一种利用臭氧/混凝剂/疏水性聚氨酯改善污泥脱水性能的方法与流程

本发明属于城市污水厂剩余污泥处理处置技术领域，涉及一种改善污水处理厂剩余污泥脱水性能的方法，具体为一种利用臭氧/混凝剂/疏水性聚氨酯改善污泥脱水性能的方法。

背景技术：

随着我国城市化进程的日益加快，人民生活水平的不断提高，城市人口与日俱增，城市生活污水排放量日益增长，城镇的污水处理压力日益严重。污泥作为城市污水处理厂生物处理过程中的副产物，如果其不能得到有效妥善的处理，易对环境造成严重的污染。剩余污泥的急剧增加给环境带来巨大压力。另外，污泥中含有的恶臭物质、病原体、持久性有机物、重金属等污染物从水体转移到陆地，导致污染物进一步扩散，污泥的处理与处置问题日趋严峻。

剩余污泥的含水率通常高达99％以上，为了减少污泥处置过程中运输等成本，提高污泥后续的处置效率，有必要对污泥进行脱水处理，以期大幅减小体积。而污泥是亲水性物质，脱水难度大，所以必须对其进行预处理，以改善污泥的脱水性能。经过调理处理后的污泥经离心或压滤脱水后可得到含水率为75％～85％的泥饼。目前污泥的调理方法主要包括：物理调理、化学调理和生物调理的方式。主要是通过破解污泥絮体，导致微生物细胞裂解，促使污泥絮体中的间隙水和胞内物质及水分的释放等方式提高污泥脱水性能。研究表明，单一的污泥调理方式对改善污泥脱水性能效果有限，因此联合调理方法成为污泥脱水调理的研究热点。公开号为cn108328905a的中国专利申请公开了一种污泥脱水调理剂及其使用方法。该专利提出通过聚合氯化铝、三氯化铁和磷酸氢二钾以一定配比，利用其协同作用，改善污泥脱水性能。该专利中聚合氯化铝和三氯化铁同具有絮凝和沉降作用，不能很好的发挥各自的优点，且絮体结构的凝实会堵塞污泥压滤过程中水分释放的通道，导致污泥脱水性能不佳；另外磷的引入影响后续污泥的处理处置。wang等(2018)研究发现，以污泥基活性炭作为骨架，结合阳离子型聚丙烯酰胺的絮凝作用，可有效改善厌氧消化污泥的脱水性能。该调理方法，效果明显，但其过程复杂，并且其中的污泥基活性炭的制备需要高温热解，总的能耗和调理成本较高，并且该专利没有进行氧化破坏絮体及微生物细胞膜等的作用，无法使污泥中的内部水释放出来，不能有效的提高污泥脱水性能。

技术实现要素：

本发明旨在针对现有污泥调理中污泥eps结构破坏效果不佳、污泥絮体内结合水释放及调理后污泥脱水效果不显著等问题，提供一种利用臭氧/混凝剂/疏水性聚氨酯改善污泥脱水性能的方法，具体为一种氧化破解-絮体重建-水分通道构建的调理方法，使得污泥脱水后泥饼含水率降低至45％-65％，具有费用较低、适用范围广、各调理步骤明确、操作方便、降低污泥后续处置费用等优点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种利用臭氧/混凝剂/疏水性聚氨酯改善污泥脱水性能的方法，利用臭氧的强氧化性和混凝剂的絮凝作用，结合疏水性聚氨酯的水分通道构建作用，有效降低处理后泥饼的含水率，减少污泥体积，具体包括以下步骤：

s1、取原始污泥重力沉降后去掉上清液，并过筛去掉悬浮物；

s2、将臭氧以微气泡形式通入步骤s1处理后的污泥内，并进行一段时间反应；

s3、将混凝剂与步骤s2处理后的污泥均匀混合，并进行一段时间搅拌反应；

s4、向步骤s3处理后的污泥中投加疏水性聚氨酯材料，混合均匀后，进行脱水，得泥饼。

本发明采用的疏水性聚氨酯材料，具有良好的弹性及孔隙率，在污泥脱水压缩过程中，易在聚氨酯材料内部形成许多毛细管的通道，避免因为脱水污泥压实造成污泥脱水难度逐渐增大。

优选地，步骤s1中，所述原始污泥包括市政污水处理厂产生的污泥及工业废水通过生物处理以后产生的污泥。

优选地，步骤s1中，所述重力沉降时间为6-10h。

优选地，步骤s1中，所述过筛去掉悬浮物的步骤中，采用的筛网的孔径分别为10和50目。

更优选地，所述过筛去掉悬浮物的步骤中，先过10目筛网，再过50目筛网。

优选地，步骤s2中，所述臭氧的投加浓度为30-60mg/g污泥干重，所述反应时间为30-60min。

优选地，步骤s3中，所述混凝剂包括pac、pfs和pam中的至少一种，所述混凝剂的加入量为0.1-0.25g/g污泥干重。

优选地，步骤s3中，所述搅拌反应包括：先在200-300r/min转速下搅拌1-3min，然后在20-60r/min转速下搅拌5-8min。该搅拌反应是为了先通过快速短时间搅拌，将污泥絮体破开，使所述混凝剂溶解至液相中，然后对污泥表面电荷进行中和作用；而后在慢速长时间的搅拌条件，使污泥慢慢恢复絮体重建，增大粒径。如果后期搅拌转速过高，容易再次破坏污泥絮体结构，对污泥脱水不利。

优选地，步骤s4中，所述疏水性聚氨酯材料的粒径范围为0.5-2cm，投加量占污泥总体积的15％-35％。

优选地，步骤s4中，所述脱水的方法选自带式脱水、电脱水、板框脱水、真空抽滤脱水中的至少一种。

优选地，步骤s4中，所述泥饼的含水率为45-65％。

本发明的原理是：通过微气泡臭氧的氧化、混凝剂的絮凝与电荷中和作用实现污泥的适度破解、絮体重构与粒度增长，实现结合水向自由水的转化以及污泥颗粒的絮凝，而后疏水性聚氨酯材料的添加，构建污泥絮体中水分的流动通道，使污泥脱水性能得到改善。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)该调理方法费用低，适用范围广。此方法中的混凝剂如pac和水分通道构建材料—疏水性聚氨酯材料均为比较常见、价格低廉的材料，反应条件温和，对含水率95％以上的市政污泥均有较好的效果。

(2)臭氧/混凝剂/疏水性聚氨酯材料的协同调理方法可有效提高市政污泥脱水性能。本发明专利充分考虑了该3种处理手段的协同效应，有效改善了污泥的结构和特性，显著提高了污泥的脱水性能。具体为首先通过臭氧的氧化作用，适度破解污泥絮体结构及细胞膜，释放更多的结合水，再以pac为例，利用pac的絮凝作用和正电荷中和作用，进行污泥絮体结构重建，增大污泥粒径大小，并使结合水转变为自由水，最后通过疏水性聚氨酯材料的水通道构建，使自由水在脱水单元能够更加快速自由的沥出，改善污泥脱水性能。

(3)通过微气泡臭氧处理，可有效提高臭氧的氧化效率，节约成本。臭氧是一种绿色污染的强氧化剂，对环境造成的副作用小，同时可实现污泥的减量化，大大减少脱水后的污泥体积。

(4)通过该污泥调理方法，可是调理后污泥经过脱水单元后泥饼含水率快速降至65％以下，污泥减量化明显，大大降低脱水后污泥后续的运输和处理处置费用及存放空间。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明中臭氧/混凝剂/疏水性聚氨酯调理污泥的技术工艺图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施实例1：

本实施实例处理的待脱水污泥采集于上海市闵行区某生活污水处理厂，该污水处理厂采用a²o工艺对市政污水进行处理，处理工艺如图1所示。待脱水污泥采集于二沉池。该污泥取回后经过重力沉降8h，过10目和50目筛网，污泥含水率为99.5％。以微气泡的形式向污泥中通入浓度为30mg/g干污泥的臭氧，反应30min，进行污泥絮体和细胞破解；然后往污泥中加入0.25g/g干污泥的pac，以300r/min的速度搅拌1min，再在60r/min的速度下搅拌5min，促进污泥絮体的重建和结合水的释放；将粒径为2cm的疏水性聚氨酯材料加入到处理后的污泥溶液中，体积比为15％，混合均匀后转至真空抽滤装置中，以0.6mpa的压力进行抽滤，抽滤时间为15min。收集脱水后的污泥，用重量法测定其含水率为65％。

实施实例2：

本实施实例处理的待脱水污泥采集于上海市闵行区某生活污水处理厂，该污水处理厂采用a²o工艺对市政污水进行处理。待脱水污泥采集于二沉池。该污泥取回后经过重力沉降8h，过10目和50目筛网，污泥含水率为98.5％。以微气泡的形式向污泥中通入浓度为60mg/g干污泥的臭氧，反应60min，进行污泥絮体和细胞破解；然后往污泥中加入0.15g/g干污泥的pac，以200r/min的速度搅拌3min，再在20r/min的速度下搅拌8min，促进污泥絮体的重建和结合水的释放；将粒径为1cm的疏水性聚氨酯材料加入到处理后的污泥溶液中，体积比为35％，混合均匀后转至真空抽滤装置中，以0.6mpa的压力进行抽滤，抽滤时间为15min。收集脱水后的污泥，用重量法测定其含水率为60％。

实施实例3：

本实施实例处理的待脱水污泥采集于上海市闵行区某生活污水处理厂，该污水处理厂采用a²o工艺对市政污水进行处理。待脱水污泥采集于二沉池。该污泥取回后经过重力沉降8h，过10目和50目筛网，污泥含水率为99.3％。以微气泡的形式向污泥中通入浓度为40mg/g干污泥的臭氧，反应35min，进行污泥絮体和细胞破解；然后往污泥中加入0.2g/g干污泥的pac，以250r/min的速度搅拌2min，再在40r/min的速度下搅拌6min，促进污泥絮体的重建和结合水的释放；将粒径为0.5cm的疏水性聚氨酯材料加入到处理后的污泥溶液中，体积比为30％，混合均匀后转至真空抽滤装置中，以0.6mpa的压力进行抽滤，抽滤时间为15min。收集脱水后的污泥，用重量法测定其含水率为45％。

实施实例4：

本实施实例处理的待脱水污泥采集于上海市闵行区某生活污水处理厂，该污水处理厂采用a²o工艺对市政污水进行处理。待脱水污泥采集于二沉池。该污泥取回后经过重力沉降8h，过10目和50目筛网，污泥含水率为98.9％。以微气泡的形式向污泥中通入浓度为35mg/g干污泥的臭氧，反应45min，进行污泥絮体和细胞破解；然后往污泥中加入0.1g/g干污泥的pac，以200r/min的速度搅拌2min，再在45r/min的速度下搅拌7min，促进污泥絮体的重建和结合水的释放；将粒径为1.5cm的疏水性聚氨酯材料加入到处理后的污泥溶液中，体积比为15％，混合均匀后转至真空抽滤装置中，以0.6mpa的压力进行抽滤，抽滤时间为15min。收集脱水后的污泥，用重量法测定其含水率为55％。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。