深度脱水的关键所在，其可有效破坏污泥的胶态结构，减少泥水之间的亲和力，从而改善污泥脱水性能。
目前国内外文献已报道的污泥调理技术有：物理调理、化学调理、生物调理以及联合调理技术等。
物理调理：主要通过物理方法破坏污泥中的微生物细胞，改变污泥的结构，降低污泥与水的结合作用从而释放出部分内部水的污泥调理方法。物理调理主要包括热调理、微波调理、冷冻调理、加骨料调理以及超声波调理等。虽然物理可以降低污泥含水率，但各有优缺点。热调理对污泥脱水效果明显，但对有机物含量低的污泥处理效果较差；微波调理需注意对人体造成伤害；冷冻调理目前主要应用于给水污泥，其使用范围具有一定局限性；加骨料调理存在投加量大引起污泥量增加；超声调理目前调理机理有待进一步深入研究。
化学调理：是指向污泥中添加絮凝剂、助凝剂、表面活性剂、氧化剂等化学药剂，改善泥水之间的亲和力或破坏污泥胶状结构，是污泥颗粒脱水。其中絮凝调理包括无机调理剂调理和有机调理剂调理。常用的无机调理剂有石灰、铁盐、铝盐及聚铁、聚铝等无机高分子絮凝剂。主要利用其带正电的水解产物中和污泥表面电荷、压缩双电层，使胶体脱水，改善污泥脱水性能。虽然无机调理剂处理效果好，廉价易得，但受pH值影响大、药剂用量大、处理后污泥量增加等问题。有机调理剂主要有聚合电解质、有机高分子和阳离子型有机高分子。其中用的较多的是聚丙烯酰胺类阳离子絮凝剂。与无机调理剂相比，有机调理剂具有渣量少、受pH值影响小等优点，但存在费用高、难溶解、脱水效果不高、有生物毒性等问题。助凝剂主要与絮凝剂配合使用，常用的有石灰和粉煤灰等，其单独使用处理效果差。表面活性剂具有增溶和抑菌作用可显著改变污泥表面性质，提高污泥脱水性能，但其成本较高，常与其他调理方法联用。氧化剂调理主要通过Fenton试剂、高铁酸盐、硫酸根自由基等进行化学氧化调理，破坏污泥絮体结构和细胞物质，释放胞内结合水，从而改善污泥脱水性能。
生物调理：主要采用微生物细胞、微生物细胞提取物质或者其代谢产物作为絮凝剂调理污泥以提升污泥脱水性能。具有高效、无毒、无二次污染等优点，但目前尚处于研究起步阶段。
联合调理：就是将不同的调理技术或方法进行联合，以避免单独物理、化学或生物调理存在的技术缺陷，从而增强污泥的脱水性能，减少药剂投加量和处理成本。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种调理污泥脱水的方法，用于活化过硫酸盐调理污泥实现污泥深度脱水。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种调理污泥脱水的方法，包括如下步骤：
(1)将污泥炭基铁材料投加至剩余污泥中，搅拌至均匀；
(2)将过硫酸盐加入所述的剩余污泥中，150-300rpm条件下搅拌5-10min，然后在50-100rpm条件下继续搅拌5-10min，反应终止后即得。
所述的步骤(1)中搅拌的条件为150-300rpm，时间1-5min；污泥炭基零价铁材料的投加量为0.2-0.8g/gSS。
进一步，所述的步骤(2)中过硫酸盐为过硫酸钠、过硫酸钾或过硫酸氢钾复合盐中的一种；所述的过硫酸盐的投加方式为干式投加；所述的过硫酸盐的添加量为0.1-0.5g/gSS。
一种污泥炭基铁材料，所述的污泥炭基铁材料为污泥炭基二价铁材料或污泥炭基零价铁材料中的至少一种。
进一步，所述的污泥炭基二价铁材料由包括如下步骤的方法制成：将污泥生物质炭与二价铁混合，加入水搅拌均匀，密封后，60-110℃真空条件下浸润12-48h，将浸润后的物料用去离子水冲洗，至离子去除，于60-110℃真空条件下干燥后制成污泥炭基二价铁材料；所述的污泥炭基零价铁材料由包括如下步骤的方法制成：在所述的污泥炭基二价铁材料在氮气保护条件下滴加NaBH4溶液，滴加过程中进行持续搅拌，至溶液全部变黑，无明显的气泡产生，停止滴定，并持续搅拌0.5-1h，反应完成后，用去离子水和乙醇清洗，真空干燥，制得所述的污泥炭基零价铁材料。
进一步，所述的步骤(1)中二价铁为FeCl2·4H2O或FeSO4·7H2O中的一种；所述的步骤(1)中污泥生物质炭与二价铁中C:Fe的质量比为1:0.5-2。
进一步，所述的步骤(2)中NaBH4溶液的浓度为0.4-1mol/L。
一种污泥生物质炭，该污泥生物质炭由包括如下步骤的方法制成：将污泥自然干燥后于105-110℃下进行烘干，将烘干后的污泥粉碎，然后加入碳酸钙、硅酸钠，在氮气保护条件下进行热解炭化，冷却后得到粒径为100-200微米的污泥生物质炭。
进一步，所述的热解炭化步骤的反应温度为400-800，时间为2-4h℃；所述的污泥进行粉碎步骤后过80-120目筛。
进一步，所述的碳酸钙的添加量为污泥质量的1-10％，硅酸钠添加量为污泥质量的1-10％；优选的，所述的碳酸钙的添加量为污泥质量的3-5％，硅酸钠添加量为污泥质量的3-5％。
本发明所述的污泥生物质炭也可是活性炭、作物废弃物制备的炭材料。作物废弃物制备的炭材料为秸秆炭、稻壳炭、竹炭或玉米芯炭中的一种。
相对于现有技术，本发明所述的调理污泥脱水的方法具有以下优势：
本发明所述的调理污泥脱水的方法采用污泥炭基二价铁材料和污泥炭基零价铁材料活化过硫酸盐用于污泥强化脱水处理，可同时起到预氧化调理、絮凝调理和骨架构建调理多重作用，污泥脱水效果好，原材料价格低廉，且实现了废物资源化利用。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
一种调理污泥脱水的方法，包括如下步骤：取污水厂脱水后的剩余污泥，自然干燥后再置于烘箱中于105-110℃烘干，用粉碎机粉碎过100目筛，加入3％碳酸钙，5％硅酸钠，之后置于管式炉中在氮气保护条件下，控制反应温度为400℃，热解炭化时间为3h，冷却后研磨过筛，得到粒径为150微米的污泥生物质炭，将污泥生物质炭与FeCl2·4H2O按质量比1:1混合，加少量水搅拌均匀，密封后，105℃真空干燥箱中浸润24h，之后冷却，用去离子水冲洗3遍，再于65℃真空干燥箱中干燥，制得污泥炭基二价铁材料。取浓缩后的剩余污泥，污泥浓度为1.8g/L，调节pH＝4，投加污泥炭基二价铁材料0.5g/gSS，于250rpm搅拌1min，投加过硫酸钠0.2g/gSS，于250rmp搅拌5min，再于50rpm搅拌10min，CST为16s，污泥比阻为1.28×109S2/g，经板框压滤脱水后泥饼含水率为53.8％，达到污泥深度脱水需求。反应过程中，Fe2+活化过硫酸盐产生SO4-·，自身被氧化为Fe3+，SO4-·有效的破坏污泥絮体和细胞结构，释放胞内结合水，氧化生成的Fe3+起到较好的絮凝调理作用，有利于絮体重建，而污泥炭材料在压滤脱水过程中起到骨架材料作用，构建过水通道，三种作用联合下，污泥脱水效率提高。
实施例2
一种调理污泥脱水的方法，包括如下步骤：取污水厂脱水后的剩余污泥，自然干燥后，置于烘箱中于105-110℃烘干，用粉碎机粉碎过80目筛，加入4％碳酸钙，4％硅酸钠，之后置于管式炉中在氮气保护条件下，控制反应温度为550℃，热解炭化时间为3.5h，冷却后研磨过80目筛，得到粒径为180微米的污泥生物质炭，将污泥生物质炭与FeCl2·4H2O按质量比1:1.5混合，加少量水搅拌均匀，密封后，放入105℃真空干燥箱中浸润24h，之后冷却，用去离子水冲洗3遍，再于65℃真空干燥箱中干燥，制得污泥炭基二价铁材料，之后将所得污泥炭基二价铁材料在氮气保护条件下逐滴加入NaBH4溶液，整个过程中保持搅拌均匀，滴加完成后，继续充分反应1h，再用去离子水和乙醇溶液清洗3遍，制得污泥炭基零价铁材料。取浓缩后的剩余污泥，污泥浓度为2.0g/L调节pH＝6-7，投加过硫酸氢钾复合盐(2KHSO5﹒KHSO4﹒K2SO4，主要有效成分为KHSO5)0.22g/gSS，于250rmp搅拌1min至均匀，加入0.6g/gSS污泥炭基零价铁材料，搅拌反应7min，之后再于60rpm搅拌反应6min，测定污泥CST为18.7s，污泥比阻为1.33×109S2/g，经压滤脱水后泥饼含水率为55.1％，满足污泥深度脱水需求。
实施例3
一种调理污泥脱水的方法，包括如下步骤：取污水厂脱水后的剩余污泥，自然干燥后，置于烘箱中于105-110℃烘干，用粉碎机粉碎过80目筛，加入4％碳酸钙，4％硅酸钠，之后置于管式炉中在氮气保护条件下，控制反应温度为700℃，热解炭化时间为3.5h，冷却后研磨过80目筛，得到粒径为180微米的污泥生物质炭，将污泥生物质炭与FeCl2·4H2O按质量比1:1.5混合，加少量水搅拌均匀，密封后，放入105℃真空干燥箱中浸润24h，之后冷却，用去离子水冲洗3遍，再于65℃真空干燥箱中干燥，制得污泥炭基二价铁材料，之后将所得污泥炭基二价铁材料在氮气保护条件下逐滴加入NaBH4溶液，整个过程中保持搅拌均匀，滴加完成后，继续充分反应0.5h，再用去离子水和乙醇溶液清洗3遍，制得污泥炭基零价铁材料。取浓缩后的剩余污泥，污泥浓度为2.0g/L调节pH＝6-7，投加过硫酸钠0.25g/gSS，于250rmp搅拌2min至均匀，先加入0.6g/gSS污泥炭基零价铁材料，搅拌反应5min，之后再于60rpm搅拌反应5min，测定污泥CST为19.1s，污泥比阻为1.42×109S2/g，经压滤脱水后泥饼含水率为56.7％，满足污泥深度脱水需求。污泥炭基零价铁在活化过硫酸盐的过程中，零价铁被氧化为Fe2+，进而转化为Fe3+,其调理污泥作用机制同污泥炭基二价铁材料。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种调理污泥脱水的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将污泥炭基铁材料投加至剩余污泥中，搅拌至均匀；
(2)将过硫酸盐加入所述的剩余污泥中，150-300rpm条件下搅拌5-10min，然后在50-100rpm条件下继续搅拌5-10min，反应终止后即得。
2.根据权利要求1所述的调理污泥脱水的方法，其特征在于：所述的步骤(1)中搅拌的条件为150-300rpm，时间1-5min；污泥炭基零价铁材料的投加量为0.2-0.8g/gSS。
3.根据权利要求1所述的调理污泥脱水的方法，其特征在于：所述的步骤(2)中过硫酸盐为过硫酸钠、过硫酸钾或过硫酸氢钾复合盐中的一种；所述的过硫酸盐的投加方式为干式投加；所述的过硫酸盐的添加量为0.1-0.5g/gSS。
4.一种污泥炭基铁材料，其特征在于：所述的污泥炭基铁材料为污泥炭基二价铁材料或污泥炭基零价铁材料中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的污泥炭基铁材料，其特征在于：所述的污泥炭基二价铁材料由包括如下步骤的方法制成：将污泥生物质炭与二价铁混合，加入水搅拌均匀，密封后，60-110℃真空条件下浸润12-48h，将浸润后的物料用去离子水冲洗，至离子去除，于60-110℃真空条件下干燥后制成污泥炭基二价铁材料；所述的污泥炭基零价铁材料由包括如下步骤的方法制成：在所述的污泥炭基二价铁材料在氮气保护条件下滴加NaBH4溶液，滴加过程中进行持续搅拌，至溶液全部变黑，无明显的气泡产生，停止滴定，并持续搅拌0.5-1h，反应完成后，用去离子水和乙醇清洗，真空干燥，制得所述的污泥炭基零价铁材料。
6.根据权利要求4所述的污泥炭基铁材料，其特征在于：所述的步骤(1)中二价铁为FeCl2·4H2O或FeSO4·7H2O中的一种；所述的步骤(1)中污泥生物质炭与二价铁中C:Fe的质量比为1:0.5-2。
7.根据权利要求4所述的污泥炭基铁材料，其特征在于：所述的步骤(2)中NaBH4溶液的浓度为0.4-1mol/L。
8.一种污泥生物质炭，其特征在于：该污泥生物质炭由包括如下步骤的方法制成：将污泥自然干燥后于105-110℃下进行烘干，将烘干后的污泥粉碎，然后加入碳酸钙、硅酸钠，在氮气保护条件下进行热解炭化，冷却后得到粒径为100-200微米的污泥生物质炭。
9.根据权利要求8所述的污泥生物质炭，其特征在于：所述的热解炭化步骤的反应温度为400-800，时间为2-4h℃；所述的污泥进行粉碎步骤后过80-120目筛。
10.根据权利要求8所述的污泥生物质炭，其特征在于：所述的碳酸钙的添加量为污泥质量的1-10％，硅酸钠添加量为污泥质量的1-10％；优选的，所述的碳酸钙的添加量为污泥质量的3-5％，硅酸钠添加量为污泥质量的3-5％。
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