微波-酸-生石灰組合強化污泥脫水的方法
【專利摘要】一種微波-酸-生石灰組合強化污泥脫水的方法，包括以下步驟：1)在污泥中加入酸溶液，調(diào)節(jié)污泥的pH值至2.5-3.0；2)加入生石灰，攪拌混合均勻；3)利用微波加熱至90-100℃，得到預(yù)處理污泥；4)將預(yù)處理污泥進(jìn)行機械脫水。本發(fā)明預(yù)處理后的污泥脫水性能得到了明顯改善，污泥的結(jié)合水含量、粘度及表面負(fù)電性降低，污泥顆粒粒徑增大，同時，投加生石灰可保證處理后污泥的pH在6.0-7.0，從而實現(xiàn)后續(xù)機械設(shè)備的污泥深度脫水。
【專利說明】微波-酸-生石灰組合強化污泥脫水的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種污水處理廠剩余污泥強化脫水的微波-酸-生石灰組合工藝。通過微波加熱，并投加一定量酸溶液和生石灰，提高污泥脫水性能，屬于固體廢物處理【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]活性污泥法是生活污水、城市污水及有機工業(yè)廢水處理中最常用的工藝。污泥是伴隨活性污泥生物處理過程中的主要副產(chǎn)物，隨著污水處理廠污水處理效率的提升，污泥產(chǎn)量也逐年激增。為便于污泥運輸及后續(xù)處理處置，污泥機械脫水是降低污泥含水率的主要手段。通常，污水處理廠污泥經(jīng)過絮凝調(diào)理后，利用帶式壓濾機、板框壓濾機及離心機等脫水設(shè)備，污泥含水率能夠降低到80%，但進(jìn)一步降低污泥含水率到60%以下，目前較難實現(xiàn)，高含水率污泥不但增加了污泥的運輸成本，同時60%以上含水率的污泥也無法滿足后續(xù)污泥填埋、堆肥以及焚燒等處置需求。
[0003]污泥難于脫水與污泥中水的分布特征及可壓縮性有密切聯(lián)系。污泥中的水的存在形態(tài)主要有自由水、間隙水、吸附水以及內(nèi)部結(jié)合水，吸附水、結(jié)合水以及部分間隙水統(tǒng)稱為束縛水，部分學(xué)者定義為特定溫度(通常_20°C)下仍為液態(tài)的部分水(unfrozenwater)，束縛水難以被機械脫水設(shè)備脫除。因此，為了實現(xiàn)污泥深度脫水，基于預(yù)處理的強化污泥脫水技術(shù)研發(fā)已成為當(dāng)前污泥脫水的一個熱點領(lǐng)域。
[0004]公知的污泥預(yù)處理方式包括化學(xué)、物理(惰性助濾劑、機械、熱工)以及組合預(yù)處理。微波作為熱處理方式之一，具有加熱速度快、加熱均勻、過程易于控制等優(yōu)點。已有石開究[NeyensE, Baeyens J.A review of thermal sludge pre-treatment processes toimprove dewaterability[J].Journal of Hazardous Materials, 2003，98(I):51-67]表明，加熱溫度在130°C以上的高溫預(yù)處理，可以有效提高污泥脫水性能。但是高溫高壓的微波消解處理不僅能耗高，同時密閉加壓系統(tǒng)復(fù)雜，高溫、高壓操作條件存在安全隱患，實際工程應(yīng)用困難。然而，目前尚未見到有關(guān)中溫((100°C )常壓的微波預(yù)處理強化污泥脫水技術(shù)的報道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種微波-酸-生石灰組合強化污泥脫水的方法，以改進(jìn)公知技術(shù)中存在的缺陷。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的微波-酸-生石灰組合強化污泥脫水的方法，包括以下步驟:
[0007]I)在污泥中加入酸溶液，調(diào)節(jié)污泥的pH值至2.5-3.0 ；
[0008]2)加入生石灰，攪拌混合均勻；
[0009]3)利用微波加熱至90_100°C，得到預(yù)處理污泥；
[0010]4)將預(yù)處理污泥進(jìn)行機械脫水。
[0011]所述的方法中，污泥為污水處理廠產(chǎn)生的污泥，污水處理廠的污泥為初沉池、二沉池、濃縮池以及厭氧消化后的污泥，污泥含水率為95% -99.8%。
[0012]所述的方法中，酸溶液為H2SO4溶液或HCl溶液中的一種或兩種。
[0013]所述的方法中，步驟2)中的生石灰投加量為60-100mg/g TS，以保證微波處理后污泥的pH在6.0-7.0。
[0014]所述的方法中，步驟4)中的機械脫水為帶式脫水、離心脫水或板框脫水。
[0015]本發(fā)明供的微波-酸-生石灰組合強化污泥脫水的方法，能夠有效提高污泥脫水性能，同時避免了高溫高壓的微波處理方式，相對公知技術(shù)不僅降低了生石灰的投加量，而且大幅降低了能耗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是不同pH下微波預(yù)處理對污泥脫水性能的影響。
[0017]圖2是不同pH下微波預(yù)處理對污泥顆粒表面電性的影響。
[0018]圖3是不同pH下微波預(yù)處理對污泥顆粒粒徑分布的影響。
[0019]圖4是不同pH下微波預(yù)處理對污泥粘度的影響。

【具體實施方式】
[0020]本發(fā)明的微波-酸-生石灰組合強化污泥脫水的方法，用于污水處理廠污泥機械脫水預(yù)處理改性，實現(xiàn)污泥深度脫水。
[0021]本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括以下步驟:
[0022]I)將污水處理廠的污泥在調(diào)節(jié)罐內(nèi)加入酸溶液，調(diào)節(jié)pH至2.5-3.0，攪拌混合均勻；污水處理廠的污泥可為初沉池、二沉池、濃縮池以及厭氧消化后污泥，污泥含水率為95% -99.8% ;酸溶液可以是H2SO4溶液或者HCl溶液中的一種或兩種；
[0023]2)步驟I得到的污泥混合液加入生石灰并攪拌混合均勻，生石灰的加入量應(yīng)使微波處理后污泥的PH在6.0-7.0，便于后續(xù)污泥機械脫水；一般的加入量為60-100mg/g TS的比例；
[0024]3)將步驟2得到的污泥混合液通過一個微波加熱步驟，利用600-900W功率的微波加熱到90-100°C，溫度升到90-100°C后停止加熱，得到預(yù)處理改性污泥；微波加熱頻率為2450MHz，磁控管最大輸出功率和加熱溫度分別為lkW，100°C。反應(yīng)容器為容積2L的塑料容器，容器上部敞開，配備了攪拌槳均質(zhì)和熱電偶溫度傳感器實時監(jiān)測溫度；
[0025]4)經(jīng)微波加熱處理后的污泥直接機械脫水，機械脫水為帶式脫水、離心脫水或板框脫水等方式實現(xiàn)污泥強化脫水。
[0026]經(jīng)過本發(fā)明預(yù)處理改性后的污泥，通過真空抽濾、Triton type 304M CST毛細(xì)吸附時間測定儀、污泥比阻測定、Malvern Mastersizer 2000 (UK)粒徑分析儀以及MalvernZetasizer 2000 (UK) Zeta電位儀等測定后，具有如下優(yōu)點及突出性效果:
[0027](I)采用本發(fā)明預(yù)處理污泥，操作簡單，無高溫高壓安全風(fēng)險，且微波加熱反應(yīng)速度快，常規(guī)加熱處理方式需要30min以上處理時間，而本發(fā)明微波加熱只需1min左右；
[0028](2)本發(fā)明方法處理后的污泥脫水性能明顯提高，污泥毛細(xì)吸水時間可降低到1s以下，污泥比阻相對于原污泥可降低約一個數(shù)量級，在未添加絮凝劑的情況下，0.035MPa下真空抽濾，污泥含水率可降低到75%左右；
[0029](3)在本發(fā)明方法中，經(jīng)微波-酸處理后，污泥結(jié)合水含量明顯降低，污泥顆粒粒徑顯著增大，粘度降低，表面負(fù)電性降低，然后進(jìn)一步通過投加生石灰，調(diào)節(jié)PH至6.0-7.0，可以不添加絮凝劑而直接機械脫水，脫水性能顯著改善。
[0030]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明方案作進(jìn)一步說明，但不限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0031]實施例1
[0032]污泥取自清河污水處理廠的二沉池，污泥取回后在4°C下靜置12小時，濃縮過篩。取400mL污泥,加入5mol/L硫酸調(diào)節(jié)pH至2.5,然后加入100mg/g TS生石灰,攪拌均勻，600W功率下微波加熱到100°C后停止加熱。經(jīng)過微波-酸-生石灰處理后污泥具有如下優(yōu)點及關(guān)出效果:
[0033](I)顯著改善了污泥脫水性能。污泥毛細(xì)吸水時間和污泥比阻大幅降低，毛細(xì)吸水時間由22.45s降低至IJ 9.65s，降幅為57.02 % ;污泥比阻由5.61X108s2/g降低到
1.05X 108s2/g ;未加絮凝劑情況下，0.035MPa下真空抽濾后污泥含水率降為78.83%，并且調(diào)理后污泥PH為6.23，適于后續(xù)污泥機械脫水。
[0034](2)降低了污泥預(yù)處理的操作條件和時間。同高溫高壓污泥預(yù)處理條件及處理時間相比，常壓條件下的微波加熱時間只有5min左右；與常規(guī)生石灰調(diào)理污泥相比，降低了生石灰的投加量，降低了污泥量。
[0035](3)相比于原污泥及中性、堿性條件下，經(jīng)微波-酸聯(lián)合處理后，污泥顆粒粒徑(圖3)在pH = 2.5時明顯增大；此外，污泥的表面負(fù)電性(圖2)和污泥粘度(圖4)明顯降低，這些污泥理化特征的變化，有利于強化污泥的脫水性能(圖1)。
【權(quán)利要求】
1.一種微波-酸-生石灰組合強化污泥脫水的方法，包括以下步驟: 1)在污泥中加入酸溶液，調(diào)節(jié)污泥的PH值至2.5-3.0 ； 2)加入生石灰,攪拌混合均勻； 3)利用微波加熱至90-100°C，得到預(yù)處理污泥； 4)將預(yù)處理污泥進(jìn)行機械脫水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，污泥為污水處理廠產(chǎn)生的污泥。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，污水處理廠的污泥為初沉池、二沉池、濃縮池以及厭氧消化后的污泥，污泥含水率為95% -99.8%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，酸溶液為H2SO4溶液或HCl溶液中的一種或兩種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟2中的生石灰投加量為60-100mg/gTS，以保證微波處理后污泥的PH在6.0-7.0。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟4中的機械脫水為帶式脫水、離心脫水或板框脫水。
【文檔編號】C02F11/12GK104291549SQ201410510096
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】魏源送, 劉吉寶 申請人:中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心