污泥脱水方法与流程

1.本发明属于污泥处理技术领域，具体涉及一种污泥脱水方法。


背景技术：

2.污泥脱水是指将流态的原生、浓缩污泥脱除水分、转化为半固态或固态泥块的一种污泥处理方法。由于水分与污泥颗粒结合的特性，采用机械方法脱除具有一定的限制，只能获得20-30％含固率的污泥，其仍具有流动性，处理难度和成本较高。
3.采用零价铁联合氧化剂用于污泥脱水是目前较为新颖的方法之一，有利于破坏污泥的结构，从而达到脱水的效果。但是该方法的脱水效率仍有待提高。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种污泥脱水方法，旨在解决现有零价铁联合氧化剂用于污泥脱水时存在的脱水效率不高的技术问题。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供了一种污泥脱水方法，其包括如下步骤：
6.提供原始零价铁、酸溶液、氧化剂和污泥；
7.将所述原始零价铁与所述酸溶液进行混合加热处理，经固液分离，得到改性零价铁；
8.将所述改性零价铁和所述氧化剂与所述污泥进行混合处理、脱水处理，得到脱水污泥。
9.作为本发明石污泥脱水方法的一种优选技术方案，所述酸溶液选自稀硫酸、稀盐酸、稀硝酸中的至少一种。
10.作为本发明污泥脱水方法的一种优选技术方案，所述酸溶液的浓度为0.03-0.05mol/l。
11.作为本发明污泥脱水方法的一种优选技术方案，将所述原始零价铁与所述酸溶液进行混合加热处理的步骤中，所述所述零价铁与酸溶液的质量比为1:(8-10)。
12.作为本发明污泥脱水方法的一种优选技术方案，所述混合加热处理的温度为55-60℃，时间为10-30min。
13.作为本发明污泥脱水方法的一种优选技术方案，所述气体碳源的通入流量为0.5sccm-50sccm。
14.作为本发明污泥脱水方法的一种优选技术方案，将所述改性零价铁和所述氧化剂与所述污泥进行混合处理的步骤中，所述改性零价铁的添加重量占所述污泥中污泥干重重量的1
‰‑2‰
。
15.作为本发明污泥脱水方法的一种优选技术方案，将所述改性零价铁和所述氧化剂与所述污泥进行混合处理的步骤中，所述氧化剂的添加重量占所述污泥中污泥干重重量的0.4
‰‑
0.5
‰
。
16.作为本发明污泥脱水方法的一种优选技术方案，将所述改性零价铁和所述氧化剂
与所述污泥进行混合处理的步骤中，所述混合处理的搅拌速度为100rpm-150rpm，搅拌时间为5min-10min。
17.作为本发明污泥脱水方法的一种优选技术方案，所述脱水处理是在4mpa-5mpa的条件下压滤10-20min。
18.作为本发明污泥脱水方法的一种优选技术方案，所述氧化剂选自过氧化物、过硫酸盐、高锰酸盐中的至少一种。
19.原始零价铁材料具有核壳结构，即核心为金属铁，外层附有少量铁氧化物。本发明通过对原始零价铁与酸溶液进行混合加热处理，可以使原始零价铁表面的铁氧化物进行反应生成fe
3+
，同时零价铁核与酸溶液反应生成fe
2+
，得到包括有不同价态(零价铁、fe
2+
、fe
3+
)的铁氧体结构。该改性零价铁与氧化剂用于污泥脱水，一方面，铁氧化物与酸溶液反应生成的fe
3+
，以及零价铁核与酸溶液反应生成的fe
2+
均具有絮凝作用，不仅能够使污泥颗粒在絮凝作用下变为较大的颗粒，而且可以使污泥中的胞外聚合物(eps)释放到液体中，从而改善污泥的脱水性能；另一方面，零价铁核与酸溶液反应生成的fe
2+
有利于与氧化剂发生芬顿反应，提升污泥脱水效率。因此，本发明提供的污泥脱水方法中，通过将原始零价铁与酸溶液进行混合加热处理，不仅可以改善污泥的脱水性能，而且可以提高其与氧化剂的污泥脱水效率，有利于实现污泥的深度脱水。
附图说明
20.图1为本发明其中一实施例提供的污泥脱水方法的流程及反应机理示意图。
具体实施方式
21.为使本发明实施例的目的、技术方案和技术效果更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。结合本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行；所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
22.在本发明的描述中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b的情况。其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
23.在本发明的描述中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a、b、c、a-b(即a和b)、a-c、b-c、或a-b-c，其中a、b、c分别可以是单个，也可以是多个。
24.需要理解的是，本发明实施例中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本发明实施例相关组分的含量按比例放大或缩小均在本发明公开的范围之内。具体地，本发明实施例中所述的重量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
25.另外，除非上下文另外明确地使用，否则词的单数形式的表达应被理解为包含该词的复数形式。术语“包括”或“具有”旨在指定特征、数量、步骤、操作、元件、部分或者其组合的存在，但不用于排除存在或可能添加一个或多个其它特征、数量、步骤、操作、元件、部分或者其组合。
26.本发明实施例提供了一种污泥脱水方法，其包括如下步骤：
27.s1、提供原始零价铁、酸溶液、氧化剂和污泥；
28.s2、将原始零价铁与酸溶液进行混合加热处理，经固液分离，得到改性零价铁；
29.s3、将改性零价铁和氧化剂与污泥进行混合处理、脱水处理，得到脱水污泥。
30.现有理论认为，胞外聚合物的空间结构固着性eps(b-eps)和溶解性eps(s-eps)，其中，固着性eps又分为松散附着的外层(lb-eps)和紧密附着的内层(tb-eps)。这些胞外聚合物由多糖、蛋白质等高分子物质组成，具有高度亲水特性，因此难以将污泥彻底实现固液分离。本发明实施例通过对原始零价铁与酸溶液进行混合加热处理，可以使原始零价铁表面的铁氧化物进行反应生成fe
3+
，同时零价铁核与酸溶液反应生成fe
2+
，得到改性零价铁。该改性零价铁与氧化剂用于污泥脱水，一方面，铁氧化物与酸溶液反应生成的fe
3+
，以及零价铁核与酸溶液反应生成的fe
2+
均具有絮凝作用，不仅能够使污泥颗粒在絮凝作用下变为较大的颗粒，而且可以使污泥中的胞外聚合物(eps)释放到液体中，从而改善污泥的脱水性能；另一方面，零价铁核与酸溶液反应生成的fe
2+
有利于与氧化剂发生芬顿反应，提升污泥脱水效率。因此，本发明实施例提供的类芬顿氧化法用于污泥脱水处理，通过将原始零价铁与酸溶液进行混合加热处理，不仅可以改善污泥的脱水性能，而且可以大幅提高其与氧化剂的污泥脱水效率，有利于实现污泥的深度脱水。
31.图1示出了本发明实施例提供的污泥脱水方法的流程及反应机理。具体地，s1中，原始零价铁(pristine zvi)具有核壳结构，其核心为金属铁，外层包裹一层铁氧化物。
32.酸溶液，在本发明实施例中用于对原始零价铁进行改性处理，从而使改性零价铁与氧化剂联用时，改善污泥的脱水性能，并提高污泥脱水效率。在一些实施例中，酸溶液选自稀硫酸、稀盐酸、稀硝酸中的至少一种，优选较易形成硫酸亚铁的稀硫酸。
33.在一些实施例中，选择浓度为0.03-0.05mol/l的稀硫酸溶液，可以促进芬顿氧化作用，并提供电子用于污泥eps的脱出。
34.氧化剂，可以与零价铁共同作用发生类芬顿氧化反应。芬顿反应是fe
2+
与氧化剂发生反应产生大量自由基，进而引发一系列自由基链式反应。本发明实施例所用的氧化剂可选择本领域常规的氧化剂。在一些实施例中，氧化剂选自过氧化物、过硫酸盐、高锰酸盐中的至少一种。这几种氧化剂的氧化性较强，同时成本较低，有利于降低污泥脱水的成本，提高脱水效率。
35.s2中，通过将原始零价铁与酸溶液进行混合加热处理(即“热酸处理”)，对原始零价铁进行改性，使原始零价铁表面的铁氧化物与酸溶液反应生成fe
3+
，零价铁核与酸溶液反应生成fe
2+
。所得改性零价铁(tazvi)中含有fe0、fe
3+
fe
2+
。在一些实施例中，将原始零价铁与酸溶液进行混合加热处理的步骤中，零价铁与酸溶液的质量比为1:(8-10)，保持了硫酸根能与fe
2+
形成硫酸亚铁。
36.在一些实施例中，将原始零价铁与酸溶液进行混合加热处理时，混合加热处理的温度为55-60℃，加热可提高反应效率，加速污泥eps的脱出，时间为10-30min。
37.原始零价铁与酸溶液进行混合加热处理后，通过固液分离，所得固体为改性零价铁。其中，固液分离的方法可以采用本领域常规的方法，包括但不限于过滤、离心等。在一些实施例中，固液分离后还包括将改性零价铁进行干燥处理的步骤。在一具体实施例中，将改性零价铁在-60℃下真空冷冻干燥24h，冷冻干燥可避免零价铁的过度氧化。
38.s3中，将改性零价铁和氧化剂与污泥进行混合处理的过程中，改性零价铁中的fe
2+
和fe
3+
具有絮凝作用，不仅能够使污泥颗粒在絮凝作用下变为较大的颗粒，而且可以使污泥中的胞外聚合物释放到液体中，从而有效降低污泥中胞外聚合物的含量，改善污泥的脱水性能，促进加入氧化剂后的脱水效果。与此同时，fe
2+
与氧化剂发生芬顿反应生成fe
3+
与羟基、硫酸根或二氧化锰的混合物，并作用于污泥，实现对污泥的高效脱水。fe
2+
与氧化剂发生芬顿反应的反应式如下：
39.fe
2+
+氧化剂(h2o2、s2o
82-、mno
4-)
→
fe
3+
+(
·
oh、so
4-、mno2)
40.在一些实施例中，改性零价铁的添加重量占污泥中污泥干重重量的1
‰‑2‰
。
41.在一些实施例中，氧化剂的添加重量占污泥中污泥干重重量的0.4
‰‑
0.5
‰
。
42.在一些实施例中，将改性零价铁和氧化剂与污泥进行混合处理的步骤中，混合处理的搅拌速度为100rpm-150rpm，搅拌时间为5min-10min。
43.在一些实施例中，脱水处理是在4mpa-5mpa的条件下超高压压滤10-20min。
44.为使本发明上述实施细节和操作能清楚地被本领域技术人员理解，以及本发明实施例污泥脱水方法的进步性能显著的体现，以下通过以下实施例来举例说明上述技术方案。
45.实施例1
46.本实施例提供了一种污泥脱水方法，步骤如下：
47.(11)将纳米原始零价铁与0.05m的稀硫酸溶液按照1:9的固液比进行混合，在60℃下震荡处理10min，经过滤，将所得固体在-60℃下真空冷冻干燥24h，得到改性零价铁；
48.(12)含水率为96％的浓缩污泥中加入1mg/g污泥干重的改性零价铁，以及0.4mg/g污泥干重的双氧水和进行混合，在100rpm下搅拌反应5min；
49.(13)以5mpa超高压压滤10min，得到含水率为45％的脱水污泥。
50.实施例2
51.本实施例提供了一种污泥脱水方法，步骤如下：
52.(21)将纳米原始零价铁与0.05m的稀硫酸溶液按照1:9的固液比进行混合，在60℃下震荡处理10min，经过滤，将所得固体在-60℃下真空冷冻干燥24h，得到改性零价铁；
53.(22)含水率为96％的浓缩污泥中加入2mg/g污泥干重的改性零价铁，以及0.5mg/g污泥干重的双氧水和进行混合，在100rpm下搅拌反应5min；
54.(23)以4mpa超高压压滤10min，得到含水率为47％的脱水污泥。
55.实施例3
56.本实施例提供了一种污泥脱水方法，步骤如下：
57.(31)将纳米原始零价铁与0.05m的稀硫酸溶液按照1:9的固液比进行混合，在60℃下震荡处理10min，经过滤，将所得固体在-60℃下真空冷冻干燥24h，得到改性零价铁；
58.(32)含水率为96％的浓缩污泥中加入2mg/g污泥干重的改性零价铁，以及0.5mg/g污泥干重的双氧水和进行混合，在100rpm下搅拌反应5min；
59.(33)以5mpa超高压压滤10min，得到含水率为42％的脱水污泥。
60.实施例4
61.本实施例提供了一种污泥脱水方法，步骤如下：
62.(41)将纳米原始零价铁与0.05m的稀硫酸溶液按照1:9的固液比进行混合，在60℃下震荡处理10min，经过滤，将所得固体在-60℃下真空冷冻干燥24h，得到改性零价铁；
63.(42)含水率为96％的浓缩污泥中加入2mg/g污泥干重的改性零价铁，以及0.6mg/g污泥干重的双氧水和进行混合，在100rpm下搅拌反应5min；
64.(43)以5mpa超高压压滤10min，得到含水率为42％的脱水污泥。
65.实施例5(是否改成对比例)
66.本实施例提供了一种污泥脱水方法，步骤如下：
67.(51)将纳米原始零价铁与0.05m的稀盐酸溶液按照1:9的固液比进行混合，在60℃下震荡处理10min，经过滤，将所得固体在-60℃下真空冷冻干燥24h，得到改性零价铁；
68.(52)含水率为96％的浓缩污泥中加入2mg/g污泥干重的改性零价铁，以及0.5mg/g污泥干重的双氧水和进行混合，在100rpm下搅拌反应5min；
69.(53)以5mpa超高压压滤10min，得到含水率为50％的脱水污泥。
70.实施例6(是否改成对比例)
71.本实施例提供了一种污泥脱水方法，步骤如下：
72.(61)将纳米原始零价铁与0.05m的稀硝酸溶液按照1:9的固液比进行混合，在60℃下震荡处理10min，经过滤，将所得固体在-60℃下真空冷冻干燥24h，得到改性零价铁；
73.(62)含水率为96％的浓缩污泥中加入2mg/g污泥干重的改性零价铁，以及0.5mg/g污泥干重的双氧水和进行混合，在100rpm下搅拌反应5min；
74.(63)以5mpa超高压压滤10min，得到含水率为48％的脱水污泥。
75.对比例1
76.本对比例提供了一种污泥脱水方法，步骤如下：
77.(71)含水率为96％的浓缩污泥中加入1mg/g污泥干重的改性零价铁，以及0.4mg/g污泥干重的双氧水和进行混合，在100rpm下搅拌反应5min；
78.(72)以4mpa超高压压滤10min，得到含水率为55％的脱水污泥。
79.对比例2
80.(81)将纳米原始零价铁与0.05m的柠檬酸溶液按照1:9的固液比进行混合，在60℃下震荡处理10min，经过滤，将所得固体在-60℃下真空冷冻干燥24h，得到改性零价铁；
81.(82)含水率为96％的浓缩污泥中加入1mg/g污泥干重的改性零价铁，以及0.4mg/g污泥干重的双氧水和进行混合，在100rpm下搅拌反应5min；
82.(83)以4mpa超高压压滤10min，得到含水率为56％的脱水污泥。
83.对比例3
84.(91)含水率为96％的浓缩污泥中，加入1mg/g污泥干重的原始零价铁、0.05m的柠檬酸溶液、以及0.4mg/g污泥干重的双氧水，且原始零价铁与柠檬酸溶液的质量比为1:9，在100rpm下搅拌反应5min；
85.(92)以4mpa超高压压滤10min，得到含水率为55％的脱水污泥。
86.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并
不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。