一种针对不同污水处理厂剩余污泥脱水的方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种针对不同污水处理厂剩余污泥脱水的方法及装置，本发明采用超声波和芬顿反应联合处理剩余污泥，使污泥中EPS被破坏，细胞壁和细胞膜被破坏导致细胞水溶出，剩余污泥脱水性能大大增强，经过板框压滤后剩余污泥含水率能够降低到60%，同时芬顿试剂投加量和酸的投加量能够大大降低。经试验证明，本发明不仅具有对污水处理厂的适应性十分普遍、能有效增强剩余污泥脱水性能的优点，而且还具有结构简单、制作成本低、使用维护都方便的优点。
【专利说明】
一种针对不同污水处理厂剩余污泥脱水的方法及装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种针对不同污水处理厂剩余污泥脱水的方法及装置，属于市政工程及环境工程技术领域。
【背景技术】
[0002]污水处理厂在活性污泥处理污水过程中，由于同化有机物使得微生物过量繁殖，部分活性污泥回流到生化池中，过量微生物繁殖产生的剩余污泥成分复杂，含水率高，微生物活性大。传统的混凝剂预处理增大污泥颗粒，然后通过板框压滤，真空抽滤等方式实现污泥脱水的目的。
[0003]大量的研究表明剩余污泥中的菌胶团包含的水分无法通过简单的污泥脱水方式去除，菌胶团中的胞外聚合物(EPS)成分束缚了大量的水分，因此破坏胞外聚合物(EPS)结构，使得EPS中被束缚的水分能够释放出来对提高污泥脱水性能起到极大的作用。芬顿反应在反应过程中产生OH.氧化性极强，能够破坏EPS结构，使得EPS中糖类，蛋白质，水分能够释放出来，从而提高脱水性能;超声波是弹性介质中的一种机械波，频率为10?15kHz，超声波在处理污泥过程中会发生空化现象，产生的空化气泡瞬间破碎会发出剪切力从而能够破解污泥中微生物细胞，从而使得污泥脱水性能提高。
[0004]因此，采用超声波联合芬顿反应强化剩余污泥脱水就显得十分具有可行性，然而实际污泥脱水实践表明，芬顿反应需要投加大量的酸，Fe2+离子和H2O2,不仅工程经济无法承受，同时，产泥量大，处理费用高。如申请号为201510709116.7公开了一种污水深度处理芬顿法污泥的资源化利用方法，其中提到了 Fe2+投加量控制在1000mg/L，产泥量是城市污水处理厂产泥量的五倍，处理费用大大增加。
[0005]针对我国长江水流域污水处理厂剩余污泥有机物含量大，黄河流域污水处理厂剩余污泥有机物含量偏低，同时生物活性低，因此H2O2投加量相对于长江流域污水处理厂剩余污泥处理过程中肯定需要减少，但是针对不同区域污水处理厂剩余污泥采用芬顿反应过程中如何确定芬顿试剂投加量还没有有效确定的方法和技术。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于，提供一种针对不同污水处理厂剩余污泥脱水的方法及装置，为不同污水处理厂找到一种提高剩余污泥脱水效率的方法，同时优化污水处理过程中芬顿试剂和酸的投加量，节约污泥脱水所需费用并降低产泥量，从而克服现有技术的不足。
[0007]本发明的技术方案是这样实现的:
本发明的一种针对不同污水处理厂剩余污泥脱水的方法为，该方法是在超声波的作用下采用芬顿反应强化剩余污泥的脱水效果;并在芬顿反应过程中控制Fe2+、H2S04和H2O2的投加量，具体做法是依次保持以上三个参数中的其中一个不变，通过调节另外两个参数的大小，获得板框压滤脱水后的水分去除率，分别建立Fe2+不变时的三维响应曲面、H2SO4不变时的三维响应曲面和H2O2不变时的三维响应曲面;然后运用方差分析软件对上述三个三维响应曲面进行分析后生成模型方程:
Y=aiXi+a2X2+a3X3+ai2XiX2+ai3XiX3+anXi2+a22X22+a23X2X3+a33X32
模型方程:Y表示经过板框压滤后剩余污泥的水分去除率，用百分数表示；
示剩余污泥中Fe2+的浓度值；当投入的Fe2+发生变化时，剩余污泥中Fe2+的浓度值也随着变化；
X2表示剩余污泥的pH值;当投入的酸发生变化时，剩余污泥的pH值也随着变化；
X3表示指剩余污泥中H2O2的浓度值；当投入的H2O2发生变化时，剩余污泥中的H2O2的浓度值也随着变化；
31、32、33、311、312、313、322、323和333均表示剩余污泥性质的指标参数，当剩余污泥确定后a1、a2、a3、an、ai2、ai3、a22、a23#Pa33i$);
当不同污水处理厂需要对剩余污泥进行脱水时，只需要将表示剩余污泥性质的指标参数已1、32、33、311、312、313、322、323和333代入模型方程，并输入预定的经过板框压滤后剩余污泥的水分去除率Y即可计算出Fe2+、H2S04和H2O2的最佳投加量;实现提高剩余污泥脱水效率节约污泥脱水所需费用和降低产泥量的目的。
[0008]前述方法中，所述超声波的强度不小于100W，超声波的频率控制在10?15kHz，超声波的作用时间控制在I?2小时。
[0009]用于上述方法的本发明的一种针对不同污水处理厂剩余污泥脱水的装置为，包括生化预处理池，在生化预处理池上设有超声波发生器和搅拌桨，并且超声波发生器和搅拌桨能够插入装在生化预处理池内的待处理剩余污泥中，搅拌桨与电机连接。
[0010]由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，本发明采用超声波和芬顿反应联合处理剩余污泥，使污泥中EPS被破坏，细胞壁和细胞膜被破坏导致细胞水溶出，剩余污泥脱水性能大大增强，经过板框压滤后剩余污泥含水率能够降低到60%，同时芬顿试剂投加量和酸的投加量能够大大降低。经试验证明，本发明不仅具有对污水处理厂的适应性十分普遍、能有效增强剩余污泥脱水性能的优点，而且还具有结构简单、制作成本低、使用维护都方便的优点。
【附图说明】
[0011]图1是本发明所用装置的结构示意图；
图2是Fe2+不变时的三维响应曲面照片；
图3是H2SO4不变时的三维响应曲面照片；
图4是H2O2不变时的三维响应曲面照片。
[0012]图中的标记为:1_生化预处理池、2-待处理剩余污泥、3-超声波发生器、4-电机、5-搅拌桨。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制。
[0014]本发明的一种针对不同污水处理厂剩余污泥脱水方法是在超声波的作用下采用芬顿反应强化剩余污泥的脱水效果;超声波的强度不小于100W，超声波的频率控制在10?15kHz，超声波的作用时间控制在I?2小时。并在芬顿反应过程中控制Fe2+、H2S04和H2O2的投加量，具体做法是依次保持以上三个参数中的其中一个不变，通过调节另外两个参数的大小，获得板框压滤脱水后的水分去除率，分别建立Fe2+不变时的三维响应曲面(图2) ,H2SO4不变时的三维响应曲面(图3)和H2O2不变时的三维响应曲面(图4);然后运用方差分析(ANOVA)软件对上述三个三维响应曲面进行分析后生成模型方程:Y=aiXi+a2X2+a3X3+ai2XiX2+ai3XiX3+anXi2+a22X22+a23X2X3+a33X32
模型方程:Y表示经过板框压滤后剩余污泥的水分去除率，用百分数表示；
示剩余污泥中Fe2+的浓度值；当投入的Fe2+发生变化时，剩余污泥中Fe2+的浓度值也随着变化；
X2表示剩余污泥的pH值;当投入的酸发生变化时，剩余污泥的pH值也随着变化；
X3表示指剩余污泥中H2O2的浓度值；当投入的H2O2发生变化时，剩余污泥中的H2O2的浓度值也随着变化；
31、32、33、311、312、313、322、323和333均表示剩余污泥性质的指标参数，当剩余污泥确定后a1、a2、a3、an、ai2、ai3、a22、a23#Pa33i$);
当不同污水处理厂需要对剩余污泥进行脱水时，只需要将表示剩余污泥性质的指标参数已1、32、33、311、312、313、322、323和333代入模型方程，并输入预定的经过板框压滤后剩余污泥的水分去除率Y即可计算出FeS04、H2S04和H2O2的最佳投加量;实现提高剩余污泥脱水效率节约污泥脱水所需费用和降低产泥量的目的。
[0015]用于上述方法的本发明的一种针对不同污水处理厂剩余污泥脱水的装置，包括生化预处理池1，在生化预处理池I上设有超声波发生器3和搅拌桨5，并且超声波发生器3和搅拌桨5能够插入装在生化预处理池I内的待处理剩余污泥2中，搅拌桨5与电机4连接。
[0016]本发明所用的超声波发生器3和搅拌桨5可直接采用市场上出售的成品装置进行安装。
[0017]本发明采用响应面曲线法建立芬顿反应参数与剩余污泥脱水效果的关系，从而通过响应面曲线探究不同污水处理厂剩余污泥的芬顿反应最佳条件，其中以Fe2+浓度，pH值，H2O2浓度为变化参数，分别以X1, X2，X3代表，以经过板框压滤后剩余污泥含水率降低百分数为相应参数Y，建立模型方程，大量的国内外研究表明剩余污泥含水率降低百分数和芬顿试剂投加量的二次方成正相关，因此模型方程拟定如下:
Y=aiXi+a2X2+a3X3+ai2XiX2+ai3XiX3+anXi2+a22X22+a23X2X3+a33X32
通过大量的正交现场脱水试验结果，运用(ANOVA)分析软件得出模型方程中参数，针对不同污水处理厂的生化性质不同，特别是剩余污泥中有机质的含量差别很大，运行该方程得出不同污水处理厂的芬顿反应参数，从而得到芬顿反应的最佳Fe2+，pH值，H2O2浓度。根据进水流量，从而计算出最佳Fe2+，酸，H2O2的最佳投加量。
[0018]由于超声波破碎剩余污泥细胞过程中，声强增大，破碎程度越大，但是声强过大会导致空化泡在声波的负压下长得很大，致使空化泡崩溃不充分，从而降低了剪切力对剩余污泥中EPS结构和微生物细胞的破坏作用，同时超声波探头功率太大会导致探头空化腐蚀严重，因此剩余超声波发生器功率采用100W，产生的超声波频率为15kHz。
[0019]实施例1
如图1所示，在生化预处理池I中，超声波发生器3发出的超声波频率为15kHz，超声波发生器功率为100W，在超声波作用1.5小时下，空化泡产生又崩溃产生的剪切力起到破坏剩余污泥EPS和微生物细胞结构的作用。同时，在生化预处理池I中投加不同比例的H2O2,Fe2+，同时投加稀硫酸调节待处理剩余污泥2的pH值，搅拌桨5在电机4的带动下不断搅动，从而实现芬顿试剂和剩余污泥的混合均匀，增强芬顿反应强度，先进氧化工艺芬顿反应生产的0H.能够破坏EPS结构中蛋白质、多糖等结构，同时OH.能够破坏剩余污泥中微生物的细胞膜和细胞壁从而能够分别使得EPS和微生物中水分能够更容易被释放，从而提高了剩余污泥的脱水性能。
[0020]实施例2
江苏盐城某化工厂的剩余污泥在脱水过程中，15kHz超声波和芬顿反应处理2小时，采用芬顿反应强化剩余污泥脱水效果，在剩余污泥芬顿反应调节过程中，建立响应面曲线法探测芬顿反应最佳反应条件。芬顿反应过程中，控制Fe2+投加量、H2SO4投加量和H2O2投加量任何一个参数不变，通过调节另外两个因素的大小，根据现场芬顿反应参数和板框压滤脱水效果，建立三维响应面曲线如图2?4，然后运用方差分析(ANOVA)软件生成模型方程，根据图中数据拟合，最终得到模型方程为
Y = 7.63 + 12.57Xi + 6.28X2 - 3.91X3 + 4.48Χι2 - 5.32X32 + 7.43ΧιΧ2 +3.15XiX3 - 0.75X2X3 R2=0.956
从方程中可见，拟合系数R2达到95.6%，拟合系数数值越接近I，表明该方程能够很好的符合脱水效率和芬顿实际投加量的关系，具有很好的运用价值。可见该方程具有较强的准确性和适用性。针对该污水处理厂生化特性，得出最佳PH为2.3，同时最佳投加量分别为:422克H2O2浓液/千克剩余污泥;302克Fe2+浓液/千克剩余污泥。
【主权项】
1.一种针对不同污水处理厂剩余污泥脱水的方法，其特征在于:该方法是在超声波的作用下采用芬顿反应强化剩余污泥的脱水效果；并在芬顿反应过程中控制FeS04、H2S04和H2O2的投加量，具体做法是依次保持以上三个参数中的其中一个不变，通过调节另外两个参数的大小，获得板框压滤脱水后的水分去除率，分别建立Fe2+不变时的三维响应曲面、H2SO4不变时的三维响应曲面和H2O2不变时的三维响应曲面;然后运用方差分析(ANOVA)软件对上述三个三维响应曲面进行分析后生成模型方程:Y=aiXi+a2X2+a3X3+ai2XiX2+ai3XiX3+anXi2+a22X22+a23X2X3+a33X32 模型方程:Y表示经过板框压滤后剩余污泥的水分去除率，用百分数表示； Xi表示剩余污泥中Fe2+的浓度值;当投入的Fe2+发生变化时，剩余污泥中Fe2+的浓度值也随着变化； X2表示剩余污泥的pH值;当投入的酸发生变化时，剩余污泥的pH值也随着变化； X3表示指剩余污泥中H2O2的浓度值；当投入的H2O2发生变化时，剩余污泥中的H2O2的浓度值也随着变化； 31、32、33、311、312、313、322、323和333均表示剩余污泥性质的指标参数，当剩余污泥确定后a1、a2、a3、an、ai2、ai3、a22、a23#Pa33i$); 当不同污水处理厂需要对剩余污泥进行脱水时，只需要将表示剩余污泥性质的指标参数&1、&2、&3、&11、&12、&13、&23和a33代入模型方程，并输入预定的经过板框压滤后剩余污泥的水分去除率Y即可计算出Fe2+、H2S04和H2O2的最佳投加量;实现提高剩余污泥脱水效率节约污泥脱水所需费用和降低产泥量的目的。2.根据权利要求1所述针对不同污水处理厂剩余污泥脱水的方法，其特征在于:所述超声波的强度不小于I OOff，超声波的频率控制在1?15kHz，超声波的作用时间控制在I?2小时。3.—种用于权利要求1或2所述方法的针对不同污水处理厂剩余污泥脱水的装置，包括生化预处理池(1)，其特征在于:在生化预处理池(I)上设有超声波发生器(3)和搅拌桨(5)，并且超声波发生器(3)和搅拌桨(5)能够插入装在生化预处理池(I)内的待处理剩余污泥(2)中，搅拌桨(5)与电机(4)连接。
【文档编号】C02F11/06GK105906184SQ201610413788
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月14日
【发明人】张奎
【申请人】中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司