一种选择性氧化的浓泥固结深度脱水方法与流程

本发明属于市政脱水污泥和污泥坑老污泥处理领域，具体涉及一种选择性氧化的浓泥固结深度脱水方法。

背景技术：

近年来，随着我国经济的快速发展，城市污水的排放量持续增加，水处理设施建设力度加大，导致水处理过程中的必然产物-污泥的产生量不断增加。据《住房城乡建设部关于2016年第一季度全国城镇污水处理设施建设和运行情况的通报》数据显示，截至2016年3月底，全国城镇累计建成污水处理厂3910座，污水处理能力达1.67亿m³/d，污水处理量的提高必然带来污泥量增大，污水处理本质上是污染物质在水中降解转化后迁移至污泥中的过程，且行业内仍存留“重水轻泥”思想。根据国家统计局公布的《2015年国民经济和社会发展统计公报》显示，截至2015年底，污泥产量达到3500万吨(含水率以80%计)，预计2020年，我国的市政污泥产量将达到6000-9000万吨，因此污水厂污泥的减量化就成为一个焦点。

长期以来，我国很大一部分脱水污泥采取填埋方式进行处置，因此，全国各地也就普遍存在着大大小小的污泥坑和临时堆放场，这些污泥坑老污泥基本就是污水厂的脱水污泥，其含水率为78-82%，含水率高，体积大，质地软，难压实，且容易造成填埋时压实机械的凹陷打滑和填埋体的滑坡。此外，随着土地利用日趋紧张，污泥坑老污泥的减量化也日趋受到大家的关注。

脱水污泥的妥善处置方法主要有填埋、焚烧、堆肥和建材化等手段，目前影响这些手段顺利实施的最大障碍为出厂后的污泥含水率仍然过高。剩余污泥产生后含水率高达96-98%，为类似绒毛分支与絮网结构，含有大量亲水性有机质，极难脱水。目前，较成熟的污泥脱水技术主要是将剩余污泥经铁盐、铝盐、pam等絮凝剂或经电解质调理后进入板框压滤机、离心脱水机或带式压滤机等设备进行脱水，含水率降至78-82%，几乎无法达到60%以下；此外，还有热调理、冻融循环和超声调理等方式，但由于剩余污泥的主要成分仍为水且要求迅速完成脱水，使得这些调理手段难以推广。近年来，逐渐出现了在剩余污泥中添加铁离子和石灰或粉煤灰等脱水方法，并经过大型高压板框压滤可将污泥含水率降至60%以下，但缺点是处理量大且脱水后污泥量增大明显，始终无法摆脱通过加入干物质来调整含水率的嫌疑，并没有实现真正意义上的深度脱水，只有能够达到降低含水率和减容的双重效果才可以称为深度脱水。

fenton试剂作为一种简单易得价廉的高级氧化剂在降解难降解有机质、破坏eps和细胞壁等方面具有其特有的优势，可应用于高浓度有机废水处理、垃圾渗滤液处理以及微生物难降解物质处理前的预处理等方面。近年来，在实现污水处理厂污泥脱水减量化方面也出现了一些尝试，如申请号为201110087907.2公布了含水率95%以上的剩余污泥浓缩酸化后，先后采用“fenton试剂氧化+cpam絮凝”调理，经离心脱水使得最终含水率由87.7%降至79.3%；申请号为201610135493.9公布了先将脱水污泥调稀、酸化至含水率为96%-99%，相当于剩余污泥或浓缩污泥，再利用fenton进行氧化调理可以提高污泥的脱水效率；申请号为201010000269.1公布了一种利用生物法酸化后再经fenton试剂氧化改善剩余污泥脱水性能的方法，污泥比阻低于4×108s²/g，脱水后污泥含水率降至65-75%；申请号为201210449383.1公布了一种在浓缩污泥中先后经“fenton+表面活性剂+pam”联合调理后进行机械脱水，最终含水率可由87.7%降至78.2%；申请号为201110300223.6公布了在当污泥含水率在95%以上先后采用“fenton/类fenton试剂+骨架构建物”调理，前期破坏有机物改变水分形态，后期降低污泥可压缩性能充分防止排水通道堵塞，调理后污泥比阻降低率超过80%，经板框脱水后含水率可降至30-60%，可是该方法污泥量的增加十分明显，后续处理量大，成本高。

综上所述，现有fenton氧化后脱水工艺均是针对含水率96-98%的剩余污泥，存在着药剂掺量大、需要前期进行酸化、脱水设备体型较大、产生大量的酸性污泥水等缺点，因此难以大范围推广。此外，目前大部分污水厂采用先絮凝后脱水的工艺，如采用上述方式提升脱水效率可能要对原有脱水系统做出较大改动，且脱水设备负荷高、能耗大、fenton试剂对设备腐蚀严重，且应用于污泥坑老污泥进行深度脱水时，前期需要再次使用大量水调稀污泥使得含水率重新调回95%以上，可实施难度较大。

技术实现要素：

为解决现有技术的问题，本发明提供一种选择性氧化的浓泥固结深度脱水方法，针对脱水污泥和污泥坑老污泥进行深度脱水。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种选择性氧化的浓泥固结深度脱水方法，包括以下步骤：

步骤一、将选择性氧化材料与经污水处理厂絮凝脱水后的脱水污泥混匀并进行氧化反应，利用选择性氧化材料选择性氧化降解脱水污泥中阻碍脱水的eps，使脱水污泥中的结合水转化为自由水，转化率为35-40%，流动度提高88-92%，形成易于脱水的浓泥状态；

步骤二、将步骤一得到的浓泥状态的污泥输送至板框压滤机进行深度压滤脱水，得到含水量为48-55%的深度脱水污泥，所述深度脱水污泥泥饼体积为絮凝脱水后的脱水污泥泥饼体积的33-35%，为相同压力但未经氧化处理的泥饼体积的50-60%。

进一步的，步骤一中，所述污水处理厂对剩余污泥投加絮凝剂进行絮凝后再通过带式压滤机进行带式压滤脱水或通过离心压滤机进行离心脱水，形成脱水污泥，所述剩余污泥的含水率为96-98%，所述脱水污泥的含水率为78-82%，所述脱水污泥体积降为剩余污泥体积的1/4-1/10。

进一步的，步骤一中，所述选择性氧化材料为fenton试剂，包括feso4·7h2o和h2o2，所述絮凝脱水后的脱水污泥与feso4·7h2o固体粉末进行混合均匀后再投加h2o2溶液进行fenton氧化反应，用于降解脱水污泥中的eps。

进一步的，所述h2o2的投加量按摩尔比h2o2:feso4·7h2o=1.8：1-2.2:1，feso4·7h2o的投加量为40.5-49.5%ds，h2o2的投加量为0.33ml/gds。

进一步的，步骤一中，所述浓泥状态污泥的流动度为90-120mm，含水率为85-88%。

进一步的，步骤一中，所述选择性氧化材料与污水处理厂絮凝脱水后的脱水污泥通过双轴搅拌混合器进行均匀混合。

进一步的，步骤二中，所述浓泥状态污泥通过柱塞泵输送至板框压滤机进行深度压滤脱水，脱水时间为30min，压强为0.8-1.0mpa。

进一步的，所述步骤一中经絮凝脱水后得到的污泥水和步骤二中经板框压滤机压滤后得到的污泥水回收至污水处理系统进行污水处理。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供一种选择性氧化的浓泥固结深度脱水方法，针对脱水污泥或污泥坑老污泥进行二次深度脱水并将其含水率降至48-55%，与现有深度脱水技术需重新对脱水污泥进行加水调高含水率并使用铁离子和石灰等絮凝剂进行调理的方法不同，本发明无需加水便可直接进行调理，直接在脱水污泥或污泥坑老污泥中添加选择性氧化材料分解污泥中阻碍水分排出的eps等物质，将较多的细胞结合水转化为自由水，改善污泥的流动性，对于我国每年产生的近4000万吨含水率较高的脱水污泥和广泛存在的污泥坑老污泥的深度脱水具有重要的价值。

1）现有的污水厂脱水车间可以基本保持现状，可与带式压滤机或离心脱水机相配套，充分利用了前期絮凝的优势，前期脱水工艺基本保持原样，大大降低了后期接龙式深度脱水的负荷，便于污水厂投入使用；

2）第一阶段的絮凝脱水与第二阶段的fenton氧化调理的调理效果互不影响，充分体现两种调理方式组合的优势最大化，投药量小、对设备造成的腐蚀低，产生的酸性污泥水大大减少，回流处理时基本不会对污水处理系统造成较大影响；

3）污泥减量化作用明显，所掺调理药剂几乎不增加污泥干物质；

4）无需对污泥进行前期酸化，依靠fenton自身反应即可迅速达到反应所需ph值，无需前期酸化；

5）fenton试剂选择性氧化降解污泥中的关键成分-eps，添加物物料少，能够快速将污泥中的结合水转化为自由水，改善污泥的流动性，形成可以直接进行脱水的浓泥状态，提高污泥的深度脱水性能，脱水效率高，废水产生量少，在低压情况下即可快速降低污泥体积，便于输送和通过柱塞泵泵入小型板框压滤机；

6）经选择性分解后的脱水污泥经柱塞泵泵入小型板框压滤机并在油压加压下进行固结脱水，根据具体工程的要求，可以通过调整前处理加压时间及加压压力达到48-55%的脱水效果，小型板框压滤机可以独立运行，设备小、能耗低、工序简单，接龙式深度脱水功效更高，易于操作。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图；

图2是本发明与现有技术的实验结果对比图；

其中，a为未经fenton氧化处理的泥饼，b为经fenton氧化处理的泥饼。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1-2所示，一种选择性氧化的浓泥固结深度脱水方法，针对脱水污泥或污泥坑老污泥进行二次深度脱水并将其含水率降至48-55%，包括两个完全不同的阶段：第一阶段为絮凝脱水，在含水率为96-98%的剩余污泥内投放一定量的絮凝剂进行絮凝后再通过带式压滤机进行带式脱水，或通过离心压滤机进行离心脱水，实质为“水中取泥”阶段，其母体为水，脱水时的主要任务是确保较大的脱水速率，此时，污泥的渗透性为限制因素，应尽可能使得污泥保持较好的骨架，该阶段的脱水量和体积压缩量大，所需压力小，时间短，第一阶段经絮凝脱水后产生的脱水污泥进入第二阶段进行下一步处理，且产生的污泥水通过管道再次收集至污水处理系统进行回收处理；第二阶段为fenton氧化调理，实质为“泥中取水”阶段，其母体为泥，第二阶段的主要任务是确保污泥最大的脱水程度，此时，污泥水分的分布形态为限制因素，在保证足够的排水通道的情况下应尽可能促使污泥中水分由结合水向自由水转化，与第一阶段相比，该阶段污泥的脱水量及体积压缩量相对较小，所需压力大，时间长，因此需采用氧化原理改变水分形态，污泥的泥水结合势较高的根源在于污泥有机质中的糖类物质，只需对糖类物质进行针对性的降解，即可有效促进结合水转化成自由水，为此，需将fenton试剂与第一阶段得到的脱水污泥进行混合均匀，引发fenton氧化反应，形成易于脱水的浓泥状态，随后进行下一步的深度压滤脱水，形成污泥接龙式浓泥固结深度脱水工艺系统，该阶段获得的深度脱水污泥的含水率降至48-55%，远低于现有脱水工艺的含水率，且产生的污泥水可通过管道收集至污水处理系统进行回收处理。

本发明提供的选择性氧化的浓泥固结深度脱水方法不对污水处理厂现有的脱水工艺进行较大改造，而是将该工艺配套于现有脱水工艺之后，对脱水污泥或污泥坑老污泥通过添加选择性氧化的调理材料形成易于脱水的浓泥状态，无需进行再次加水和絮凝等环节，选择性氧化的调理材料以fenton试剂为主要成分，包括feso4·7h2o和h2o2，h2o2投加量按摩尔比h2o2:feso4·7h2o=1.8:1-2.2:1，feso4·7h2o的投加量为40.5-49.5%ds，h2o2的投加量为0.33ml/gds，先将feso4·7h2o与脱水污泥或污泥坑老污泥进行有效混匀，再注入h2o2引发fenton氧化反应，用于降解污泥中妨碍脱水的eps等物质，依次发挥第一阶段的絮凝脱水和第二阶段的fenton强氧化作用以达到更好的脱水效果。

剩余污泥经污水处理厂现有脱水工艺系统进行絮凝脱水后，可以保持较好的骨架和渗透性，在原有脱水工艺设备中迅速将含水率降至78-82%，得到的脱水污泥体积降为剩余污泥体积的1/4-1/10，污水处理厂无需改动第一阶段的絮凝脱水工艺系统；在第二阶段利用双轴搅拌混合器将第一阶段絮凝脱水产生的脱水污泥依次与fenton试剂的feso4·7h2o和h2o2进行均匀混合，直接通过fenton试剂快速选择性氧化降解污泥中阻碍水分排出的关键成分-eps，使得原本与eps相结合的水分转化为自由水，且无需前期酸化，流动性得以提高，形成易于脱水的浓泥状态污泥，流动度达到90-120mm，含水率为85-88%，随后利用柱塞泵将浓泥状态的污泥输送至板框压滤机进行接龙式深度压滤脱水，泥饼密度及强度加大，有利于运输和进一步处理，大大降低后续处理处置污泥的总量和费用，兼具杀菌消毒作用，板框压滤机为油压加压式在压滤类型，压力及加压时间均可根据实际需求进行调节控制，脱出的极少量污泥水可经管道收集至污水处理系统进一步处理。

实施例1

一种选择性氧化的浓泥固结深度脱水方法，工艺流程如图1所示，污水处理厂产生的含水率高达96%的剩余污泥根据现有脱水工艺系统经pam絮凝剂进行絮凝后再通过带式压滤机进行压滤脱水，得到含水率降至80%的脱水污泥，pam的投加量为0.5%ds，随后在脱水污泥内掺入可溶的feso4·7h2o固体粉末，利用双轴搅拌混合器将脱水污泥与feso4·7h2o粉末混合均匀后再注入h2o2溶液，并进一步混匀促进fenton氧化反应，选择性降解脱水污泥中的eps物质，促使结合水向自由水转化并形成易于脱水的浓泥态，流动性提高80%，feso4·7h2o的投加量为45%ds，h2o2溶液的浓度为30%，投加量为0.33ml/gds，随后利用柱塞泵将浓泥态污泥泵入小型板框压滤机，待反应超过30min开始进行固结深度脱水，设定脱水时间为30min，压强为0.8-1.0mpa，最终得到的深度脱水污泥的含水率降至50%，深度脱水污泥泥饼体积降为脱水污泥泥饼体积的35%，为相同压力但未经氧化调理的泥饼体积的50-60%，如图2所示。

实施例2

某污水处理厂的剩余污泥采用feso4絮凝剂进行絮凝，随后进行带式压滤脱水，得到含水率降至78-82%的脱水污泥，在fenton氧化调理阶段无需再掺feso4·7h2o固体粉末，只需再掺入h2o2溶液即可，h2o2与feso4·7h2o的摩尔比为2:1，余同实施例1，fe²⁺既有絮凝作用，又是后期fenton试剂的原料，由于溶解态的fe²⁺容易被空气氧化，因此掺入feso4·7h2o粉末与掺入h2o2溶液的间隔应控制在较短时间以内。

实施例3

某污泥坑老污泥经污水处理厂进行絮凝和压滤脱水，含水率降至78-82%，随后利用螺杆传送机抽出后采用双轴搅拌混合器将其与fenton试剂的feso4·7h2o固体粉末混匀后再加入h2o2溶液，进行快速氧化反应，feso4·7h2o固体粉末的投加量为150g/kg老污泥，h2o2溶液的浓度为30%，投加量为66ml/kg老污泥，污泥内的结合水转化为自由水，形成易脱水的浓泥状态，转化率为35-40%，流动度提高88-92%，然后再输送回污泥坑，采用真空预压的方式处理20d，压强设定为100kpa，最终得到的深度脱水污泥的含水率降至低于55%，泥饼体积降至絮凝脱水后污泥泥饼体积的40%以下。

本发明提供了一种既无需改动现有污水处理厂的絮凝脱水工艺系统，又能有效降低污泥含水率及其体积的接龙式深度脱水方法，现有污水处理厂出厂的脱水污泥含水率为78-82%，经本发明深度脱水处理后得到的深度脱水污泥的含水率可降至48-55%，低于现有污水处理厂出厂的脱水污泥含水率，深度脱水污泥泥饼体积为现有污水处理厂出厂的脱水污泥体积的33-35%，为未经fenton氧化处理而直接采用相同压力脱水处理后污泥泥饼体积的50-60%，减量化明显，操作简单，成本低廉，容易为污水处理厂接受，也适合在污泥坑污泥的减量化处理中得以应用，泥饼热值由于脱出更多水分的原因而得以增加，更利于后续处理处置，如焚烧、填埋、堆肥和建材化利用等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。