CN107935355A

CN107935355A - 一种基于铁循环促进市政污泥深度脱水的方法

Info

Publication number: CN107935355A
Application number: CN201711187873.8A
Authority: CN
Inventors: 张礼知; 陈娜; 侯晓静; 黄亚辉
Original assignee: Central China Normal University
Current assignee: Central China Normal University
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2018-04-20

Abstract

本发明涉及一种基于铁循环调控的促进市政污泥深度脱水的方法。该方法为：在市政污泥中加入天然有机小分子，利用天然有机小分子络合污泥中存在的铁物种活化分子氧，产生活性氧物种，驱使市政污泥中胞外聚合物破裂释放结合水，实现污泥深度脱水。该方法利用天然有机小分子活化市政污泥中固有的铁物种，解决了芬顿调理污泥脱水中额外入亚铁离子和双氧水的问题，降低了高级氧化技术调理市政污泥的成本，用于污泥调理具有高效、无选择性、节约成本、环境友好、无二次污染等优点。

Description

一种基于铁循环促进市政污泥深度脱水的方法

技术领域

本发明属于环境科学与技术领域，具体涉及一种基于铁循环促进市政污泥深度脱水的方法。

背景技术

市政污泥是城市生活污水处理的必然产物。伴随着城市化的快速发展和全国污水处理量的急剧上升，污泥的排放量也急剧增加。据估计，到2020年，我国的市政污泥产量将达到6000～9000万吨。未经恰当处理处置的污泥进入环境后，不但对生态环境构成了威胁，同时也造成了严重的资源浪费。因此，迫切需要发展污泥稳定化、无害化和资源化的处理处置技术。

当前国内污水处理厂普遍采用有机高分子絮凝剂对剩余污泥进行调理后通过带式压滤或离心技术进行初步脱水，得到的泥饼含水率仍然高达80wt％以上，难以达到《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质》(GB/T 23485-2009)中用于混合填埋的指标要求(污泥含水率≤60wt％)。近几年，利用芬顿高级氧化技术调理市政污泥深度脱水得到了广泛的研究，利用该方法调理后的污泥含水率最低可达50％左右。但芬顿反应外加亚铁离子导致水体和污泥中铁元素含量增加，构成二次污染，且亚铁离子很难循环使用，导致资源浪费。此外，芬顿高级氧化技术调理方法成本极高(80元/吨)，使其应用受到了一定程度的限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，而提供一种基于铁循环调控的促进市政污泥深度脱水的方法。本发明方法用于市政污泥深度脱水，脱水效果好，且成本低(40元/吨)，无需外加亚铁离子和双氧水，不会产生二次污染，处理后的市政污泥便与运输。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种基于铁循环调控的促进市政污泥深度脱水的方法，在市政污泥中加入天然有机小分子，利用天然有机小分子络合污泥中存在的铁物种活化污泥中溶解的分子氧，产生活性氧物种，驱使市政污泥中胞外聚合物破裂释放结合水，实现市政污泥深度脱水。

按上述方案，所述天然有机小分子的投加量优选为20-250mg/g DS(干基)，优选100-250mg/g DS(干基)。

按上述方案，所述市政污泥为经过二次沉降的市政污泥，含水率为95～97wt％。

按上述方案，所述的天然有机小分子物质为没食子酸、抗坏血酸、原儿茶酸、酒石酸、草酸、柠檬酸、乙酸中的一种及其混合物。

按上述方案，所述加入天然有机小分子之后对市政污泥进行搅拌，不对体系搅拌，也可以取得较好的效果。

按上述方案，所述脱水处理过程中对体系进行曝气处理。

按上述方案，上述脱水处理完成后，将脱水后体系进行离心处理。

按上述方案，所述将天然有机小分子加入到市政污泥中进行深度脱水，无需另外调节体系中的pH值。

按上述方案，所述处理时间为15-90min，优选为15-30min。

本发明的技术原理：

市政污泥主要由无机物(SiO₂,Al₂O₃,MgO,CaO等)、有机物(生物细胞和生物大分子)以及金属元素(Fe,Ni,Co等)组成，污泥中的水分为自由水和结合水两大类。自由水是指被污泥包围着的间隙水，并不与固体直接结合，在重力作用下相对容易分离。这部分水约占总水70％。结合水约占总水30％，是指被包围在胞外聚合物(EPS)中的内部水，这种内部水与固体结合很紧密，要去除这些水，必须使EPS破裂释放结合水。结合水含量越多，污泥脱水越困难。本发明提供的基于铁循环调控的促进市政污泥深度脱水的方法，通过在待处理市政污泥体系中引入天然有机小分子，首先，利用天然有机小分子络合污泥中固有的铁物种活化污泥中溶解的分子氧，产生大量H₂O₂。其次，天然有机小分子调控污泥中Fe(II)/Fe(III)循环，迅速催化分解生成的H₂O₂产生大量的·OH，进攻胞外聚合物使之破裂，最终释放结合水实现污泥深度脱水。在利用天然有机小分子调控铁循环促进市政污泥深度脱水过程中，天然有机小分子也会被氧化降解，进一步减少了二次污染的风险。

本发明的优点在于：

1、本发明使用天然有机小分子络合市政污泥中固有的铁物种活化污泥中溶解的分子氧，原位产生双氧水，并调节污泥中铁物种低价态Fe(II)含量，分解双氧水产生更多的羟基自由基，使EPS迅速破裂释放结合水，脱水效果好，利用该方法调理后的污泥含水率最低可达60％左右，脱水处理后的市政污泥便与运输。无需引入外加铁化合物和双氧水，不仅降低了成本并且减少了二次污染。

2、天然有机小分子一般结构简单，自然界中含量高，广泛存在于环境中，廉价易得，对环境友好，氧化修复过程中随污染物一起降解，不会造成二次污染。

3、调理成本低(40元/吨)，操作工艺简单，具有实际应用的价值。

4、反应条件温和，常温常压即可快速反应，无需复杂装置，无危险性，无需聘请专业人员操作。

附图说明

图1为本发明方法在不同抗坏血酸投加量下调理市政污泥脱水效果图；

图2为本发明方法在不同调理时间下市政污泥脱水效果图；

图3为本发明方法在不同气氛条件下调理市政污泥脱水效果图；

图4为本发明方法利用不同天然有机小分子调理市政污泥脱水效果；

具体实施方式

下面通过具体实施案例来详细说明本发明的发明内容，所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1在不同抗坏血酸浓度下调理市政污泥脱水

市政污泥取自经某污水处理厂的二次沉降污泥，向200g污泥中加入抗坏血酸固体，使抗坏血酸的投加量分别为50，100，150，200，250mg/g DS，无需另外调节pH。将反应体系用磁力搅拌器搅拌均匀，转速为300rpm。同时以不加抗坏血酸为对照试验，分别监测调理之后污泥的毛细吸水时间(CST)，结果见图1。图1所示，随抗坏血酸初始投加量增加，CST值不断减小，CST减少率逐渐升高，当抗坏血酸投加量为150mg/g DS，污泥脱水效果最好，CST降低率达到了70％。

实施例2在不同调理时间下调理市政污泥脱水

市政污泥取自经某污水处理厂的二次沉降污泥，向200g污泥中加入抗坏血酸储固体，使抗坏血酸的投加量为150mg/g DS，无需另外调节pH。将反应体系用磁力搅拌器搅拌均匀，转速为300rpm。分别监测15、30、45、60、75、90分钟调理后的市政污泥的脱水情况，结果见图1。图1所示，随着调理时间的增加，CST减少率先升高后降低，当调理时间为30分钟时，污泥脱水效果最好，CST降低率达到了70％。

实施例3在不同气氛下调理市政污泥脱水

市政污泥取自经某污水处理厂的二次沉降污泥，向200g污泥中加入抗坏血酸储固体，使抗坏血酸的投加量为150mg/g DS，无需另外调节pH。将反应体系用磁力搅拌器搅拌均匀，转速为300rpm，调理30分钟。分别监测不同气氛下(空气、曝气、氩气)市政污泥脱水情况，结果见图1。图1所示，市政污泥在空气、曝气和氩气中，CST的降低率分别达到70％、73％、48％。

实施例4利用不同天然有机小分子调理市政污泥

市政污泥取自经某污水处理厂的二次沉降污泥，向200g污泥中加入没食子酸、抗坏血酸、原儿茶酸、酒石酸、草酸、柠檬酸、乙酸，使抗没食子酸、抗坏血酸、原儿茶酸、酒石酸、草酸、柠檬酸、乙酸的投加量为150mg/g DS，无需另外调节pH。将反应体系用磁力搅拌器搅拌均匀，转速为300rpm，调理30分钟。分别监测不同天然有机小分子调理市政污泥的脱水情况，结果见图1。图1所示，市政污泥在没食子酸、抗坏血酸、原儿茶酸、酒石酸、草酸、柠檬酸、乙酸调理后CST降低率分别达到了52％、70％、64％、54％、59％、48％、68％。

实施例5利用抗坏血酸调理市政污泥板框脱水实验

政污泥取自经某污水处理厂的二次沉降污泥，向30kg污泥中加入抗坏血酸，使抗坏血酸的投加量为150mg/g DS，无需另外调节pH。将反应体系不断搅拌，转速为300rpm，调理30分钟。调理完成后，压滤得到泥饼，经计算：污泥的脱水效率高达80％，泥饼含水率为61％。

Claims

1.一种基于铁循环调控的促进市政污泥深度脱水的方法，其特征在于：在市政污泥中加入天然有机小分子，利用天然有机小分子络合污泥中存在的铁物种活化污泥中溶解的分子氧，产生活性氧物种，驱使市政污泥中胞外聚合物破裂释放结合水，实现市政污泥深度脱水。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述天然有机小分子的投加量为50-250mg/gDS。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述天然有机小分子的投加量为100-250mg/g DS。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述市政污泥为经过二次沉降的市政污泥，含水率为95～97wt％。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的天然有机小分子物质为没食子酸、抗坏血酸、原儿茶酸、酒石酸、草酸、柠檬酸、乙酸中的一种及其混合物。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述加入天然有机小分子之后对市政污泥进行搅拌。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述脱水处理过程中对体系进行曝气处理。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：脱水处理完成后，将脱水后体系进行离心处理。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述将天然有机小分子加入到市政污泥中进行深度脱水，无需另外调节体系中的pH值。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述处理时间为15-90min。