本发明涉及一种脱水方法，特别是涉及一种减量化的污泥脱水方法。
背景技术：
污泥是污水处理的产物，主要来源于初次沉淀池、二次沉淀池等工艺环节。由于富含有机物、微生物、胶体等成分，每万m3污水经处理后污泥产生量(按含水率80％计)一般约为5-10t。2011年，住建部和发改委联合发布的《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南》中指出，我国污泥处置应符合“稳定化、减量化和无害化处理”的要求。由于含水率高(90-99％)、产量巨大，我国污泥处置能力面临重大考验。因此，污泥处理首要的问题便是如何深度脱水和产量减量。
污泥中水可依据不同的结合强度由小到大依次为自由水，毛细水，表面水，结合水(包含化学结合水、聚合物网状结构束缚水和细胞内水)。机械脱水只能脱除大部分的自由水，而毛细水，表面水，结合水则只能在特殊方法处理后才能脱除。目前，污泥减量处理方式有厌氧消化、好氧发酵、水热法等处理技术。然而，经厌氧消化、好氧发酵处理后的污泥仍存在以下问题：1.污泥存量仍然较大。2.污泥含水率仍然高达84％以上，且用常规方法难以继续脱除水分。水热法处置污泥需在较高温度(160-180℃)范围内和特殊的水热装置中进行，不能在常温、常规条件下深度处理污泥。因此，开发一种能够在常温、常规条件下，具有显著减量化的污泥深度脱水处理方法势在必行。
基于上述现状，开发一种能够在常温、常规条件下，具有显著减量化的污泥深度脱水处理方法势在必行。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于，提供一种减量化的污泥脱水方法，所要解决的技术问题是减少污泥中的含水量，同时减少污泥的质量，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
依据本发明提出的一种减量化的污泥脱水方法，包括，步骤一，向污泥中加入氧化剂；步骤二，向污泥中加入调理剂，并调节污泥的pH值至1-7，所述的调理剂为表面活性剂和/或混凝剂；步骤三，向污泥中加入助剂；离心、压滤，得到深度脱水处理后的污泥。本发明所述的助剂，具有特定的分子结构，可以在污泥中形成骨架结构，为水分的流出提供通道。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的一种减量化的污泥脱水方法，在步骤一之前，计算污泥中的干基重量A，所述的干基重量A等于污泥总重量减去污泥中水分的重量。所述的水分的重量的测试，将处理后的污泥依据《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中污泥含水率测试进行。
优选的，前述的一种减量化的污泥脱水方法，其中所述的氧化剂的加入量为50-600％A。
优选的，前述的一种减量化的污泥脱水方法，其中所述的氧化剂为双氧水或高锰酸钾。
优选的，前述的一种减量化的污泥脱水方法，将所述的双氧水配制成质量百分含量为5-30％的双氧水水溶液后再加入。
优选的，前述的一种减量化的污泥脱水方法，其中所述的调理剂的加入量为1-6％A。
优选的，前述的一种减量化的污泥脱水方法，其中所述的表面活性剂为调理剂为十六烷基三甲基溴化铵和/或十八烷基二甲基苄基季铵氯化物，所述的混凝剂为聚丙烯酰胺。
优选的，前述的一种减量化的污泥脱水方法，其中所述的助剂的加入量为5-20％A。
优选的，前述的一种减量化的污泥脱水方法，其中所述的助剂为氧化钙和/或氯化钙。
优选的，前述的一种减量化的污泥脱水方法，其中所述的压滤过程的压力为1-3kg/cm2。
借由上述技术方案，本发明一种减量化的污泥脱水方法至少具有下列优点：
1、实现了对污泥深度脱水的目的。
污泥中含有大分子有机物、微生物、胶体等成分，本发明通过依次向待处理污泥中加入氧化剂、调理剂和助剂，使微生物体内的水分和结合于化学键中的水分变为更易除去的自由水，并且助剂的加入，为污泥中水分的流动提供了通道，更加有利于水分外流，实现了深度脱水的目的。
2、在污泥深度脱水的过程中，达到了污泥减量化的目的。
氧化剂的加入，使污泥中的大分子有机物的化学键断裂，成为易溶于水或易分离的小分子物质；调理剂的加入，降低了体系表面张力和电荷特性，使得小分子物质更加容易在后续的离心、压滤过程脱除；助剂的加入，不仅为污泥中水分的脱除提供了通道，还促进了物质分解。氧化剂，调理剂和助剂的使用，实现了污泥减量的目的；在此基础上，离心和压滤可进一步脱除多余的水分，实现了污泥的深度脱水处理。
3、经过本发明脱水处理后的污泥，更加有利于对土壤环境的保护。
本发明所述的污泥脱水方法中，由于氧化剂的加入，使污泥中难处理的大分子变为易分解或易溶解的小分子，同时，水分含量小于60％，更加适用于农业应用。现代农作物生产中，由于大量化肥、农药的施用，土壤中残留了大量的难以分解的大分子有机化合物，这些化合物的存在，影响了土壤中微生物的数量和多样性，降低了土壤的环境质量。本发明，将污泥中难降解的大分子有机物在氧化剂的作用下，氧化为易溶于水或易分解的小分子物质，其中，易溶于水的小分子物质，随后续的脱水处理排出；易分解的小分子物质，易被土壤中的微生物分解利用。因此，经过本发明处理后的污泥，无论是用于农用泥质，还是经填埋处理，都更加有利于对土壤环境的保护。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种减量化的污泥脱水方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
本发明一种减量化的污泥脱水方法，包括，步骤一，向污泥中加入氧化剂；步骤二，向污泥中加入调理剂，并调节污泥的pH值至1-7，所述的调理剂为表面活性剂和/或混凝剂；步骤三，向污泥中加入助剂；离心、压滤，得到深度脱水处理后的污泥。
污泥中含有大分子有机物、微生物、胶体等成分。本发明提供了一种污泥深度脱水，并且使污泥减量的处理方法，其中(1)氧化剂的加入，一方面使污泥中的大分子有机物的化学键断裂，成为易溶于水或易分离的小分子物质，在后续的离心和压滤过程中脱除，达到减量的目的；另一方面，氧化剂使污泥中微生物的细胞膜破裂，使结合于微生物细胞中的水分流出，变为更易除去的自由水，进而除去了微生物中的水分。(2)污泥中含有大量的化学结合水、聚合物网状结构束缚水，调理剂的加入，使污泥中的化学结合水和束缚水脱离化学键和网状结构的束缚，使分在在污泥中的小的水分子凝聚，易于从污泥中流出。(3)助剂的加入为污泥提供了特定的支架结构，为污泥中水分的流出提供了通道。以改变污泥电荷特性和增强氧化剂氧化效果，改善污泥脱水性能。
进一步的，在步骤一之前，计算污泥中的干基重量A，所述的干基重量A为污泥总重量减去污泥中的水分重量之后剩余物质的重量。
氧化剂、调理剂和助剂，主要作用于污泥中的干基物质，因此，计算污泥中干基物质的重量，有利于确定氧化剂、调理剂和助剂的最佳加入量，使其即充分发挥作用，又不至于浪费资源。
进一步的，所述的氧化剂的加入量为50-600％A。
氧化剂的加入，一方面，使干基中大分子有机物的化学键断裂，另一方面，使干基中微生物的细胞膜破裂。由于氧化剂同时作用于干基中的两种物质，且这两种物质的在干基中的含量较大，因此，氧化剂的加入量不宜低于50％A，否则氧化和杀菌效果不彻底，进而影响脱水和减量的效果；并且，氧化剂的加入量不宜大于600％A，否则，剩余的氧化剂增加了后续离心和压滤过程的负荷，并且，会使后续加入的调理剂失去效果，进而影响脱水的效果。
进一步的，所述的氧化剂为双氧水或高锰酸钾。
双氧水的氧化性强，可以氧化污泥中的大分子有机物，使其化学键断裂；并且，双氧水具有杀菌效果，可以破坏污泥中微生物的细胞膜，使结合在微生物细胞中的水流出，变为可脱去的自由水；再者，双氧水的结构式为H2O2，结构式简单，发生氧化作用后的产物为水和氧气，没有杂质生成。因为氧化剂的加入量较大，为干基污泥的50-600％A，若氧化剂在氧化过程中生成杂质，则为后续杂质的去除增加负担。
进一步的，将双氧水制成质量百分含量为5-30％的双氧水水溶液后再加入。
双氧水为粘稠状液体，直接加入浓度较大的双氧水水溶液，虽然额外添加的水分少，但由于其粘度大的特性，不易于在污泥中快速、均匀分散，同时，污泥也具有一定的粘度，因此，需进一步调整加入的双氧水水溶液的浓度，以协调双氧水在污泥中分散均匀的速率与外加水分之间的关系。本发明双氧水水溶液的浓度不宜小于5％，否则外加水分过多，为后续脱水增加负担；另外，双氧水的浓度不宜大于30％，否则，双氧水的粘度过大，不利于其在污泥中快速分散。
进一步的，将上述氧化处理后的污泥在65-80℃条件下进行加热处理。
污泥中大分子有机物和微生物种类较多，无法具体计算，通常需要多加部分氧化剂，使其氧化效果完全，但剩余未反应的氧化剂会影响后续加入的调理剂的作用的发挥，因此，需要进行加热处理，使多余的氧化剂分解。
进一步的，所述的调理剂的加入量为1-6％A。
本发明调理剂的加入，可以改善污泥内部的表面张力和分子的电荷特性，进一步使污泥中的化学结合水和束缚水脱离化学键和网状结构的束缚，使其在后续的干燥过程中去除，但是，需要严格控制调理剂的加入量，否则容易在搅拌过程中产生气泡，为后续的脱水处理增加困难。
进一步的，所述的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵和/或十八烷基二甲基苄基季铵氯化物，所述的混凝剂为聚丙烯酰胺。
进一步的，所述的助剂的加入量为5-20％A。
本发明所述的助剂，可以为作为支架，分散在不规则的污泥中，这种支架作用，为水分的流出提供了特定的通道，有利于后续的脱水处理。
进一步的，所述的助剂为氧化钙和/或氯化钙。
选择氧化钙作为助剂，一方面，其具有较强的吸水作用，可以吸收污泥中的部分水分，变为具有特定骨架结构的氢氧化钙，由于此时污泥中水分含量较大，且氧化钙的加入量较小，所以在水分较多的情况下，氢氧化钙不会结块，只是溶解在污泥中，作为支架，并且，后续的加热处理，使氢氧化钙分解，脱去其吸收的那一部分水分；氯化钙在有水的条件下，生成二水氯化钙，也具有特定的骨架结构，并且，在加热条件下，易将其中的结合水去除。
进一步的，所述的压滤过程的压力为1-3kg/cm2。
在具有一定的压力条件下压滤，可以提高压滤的效率，但本发明压滤过程的压力不宜过大，否则会破坏其中的骨架架构，使压滤过程不彻底。
本发明适用于污水处理厂的污泥、河湖淤泥及其他含有机质或微生物的底泥等所有含有可以被本发明所述的氧化剂氧化的分子或微生物的污泥。
实施例1
取湿基污泥23.0139g(含水率84.855％，干基折算后重量为3.4855g)(北京清河污水处理厂污泥，加入70g质量分数为10％的双氧水水溶液(氧化剂的质量为干基质量的200％)，在磁力搅拌30min后，得到第一混合物。
再次，向第一混合物中加入0.07g的调理剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)(调理剂的质量为干基质量的2％)，通过2mol/L的HCl溶液和2mol/L的NaOH溶液调节pH=5.8，在磁力搅拌30min后，得到第二混合物。
之后，向第二混合物中加入0.7g的助剂氧化钙(助剂的质量为干基质量的20％)，在磁力搅拌30min后，得到第三混合物。将第三混合物经过离心，在2kg/cm2的压力下压滤10min后，得到处理后的污泥；再将处理后的污泥置入100-105℃的烘箱中烘干以测试其含水率。
测试结果表明，本实施例污泥质量消减率α=69.08％，污泥实现了显著的减量化处理。污泥含水率为53.83％，与处理前84.855％相比，含水率已大为降低，足以满足农用泥质含水率≤60％的要求。
实施例2
取湿基污泥34.7834g(含水率84.855％，干基折算后重量为5.2679g)(北京清河污水处理厂污泥)，加入106g质量分数为10％的双氧水水溶液(氧化剂的质量为干基质量的200％)，在磁力搅拌30min后，得到第一混合物。
再次，向第一混合物中加入0.05g的调理剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)(调理剂的质量为干基质量的1％)，通过2mol/L的HCl溶液和2mol/L的NaOH溶液调节pH=4，在磁力搅拌30min后，得到第二混合物。
之后，向第二混合物中加入0.26g的助剂氧化钙(助剂的质量为干基质量的5％)，在磁力搅拌30min后，得到第三混合物。将第三混合物经过离心，在2kg/cm2的压力下压滤10min后，得到处理后的污泥；再将处理后的污泥置入100-105℃的烘箱中烘干以测试其含水率。
测试结果表明，本实施例污泥质量消减率α=82.16％，污泥实现了显著的减量化处理。污泥含水率为54.75％，与处理前84.855％相比，含水率已大为降低。
实施例3
取湿基污泥27.7461g(含水率84.855％，干基折算后重量为4.2021g)(北京清河污水处理厂污泥)，加入168g质量分数为10％的双氧水水溶液(氧化剂的质量为干基质量的400％)，在磁力搅拌30min后，得到第一混合物。
再次，向第一混合物中加入0.17g的调理剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)(调理剂的质量为干基质量的4％)，通过2mol/L的HCl溶液和2mol/L的NaOH溶液调节pH=4，在磁力搅拌30min后，得到第二混合物。
之后，向第二混合物中加入0.84g的助剂氧化钙(助剂的质量为干基质量的20％)，在磁力搅拌30min后，得到第三混合物。将第三混合物经过离心，在2kg/cm2的压力下压滤10min后，得到处理后的污泥；再将处理后的污泥置入100-105℃的烘箱中烘干以测试其含水率。
测试结果表明，本实施例污泥质量消减率α=81.23％，污泥实现了显著的减量化处理。污泥含水率为59.28％，与处理前84.855％相比，含水率已大为降低。
本发明中所述的数值范围包括此范围内所有的数值，并且包括此范围内任意两个数值组成的范围值。例如，“调理剂的加入量为1％-6％A”，此数值范围包括1％-6％A之间所有的数值，并且包括此范围内任意两个数值(例如：2％A、3％A)组成的范围值(2％-3％A)；本发明所有实施例中出现的同一指标的不同数值，可以任意组合，组成范围值。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。