一种活性污泥深度脱水的方法与流程

本发明属于水处理污泥技术领域，具体涉及一种活性污泥的深度脱水的方法。

背景技术：

随着我国经济的不断发展和城镇化水平的不断提高，城市人口数量越来越多，因此产生的城镇污水量也与日俱增，随之产生的污泥的量也日渐增多。截止2015年6月底，我国污水处理厂已有3802座，污水处理能力达到1.61亿立方米/日。污水处理后的副产物污泥量也急剧增加。按产泥率1万m³污水产7 t污泥( 80 %含水率) 计算，全国污泥产量预计已突破11万t /d，污泥的总产量还在持续增加。由于我国污水处理厂建设存在严重的“重水轻泥”现象，导致大量污泥“积压”，未得到合理安全的处理和处置。我国污水处理厂在建设过程中，约80 %的污水处理厂实现了污泥的浓缩脱水，达到了一定程度的减容，但由于处置目标的不确定、投资不足，污泥在污水处理厂内未实现稳定化处理，未稳定的污泥中含有易降解有机物，恶臭物质、病原体等，易使污泥中的污染物在运输和处置环节中进一步扩散，使得已经建成投运的污水处理设施的环境效益大打折扣，形成全国关注的“污泥问题”，目前污水处理厂中未妥善处置的污泥普遍存在二次污染的隐患。

污泥的深度脱水技术是指，通过对含水率较高的污泥进行化学调质处理后，再压榨脱水至含水率60%以下，处理后的污泥不仅在数量上减少50%以上，更重要的是为污泥后续的处理和处置提供了充分条件。深度脱水后的污泥具有一定的热值，可作为电厂低品位的燃料和水泥生产过程中的熟料，从而实现稳定、无害化处置和资源化利用。深度脱水后的污泥即使进行填埋，也能大幅减少土地占用和渗滤液对环境的污染。

污泥深度脱水技术在国外起源较早，随着污泥处理处置领域需求的增长，近几年在国内逐步得到重视并有一定范围的应用。污泥的调质处理是污泥深度脱水的关键环节和核心技术，可以说污泥调理技术决定污泥深度脱水项目的成败。国内污泥调质的方法比较多，普遍采用在污泥中添加脱水剂、絮凝剂或混凝剂的方法，改变污泥中水分子（主要是间隙水和毛细水）存在方式和结构，有利于水与泥在一定条件下实现分离。

目前在污泥深度脱水技术上主要使用絮凝剂和助凝剂，絮凝剂分为:无机絮凝剂、有机絮凝剂和微生物絮凝剂。无机混凝剂是一种由无机组分组成的电解质化合物,主要有铝盐(硫酸铝、明矾及三氯化铝等)和铁盐(三氯化铁、绿矾及硫酸铁等)，其絮凝机理是：无机絮凝剂在水中溶解成为带正电荷的离子，与带负电荷的污泥颗粒可以起到电中和以及压缩双电层的作用，使污泥颗粒与水分子分离，并凝聚成大颗粒污泥，从而改善污泥的脱水性能。但是无机絮凝剂成本高，腐蚀性大，在某些场合效果不理想。因此在铁盐、铝盐的基础上发展起来了无机高分子絮凝剂，比如，聚合氯化铝，聚合氯化铁等(张育新和康勇,2002)。在无机高分子絮凝剂中引入其他活性离子形成复合型无机高分子絮凝剂，以提高药剂的电中和能力，比如聚硅酸硫酸铝，聚硅酸铁（PSF）等(王德英等, 1996)。高分子无机絮凝剂在污水处理中具有絮凝颗粒密度大，投加量少、容易沉降、具有优越的去除色度和浊度的效果等，但对于污泥的脱水而言，存在絮凝效果不稳定，添加量大，对污泥后续处理有影响等缺点，特别是与有机高分子絮凝剂比较的情况下。

有机絮凝剂是指天然的或人工合成的高分子聚合电解质，可使液体中分散的细粒固体形成絮凝物。天然有机絮凝剂有动物胶，蛋白质、淀粉和藻朊酸钠等，它们均属于蛋白质或多糖类化合物；合成有机絮凝剂有阳、阴、非离子聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚乙烯亚胺、聚乙烯吡啶盐等。从絮凝剂溶解后粒子所带的电荷来看，可以分为阳、阴、非、两性离子型4类。从结构上可以分为以下三种类型：（1）高分子量丙烯酰胺共聚物絮凝剂；（2）分子量范围大的阳离子-季胺型絮凝剂；（3）低分子量聚胺型絮凝剂。有机高分子絮凝剂具有投加量少，絮凝能力强，絮体粗大且沉降性能好，不易产生浮渣，絮凝沉降的同时还能去除悬浮物和油，适应性强等优点，但存在两大缺点，一是有机高分子絮凝剂的残余单体具有较大生物毒性，能致癌、致畸和致突变，这些缺点限制了它的应用范围；其二是，至目前为止，有机高分子絮凝剂难以在不与其他絮凝剂或者助凝剂存在的情况下单独使用，单独使用高分子有机絮凝剂脱水的泥饼含水率较高，一般污泥的含水率达到80%左右就难以再下降。

微生物絮凝剂根据制作絮凝剂来源的不同，可分为微生物细胞絮凝剂、微生物提取物质絮凝剂、微生物新陈代谢产物絮凝剂和利用克隆技术获得的絮凝剂四类。它的来源是微生物自身产生的代谢产物，或者微生物的分泌物产生的代谢产物。微生物絮凝剂的成分绝大多数为DNA、蛋白质等具有絮凝沉降性能的物质。它是利用微生物技术，通过细菌、真菌等微生物发酵、提取、精制而得的安全、无毒、高效的新型污泥絮凝剂(吴健和戴桂馥,1994)。微生物絮凝剂的优点：适应性强，絮凝效果好，效果稳定，污染小，毒性小，不易受外界条件的影响等。但是微生物絮凝剂还是存在原材料贵、絮凝剂产量低、投加量较大、易受有毒物质干扰、絮凝机理尚不明确等缺点(傅旭庆等,1998)。目前在污泥深度脱水工艺中单独应用较少，一般与其他药剂混合或者复配使用。

助凝剂主要是生石灰、粉煤灰以及硅藻土等固体物质。生石灰主要含量是CaO，具有强碱性，是污泥处理常用的助凝剂。可作为骨架使污泥絮体形成持久坚固的结构,在脱水时保持多孔性,阻止絮体崩溃,降低饼的可压缩性，强碱性可稳定污泥中重金属和杀灭有害细菌(杨国友等,2011)。另外，生石灰与污泥中游离水分反应的结果是：（1）消耗一部分游离水；（2）生成氢氧化钙，使污泥pH值升高；（3）反应产生的热又蒸发一部分游离水；（4）氢氧化钙再进一步和二氧化碳反应生成碳酸钙，增加固体的总量。

粉煤灰的来源是燃煤电厂的煤充分燃烧之后的废弃物，呈粉末状固体。是目前我国产生量及堆存量较大的一种固体废弃物(郭新亮,2009；任倩, 2012)。原状粉煤灰的比表面积较大，并有一些硅铝的活性位点（程磊,2013），因此当和污泥混合后对污泥絮体可起到吸附作用，并能以粉煤灰颗粒为中心形成坚硬的骨架构建体，减小污泥可压缩性，改善污泥脱水性能。使用助凝剂跟絮凝剂联用能够使污泥的脱水性能得到大幅度改善，但这些材料的使用易造成投加量大、泥饼增容，对后续处理处置有影响等缺点。

从上可知，目前的工艺技术尚未完全成熟：（1）传统无机絮凝剂的投加量大，絮凝效果不好，高分子无机絮凝剂的效果虽然较传统型有一定提高，但是较有机絮凝剂而言，还是存在投加量大，对后续处理处置有影响等缺点。（2）有机絮凝剂的投加量虽然小，但是单独使用存在脱水后泥饼含水率高，分解单体具有一定生物毒性，难以生物降解等缺点。（3）粉煤灰和生石灰等助凝剂的使用，能改变污泥颗粒与水分子的结合程度，改善污泥的脱水性能，但使用时存在投加量过大，容易造成泥饼增容，对后续处理处置有影响等问题。（4）生物絮凝剂虽然对浓缩污泥有较好的脱水效果，但由于本身的一些缺点限制了其实际应用范围。

因而，就活性污泥的深度脱水而言，研究开发简单有效、生物毒性低的污泥调理药剂和深度脱水工艺是行业内的研究热点。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种简单高效、生物毒性低的活性污泥深度脱水方法，特别是一种只需添加一种有机高分子调理药剂，即可将活性污泥压滤至含水率60%以下的一种污泥深度脱水的方法。

本发明提供的活性污泥深度脱水方法，具体步骤如下,具体步骤如下：

（1）将浓缩池中的污泥排入搅拌调理罐中；

（2）在污泥中加入适量含有脒基的阳离子高分子絮凝剂，搅拌使其混合均匀，之后再排入板框压滤机中压滤，即可得到含水率低于60%的泥饼。

步骤（1）中，浓缩池中的污泥的含水率一般为96%至99%。

步骤（2）中，含水率低于60%的压滤泥饼外运处理处置，压滤出水进可入污水处理系统处理或者回流至污水处理厂处理。

本发明中，所述的含有脒基的阳离子高分子絮凝剂，其分子量不大于300万，分子结构中含有脒基（HN=CNH2）。加入含有脒基的阳离子高分子絮凝剂的方法是，将脒基有机物与水混合，配置成浓度为0.1%~1%wt的混合液体，直接添加到污泥调理池中混合均匀即可。含有脒基的阳离子高分子絮凝剂，其添加量为污泥干基的0.1%至1.0%。在一定程度上，药剂添加量越大污泥脱水效果越好，但添加量多会增加污泥压滤的成本。

本发明中，所述的脒基有机物优选为聚乙烯脒化合物。

本发明的有益效果是，只需添加一种脒基有机高分子污泥调理剂，与常规的污泥深度脱水的方法相比较，不需要添加石灰等干基物质，调理工艺简单，可以直接从浓缩池污泥压至含水率60%以下的泥饼，压滤后的泥饼热值没有损失，并且对后续焚烧资源化利用工艺没有腐蚀或者尾气超标等不良影响；并且，由于采用了高分子絮凝剂，在污泥调理过程中污泥中的恶臭不会挥发，因而减少了压滤车间对恶臭处理的需求。

一般地，污泥的比阻可以反映出污泥出水和压滤的难易程度，因而现在大部分的污泥处理厂都是采用的添加化学药剂的方法降低污泥的比阻。目前常用的污泥调理剂为三氯化铁、三氯化铝、聚合氯化铝、聚合硫酸铁以及石灰、粉煤灰等，但是它们都有一定的弊端。三氯化铁处理后的污泥虽然可以进行压滤，但压滤后的污泥中含有较多的氯离子，污泥焚烧后尾气含有氯离子容易腐蚀锅炉。如果以硫酸盐絮凝剂作为调理剂，则污泥焚烧过程中硫酸根与碳发生还原反应产生二氧化硫气体，增加了大气治理的难度。而本发明添加有机絮凝剂则避免了上述诸多的弊端。

本发明在研发过程中比较了聚乙烯脒与无机调理剂三氯化铁、三氯化铝调理污泥后活性污泥的比阻变化情况，见图2所示。

由图2可知，三氯化铁、三氯化铝与本发明优选的脒基有机化合物均可以提高污泥的沉降性能，其对污泥脱水性能的比较如下：脒基絮凝污泥>三氯化铁絮凝污泥>三氯化铝絮凝污泥，而且添加较少量的脒基化合物絮凝剂就能有效降低污泥的比阻。

污泥中添加有机调理药剂可能会对生物具有一定的毒性，因而本专利发明人采取发光细菌检测法来检测含有脒基（HN=CNH2）有机化合物对污泥当中微生物活性的影响。该方法一般是利用明亮的发光杆菌、费氏孤菌作为指示生物，当与絮凝剂中的有毒有害物质接触后，发光强度会随着毒性浓度的变化而变化，一般它们之间呈负相关的关系，即毒性越大发光强度越小。检测结果如图3所示。

由图3可知，聚乙烯脒絮凝剂具有一定的生物毒性，其对发光细菌的半致死浓度为393.1mg/L，当它的浓度为125mg/L以下时几乎无毒性。当它的浓度为500mg/L以上时，对于微生物的毒性较大。一般的絮凝剂的添加量为污泥量的千分之一到百分之一，以此计算，若污泥浓度为7g/L，则添加的絮凝剂的量为7-70mg/L，远远低于125mg/L，可以看出含有脒基（HN=CNH2）有机化合物对微生物基本上不呈现毒性。

利用有机脒基絮凝剂作为污泥深度脱水的调理剂，突破了目前污泥深度脱水工艺繁杂、采用无机调理剂易产生恶臭、对后续焚烧处理有影响等弊端：

（1）本发明与传统的污泥深度脱水技术相比，本发明只需添加一种有机污泥调理剂，即可完成污泥的调理进而进行污泥的深度脱水，添加的药剂量少，工艺简单，可减少污泥的药剂罐与调理罐等设备投资；

（2）采用本发明深度脱水后的污泥泥饼含水率低，对后续焚烧处置利用没有不良影响；

（3）本发明中药剂添加量低对压滤出水处理工艺中的微生物没有毒性，压滤出水可以排入污水处理系统中采用生物处理而不影响其处理效果。

附图说明

图1为本发明活性污泥深度脱水方法流程图示。其中，A为污泥浓缩池，B为调理搅拌罐，C为板框压滤机，1为压滤出水，2为压滤泥饼。

图2 不同絮凝剂浓度对污泥比阻的影响。

图3 脒基化合物絮凝剂浓度和微生物抑制率间的关系。

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述本发明。

本发明活性污泥深度脱水方法的操作流程如图1所示：

（1）将污水处理厂中污泥浓缩池A中含水率为99%至96%的污泥排入污泥搅拌调理罐B中；

（2）药剂溶解池D中溶解稀释后的适量含有脒基的阳离子高分子絮凝剂，加入污泥搅拌调理罐B中，与浓缩污泥充分搅拌混合后，再排入板框压滤机C中压滤，即能得到含水率低于60%的的污泥泥饼；

（3）压滤后含水率低于60%的压滤泥饼2外运处理处置，压滤出水1进如污水处理系统处理或者回流至污水处理厂处理。

实施例1

取浙江某污水处理厂浓缩池污泥，含水率约为96%，污泥中加入浓度为0.1%的聚乙烯脒溶液，添加量为污泥干基量的0.8%，，在搅拌罐中搅拌10min后污泥形成絮体。将絮凝后的污泥排入板框压滤机中，压榨一定时间后，开板，压滤出来的污泥泥饼自动下落，取不同泥饼位置中污泥测含水率，测得含水率为58.5%。

实施例2

取上海某污水处理厂浓缩池污泥，含水率约为95.5%，污泥中加入浓度为0.1%聚乙烯脒溶液，添加量为污泥干基量的1.0%，在搅拌罐中搅拌10min后污泥形成絮体。将絮凝后的污泥排入板框压滤机中，压榨一定时间后，开板，压滤出来的污泥泥饼自动下落，取不同泥饼位置中污泥测含水率，测得含水率为56.0%。