一種改善剩余污泥脫水性能的方法與流程

本發明涉及污水處理技術領域，具體涉及一種改善剩余污泥脫水性能的方法。

背景技術：

剩余污泥是污水處理后的必然副產物。近年來，隨著城市人口的增長、市政服務設施的不斷完善，我國每年污水處理總量不斷增加，污泥產量也越來越大。截止當前，我國運行污水處理廠4000多座，處理污水達1.5×108m3/d，剩余污泥(含水率80％)年產量近3500萬噸國家環境保護部環辦[2010]157號《關于加強城鎮污水處理廠污泥污染防治工作的通知》要求“污水處理廠以貯存(即不處理處置)為目的將污泥運出廠界的，必須將污泥脫水至含水率50％以下。”由此污泥深度脫水成為了人們關注和研究的熱點。

污泥中水的存在形式可分為：間隙水、毛細管水、表面吸附水和內部結合水。間隙水(占70％～75％)被截留在污泥顆粒間隙中，可用機械方法去除；內部結合水(占20％～25％)存在于污泥的微生物細胞內，只有細胞破壁后才能被進一步脫除；毛細管水、表面吸附水所占份額小可以忽略。污泥深度脫水的關鍵在于脫除污泥絮體中的結合水，脫除結合水的關鍵在于微生物細胞破壁。

水力空化是一種高級氧化技術，具有廣泛的應用前景。流體通過壓縮裝置(如幾何孔板、文丘里管)產生壓降，當壓力小于飽和蒸汽壓，甚至出現負壓時，溶解在流體中的氣體會釋放出來，同時流體氣化而產生大量空化泡，空泡在隨流體進一步流動的過程中，遇到周圍壓力增大時，體積將急劇縮小至潰滅，產生高溫，高壓，可使水蒸氣熱解生成·OH自由基和·H原子。另外，水力空化還會產生剪切力。文獻證實，相比超聲空化，水力空化具有能量效率高、投資成本低、易于工業化等優點；但其也存在耗時長，·OH自由基產生量較少等不足。因此，水力空化與其他高級氧化技術相結合被視為該技術進一步發展的關鍵(這個是現有技術)。

此外，芬頓(Fenton)反應作為最有效的高級氧化技術，近年來被廣泛應用于改善污泥的脫水性能。其反應機理是，在酸性條件下，Fe2+催化H2O2生成活潑的羥基自由基(·OH)，從而引發和傳遞鏈反應，加快有機物和還原物質的氧化反應。Fenton試劑的氧化處理可以破壞污泥結構使污泥中的水分和有機物釋放出來，同時，Fenton試劑可以氧化還原性的惡臭物質，減少惡臭物質的釋放，殺滅病原菌，穩定化污泥(這個也是現有技術)。但在實際應用中，單一Fenton氧化技術處理污泥，不僅需要較多Fenton試劑量，費用較昂貴。而且在污泥體系中，因其氧化過程較劇烈，造成污泥粒徑減小，增加污泥脫水時間。因此，需要對各自的方法和設備進行改進，從而彌補這兩種方法的不足。

技術實現要素：

本發明的目的是為了解決上述問題，提供一種改善剩余污泥脫水性能的方法，具體為一種芬頓耦合水力空化改善剩余污泥脫水性能的方法，該方法具有設備簡單，易于工程上大規模應用，適合建立大規模工業化水處理設備等優點。

為了達到上述發明目的，本發明采用以下技術方案：

一種改善剩余污泥脫水性能的方法，具體包括以下步驟：

1)將污泥池(1)中的污泥注入至調節池(2)中，并向其中加入酸液，調節污泥的pH值為3-5；

2)然后將污泥注入至芬頓反應罐(3)，向其中加入污泥調理劑，以絕干污泥計，具體為每千克絕干污泥中加入0.1-10克的Fe²⁺和0.1-10克的H₂O₂試劑，然后進行充分混合反應；

3)對步驟2)處理得到的污泥進行水力空化作用，將污泥通過離心泵(4)泵入水力空化發生裝置(5)中，反應0.1-20分鐘，

4)然后將污泥注入至pH回調池(6)中，并將pH調至6.0-9.0；

5)最后將污泥泵入壓濾機進行脫水。

優選的，所述酸液為硫酸或鹽酸的廢酸。

優選的，所述污泥調理劑中的Fe²⁺源為FeSO₄、FeCl₂或FeCO₃。

優選的，水力空化發生裝置(5)中篩板空化器的直徑為2cm，孔徑為0.15cm。

優選的，離心泵的為單級泵，流量為1-50m³/h，揚程為10-50m。

優選的，所述水力空化發生裝置(5)為單孔篩板、多孔篩板和文丘里管。

優選的，水力空化發生裝置(5)的循環時間為0.1～20min。

優選的，所述壓濾機為板框壓濾機，板框壓濾機的工作壓力為1.0～2.5Mpa。

Fenton試劑結合水力空化能夠彌補單一空化的不足，并且利用協同作用可減少Fenton試劑的使用量，縮短處理時間，降低處理成本，適合大規模工業化應用(本發明的發明點，就是水力空化+芬頓反應作)。

本發明的原理在于：污泥流體通過壓縮裝置(如幾何孔板、文丘里管)產生壓降，當壓力小于飽和蒸汽壓，甚至出現負壓時，溶解在流體中的氣體會釋放出來，同時流體氣化而產生大量空化泡，空泡在隨流體進一步流動的過程中，遇到周圍壓力增大時，體積將急劇縮小至潰滅，產生高溫，高壓，可使水蒸氣熱解生成OH自由基和H原子。因此，水力空化具有化學效應，能夠破解污泥絮體，大量溶解性有機物和親水性固體有機物溶出，再結合Fenton試劑產生大量活性·OH自由基，可使溶出的有機物充分氧化分解，一定程度上降低了污泥固含量；并且污泥中細胞微生物發生裂解，細胞內水分溶出，從而改變污泥水分結構，改善污泥脫水性能。具體的協同影響如下。

(1)空化產生較大的水力剪切力，破壞污泥絮體結構或污泥微生物細胞壁,使胞內物質流出，削弱了污泥絮體結構與污泥微生物細胞壁對Fenton氧化的消耗，促進了·OH自由基與胞外多聚物(EPS)和親水性有機污染物間作用。可減少Fenton試劑的使用量，降低處理成本。

(2)Fenton酸性條件下，污泥中胞外多聚物、細胞壁及細胞質膜中的脂類可在溶液中水解,生成甘油與高級脂肪酸鹽，該反應的進行可破壞對形成污泥絮體結構有重要作用的胞外多聚物，并在胞壁與細胞質膜上產生小孔，加強水力空化法對污泥的破解作用。

(3)在單一Fenton反應產生·OH自由基的同時，Fe²⁺被H₂O₂氧化生成Fe³⁺(1)，Fe³⁺進一步被氧化生成[Fe-OOH]²⁺螯合物失去作用(2)，但空化條件下，[Fe-OOH]²⁺可被還原(2)，實現循環利用。如下反應式(1)、(2)和(3)所示：

Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+·OH+OH^- (1)

Fe³⁺+H₂O₂→[Fe-OOH]²⁺+H⁺ (2)

因此，芬頓耦合水力空化具有協同作用，是一種可行的改善剩余污泥脫水性能的方法。

本發明與現有技術相比，有益效果是：該方法通過空化發生裝置的水力空化促進了Fenton試劑與污泥中有機物和微生物細胞間作用，從而削弱了污泥絮體結構與污泥微生物細胞壁對空化的抵抗作用，是一種經濟且具有應用潛力的新技術。

附圖說明

圖1是本發明的流程圖；

圖2是本發明的脫水示意圖；

圖3是本發明處理后的污泥性能圖；

圖4是本發明處理后的污泥含水率和固含量變化圖。

其中：1污泥池，2pH調節池，3芬頓反應罐，4渦旋泵，5水力空化反應裝置，6pH回調池，7壓濾機。

具體實施方式

下面通過具體實施例對本發明的技術方案作進一步描述說明。

如果無特殊說明，本發明的實施例中所采用的原料均為本領域常用的原料，實施例中所采用的方法，均為本領域的常規方法。

實施例1：

取含水率為98.2％的生化污泥倒入水槽中，調節pH＝3.0，加入調理劑Fe²⁺，添加量為污泥絕干量的0.05w％，再添加調理劑H₂O₂，添加量為污泥絕干量的0.05w％，啟動水利空化裝置，循環作用10min。處理之后的污泥打入高壓隔膜壓濾機進行脫水(這個過程對的參數和高壓隔膜壓濾機的性能參數也需要說明)，脫水后，污泥含水率達到53.1％，固含量減少18.4％。

實施例2

取含水率為98.5％的生化污泥倒入水槽中，調節pH＝3.0，加入調理劑Fe²⁺，添加量為污泥絕干量的0.08w％，再添加調理劑H₂O₂，添加量為污泥絕干量的0.08w％，啟動水利空化裝置，循環作用10min。處理之后的污泥打入高壓隔膜壓濾機進行脫水，脫水后，污泥含水率達到52.2％，固含量減少19.8％。

實施例3

取含水率為97.9％的生化污泥倒入水槽中，調節pH＝3.0，加入調理劑Fe²⁺，添加量為污泥絕干量的0.1w％，再添加調理劑H₂O₂，添加量為污泥絕干量的0.1w％，啟動水利空化裝置，循環作用10min。處理之后的污泥打入高壓隔膜壓濾機進行脫水，脫水后，污泥含水率達到50.8％，固含量減少20.2％

實施例4

取含水率為98.4％的生化污泥倒入水槽中，調節pH＝3.0，加入調理劑Fe²⁺，添加量為污泥絕干量的0.1w％，再添加調理劑H₂O₂，添加量為污泥絕干量的0.1w％，啟動水利空化裝置，循環作用20min。處理之后的污泥打入高壓隔膜壓濾機進行脫水，脫水后，污泥含水率達到49.6％，固含量減少20.6％。

本發明還通過以下實驗對本發明所能產生的技術效果進行的探討，與常規的污泥加藥處理進行對比：

備注：這里應該提供單獨的水利空化機器處理淤泥的含水量和單獨的芬頓反應作來處理淤泥的含水量進行比較，才能說明兩個技術疊加的技術效果。下面的例子只能參考，沒有多大的實際意義。

對比例1

取含水率為98.5％的生化污泥倒入污泥攪拌池，首先添加10％濃度的聚合氯化鋁溶液并攪拌，添加量為5mL/L；隨后再添加0.2％濃度的聚丙烯酰胺并攪拌。添加量為3mL/L。加藥調理后的污泥打入高壓隔膜壓濾機進行脫水，脫水后，污泥含水率達到60.1％，固含量減少19.8％。

對比例2

取含水率為98.1％的生化污泥倒入污泥攪拌池，首先添加10％濃度的聚合氯化鋁溶液并攪拌，其添加量為5mL/L；隨后再添加0.2％濃度的聚丙烯酰胺并攪拌。其添加量為3mL/L。加藥調理后的污泥打入高壓隔膜壓濾機進行脫水，脫水后，污泥含水率達到59.3％，固含量減少17.3％。

通過對比可得出以下結論：芬頓耦合水力空化對比傳統的加藥處理，污泥壓濾后含水率可降低7.1-10.5個百分點。