微波-酸-生石灰组合强化污泥脱水的方法
【专利摘要】一种微波-酸-生石灰组合强化污泥脱水的方法，包括以下步骤：1)在污泥中加入酸溶液，调节污泥的pH值至2.5-3.0；2)加入生石灰，搅拌混合均匀；3)利用微波加热至90-100℃，得到预处理污泥；4)将预处理污泥进行机械脱水。本发明预处理后的污泥脱水性能得到了明显改善，污泥的结合水含量、粘度及表面负电性降低，污泥颗粒粒径增大，同时，投加生石灰可保证处理后污泥的pH在6.0-7.0，从而实现后续机械设备的污泥深度脱水。
【专利说明】微波-酸-生石灰组合强化污泥脱水的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种污水处理厂剩余污泥强化脱水的微波-酸-生石灰组合工艺。通过微波加热，并投加一定量酸溶液和生石灰，提高污泥脱水性能，属于固体废物处理【技术领域】。
【背景技术】
[0002]活性污泥法是生活污水、城市污水及有机工业废水处理中最常用的工艺。污泥是伴随活性污泥生物处理过程中的主要副产物，随着污水处理厂污水处理效率的提升，污泥产量也逐年激增。为便于污泥运输及后续处理处置，污泥机械脱水是降低污泥含水率的主要手段。通常，污水处理厂污泥经过絮凝调理后，利用带式压滤机、板框压滤机及离心机等脱水设备，污泥含水率能够降低到80%，但进一步降低污泥含水率到60%以下，目前较难实现，高含水率污泥不但增加了污泥的运输成本，同时60%以上含水率的污泥也无法满足后续污泥填埋、堆肥以及焚烧等处置需求。
[0003]污泥难于脱水与污泥中水的分布特征及可压缩性有密切联系。污泥中的水的存在形态主要有自由水、间隙水、吸附水以及内部结合水，吸附水、结合水以及部分间隙水统称为束缚水，部分学者定义为特定温度(通常_20°C)下仍为液态的部分水(unfrozenwater)，束缚水难以被机械脱水设备脱除。因此，为了实现污泥深度脱水，基于预处理的强化污泥脱水技术研发已成为当前污泥脱水的一个热点领域。
[0004]公知的污泥预处理方式包括化学、物理(惰性助滤剂、机械、热工)以及组合预处理。微波作为热处理方式之一，具有加热速度快、加热均匀、过程易于控制等优点。已有石开究[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，加热温度在130°C以上的高温预处理，可以有效提高污泥脱水性能。但是高温高压的微波消解处理不仅能耗高，同时密闭加压系统复杂，高温、高压操作条件存在安全隐患，实际工程应用困难。然而，目前尚未见到有关中温((100°C )常压的微波预处理强化污泥脱水技术的报道。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种微波-酸-生石灰组合强化污泥脱水的方法，以改进公知技术中存在的缺陷。
[0006]为实现上述目的，本发明提供的微波-酸-生石灰组合强化污泥脱水的方法，包括以下步骤:
[0007]I)在污泥中加入酸溶液，调节污泥的pH值至2.5-3.0 ；
[0008]2)加入生石灰，搅拌混合均匀；
[0009]3)利用微波加热至90_100°C，得到预处理污泥；
[0010]4)将预处理污泥进行机械脱水。
[0011]所述的方法中，污泥为污水处理厂产生的污泥，污水处理厂的污泥为初沉池、二沉池、浓缩池以及厌氧消化后的污泥，污泥含水率为95% -99.8%。
[0012]所述的方法中，酸溶液为H2SO4溶液或HCl溶液中的一种或两种。
[0013]所述的方法中，步骤2)中的生石灰投加量为60-100mg/g TS，以保证微波处理后污泥的pH在6.0-7.0。
[0014]所述的方法中，步骤4)中的机械脱水为带式脱水、离心脱水或板框脱水。
[0015]本发明供的微波-酸-生石灰组合强化污泥脱水的方法，能够有效提高污泥脱水性能，同时避免了高温高压的微波处理方式，相对公知技术不仅降低了生石灰的投加量，而且大幅降低了能耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是不同pH下微波预处理对污泥脱水性能的影响。
[0017]图2是不同pH下微波预处理对污泥颗粒表面电性的影响。
[0018]图3是不同pH下微波预处理对污泥颗粒粒径分布的影响。
[0019]图4是不同pH下微波预处理对污泥粘度的影响。
【具体实施方式】
[0020]本发明的微波-酸-生石灰组合强化污泥脱水的方法，用于污水处理厂污泥机械脱水预处理改性，实现污泥深度脱水。
[0021]本发明采用的技术方案包括以下步骤:
[0022]I)将污水处理厂的污泥在调节罐内加入酸溶液，调节pH至2.5-3.0，搅拌混合均匀；污水处理厂的污泥可为初沉池、二沉池、浓缩池以及厌氧消化后污泥，污泥含水率为95% -99.8% ;酸溶液可以是H2SO4溶液或者HCl溶液中的一种或两种；
[0023]2)步骤I得到的污泥混合液加入生石灰并搅拌混合均匀，生石灰的加入量应使微波处理后污泥的PH在6.0-7.0，便于后续污泥机械脱水；一般的加入量为60-100mg/g TS的比例；
[0024]3)将步骤2得到的污泥混合液通过一个微波加热步骤，利用600-900W功率的微波加热到90-100°C，温度升到90-100°C后停止加热，得到预处理改性污泥；微波加热频率为2450MHz，磁控管最大输出功率和加热温度分别为lkW，100°C。反应容器为容积2L的塑料容器，容器上部敞开，配备了搅拌桨均质和热电偶温度传感器实时监测温度；
[0025]4)经微波加热处理后的污泥直接机械脱水，机械脱水为带式脱水、离心脱水或板框脱水等方式实现污泥强化脱水。
[0026]经过本发明预处理改性后的污泥，通过真空抽滤、Triton type 304M CST毛细吸附时间测定仪、污泥比阻测定、Malvern Mastersizer 2000 (UK)粒径分析仪以及MalvernZetasizer 2000 (UK) Zeta电位仪等测定后，具有如下优点及突出性效果:
[0027](I)采用本发明预处理污泥，操作简单，无高温高压安全风险，且微波加热反应速度快，常规加热处理方式需要30min以上处理时间，而本发明微波加热只需1min左右；
[0028](2)本发明方法处理后的污泥脱水性能明显提高，污泥毛细吸水时间可降低到1s以下，污泥比阻相对于原污泥可降低约一个数量级，在未添加絮凝剂的情况下，0.035MPa下真空抽滤，污泥含水率可降低到75%左右；
[0029](3)在本发明方法中，经微波-酸处理后，污泥结合水含量明显降低，污泥颗粒粒径显著增大，粘度降低，表面负电性降低，然后进一步通过投加生石灰，调节PH至6.0-7.0，可以不添加絮凝剂而直接机械脱水，脱水性能显著改善。
[0030]下面结合附图及具体实施例对本发明方案作进一步说明，但不限定本发明的保护范围。
[0031]实施例1
[0032]污泥取自清河污水处理厂的二沉池，污泥取回后在4°C下静置12小时，浓缩过筛。取400mL污泥,加入5mol/L硫酸调节pH至2.5,然后加入100mg/g TS生石灰,搅拌均勻，600W功率下微波加热到100°C后停止加热。经过微波-酸-生石灰处理后污泥具有如下优点及关出效果:
[0033](I)显著改善了污泥脱水性能。污泥毛细吸水时间和污泥比阻大幅降低，毛细吸水时间由22.45s降低至IJ 9.65s，降幅为57.02 % ;污泥比阻由5.61X108s2/g降低到
1.05X 108s2/g ;未加絮凝剂情况下，0.035MPa下真空抽滤后污泥含水率降为78.83%，并且调理后污泥PH为6.23，适于后续污泥机械脱水。
[0034](2)降低了污泥预处理的操作条件和时间。同高温高压污泥预处理条件及处理时间相比，常压条件下的微波加热时间只有5min左右；与常规生石灰调理污泥相比，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、碱性条件下，经微波-酸联合处理后，污泥颗粒粒径(图3)在pH = 2.5时明显增大；此外，污泥的表面负电性(图2)和污泥粘度(图4)明显降低，这些污泥理化特征的变化，有利于强化污泥的脱水性能(图1)。
【权利要求】
1.一种微波-酸-生石灰组合强化污泥脱水的方法，包括以下步骤: 1)在污泥中加入酸溶液，调节污泥的PH值至2.5-3.0 ； 2)加入生石灰,搅拌混合均匀； 3)利用微波加热至90-100°C，得到预处理污泥； 4)将预处理污泥进行机械脱水。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，污泥为污水处理厂产生的污泥。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，污水处理厂的污泥为初沉池、二沉池、浓缩池以及厌氧消化后的污泥，污泥含水率为95% -99.8%。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，酸溶液为H2SO4溶液或HCl溶液中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤2中的生石灰投加量为60-100mg/gTS，以保证微波处理后污泥的PH在6.0-7.0。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤4中的机械脱水为带式脱水、离心脱水或板框脱水。
【文档编号】C02F11/12GK104291549SQ201410510096
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2014年9月28日
【发明者】魏源送, 刘吉宝 申请人:中国科学院生态环境研究中心