一種活性汙泥深度脫水的方法與流程
2023-05-29 19:32:36
本發明屬於水處理汙泥技術領域，具體涉及一種活性汙泥的深度脫水的方法。
背景技術：
隨著我國經濟的不斷發展和城鎮化水平的不斷提高，城市人口數量越來越多，因此產生的城鎮汙水量也與日俱增，隨之產生的汙泥的量也日漸增多。截止2015年6月底，我國汙水處理廠已有3802座，汙水處理能力達到1.61億立方米/日。汙水處理後的副產物汙泥量也急劇增加。按產泥率1萬m3汙水產7 t汙泥( 80 %含水率) 計算，全國汙泥產量預計已突破11萬t /d，汙泥的總產量還在持續增加。由於我國汙水處理廠建設存在嚴重的「重水輕泥」現象，導致大量汙泥「積壓」，未得到合理安全的處理和處置。我國汙水處理廠在建設過程中，約80 %的汙水處理廠實現了汙泥的濃縮脫水，達到了一定程度的減容，但由於處置目標的不確定、投資不足，汙泥在汙水處理廠內未實現穩定化處理，未穩定的汙泥中含有易降解有機物，惡臭物質、病原體等，易使汙泥中的汙染物在運輸和處置環節中進一步擴散，使得已經建成投運的汙水處理設施的環境效益大打折扣，形成全國關注的「汙泥問題」，目前汙水處理廠中未妥善處置的汙泥普遍存在二次汙染的隱患。
汙泥的深度脫水技術是指，通過對含水率較高的汙泥進行化學調質處理後，再壓榨脫水至含水率60%以下，處理後的汙泥不僅在數量上減少50%以上，更重要的是為汙泥後續的處理和處置提供了充分條件。深度脫水後的汙泥具有一定的熱值，可作為電廠低品位的燃料和水泥生產過程中的熟料，從而實現穩定、無害化處置和資源化利用。深度脫水後的汙泥即使進行填埋，也能大幅減少土地佔用和滲濾液對環境的汙染。
汙泥深度脫水技術在國外起源較早，隨著汙泥處理處置領域需求的增長，近幾年在國內逐步得到重視並有一定範圍的應用。汙泥的調質處理是汙泥深度脫水的關鍵環節和核心技術，可以說汙泥調理技術決定汙泥深度脫水項目的成敗。國內汙泥調質的方法比較多，普遍採用在汙泥中添加脫水劑、絮凝劑或混凝劑的方法，改變汙泥中水分子（主要是間隙水和毛細水）存在方式和結構，有利於水與泥在一定條件下實現分離。
目前在汙泥深度脫水技術上主要使用絮凝劑和助凝劑，絮凝劑分為:無機絮凝劑、有機絮凝劑和微生物絮凝劑。無機混凝劑是一種由無機組分組成的電解質化合物,主要有鋁鹽(硫酸鋁、明礬及三氯化鋁等)和鐵鹽(三氯化鐵、綠礬及硫酸鐵等)，其絮凝機理是：無機絮凝劑在水中溶解成為帶正電荷的離子，與帶負電荷的汙泥顆粒可以起到電中和以及壓縮雙電層的作用，使汙泥顆粒與水分子分離，並凝聚成大顆粒汙泥，從而改善汙泥的脫水性能。但是無機絮凝劑成本高，腐蝕性大，在某些場合效果不理想。因此在鐵鹽、鋁鹽的基礎上發展起來了無機高分子絮凝劑，比如，聚合氯化鋁，聚合氯化鐵等(張育新和康勇,2002)。在無機高分子絮凝劑中引入其他活性離子形成複合型無機高分子絮凝劑，以提高藥劑的電中和能力，比如聚矽酸硫酸鋁，聚矽酸鐵（PSF）等(王德英等, 1996)。高分子無機絮凝劑在汙水處理中具有絮凝顆粒密度大，投加量少、容易沉降、具有優越的去除色度和濁度的效果等，但對於汙泥的脫水而言，存在絮凝效果不穩定，添加量大，對汙泥後續處理有影響等缺點，特別是與有機高分子絮凝劑比較的情況下。
有機絮凝劑是指天然的或人工合成的高分子聚合電解質，可使液體中分散的細粒固體形成絮凝物。天然有機絮凝劑有動物膠，蛋白質、澱粉和藻朊酸鈉等，它們均屬於蛋白質或多糖類化合物；合成有機絮凝劑有陽、陰、非離子聚丙烯醯胺、聚丙烯酸鈉、聚乙烯亞胺、聚乙烯吡啶鹽等。從絮凝劑溶解後粒子所帶的電荷來看，可以分為陽、陰、非、兩性離子型4類。從結構上可以分為以下三種類型：（1）高分子量丙烯醯胺共聚物絮凝劑；（2）分子量範圍大的陽離子-季胺型絮凝劑；（3）低分子量聚胺型絮凝劑。有機高分子絮凝劑具有投加量少，絮凝能力強，絮體粗大且沉降性能好，不易產生浮渣，絮凝沉降的同時還能去除懸浮物和油，適應性強等優點，但存在兩大缺點，一是有機高分子絮凝劑的殘餘單體具有較大生物毒性，能致癌、致畸和致突變，這些缺點限制了它的應用範圍；其二是，至目前為止，有機高分子絮凝劑難以在不與其他絮凝劑或者助凝劑存在的情況下單獨使用，單獨使用高分子有機絮凝劑脫水的泥餅含水率較高，一般汙泥的含水率達到80%左右就難以再下降。
微生物絮凝劑根據製作絮凝劑來源的不同，可分為微生物細胞絮凝劑、微生物提取物質絮凝劑、微生物新陳代謝產物絮凝劑和利用克隆技術獲得的絮凝劑四類。它的來源是微生物自身產生的代謝產物，或者微生物的分泌物產生的代謝產物。微生物絮凝劑的成分絕大多數為DNA、蛋白質等具有絮凝沉降性能的物質。它是利用微生物技術，通過細菌、真菌等微生物發酵、提取、精製而得的安全、無毒、高效的新型汙泥絮凝劑(吳健和戴桂馥,1994)。微生物絮凝劑的優點：適應性強，絮凝效果好，效果穩定，汙染小，毒性小，不易受外界條件的影響等。但是微生物絮凝劑還是存在原材料貴、絮凝劑產量低、投加量較大、易受有毒物質幹擾、絮凝機理尚不明確等缺點(傅旭慶等,1998)。目前在汙泥深度脫水工藝中單獨應用較少，一般與其他藥劑混合或者復配使用。
助凝劑主要是生石灰、粉煤灰以及硅藻土等固體物質。生石灰主要含量是CaO，具有強鹼性，是汙泥處理常用的助凝劑。可作為骨架使汙泥絮體形成持久堅固的結構,在脫水時保持多孔性,阻止絮體崩潰,降低餅的可壓縮性，強鹼性可穩定汙泥中重金屬和殺滅有害細菌(楊國友等,2011)。另外，生石灰與汙泥中游離水分反應的結果是：（1）消耗一部分游離水；（2）生成氫氧化鈣，使汙泥pH值升高；（3）反應產生的熱又蒸發一部分游離水；（4）氫氧化鈣再進一步和二氧化碳反應生成碳酸鈣，增加固體的總量。
粉煤灰的來源是燃煤電廠的煤充分燃燒之後的廢棄物，呈粉末狀固體。是目前我國產生量及堆存量較大的一種固體廢棄物(郭新亮,2009；任倩, 2012)。原狀粉煤灰的比表面積較大，並有一些矽鋁的活性位點（程磊,2013），因此當和汙泥混合後對汙泥絮體可起到吸附作用，並能以粉煤灰顆粒為中心形成堅硬的骨架構建體，減小汙泥可壓縮性，改善汙泥脫水性能。使用助凝劑跟絮凝劑聯用能夠使汙泥的脫水性能得到大幅度改善，但這些材料的使用易造成投加量大、泥餅增容，對後續處理處置有影響等缺點。
從上可知，目前的工藝技術尚未完全成熟：（1）傳統無機絮凝劑的投加量大，絮凝效果不好，高分子無機絮凝劑的效果雖然較傳統型有一定提高，但是較有機絮凝劑而言，還是存在投加量大，對後續處理處置有影響等缺點。（2）有機絮凝劑的投加量雖然小，但是單獨使用存在脫水後泥餅含水率高，分解單體具有一定生物毒性，難以生物降解等缺點。（3）粉煤灰和生石灰等助凝劑的使用，能改變汙泥顆粒與水分子的結合程度，改善汙泥的脫水性能，但使用時存在投加量過大，容易造成泥餅增容，對後續處理處置有影響等問題。（4）生物絮凝劑雖然對濃縮汙泥有較好的脫水效果，但由於本身的一些缺點限制了其實際應用範圍。
因而，就活性汙泥的深度脫水而言，研究開發簡單有效、生物毒性低的汙泥調理藥劑和深度脫水工藝是行業內的研究熱點。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種簡單高效、生物毒性低的活性汙泥深度脫水方法，特別是一種只需添加一種有機高分子調理藥劑，即可將活性汙泥壓濾至含水率60%以下的一種汙泥深度脫水的方法。
本發明提供的活性汙泥深度脫水方法，具體步驟如下,具體步驟如下：
（1）將濃縮池中的汙泥排入攪拌調理罐中；
（2）在汙泥中加入適量含有脒基的陽離子高分子絮凝劑，攪拌使其混合均勻，之後再排入板框壓濾機中壓濾，即可得到含水率低於60%的泥餅。
步驟（1）中，濃縮池中的汙泥的含水率一般為96%至99%。
步驟（2）中，含水率低於60%的壓濾泥餅外運處理處置，壓濾出水進可入汙水處理系統處理或者回流至汙水處理廠處理。
本發明中，所述的含有脒基的陽離子高分子絮凝劑，其分子量不大於300萬，分子結構中含有脒基（HN=CNH2）。加入含有脒基的陽離子高分子絮凝劑的方法是，將脒基有機物與水混合，配置成濃度為0.1%~1%wt的混合液體，直接添加到汙泥調理池中混合均勻即可。含有脒基的陽離子高分子絮凝劑，其添加量為汙泥幹基的0.1%至1.0%。在一定程度上，藥劑添加量越大汙泥脫水效果越好，但添加量多會增加汙泥壓濾的成本。
本發明中，所述的脒基有機物優選為聚乙烯脒化合物。
本發明的有益效果是，只需添加一種脒基有機高分子汙泥調理劑，與常規的汙泥深度脫水的方法相比較，不需要添加石灰等幹基物質，調理工藝簡單，可以直接從濃縮池汙泥壓至含水率60%以下的泥餅，壓濾後的泥餅熱值沒有損失，並且對後續焚燒資源化利用工藝沒有腐蝕或者尾氣超標等不良影響；並且，由於採用了高分子絮凝劑，在汙泥調理過程中汙泥中的惡臭不會揮發，因而減少了壓濾車間對惡臭處理的需求。
一般地，汙泥的比阻可以反映出汙泥出水和壓濾的難易程度，因而現在大部分的汙泥處理廠都是採用的添加化學藥劑的方法降低汙泥的比阻。目前常用的汙泥調理劑為三氯化鐵、三氯化鋁、聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵以及石灰、粉煤灰等，但是它們都有一定的弊端。三氯化鐵處理後的汙泥雖然可以進行壓濾，但壓濾後的汙泥中含有較多的氯離子，汙泥焚燒後尾氣含有氯離子容易腐蝕鍋爐。如果以硫酸鹽絮凝劑作為調理劑，則汙泥焚燒過程中硫酸根與碳發生還原反應產生二氧化硫氣體，增加了大氣治理的難度。而本發明添加有機絮凝劑則避免了上述諸多的弊端。
本發明在研發過程中比較了聚乙烯脒與無機調理劑三氯化鐵、三氯化鋁調理汙泥後活性汙泥的比阻變化情況，見圖2所示。
由圖2可知，三氯化鐵、三氯化鋁與本發明優選的脒基有機化合物均可以提高汙泥的沉降性能，其對汙泥脫水性能的比較如下：脒基絮凝汙泥>三氯化鐵絮凝汙泥>三氯化鋁絮凝汙泥，而且添加較少量的脒基化合物絮凝劑就能有效降低汙泥的比阻。
汙泥中添加有機調理藥劑可能會對生物具有一定的毒性，因而本專利發明人採取發光細菌檢測法來檢測含有脒基（HN=CNH2）有機化合物對汙泥當中微生物活性的影響。該方法一般是利用明亮的發光桿菌、費氏孤菌作為指示生物，當與絮凝劑中的有毒有害物質接觸後，發光強度會隨著毒性濃度的變化而變化，一般它們之間呈負相關的關係，即毒性越大發光強度越小。檢測結果如圖3所示。
由圖3可知，聚乙烯脒絮凝劑具有一定的生物毒性，其對發光細菌的半致死濃度為393.1mg/L，當它的濃度為125mg/L以下時幾乎無毒性。當它的濃度為500mg/L以上時，對於微生物的毒性較大。一般的絮凝劑的添加量為汙泥量的千分之一到百分之一，以此計算，若汙泥濃度為7g/L，則添加的絮凝劑的量為7-70mg/L，遠遠低於125mg/L，可以看出含有脒基（HN=CNH2）有機化合物對微生物基本上不呈現毒性。
利用有機脒基絮凝劑作為汙泥深度脫水的調理劑，突破了目前汙泥深度脫水工藝繁雜、採用無機調理劑易產生惡臭、對後續焚燒處理有影響等弊端：
（1）本發明與傳統的汙泥深度脫水技術相比，本發明只需添加一種有機汙泥調理劑，即可完成汙泥的調理進而進行汙泥的深度脫水，添加的藥劑量少，工藝簡單，可減少汙泥的藥劑罐與調理罐等設備投資；
（2）採用本發明深度脫水後的汙泥泥餅含水率低，對後續焚燒處置利用沒有不良影響；
（3）本發明中藥劑添加量低對壓濾出水處理工藝中的微生物沒有毒性，壓濾出水可以排入汙水處理系統中採用生物處理而不影響其處理效果。
附圖說明
圖1為本發明活性汙泥深度脫水方法流程圖示。其中，A為汙泥濃縮池，B為調理攪拌罐，C為板框壓濾機，1為壓濾出水，2為壓濾泥餅。
圖2 不同絮凝劑濃度對汙泥比阻的影響。
圖3 脒基化合物絮凝劑濃度和微生物抑制率間的關係。
具體實施方式
下面通過實施例進一步描述本發明。
本發明活性汙泥深度脫水方法的操作流程如圖1所示：
（1）將汙水處理廠中汙泥濃縮池A中含水率為99%至96%的汙泥排入汙泥攪拌調理罐B中；
（2）藥劑溶解池D中溶解稀釋後的適量含有脒基的陽離子高分子絮凝劑，加入汙泥攪拌調理罐B中，與濃縮汙泥充分攪拌混合後，再排入板框壓濾機C中壓濾，即能得到含水率低於60%的的汙泥泥餅；
（3）壓濾後含水率低於60%的壓濾泥餅2外運處理處置，壓濾出水1進如汙水處理系統處理或者回流至汙水處理廠處理。
實施例1
取浙江某汙水處理廠濃縮池汙泥，含水率約為96%，汙泥中加入濃度為0.1%的聚乙烯脒溶液，添加量為汙泥幹基量的0.8%，，在攪拌罐中攪拌10min後汙泥形成絮體。將絮凝後的汙泥排入板框壓濾機中，壓榨一定時間後，開板，壓濾出來的汙泥泥餅自動下落，取不同泥餅位置中汙泥測含水率，測得含水率為58.5%。
實施例2
取上海某汙水處理廠濃縮池汙泥，含水率約為95.5%，汙泥中加入濃度為0.1%聚乙烯脒溶液，添加量為汙泥幹基量的1.0%，在攪拌罐中攪拌10min後汙泥形成絮體。將絮凝後的汙泥排入板框壓濾機中，壓榨一定時間後，開板，壓濾出來的汙泥泥餅自動下落，取不同泥餅位置中汙泥測含水率，測得含水率為56.0%。