一种污泥改性脱水预处理方法与流程
一种污泥改性脱水预处理方法与流程
随着城市化进程的加快和污水处理设施的普及，污泥处理已成为一个亟待解决的环境问题。传统的污泥脱水方法存在效率低、成本高、环境污染等问题。本文介绍了一种新型的污泥改性脱水预处理方法，通过复合铁基催化氧化剂和氯酸盐的协同作用，实现了污泥的高效脱水，为污水处理行业提供了一种新的技术选择。
本发明属于污水处理，具体涉及一种污泥改性脱水预处理方法。
背景技术
随着我国经济的发展和城市化进程的加快，城市污水处理设施不断的普及，处理率的提高和处理程度的深化，污泥的产生量将有较大的增长，近十年来新建和正在设计中的大量污水处理厂由于投资、运行人员素质、技术水平等原因，污泥处理部分只是简单的进行浓缩脱水外运。国内现在运行的污水处理厂90％以上污泥没有真正达到稳定化、无害化处理，也没有最终处置的途径。预计到2025年，我国城市污水处理厂的湿污泥年产量将达100000余万吨，污泥的减量化、稳定化、无害化、资源化处理处置已成为迫在眉捷的难题。
公知污泥处理处置最大的难题是污泥脱水环节，因为污泥脱水是污泥减量化的最有效的途径，污泥脱水效率直接影响到污泥减量化、稳定化、无害化、资源化处理。目前，国内污泥处理普遍应用聚丙烯酰胺作为污泥脱水助滤剂，也有以铁盐和钙盐(cn1986788)，氯化亚铁和石灰为污泥脱水预处理工艺(zj200910114459.3)，氯化亚铁作为污泥脱水预处理工艺(zl200910114458.9),还有用聚合氯化铝和聚合硫酸铁也有在污泥脱水处理领域的应用实例。但以聚丙烯酰胺作为污泥脱水预处理絮凝剂时，污泥脱水效率十分有限，一般出泥含水率只能达到75％-85％，对下一步的填埋或者资源化利用带来很大的困难；以铁盐和钙盐(cn1986788)作为污泥脱水预处理工艺助滤剂的最大缺陷是污泥脱水时产生大量难以处理的臭气和氨气，对操作工人的身体产生很大的危害，容易对环境造成污染，且存在污泥脱水处理效果不稳定以及处理成本相对偏高的状况；而聚合氯化铝的用量相对较大且价格昂贵，造成污泥脱水处理成本高，污泥脱水效率也很难达到以铁盐与钙盐(cn1986788)作为污泥脱水处理助滤剂的水平。
因此，研究开发一种降低成本、高效的污泥改性脱水预处理方法非常有必要。
技术实现思路
本发明旨在解决上述技术问题，提供一种污泥改性脱水预处理方法，该方法能够解决因铁元素流失导致的污泥脱水难度大、脱水不彻底及脱水效率低的问题，提高污泥脱水的效果、效率和稳定性，降低活性污泥脱水处理的成本。
本发明的技术方案为：
一种污泥改性脱水预处理方法，包括以下步骤：
(1)向浓缩污泥中边搅拌边加入浓缩污泥体积1.5％-6％的复合铁基催化氧化剂溶液，混合均匀；
(2)再加入氯酸盐，搅拌均匀，调pH值至6-7，反应完成，得到改性污泥液。
优选地，本发明所述步骤(1)中，复合铁基催化氧化剂溶液中，各元素摩尔比为：Fe:Al:Mn为(3-4):(1-2):(0.3-1)，所述Fe、Al、Mn三种元素在复合铁基催化氧化剂溶液中，质量浓度为10-20％，所述铁基催化氧化剂采用锰元素作为催化剂，主要因为锰元素为非重金属元素，催化剂元素还有很多种类，如钛、镍等同样有较好的催化氧化作用，但多数都属于重金属元素，对产生的污泥造成新的污染。本发明所述的铁元素、铝元素、锰元素的最佳配制比例，与污泥性质(主要指好氧污泥或厌氧污泥)、有机质含量等因素不同而不同，本发明的配制比例范围针对常见的污水生化处理产生的生化污泥，具有效果最佳、处理成本最低、处理效率最高的效果。
优选地，本发明所述复合铁基催化氧化剂溶液的制备方法为：将含Fe、Al、Mn三种元素的原料加入水中，加酸调节pH值为1.8-2.2，混合均匀即可。
优选地，本发明所述铁源于氯化铁、氯化亚铁、聚合硫酸铁、硫酸亚铁、氢氧化铁中的一种或者多种，优选硫酸亚铁或者氧化铁；优选地，本发明所述铝源于硫酸铝或者聚合氯化铝，优选硫酸铝；本发明所述锰源于硫酸锰、高锰酸钾、锰酸钾中的一种，优选硫酸锰。
优选地，本发明所述步骤(1)中，浓缩污泥含水率为90-99％。
优选地，本发明所述步骤(2)中，氯酸盐为氯酸钠或氯酸钙，投入污泥中的锰元素作为污泥改性反应的催化剂，使污泥颜色由原来的黑色变成土黄色或者灰黄色，污泥改性基本完成，这时投加到活性污泥中铁等还原性物质在锰的催化作用下被迅速氧化，亚铁离子变成三价铁离子后形成氢氧化铁胶体从而改变活性污泥混合液体系的电平衡，使活性污泥快速凝聚结团从而破坏污泥稳定性并且释放其中的细胞水，调pH值至中性时铝盐也迅速变成氢氧化铝胶体，加速污泥絮团的形成和稳定，使活性污泥改性得到彻底完成。
如果在活性污泥中单一加入一定量可溶性铁盐或者亚铁盐(包括硫酸铁、氯化铁、硝酸铁、硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁等可溶性铁化合物)、或单一的铝盐(包括聚合氯化铝、硫酸铝等)，污泥的改性是不完全的，泥水分离效果不彻底，存在污泥脱水困难、脱水时间长以及最终出泥含水率较高等问题，主要原因为：单一投加铁盐并搅拌使可溶性铁化合物中的铁元素均匀分布在活性污泥混合悬浊液中，可溶性的铁元素离子通过桥架作用与活性污泥颗粒相互吸附形成大矾花，一大部分铁元素变成二价铁离子与活性污泥中的铵根、羰基、羟基等离子或基团形成络合物或者螯合物溶解在混合溶液中，如五羰基合铁Fe(CO)5、Fe(CO)n等，从而造成铁元素的大量流失导致污泥絮凝沉淀效果差，污泥与水无法有效分离导致后续污泥脱水效果及效率差，污泥脱水难度大及脱水不彻底，脱水后的污泥含水率高；单一投加铝盐主要由于氢氧化铝密度较小，形成的污泥絮状矾花密度小造成泥水分离不彻底。为了克服上述问题，本发明通过投加铁离子以强氧化性物质，在锰元素的催化作用下，即使是微量的氧化剂氯酸根分子以及搅拌过程中与空气接触的氧气分子也能迅速使大量亚铁络合物瞬间氧化成三价铁，从而破坏亚铁的络合物的稳定结构，形成难容性的氢氧化铁胶体，使可溶性亚铁络合物变成三价铁沉淀，并利用絮状氢氧化铁胶体的强大吸附架桥作用，把污泥混合液中细小的颗粒污泥絮凝沉降，实现泥水高效分离，大幅度提高铁元素的利用率和使用效果。锰在整个反应过程中起到非常重要的催化剂作用，促使二价铁不断与氧分子及投加的氯酸根快速反应生成氢氧化铁胶体。铝离子在混合溶液发生水解形成氢氧化铝胶体，吸附混合液中的带负电荷的细小颗粒物，从而形成大的矾花，实现泥水彻底分离。本发明以锰金属具有高效催化氧化性能为理论基础，并利用该技术从原理上解决了前述铁盐应用于污泥调理存在的种种缺点和不足，根本上改变了前述技术的铁元素流失大、利用率低、药剂投加量大、处理成本相对较高等缺点，也可以说前述铁盐或亚铁应用于污泥调理技术只是本技术内容下的未得到完善的技术。
本发明先投加复合铁基催化氧化剂溶液，主要是让复合铁基催化氧化剂与污泥中大量有机分子与污泥颗粒结合，再投加再加入氯酸盐时，优选地，所述步骤(2)中，氯酸盐加入量为每升浓缩污泥添加3.07-9.09g。氯酸根在锰催化条件下与具有强还原性二价铁反应形成三价铁(Fe(OH)3),Fe(OH)3有非常强的吸附性，可以絮凝污泥体系中的大量污泥颗粒物，破坏污泥分散体系平衡，从而达到泥水分离效果，完成污泥改性目的；如果先投加氯酸盐，氯酸盐就会和污泥中的还原性有机物反应而失效，再投加复合铁基催化氧化剂时会失去作用，达不到污泥改性的目的。
由于采用上述技术方案，本发明的有益效果为：
- 采用本发明方法对污泥进行与处理，能够解决因铁元素流失导致的污泥脱水难度大、及脱水效率低的问题，提高后续脱水效果和效率，能够降低后续脱水的难度，使得脱水更加彻底，脱水后的污泥含水率低。
- 本发明方法将复合铁基催化氧化剂溶液投加到活性污泥中，复合铁基催化氧化剂溶液中的铁元素与活性污泥中大量存在的有机物中羰基、羟基等原子团结合成为络合物或者螯合物的可溶性化学物质，复合铁基催化氧化剂溶液中的锰元素起催化剂作用下，在不断搅拌过程中使得污泥中的络合铁快速被空气中的氧气和投加的微量氯酸根氧化生成三价铁氢氧化铁胶体，再与复合铁基催化氧化剂中铝离子在水中形成的氢氧化铝胶体配伍，完成污泥改性，最终实现泥水高效、彻底分离。
- 采用本发明的方法还能够解决现有活性污泥脱水过程中因为投加大量石灰而产生大量氨气等环保问题。
- 本发明方法中使用的原料简单、易获得，能够降低活性污泥脱水处理的成本。