申請日2015.11.23

　　公開(公告)日2016.01.20

　　IPC分類號(hào)C02F11/00; C02F11/14

　　摘要

　　本發(fā)明公開了一種高錳酸鉀破胞/氯化鐵絮凝/生物碳骨架聯(lián)合調(diào)理城市污泥的方法，屬于環(huán)境治理技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括：在一定的攪拌速度下，向剩余污泥中按照一定的投加順序投加一定量的高錳酸鉀、氯化鐵和生物碳，對(duì)城市污泥進(jìn)行調(diào)理，提高其脫水性能。本發(fā)明的調(diào)理劑成本低、操作簡單容易，同時(shí)，三種調(diào)理劑通過對(duì)污泥破解、絮體重建和濾餅骨架結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，全面提高污泥的脫水性能，打破之前單一方法以及兩種方法聯(lián)用的局限性，三種調(diào)理劑聯(lián)合調(diào)理能夠明顯改善污泥的脫水性能，脫水污泥泥餅含水率達(dá)到62-67%。本發(fā)明成本低廉、工藝簡單，對(duì)解決污泥污染問題具有重要意義。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種高錳酸鉀破胞/氯化鐵絮凝/生物碳骨架聯(lián)合調(diào)理城市污泥的方法，其特征在于具體步驟如下：

　　(1)在200-400r/min的攪拌條件下，向原污泥中投加15-25g/kg污泥干重的高錳酸鉀，攪拌1-3min，進(jìn)行污泥細(xì)胞破解;

　　(2)在200-400r/min的攪拌條件下，向步驟(1)所述破胞污泥中繼續(xù)投加 138-150g/kg污泥干重的氯化鐵，攪拌1-3min，促進(jìn)污泥絮體的生長;

　　(3)在20-50r/mim的攪拌條件下，向步驟(2)所述絮凝污泥中繼續(xù)投加 50%-80%污泥干重的生物碳，攪拌2-6min，生物碳作為骨架促進(jìn)污泥濾餅中的水流通道;

　　(4)將步驟(3)所述調(diào)理后的污泥進(jìn)行過濾脫水。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高錳酸鉀破胞/氯化鐵絮凝/生物碳骨架聯(lián)合調(diào)理城市污泥的方法，其特征在于，步驟(1)中所述原污泥為城市污水處理廠污泥濃縮池的剩余污泥，步驟(1)中所述高錳酸鉀為工業(yè)級(jí)。

　　3.如權(quán)利要求1所述的一種高錳酸鉀破胞/氯化鐵絮凝/生物碳骨架聯(lián)合調(diào)理城市污泥的方法，其特征在于，步驟(2)中所述氯化鐵為工業(yè)級(jí)。

　　4.如權(quán)利要求1所述的一種高錳酸鉀破胞/氯化鐵絮凝/生物碳骨架聯(lián)合調(diào)理城市污泥的方法，其特征在于，步驟(3)中所述生物碳為城市污水處理廠剩余污泥在限氧條件下熱解焚燒得到的污泥生物碳，熱解溫度為350-450℃，熱解時(shí)間為1-2h，污泥生物碳顆粒大小為200-300μm。

　　說明書

　　一種高錳酸鉀破胞/氯化鐵絮凝/生物碳骨架聯(lián)合調(diào)理城市污泥的方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于環(huán)境治理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高錳酸鉀破胞/氯化鐵絮凝/ 生物碳骨架聯(lián)合調(diào)理城市污泥的方法。

　　背景技術(shù)

　　隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活水平提高，我國大部分城市建設(shè)了集中式污水處理廠，污水處理過程中產(chǎn)生大量的剩余污泥，而且呈逐年高速增長的趨勢。我國污泥處理由于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)和法律等多方面的原因，約80%污水處理廠的污泥得不到妥善處理處置，造成嚴(yán)重的二次污染。剩余污泥含有超過97%的水分，因此污泥的有效脫水是污泥處理的關(guān)鍵。剩余污泥作為一種高塑性流體，可壓縮性極差，直接脫水后污泥含水率仍在90%以上，因此需要經(jīng)過調(diào)理改進(jìn)其脫水性能。因此，針對(duì)我國污泥特性，開發(fā)安全、高效、經(jīng)濟(jì)的新型污泥強(qiáng)化調(diào)理技術(shù)非常重要。

　　城市污泥調(diào)理工藝方法很多，大體上可分為物理法、化學(xué)法和生物法三大類。污泥調(diào)理方法中的化學(xué)調(diào)理因?qū)ξ勰嗔亢臀勰嘈再|(zhì)的變化有較強(qiáng)的適用性，且操作簡便、效果好、處理周期短、投資運(yùn)行費(fèi)用低等得到廣泛應(yīng)用。通過向污泥中加入一定的絮凝劑，如有機(jī)的聚丙烯酰胺、無機(jī)的鐵鹽和鋁鹽等，在污泥菌膠團(tuán)表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，中和污泥膠體顆粒電荷，破壞污泥的膠態(tài)結(jié)構(gòu)，減少泥水之間的親和力，調(diào)整絮體顆粒群性質(zhì)及其排列狀態(tài)，使絮體凝聚力增強(qiáng)，顆粒變大，脫水性能改善。通過向污泥中加入一些無機(jī)或有機(jī)顆粒，如木屑、粉煤灰等，作為骨架，可使泥餅保持多孔性，降低泥餅的可壓縮性，從而改進(jìn)污泥的脫水性能。由于污泥菌膠團(tuán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，菌膠團(tuán)中存在大量的胞外聚合物，其主要成分是具有親水性和粘性的多聚糖、蛋白質(zhì)、核酸、脂質(zhì)和DNA等高分子物質(zhì)，胞外聚合物的存在導(dǎo)致污泥脫水困難。因此，采用一定的污泥破解方法，如超聲波處理、Fenton氧化等都能使污泥絮體結(jié)構(gòu)破碎并進(jìn)一步導(dǎo)致細(xì)胞分解，促進(jìn)胞內(nèi)物質(zhì)和水分的釋放。單一污泥調(diào)理方法作用效果有限，因此，采用聯(lián)合調(diào)理方法提高污泥脫水性能成為污泥調(diào)理的研究熱點(diǎn)。

　　羅海健等人研究了有機(jī)絮凝劑陽離子聚丙烯酰胺和骨架顆粒木屑聯(lián)合調(diào)理城市污泥，王東升等人研究了酶破解與無機(jī)絮凝劑聯(lián)合調(diào)理城市污泥，研究表明，兩種方法聯(lián)合調(diào)理污泥后污泥脫水性能優(yōu)于單一方法調(diào)理的效果，前者由于對(duì)污泥未進(jìn)行預(yù)破解，大量胞外聚合物的存在仍阻礙了污泥脫水性能的進(jìn)一步提高，后者未加入骨架顆粒，在過濾脫水過程中濾餅變得越來越緊密，極大阻礙了水分的流通，因此這兩種方法聯(lián)合調(diào)理污泥還存在一定的局限性。目前尚無利用污泥破胞—絮體重建—骨架建立三者聯(lián)合調(diào)理城市污泥的方法。本專利提出利用高錳酸鉀破胞/氯化鐵絮凝/生物碳骨架聯(lián)合調(diào)理城市污泥的方法，高錳酸鉀對(duì)污泥進(jìn)行氧化破胞，氯化鐵對(duì)破胞后的污泥通過靜電中和作用重新絮凝，生物碳在污泥濾餅中形成骨架結(jié)構(gòu)，有效提高污泥脫水性能，具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境的效益。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有污泥調(diào)理技術(shù)中的不足，提供一種工藝簡單、效果優(yōu)良的利用高錳酸鉀破胞/氯化鐵絮凝/生物碳骨架聯(lián)合調(diào)理城市污泥的方法。

　　為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：先向污泥中加入高錳酸鉀對(duì)污泥進(jìn)行破胞，釋放胞外聚合物中的水分，再向破胞污泥中加入無機(jī)絮凝劑氯化鐵，對(duì)破胞污泥的顆粒進(jìn)行絮體重構(gòu)，最后加入生物碳顆粒，在污泥濾餅中構(gòu)建骨架結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高污泥的脫水性能。

　　本發(fā)明提出的高錳酸鉀破胞/氯化鐵絮凝/生物碳骨架調(diào)理城市污泥的方法，具體步驟如下：

　　(1)在200-400r/min的攪拌條件下，向原污泥中投加15-25g/kg污泥干重的高錳酸鉀，攪拌1-3min，進(jìn)行污泥細(xì)胞破解;

　　(2)在200-400r/min的攪拌條件下，向步驟(1)所述破胞污泥中繼續(xù)投加 138-150g/kg污泥干重的氯化鐵，攪拌1-3min，促進(jìn)污泥絮體的生長;

　　(3)在20-50r/min的攪拌條件下，向步驟(2)所述絮凝污泥中繼續(xù)投加 50%-80%污泥干重的生物碳，攪拌2-6min，生物碳作為骨架促進(jìn)污泥濾餅中的水流通道;

　　(4)將步驟(3)所述調(diào)理后的污泥進(jìn)行過濾脫水。

　　本發(fā)明中，步驟(1)中所述原污泥為城市污水處理廠污泥濃縮池的剩余污泥，步驟(1)中所述高錳酸鉀顆粒為工業(yè)級(jí)。

　　本發(fā)明中，步驟(2)中所述氯化鐵為工業(yè)級(jí)。

　　本發(fā)明中，步驟(3)中所述生物碳為城市污水處理廠剩余污泥在限氧條件下熱解得到的污泥生物碳，熱解溫度為350-450℃，熱解時(shí)間為1-2h，污泥生物碳顆粒大小為200-300μm。

　　本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明的調(diào)理劑成本低、操作方便容易，同時(shí)，高錳酸鉀破胞/氯化鐵絮凝/生物碳骨架聯(lián)合調(diào)理通過對(duì)污泥破解、絮體重建和濾餅骨架結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，全面提高污泥的脫水性能，打破之前單一方法以及兩種方法聯(lián)用調(diào)理污泥的局限性，經(jīng)高錳酸鉀破胞/氯化鐵絮凝/生物碳骨架聯(lián)合調(diào)理后污泥的脫水性能明顯優(yōu)于一種調(diào)理方法或者兩種調(diào)理方法聯(lián)合調(diào)理的效率。與原污泥相比，污泥比阻下降98%-99.5%，污泥凈產(chǎn)率提高22-27倍，泥餅含水率達(dá)到 62-67%。本發(fā)明操作方法簡單、實(shí)用性強(qiáng)，對(duì)于解決污泥污染問題具有重要意義。

　　具體實(shí)施方式：

　　下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步闡述，但并不限制本發(fā)明。

　　本實(shí)施例中所用的高錳酸鉀和氯化鐵為工業(yè)品，所用的生物碳為長沙市第二污水處理廠剩余污泥在限氧條件下熱解得到的污泥生物碳，熱解溫度為400℃，熱解時(shí)間為1h，污泥生物碳顆粒大小為200-300μm，實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3調(diào)理的污泥為取自長沙市第二污水處理廠的剩余污泥，原污泥含水率為 98.5-99.7%。

　　實(shí)施例1：

　　(1)在300r/min的攪拌條件下，向原污泥中投加18g/kg污泥干重的高錳酸鉀，攪拌1min，進(jìn)行污泥細(xì)胞破解;

　　(2)在300r/min的攪拌條件下，向步驟(1)所述破胞污泥中繼續(xù)投加138g/kg 污泥干重的氯化鐵，攪拌1min，促進(jìn)污泥絮體的生長;

　　(3)在30r/min的攪拌條件下，向步驟(2)所述絮凝污泥中繼續(xù)投加55%污泥干重的生物碳，攪拌4min，生物碳作為骨架促進(jìn)污泥濾餅中的水流通道;

　　(4)將步驟(3)所述調(diào)理后的污泥進(jìn)行過濾脫水。

　　所得結(jié)果如下：原污泥進(jìn)行過濾，污泥比阻為7.70×1013m/kg，污泥凈產(chǎn)率為1.12kg/(m2h);單加高錳酸鉀調(diào)理后污泥比阻為2.33×1013m/kg，污泥凈產(chǎn)率為2.71kg/(m2h);經(jīng)高錳酸鉀和氯化鐵聯(lián)合調(diào)理后的污泥比阻為2.51×1012m/kg，污泥凈產(chǎn)率為15.78kg/(m2h);用高錳酸鉀、氯化鐵和生物碳聯(lián)合調(diào)理后的污泥比阻下降到7.45×1011m/kg，污泥凈產(chǎn)率上升到28.90kg/(m2h)，濾餅含水率由原污泥的92.15%下降到64.93%。

　　實(shí)施例2：

　　(1)在350r/min的攪拌條件下，向原污泥中投加20g/kg污泥干重的高錳酸鉀，攪拌2min，進(jìn)行污泥細(xì)胞破解;

　　(2)在350r/min的攪拌條件下，向步驟(1)所述破胞污泥中繼續(xù)投加140g/kg 污泥干重的氯化鐵，攪拌2min，促進(jìn)污泥絮體的生長;

　　(3)在40r/min的攪拌條件下，向步驟(2)所述絮凝污泥中繼續(xù)投加60%污泥干重的生物碳，攪拌5min，生物碳作為骨架促進(jìn)污泥濾餅中的水流通道;

　　(4)將步驟(3)所述調(diào)理后的污泥進(jìn)行過濾脫水。

　　所得結(jié)果如下：原污泥進(jìn)行過濾，污泥比阻為5.37×1013m/kg，污泥凈產(chǎn)率為1.51kg/(m2h);單加高錳酸鉀調(diào)理后污泥比阻為1.04×1013m/kg，污泥凈產(chǎn)率為3.88kg/(m2h);經(jīng)高錳酸鉀和氯化鐵聯(lián)合調(diào)理后的污泥比阻為1.26×1012m/kg，污泥凈產(chǎn)率為16.51kg/(m2h);用高錳酸鉀、氯化鐵和生物碳聯(lián)合調(diào)理后的污泥比阻下降到5.99×1011m/kg，污泥凈產(chǎn)率上升到35.01kg/(m2h)，濾餅含水率由原污泥的90.72%下降到63.90%。

　　實(shí)施例3：

　　(1)在400r/min的攪拌條件下，向原污泥中投加22g/kg污泥干重的高錳酸鉀，攪拌3min，進(jìn)行污泥細(xì)胞破解;

　　(2)在400r/min的攪拌條件下，向步驟(1)所述破胞污泥中繼續(xù)投加146g/kg 污泥干重的氯化鐵，攪拌3min，促進(jìn)污泥絮體的生長;

　　(3)在40r/min的攪拌條件下，向步驟(2)所述絮凝污泥中繼續(xù)投加70%污泥干重的生物碳，攪拌6min，生物碳作為骨架促進(jìn)污泥濾餅中的水流通道;

　　(4)將步驟(3)所述調(diào)理后的污泥進(jìn)行過濾脫水。

　　所得結(jié)果如下：原污泥進(jìn)行過濾，污泥比阻為8.89×1013m/kg，污泥凈產(chǎn)率為1.06kg/(m2h);單加高錳酸鉀調(diào)理后污泥比阻為3.79×1013m/kg，污泥凈產(chǎn)率為2.17kg/(m2h);經(jīng)高錳酸鉀和氯化鐵聯(lián)合調(diào)理后的污泥比阻為3.03×1012m/kg，污泥凈產(chǎn)率為13.55kg/(m2h);用高錳酸鉀、氯化鐵和生物碳聯(lián)合調(diào)理后的污泥比阻下降到8.36×1011m/kg，污泥凈產(chǎn)率上升到26.80kg/(m2h)，濾餅含水率由原污泥的93.23%下降到66.47%。