本发明属于脱水材料及应用领域，特别涉及一种活性污泥深度脱水材料及其应用。
背景技术：
随着我国城镇化步伐的不断推进以及污水治理要求日趋严格，城镇污水处理厂的数量和规模迅速提升。由住房和城乡建设部公布的《2015年城乡建设统计公报》指出，相比2010年，2015年全国城市及县镇污水处理厂数量增加了41.9％，污水厂的日处理能力提高了36.5％，达1.7亿立方米/天。以万吨污水产6.75吨湿污泥计(含水率80％)，则2015年全年的湿污泥产量超过4千万吨。未来几年，全国的城镇污泥产量将持续快速增加，预计到2020年，城镇湿污泥产量将达到6000万～9000万吨。截至2015年，我国城镇污泥的无害化处理率为56％，急需深入加强污泥的处理和处置。
污泥经浓缩和机械脱水之后，自由水分得以脱除，污泥体积大幅下降。但污水处理厂所排放的湿污泥中仍然约含有80％的水分，达不到资源化利用的要求。传统的热力干化虽然干化速度快、干化效果明显，但能耗非常高。近年来发展起来的深度脱水法是通过对污泥进行改性，使污泥中的微生物细胞破壁，使得胞内结合水得以释放，通过机械压滤使得污泥的含水率降至60％以下。目前的污泥细胞破壁方法可分为物理法、化学法和生物法，典型的物理法包括超声处理、机械研磨和高温加热处理等，其主要缺点是能耗高，脱水增效不明显；典型的化学法包括臭氧氧化、酸碱处理和芬顿试剂法等，其特点是破壁效果明显，但药剂对设备腐蚀严重，运行成本高；生物法即采用生物酶降解污泥细胞，主要缺点是周期跨度长。由于这些方法都存在不同程度的缺陷，因此均未实现大规模的工业推广应用。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种活性污泥深度脱水材料及其应用，本发明是将纳米管材料加入活性污泥中，在常温或加热条件下将污泥培养60～180min，并对活性污泥施加一定的机械搅拌，使得活性污泥细胞在纳米管作用下发生解构破碎，释放胞内结合水，从而大幅提高污泥脱水性能的方法；本发明工艺简单、反应温度低、运行成本低、低能耗、无设备腐蚀性。
本发明的一种活性污泥深度脱水材料，活性污泥深度脱水材料为管径小于50nm，长径比为50-1000:1的纳米管。
所述纳米管为碳纳米管、硅纳米管中的一种。
优选所述纳米管的管径为2～10nm，长径比为50～250：1。
本发明的一种活性污泥深度脱水材料的应用，纳米管材料用于活性污泥深度脱水，具
体方法包括：
将污泥置于容器中，向污泥中加入纳米管，然后在30-100℃条件下，搅拌培养60～180min。
所述污泥为机械脱水之前的浓缩污泥，含水率介于90～98％。
污泥为活性污泥，为是指市政或工业污水处理厂所产生的含大量活性微生物细菌的污泥。
所述纳米管和污泥的比例为100～1000mg：1l。
纳米管加入方式为：纳米管同分散剂、溶剂混合后，经超声振荡分散均匀后再加入活性污泥中。
所述溶剂为水、乙醇或异丙醇；分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚氨基甲酸乙酯、op系列表面活性剂、十二烷基硫酸钠或十六烷基三甲基溴化。
30-100℃并搅拌培养60～180min后，进行脱水干燥，其中可以采用传统的机械压滤设备进行脱水干燥，如：皮带压滤机、螺旋压榨机、板框压滤机等。
本发明具体为：(1)将污泥置于带搅拌容器中，向污泥中加入纳米管材料，其添加量为10～1000(mg纳米管)/(l活性污泥)；2)将污泥温度保持在30～100℃范围，并连续搅拌和培养60～180min；3)在污泥溶液中，纳米管对活性污泥细胞进行穿刺破碎，释放污泥内部结合水分，使得污泥自由水分含量提高，脱水性能优化；4)利用传统机械压滤设备将培养好的活性污泥进行脱水干燥。
本发明提出了一种基于纳米管进行活性污泥微生物细胞破壁的方法，其原理是利用纳米管超大的长径比(50～1000)和超细的管径(<50nm)，在微观条件下纳米管像针一样穿刺微生物细胞，从而破坏结构，释放胞内水，从而大幅提高脱水性能。由于本方法既没有传统物理法的高能耗，也没有传统化学法的强腐蚀性，因此具有广阔的应用潜力。
有益效果
本方法利用纳米管超大的长径比(50～1000)和超细的管径(<50nm)，在微观条件下纳米管像针一样穿刺微生物细胞，从而破坏结构，释放胞内水，从而大幅提高脱水性能，由于本方法既没有传统物理法的高能耗，也没有传统化学法的强腐蚀性，因此具有广阔的应用潜力。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
1)称取来自污水处理厂的活性污泥100ml，含水率95％左右，加入到容量为250ml的烧杯中；
2)称取100mg的单壁碳纳米管和3mg的聚乙烯吡咯烷酮放入容量为50ml的烧杯中，向烧杯中加入蒸馏水50ml；
3)将盛有碳纳米管的烧杯置于超声波清洗仪中，在常温下超声60min；
4)将超声后的碳纳米管溶液倒入活性污泥中，并搅拌均匀；
5)将盛有污泥的烧杯放置在金属加热平板上，加热板的温度控制在40℃；
6)利用搅拌器对烧杯中的活性污泥进行连续搅拌120min，搅拌轴转速为250rpm；
7)搅拌完成后，测定污泥经单壁碳纳米管处理后的比阻为0.76×10-12m/kg；
8)作为对比，称取同样质量但不含碳纳米管的活性污泥在相同条件下搅拌120min，测定其污泥比阻为0.99×10-12m/kg。由此表明，经单壁碳纳米管处理后污泥的比阻下降了23.2％，污泥脱水性能得到了显著提高；
9)对处理后的污泥进行板框压滤脱水干燥，脱水后污泥含水率降为69％。
实施例2
1)称取来自污水处理厂的活性污泥100ml，含水率95％左右，加入到容量为250ml的烧杯中；
2)称取500mg的单壁碳纳米管和15mg的聚乙烯吡咯烷酮放入容量为50ml的烧杯中，向烧杯中加入蒸馏水50ml；
3)将盛有碳纳米管的烧杯置于超声波清洗仪中，在常温下超声60min；
4)将超声后的碳纳米管溶液倒入活性污泥中，并搅拌均匀；
5)将盛有污泥的烧杯放置在金属加热平板上，加热板的温度控制在40℃；
6)利用搅拌器对烧杯中的活性污泥进行连续搅拌120min，搅拌轴转速为250rpm；
7)搅拌完成后，测定污泥经单壁碳纳米管处理后的比阻为0.65×10-12m/kg；
8)由此表明，当增加单壁碳纳米管的添加量后，处理后污泥的比阻(相比原始污泥的0.99×10-12m/kg)下降了34.3％，污泥脱水性能得到了进一步提升。(作为对比的，相应的对比值也要补充)
9)对处理后的污泥进行板框压滤脱水干燥，脱水后污泥含水率降为65％。
实施例3
1)称取来自污水处理厂的活性污泥100ml，含水率95％左右，加入到容量为250ml的烧杯中；
2)称取100mg的单壁碳纳米管和3mg的聚乙烯吡咯烷酮放入容量为50ml的烧杯中，向烧杯中加入蒸馏水50ml；
3)将盛有碳纳米管的烧杯置于超声波清洗仪中，在常温下超声60min；
4)将超声后的碳纳米管溶液倒入活性污泥中，并搅拌均匀；
5)将盛有污泥的烧杯放置在金属加热平板上，加热板的温度控制在80℃；
6)利用搅拌器对烧杯中的活性污泥进行连续搅拌120min，搅拌轴转速为250rpm；
7)搅拌完成后，测定污泥经单壁碳纳米管处理后的比阻为0.62×10-12m/kg；
8)作为对比，称取同样质量但不含碳纳米管的活性污泥在相同条件下搅拌120min，测定其污泥比阻为0.92×10-12m/kg，经单壁碳纳米管处理后污泥的比阻下降了32.6％。由此表明，在相同的碳纳米管添加量下，提高污泥温度可以进一步促进污泥脱水性能的提高。
9)对处理后的污泥进行板框压滤脱水干燥，脱水后污泥含水率降为67％。