CN109734269A - 一种改善污泥电渗透脱水性能的分级调质方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改善污泥电渗透脱水性能的分级调质方法，属于污泥处理与资源化技术领域。本发明首先对污水厂含水率95%‑97%的浓缩污泥进行絮凝调理，通过机械脱水处理去除污泥中绝大部分自由水，然后利用生物破壁和物理改性的分级调质方法改善脱水污泥电渗透脱水性能，实现污泥深度脱水。本发明一种改善污泥电渗透脱水性能的分级调质方法的有益效果：分级调质使污泥特性满足电渗透脱水要求，脱水效率高，减量化明显；生物破壁剂能生物降解，脱水后满足后续污泥处置要求，无二次污染；电渗透能耗能完全作用于污泥脱水且有效杀灭病原微生物，节能环保。

Description

一种改善污泥电渗透脱水性能的分级调质方法

技术领域

本发明涉及污泥调质方法，尤其涉及一种改善污泥电渗透脱水性能的分级调质方法。

背景技术

含水率是制约污泥处理的瓶颈，高含水率的污泥不仅体积庞大，而且其所含的有机质、重金属使得污泥处于非稳定状态，释放到环境中会引起二次污染，对后续填埋、焚烧、资源化利用等造成不利的影响。因此，污泥深度脱水减量化是污泥处理首要目的，减量化是实现污泥其它“三化”的基础，污泥越干，对后续处理处置越有利。污泥中含有4种形态水分，即自由水、吸附水、毛细水和内部水。吸附水、毛细水和内部水虽然只占污泥水分的小部分，但其总含量远超干污泥的质量，采用常规方法不易除去。污泥絮体结构是影响污泥脱水的主要因素，它主要由高度水合的胞外聚合物（EPS）包裹吸附水中的悬浮颗粒而形成，具有特殊的双电层结构，使得污泥沉降性能和脱水性能较差。要实现污泥的深度脱水，必须破坏污泥的特殊絮体结构，释放被束缚的水分，减弱污泥表面亲水性。电渗透脱水技术正是利用污泥存在的双电层结构而实现脱水，污泥颗粒带负电，而极性水带正电，在电场力作用下，带负电的污泥颗粒往阳极板运动，而带正电水分子往阴极板运动。

电渗透脱水技术是一种新型的污泥脱水技术，它将固液分离技术和污泥自身具有的电化学性质的物理化学处理技术有机地结合在一起，利用“电力”进行脱水，能脱除机械工艺不能脱出的水分。但现有的电渗透脱水方法对高含水率的污泥只做简单的机械脱水处理，由于污泥性质的变化及其他因素的影响，污泥未经分级调质很难达到电渗透脱水要求，造成电渗透脱的不稳定性，脱水效率低且能量消耗大。

发明内容

发明目的：针对现有污泥电渗透处理技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种能有效实现污泥脱水高效化、减量化和资源化处理的方法，该方法处理过程中污泥经过分级调质后，脱水性能好，脱水效率高，运行成本低，可控性强，节能环保。为了实现上述技术目的，本发明提供一种改善污泥电渗透脱水性能的分级调质方法。

技术方案：一种改善污泥电渗透脱水性能的分级调质方法，包括以下步骤：

步骤一、污泥浓缩：通过重力浓缩将污水厂初始悬浮固体含水率降至95%-97%；

步骤二、絮凝调理：取适量步骤一浓缩污泥倒入500mL烧杯中，以250 r/min转速在恒温磁力搅拌器上搅拌1 min，加入10mL聚合氯化铝（PAC）溶液，并以200 r/min转速搅拌1 min，再以80 r/min转速搅拌10 min，混合液中絮凝剂含量为80-250mg/g绝干污泥，污泥调理完成后取50 mL调理污泥于布氏漏斗（直径60 mm）中，在压力P为-0.055 MPa的真空负压下进行抽滤脱水，20 min后完成抽滤，收集足量脱水污泥；

步骤三、生物破壁：将鼠李糖脂加入步骤二脱水污泥中进行生物破壁，鼠李糖脂添加量为120-250mg/g绝干污泥，脱水污泥与鼠李糖脂溶液混合后以200 r/min转速搅拌1 min，再以80 r/min转速搅拌10 min，完成生物破壁；

步骤四、物理改性：电渗透脱水前，通过NaCl调整破壁污泥的物理特性（电导率和Zeta电位），以满足电渗透脱水要求，NaCl投加量为80-120mg/g绝干污泥，调整后污泥电导率为10-13 mS/cm，Zeta电位为-1--3 mV；

步骤五、电渗透脱水：将步骤四所得污泥转移至电渗透脱水装置进行深度脱水，其中泥饼厚度为10mm，脱水时间为15min，电渗透脱水完成后，出料污泥含水率≤60%；

步骤六、脱水滤液回收：步骤一、二和五脱水滤液回流至生化区重新处理。

优选的，所述步骤二中抽滤脱水还可采用离心脱水、带式压滤等机械脱水方式。

优选的，所述步骤二中絮凝剂可为聚丙烯酰胺（PAM）、聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铁（PFS）中的一种或几种复配。

优选的，所述步骤三中鼠李糖脂可由槐糖脂代替。

优选的，所述步骤二絮凝调理药剂PAC为工业级，氧化铝（以Al₂O₃含量计）≥28%，通过阳离子高分子电荷中和和吸附架桥作用，压缩污泥双电层，增加污泥颗粒相互凝聚力和污泥粒径，改善脱水性能。

优选的，所述步骤三生物破壁药剂鼠李糖脂为工业级，含量为25%，通过生物表面活性剂对污泥絮体的破解和EPS的增溶作用，改变污泥的物理化学组成和絮体特征，使得污泥表观粘度降至25-35 mpa.s，增强污泥流动性，同时释放出三维网状结构中包裹的“束缚水”，转变为电渗透易于去除的自由水和间隙水。

优选的，所述步骤五电渗透脱水装置运行参数为电压30V，机械压力80kpa。

优选的，所述步骤五电渗透装置包括圆柱型腔室，所述电渗透装置包括柱型腔室，所述圆柱形腔室的内径为80mm，所述圆柱形腔室内设有压缩活塞，所述压缩活塞的上部设有砝码，所述压缩活塞的底部设有圆盘状阳极，所述圆柱形腔室的底部设有滤布，所述滤布的下侧设有网状阴极，所述网状阴极的下侧设有滤液收集器，所述滤液收集器的下侧设有电子分析天平，所述圆盘状阳极通过导线与直流电源相连接，所述网状阴极通过导线与直流电源相连接。

优选的，所述圆盘状阳极为钛基钌铱涂层阳极，所述网状阴极为不锈钢材质，孔径为1.5mm，所述滤布为PET材质。

本发明一种改善污泥电渗透脱水性能的分级调质方法的有益效果：

1、分级调质能改变污泥的物理化学特性和絮体特征，使污泥中的水分重新分布。电渗透脱水后，出料污泥含水率稳定低于60%，减量化明显。

2、生物破壁剂能生物降解，脱水后出料污泥满足后续污泥处置要求，无二次污染。

3、在持续的污泥处理过程中，电场全部应用于污泥脱水，且水分与污泥絮体流动方向相反，污泥脱水效率高。

4、电渗透过程中会产生欧姆热，使得污泥温度升高。在欧姆热和强电场作用下，病原微生物活性降低，甚至破壁灭活，绿色环保。

附图说明

图1为本发明一种改善污泥电渗透脱水性能的分级调质方法的工艺流程图。

图2为本发明一种改善污泥电渗透脱水性能的分级调质方法中污泥含水率变化趋势图。

图3为本发明一种改善污泥电渗透脱水性能的分级调质方法中电渗透装置的结构示意图。

具体实施方式

以下通过附图和具体实施例对本发明做进一步阐述，应当指出：对于本工艺领域的普通工艺人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

实施例1

步骤一、絮凝调理：取200g含水率95%的浓缩污泥倒入500 mL烧杯中，以250 r/min转速在恒温磁力搅拌器上搅拌1 min，加入10 mL聚合氯化铝（PAC）溶液，并以200 r/min转速搅拌1 min，再以80 r/min转速搅拌10 min，混合液中絮凝剂含量为80 mg/g绝干污泥，污泥调理完成后取50 mL调理污泥于布氏漏斗（直径60 mm）中，在压力P为-0.055 MPa的真空负压下进行抽滤脱水，20 min后完成抽滤，收集足量脱水污泥；

步骤二、生物破壁：将10 mL鼠李糖脂溶液加入步骤一含水率81.5%的脱水污泥中进行生物破壁，鼠李糖脂添加量为80 mg/g绝干污泥，脱水污泥与鼠李糖脂溶液混合后以200 r/min转速搅拌1 min，再以80 r/min转速搅拌10 min，污泥粘度降至28.96 mpa.s；

步骤三、物理改性：向步骤二生物破壁污泥中加入10 mL含量为80 mg/g的 NaCl溶液，将污泥电导率调至10.1 mS/cm，Zeta电位调至-1.23 mV；

步骤四、电渗透脱水：将改性污泥转移至电渗透装置中进行15 min的深度脱水，装置运行参数为电压30 V，机械压力80 kpa，污泥厚度10 mm，脱水完成后出料污泥含水率为51.71%。

实施例2

步骤一、絮凝调理：取200g含水率97%的浓缩污泥倒入500 mL烧杯中，以250 r/min转速在恒温磁力搅拌器上搅拌1 min，加入10 mL聚合氯化铝（PAC）溶液，并以200 r/min转速搅拌1 min，再以80 r/min转速搅拌10 min，混合液中絮凝剂含量为120 mg/g绝干污泥，污泥调理完成后取50 mL调理污泥于布氏漏斗（直径60 mm）中，在压力P为-0.055 MPa的真空负压下进行抽滤脱水，20 min后完成抽滤，收集足量脱水污泥；

步骤二、生物破壁：将10 mL鼠李糖脂溶液加入步骤一含水率78.57%的脱水污泥中进行生物破壁，鼠李糖脂添加量为120 mg/g绝干污泥，脱水污泥与鼠李糖脂溶液混合后以200r/min转速搅拌1 min，再以80 r/min转速搅拌10 min，污泥粘度降至30.55 mpa.s；

步骤三、物理改性：向步骤二生物破壁污泥中加入10 mL含量为120 mg/g的 NaCl溶液，将污电导率调至13.2 mS/cm，Zeta电位调至-1.63 mV；

步骤四、电渗透脱水：将改性污泥转移至电渗透装置中进行15 min的深度脱水，装置运行参数为电压30 V，机械压力80 kpa，污泥厚度10 mm，脱水完成后出料污泥含水率为50.34%。

如图3所示，所述电渗透装置包括柱型腔室1，所述圆柱形腔室1的内径为80mm，所述圆柱形腔室1内设有压缩活塞2，所述压缩活塞2的上部设有砝码3，所述压缩活塞2的底部设有圆盘状阳极4，所述圆柱形腔室1的底部设有滤布5，所述滤布5的下侧设有网状阴极6，所述网状阴极6的下侧设有滤液收集器7，所述滤液收集器7的下侧设有电子分析天平8，所述圆盘状阳极4通过导线9与直流电源10相连接，所述网状阴极6通过导线9与直流电源10相连接。

本发明一种改善污泥电渗透脱水性能的分级调质方法，通过分级调质能改变污泥的物理化学特性和絮体特征，使污泥中的水分重新分布。电渗透脱水后，出料污泥含水率稳定低于60%，减量化明显；生物破壁剂能生物降解，脱水后出料污泥满足后续污泥处置要求，无二次污染；在持续的污泥处理过程中，电场全部应用于污泥脱水，且水分与污泥絮体流动方向相反，污泥脱水效率高；电渗透过程中会产生欧姆热，使得污泥温度升高。在欧姆热和强电场作用下，病原微生物活性降低，甚至破壁灭活，绿色环保。

Claims (9)

1.一种改善污泥电渗透脱水性能的分级调质方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、污泥浓缩：通过重力浓缩将污水厂初始悬浮固体含水率降至95%-97%；

步骤二、絮凝调理：取适量步骤一浓缩污泥倒入500mL烧杯中，以250 r/min转速在恒温磁力搅拌器上搅拌1 min，加入10mL聚合氯化铝（PAC）溶液，并以200 r/min转速搅拌1 min，再以80 r/min转速搅拌10 min，混合液中絮凝剂含量为80-250mg/g绝干污泥，污泥调理完成后取50 mL调理污泥于布氏漏斗（直径60 mm）中，在压力P为-0.055 MPa的真空负压下进行抽滤脱水，20 min后完成抽滤，收集足量脱水污泥；

步骤三、生物破壁：将鼠李糖脂加入步骤二脱水污泥中进行生物破壁，鼠李糖脂添加量为120-250mg/g绝干污泥，脱水污泥与鼠李糖脂溶液混合后以200 r/min转速搅拌1 min，再以80 r/min转速搅拌10 min，完成生物破壁；

步骤四、物理改性：电渗透脱水前，通过NaCl调整破壁污泥的物理特性（电导率和Zeta电位），以满足电渗透脱水要求，NaCl投加量为80-120mg/g绝干污泥，调整后污泥电导率为10-13 mS/cm，Zeta电位为-1--3 mV；

步骤五、电渗透脱水：将步骤四所得污泥转移至电渗透脱水装置进行深度脱水，其中泥饼厚度为10mm，脱水时间为15min，电渗透脱水完成后，出料污泥含水率≤60%；

步骤六、脱水滤液回收：步骤一、二和五脱水滤液回流至生化区重新处理。

2.根据权利要求1所述一种改善污泥电渗透脱水性能的分级调质方法，其特征在于，所述步骤二中抽滤脱水还可采用离心脱水、带式压滤等机械脱水方式。

3.根据权利要求1所述一种改善污泥电渗透脱水性能的分级调质方法，其特征在于，所述步骤二中絮凝剂可为聚丙烯酰胺（PAM）、聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铁（PFS）中的一种或几种复配。

4.根据权利要求1所述一种改善污泥电渗透脱水性能的分级调质方法，其特征在于，所述步骤三中鼠李糖脂可由槐糖脂代替。

5.根据权利要求1所述一种改善污泥电渗透脱水性能的分级调质方法，其特征在于，所述步骤二絮凝调理药剂PAC为工业级，氧化铝（以Al₂O₃含量计）≥28%，通过阳离子高分子电荷中和和吸附架桥作用，压缩污泥双电层，增加污泥颗粒相互凝聚力和污泥粒径，改善脱水性能。

6.根据权利要求1所述一种改善污泥电渗透脱水性能的分级调质方法，其特征在于，所述步骤三生物破壁药剂鼠李糖脂为工业级，含量为25%，通过生物表面活性剂对污泥絮体的破解和EPS的增溶作用，改变污泥的物理化学组成和絮体特征，使得污泥表观粘度降至25-35 mpa.s，增强污泥流动性，同时释放出三维网状结构中包裹的“束缚水”，转变为电渗透易于去除的自由水和间隙水。

7.根据权利要求1所述一种改善污泥电渗透脱水性能的分级调质方法，其特征在于，所述步骤五电渗透脱水装置运行参数为电压30V，机械压力80kpa。

8.根据权利要求1所述一种改善污泥电渗透脱水性能的分级调质方法，其特征在于，所述电渗透装置包括柱型腔室，所述圆柱形腔室的内径为80mm，所述圆柱形腔室内设有压缩活塞，所述压缩活塞的上部设有砝码，所述压缩活塞的底部设有圆盘状阳极，所述圆柱形腔室的底部设有滤布，所述滤布的下侧设有网状阴极，所述网状阴极的下侧设有滤液收集器，所述滤液收集器的下侧设有电子分析天平，所述圆盘状阳极通过导线与直流电源相连接，所述网状阴极通过导线与直流电源相连接。

9.根据权利要求5所述一种改善污泥电渗透脱水性能的分级调质方法，其特征在于，所述圆盘状阳极为钛基钌铱涂层阳极，所述网状阴极为不锈钢材质，孔径为1.5mm，所述滤布为PET材质。