專利名稱：一種強化剩余活性污泥脫水性能的處理方法
技術領域：
本發(fā)明屬于資源與環(huán)境技術領域，尤其是涉及ー種強化剰余活性污泥脫水性能的方法。
背景技術：
活性污泥法具有處理能力大、適用范圍廣、有機物去除效率高、運行穩(wěn)定和成本較低等經濟技術的優(yōu)勢，一直以來是污水處理的主流技術方法。剰余活性污泥是活性污泥法流程中經沉淀后排出的部分活性污泥，活性污泥處理廢水過程必然產生剩余活性污泥。剩余活性污泥成分極為復雜，含有大量的病原菌、病毒微生物、重金屬物質和毒害性有機物，易腐敗，有惡臭，對人類健康、生態(tài)和環(huán)境衛(wèi)生具有較大的危害性，故必須對其進行減量化、穩(wěn)定化、無害化、甚至資源化處置。常用的剰余活性污泥處置技術有土地填埋、堆肥和焚燒。剰余活性污泥含水率一般在96%以上，即使經過加藥重力濃縮處理，含水率也在90%以上。由于剩余活性污泥含水率非常高，導致體積龐大，給后續(xù)處理帶來了很多困難，例如，高額的運輸費用、巨大的能量消耗。以干化焚燒處置為例，活性污泥的含水率直接影響到處置構筑物的規(guī)模以及能源消耗。理論上污泥含水率越低越好，但是常規(guī)的機械脫水方法僅能使污泥的含水率降至80%左右，且機械脫水程度越高，設備投資和運行成本越大。因此，強化剩余活性污泥脫水性能成為剩余活性污泥處置的必要的前處理技木。強化剩余活性污泥脫水的處理方法有生物水解法、凍融法、超聲法、臭氧法和高溫水熱法等，其中高溫水熱法由于簡便、高效的特點，受到廣泛的關注，但是存在能耗高的缺點。為此，人們采用酸或堿的協(xié)同作用來降低水熱處理要求的溫度，例如，E. Neyens等人在H2S04或NaOH、Ca (OH) 2的存在條件下，采用水熱法對剩余活性污泥進行處理，可以提高處理的效率(“Hot acid hydrolysis as a potential treatment of thickenedsewage sludge”，E. Neyens 等，Journal of Hazardous Materials 98 (2003)，275-293 ;“Alkaline thermal sludge hydrolysis，，，E. Neyens等，Journal of Hazardous MaterialsB97 (2003) 295-314)。然而，釆用這種方法時，需要消耗大量的酸或堿，這會導致設備腐蝕、重金屬和磷的溶出、酸或堿超標等問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種強化剰余活性污泥脫水性能的處理方法，該方法可以顯著提高活性污泥的脫水性能，并且對設備的腐蝕小。一種強化剰余活性污泥脫水性能的處理方法，向剰余活性污泥中加入電解質，カロ熱攪拌，進行反應，反應完全后得到脫水性能被強化了的剰余活性污泥；所述的電解質為鈉鹽、鉀鹽、鈣鹽和鎂鹽中的至少ー種。經過處理后的剰余活性污泥經換熱器換熱后送入機械脫水設備，脫水后的濾餅進行后續(xù)處置，所述的脫水設備可以為板框壓濾機、廂式壓濾機、真空皮帶壓濾機和真空轉鼓壓濾機等。在常壓水熱條件下，所述的剩余活性污泥的絮體發(fā)生破裂，內部帶負電荷的基團被暴露出來，部分胞內物釋放，為陽離子提供了更多的架橋結合位點，此時投加所述電解質，電解質電離出鈉離子、鉀離子、鈣離子或鎂離子，這些離子通過電中和、吸附架橋、壓縮膠體雙電層等方式，顯著減少活性污泥的表面電荷、促使胞內水釋放、形成更加緊密團聚的活性污泥絮狀體，從而強化活性污泥的脫水性能；同時，本發(fā)明中，所使用的電解質不屬于強酸強堿，對設備的腐蝕小。易溶于水、能夠電離出鈉離子、鉀離子、鈣離子或鎂離子的各種鹽類都能作為本發(fā)明中的電解質與剰余活性污泥進行反應。所述的電解質優(yōu)選氯化鈉、硫酸鈉、硝酸鈉、氯化鉀、氯化鈣、氯化鎂、硫酸鎂和硝酸鎂中的至少ー種，這些電解質易溶于水，性質穩(wěn)定，且易電離出所需的陽離子；同時來源廣泛，價格便宜，適合大規(guī)模應用于剰余活性污泥脫水性能的強化處理。所述的電解質濃度増加到一定程度之后，再増加其濃度，對脫水性能的影響不明顯，卻會増加處理成本。綜合考慮，所述的電解質的濃度優(yōu)選為I 600mmol/L，進ー步優(yōu)選 為5 300mmol/L，其中，所述電解質的濃度為電解質在整個處理體系中的濃度。作為優(yōu)選，所述的電解質為氯化鈣，所述的電解質的濃度為5 lOOmmol/L。選用氯化鈣作為電解質的時候，經過處理之后的剰余活性污泥的脫水性能較好，而且氯化鈣用量少，處理時間短。在反應過程中，反應溫度優(yōu)選為40 100°C，隨著所述反應溫度的提高，經過處理后的剰余活性污泥的脫水性能越好。當所述的反應溫度提高到60°C以上吋，經過處理后的剰余活性污泥的脫水性能明顯變好，但若超過沸點，則需加壓進行，増加設備成本及操作難度，所述的反應溫度進ー步優(yōu)選為60 95°C。所述的反應時間優(yōu)選為IOmin IOh,進ー步優(yōu)選為30min 4h,隨著反應進行到一定的程度，再延長所述的反應時間對脫水性能的影響不再明顯。同現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在在常壓條件下，通過投加特定的電解質的水熱反應可顯著提高剰余活性污泥的脫水性能，既可分批處理剰余活性污泥，也可連續(xù)處理剩余活性污泥；操作靈活、所需設備簡単、過程簡短、能耗較低；為活性污泥運輸、后續(xù)處置(如填埋、焚燒)或資源化利用(如發(fā)酵制肥、有機成分提取)提供重要的配套前處理技木。


圖I為本發(fā)明中強化剩余活性污泥脫水性能的處理方法的エ藝流程圖；圖2為本發(fā)明中強化剩余活性污泥脫水性能的處理方法的原理圖；圖3為實施例9 14中的毛細吸水時間隨著反應時間的變化圖；圖4為實施例15 44中毛細吸水時間隨著水熱溫度和電解質氯化鈣濃度的變化圖。
具體實施例方式如圖I所示的流程，從污水處理工程中排出的剰余活性污泥經換熱器后輸送至反應釜，投加適量電解質，加熱攪拌反應。反應釜排出的活性污泥經換熱器換熱后輸送到機械脫水設備，脫水后的泥餅進行后續(xù)處理或處置。實施例I含水率為95. 6%的剰余活性污泥經換熱器換熱后輸送至夾套搪瓷反應釜，投加電解質氯化鈣，使得氯化鈣濃度為9mmol/L，水熱溫度控制在85°C，均勻攪拌，反應Ih后，活性污泥從反應釜排·出，至換熱器換熱后，輸入板框壓濾機(BAMS 0.6/315-UBK型)進行壓濾，所得泥餅含水率為54.7%。原理如圖2所示在加熱條件下，剰余活性污泥的絮體發(fā)生破裂，內部帶負電荷的基團被暴露出來，胞內物釋放，為陽離子提供了更多的架橋結合位點，此時氯化鈣電離出的鈣離子可通過電中和、吸附架橋、壓縮膠體雙電層等方式，減少活性污泥的表面電荷、促使胞內水釋放，從而形成更加緊密團聚的活性污泥絮狀體，強化活性污泥的脫水性能。實施例2含水率為97. I %的剰余活性污泥經換熱器換熱后輸送至夾套搪瓷反應釜，投加電解質氯化鈉，使得氯化鈉濃度為72mmol/L，水熱溫度控制在60°C，均勻攪拌，反應3h后，活性污泥從反應釜排出，至換熱器換熱后，輸入板框壓濾機(BAMS 0.6/315-UBK型)進行壓濾，所得泥餅含水率為52. 4%。實施例3含水率為90. 3%的剰余活性污泥經換熱器換熱后輸送至夾套搪瓷反應釜，投加電解質氯化鎂，使得氯化鎂濃度為205mmol/L，水熱溫度控制在70°C，均勻攪拌，反應7h后，活性污泥從反應釜排出，至換熱器換熱后，輸入廂式壓濾機(XBAMQ2-6-420UBK型)進行壓濾，所得泥餅含水率為48.6%。實施例4含水率為96. 2%的剰余活性污泥經換熱器換熱后輸送至夾套搪瓷反應釜，投加電解質硫酸鎂，使得硫酸鎂濃度為30mmol/L，水熱溫度控制在56°C，均勻攪拌，反應9h后，活性污泥從反應釜排出，至換熱器換熱后，輸入廂式壓濾機(XBAMQ2-6-420UBK型)進行壓濾，所得泥餅含水率為57.9%。實施例5含水率為95. 9%的剰余活性污泥經換熱器換熱后輸送至夾套搪瓷反應釜，投加電解質硫酸鈉，使得硫酸鈉濃度為50mmol/L，水熱溫度控制在90°C,均勻攪拌，反應4h后，活性污泥從反應釜排出，至換熱器換熱后，輸入真空轉鼓壓濾機(GD-2型)進行壓濾，所得泥餅含水率為51.6%。實施例6含水率為97. 5%的剰余活性污泥經換熱器換熱后輸送至夾套搪瓷反應釜，投加電解質氯化鉀，使得氯化鉀濃度為108mmol/L，水熱溫度控制在75 °C，均勻攪拌，反應8h后，活性污泥從反應釜排出，至換熱器換熱后，輸入真空轉鼓壓濾機(GD-2型)進行壓濾，所得泥餅含水率為51.4%。實施例7含水率為98. 3%的剰余活性污泥經換熱器換熱后連續(xù)輸送至夾套搪瓷反應釜，投加電解質硝酸鎂，使得硝酸鎂濃度為18mmol/L，水熱溫度控制在70°C，均勻攪拌，停留3h后，活性污泥從反應釜排出，至換熱器換熱后，輸入真空皮帶壓濾機(DI-650型)進行壓濾，所得泥餅含水率為62.2%。實施例8含水率為95. 4%的剰余活性污泥經換熱器換熱后連續(xù)輸送至夾套搪瓷反應釜，投加電解質硝酸鈉，使得硝酸鈉濃度為67mmol/L，水熱溫度控制在47°C，均勻攪拌，停留5h后，活性污泥從反應釜排出，至換熱器換熱后，輸入真空皮帶壓濾機(DI-650型)進行壓濾，所得泥餅含水率為64.7%。實施例9
含水率為95. 6%的剰余活性污泥經換熱器換熱后輸送至夾套搪瓷反應釜，投加電解質氯化鈣，使得氯化鈣濃度為lOmmol/L，水熱溫度控制在25°C，均勻攪拌，在反應進行到10min、20min、40min、60min、80min、IOOmin和120min時，分別取樣測量毛細吸水時間。毛細吸水時間采用英國Triton公司的304M型毛細吸水時間測定儀進行，取約5mL的污泥樣品加入儀器的測試管中，污泥中的液體潤濕兩個同心圓之間的濾紙所用的時間即為毛細吸水時間。實施例10除水熱溫度控制在60°C，其余操作同實施例9。實施例11除水熱溫度控制在80°C，其余操作同實施例9。實施例12含水率為95. 6%的剰余活性污泥經換熱器換熱后輸送至夾套搪瓷反應釜，水熱溫度控制在25°C,均勻攪拌,在反應進行到20min、40min、60min、80min、IOOmin和120min時，分別取樣測量毛細吸水時間。實施例13除水熱溫度控制在60°C，其余操作同實施例12。實施例14除水熱溫度控制在80°C，其余操作同實施例12。圖3為實施例9 14中的毛細吸水時間隨反應時間的變化圖，其中，毛細吸水時間是反映污泥脫水性能的ー個重要指標，它越短表明污泥脫水性能越好。從該圖可以看出，単獨的常壓水熱處理會導致活性污泥的脫水性能變差，但投加電解質后，脫水性能得到明顯改善。且加熱溫度越高，脫水性能越好。在投加電解質后，隨著反應時間的延長，毛細吸水時間先減小，減小到一定數(shù)值之后，基本不再變化。實施例I5 44含水率為97. 2%的剰余活性污泥經換熱器換熱后輸送至夾套搪瓷反應釜，投加電解質氯化鈣，加熱攪拌，反應20min后，得到脫水性能強化的剰余活性污泥。各實施例的反應溫度、氯化鈣投加量和毛細吸水時間如表I所示。表I不同反應溫度和氯化鈣投加量下的污泥毛細吸水時間
實施例氯化鈣投加量(mnol/L)反應溫度(V )毛細吸水時間(s)
權利要求
1.一種強化剩余活性污泥脫水性能的處理方法，其特征在于，向剩余活性污泥中加入電解質，加熱攪拌，進行反應，反應完全后得到脫水性能被強化了的剩余活性污泥； 所述的電解質為鈉鹽、鉀鹽、鈣鹽和鎂鹽中的至少一種。
2.根據(jù)權利要求I所述的強化剩余活性污泥脫水性能的處理方法，其特征在于，所述的電解質為氯化鈉、硫酸鈉、硝酸鈉、氯化鉀、氯化鈣、氯化鎂、硫酸鎂和硝酸鎂中的至少一種。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的強化剩余活性污泥脫水性能的處理方法，其特征在于，所述的電解質的濃度為I 600mmol/L。
4.根據(jù)權利要求3所述的強化剩余活性污泥脫水性能的處理方法，其特征在于，所述的電解質的濃度為5 300mmol/L。
5.根據(jù)權利要求I或2所述的強化剩余活性污泥脫水性能的處理方法，其特征在于，所述的電解質為氯化鈣，所述的電解質的濃度為5 lOOmmol/L。
6.根據(jù)權利要求I所述的強化剩余活性污泥脫水性能的處理方法，其特征在于，反應溫度為40 100°C。
7.根據(jù)權利要求6所述的強化剩余活性污泥脫水性能的處理方法，其特征在于，所述的反應溫度為60 95°C。
8.根據(jù)權利要求I所述的強化剩余活性污泥脫水性能的處理方法，其特征在于，反應時間為IOmin IOh。
9.根據(jù)權利要求8所述的強化剩余活性污泥脫水性能的處理方法，其特征在于，所述的反應時間為30min 4h。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種強化剩余活性污泥脫水性能的處理方法，向剩余活性污泥中加入電解質，加熱攪拌，反應完全之后，得到脫水性能強化的剩余活性污泥；所述的電解質為鈉鹽、鉀鹽、鈣鹽和鎂鹽中的至少一種。本發(fā)明通過常壓水熱電解質法提高了剩余活性污泥的脫水速率，顯著減少了活性污泥的含水率，工藝簡短、設備要求簡單、操作方便，為剩余活性污泥的后續(xù)處理與處置提供了重要的前處理技術。
文檔編號C02F11/14GK102849918SQ20121038122
公開日2013年1月2日 申請日期2012年10月9日 優(yōu)先權日2012年10月9日
發(fā)明者官寶紅, 于潔, 鄒有良 申請人:浙江大學, 杭州浙大易泰環(huán)境科技有限公司