一种高锰酸钾破胞/氯化铁絮凝/生物碳骨架联合调理城市污泥的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于环境治理技术领域，特别涉及一种高锰酸钾破胞/氯化铁絮凝/生物碳骨架联合调理城市污泥的方法。
【背景技术】
[0002]随着经济发展和人们生活水平提高，我国大部分城市建设了集中式污水处理厂，污水处理过程中产生大量的剩余污泥，而且呈逐年高速增长的趋势。我国污泥处理由于技术、经济、环境、社会和法律等多方面的原因，约80%污水处理厂的污泥得不到妥善处理处置，造成严重的二次污染。剩余污泥含有超过97 %的水分，因此污泥的有效脱水是污泥处理的关键。剩余污泥作为一种高塑性流体，可压缩性极差，直接脱水后污泥含水率仍在90 %以上，因此需要经过调理改进其脱水性能。因此，针对我国污泥特性，开发安全、高效、经济的新型污泥强化调理技术非常重要。
[0003]城市污泥调理工艺方法很多，大体上可分为物理法、化学法和生物法三大类。污泥调理方法中的化学调理因对污泥量和污泥性质的变化有较强的适用性，且操作简便、效果好、处理周期短、投资运行费用低等得到广泛应用。通过向污泥中加入一定的絮凝剂，如有机的聚丙烯酰胺、无机的铁盐和铝盐等，在污泥菌胶团表面发生化学反应，中和污泥胶体颗粒电荷，破坏污泥的胶态结构，减少泥水之间的亲和力，调整絮体颗粒群性质及其排列状态，使絮体凝聚力增强，颗粒变大，脱水性能改善。通过向污泥中加入一些无机或有机颗粒，如木肩、粉煤灰等，作为骨架，可使泥饼保持多孔性，降低泥饼的可压缩性，从而改进污泥的脱水性能。由于污泥菌胶团网络结构非常稳定，菌胶团中存在大量的胞外聚合物，其主要成分是具有亲水性和粘性的多聚糖、蛋白质、核酸、脂质和DNA等高分子物质，胞外聚合物的存在导致污泥脱水困难。因此，采用一定的污泥破解方法，如超声波处理、Fenton氧化等都能使污泥絮体结构破碎并进一步导致细胞分解，促进胞内物质和水分的释放。单一污泥调理方法作用效果有限，因此，采用联合调理方法提高污泥脱水性能成为污泥调理的研究热点。
[0004]罗海健等人研究了有机絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺和骨架颗粒木肩联合调理城市污泥，王东升等人研究了酶破解与无机絮凝剂联合调理城市污泥，研究表明，两种方法联合调理污泥后污泥脱水性能优于单一方法调理的效果，前者由于对污泥未进行预破解，大量胞外聚合物的存在仍阻碍了污泥脱水性能的进一步提高，后者未加入骨架颗粒，在过滤脱水过程中滤饼变得越来越紧密，极大阻碍了水分的流通，因此这两种方法联合调理污泥还存在一定的局限性。目前尚无利用污泥破胞一絮体重建一骨架建立三者联合调理城市污泥的方法。本专利提出利用高锰酸钾破胞/氯化铁絮凝/生物碳骨架联合调理城市污泥的方法，高锰酸钾对污泥进行氧化破胞，氯化铁对破胞后的污泥通过静电中和作用重新絮凝，生物碳在污泥滤饼中形成骨架结构，有效提高污泥脱水性能，具有良好的经济、社会和环境的效益。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是:克服现有污泥调理技术中的不足，提供一种工艺简单、效果优良的利用高锰酸钾破胞/氯化铁絮凝/生物碳骨架联合调理城市污泥的方法。
[0006]为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案:先向污泥中加入高锰酸钾对污泥进行破胞，释放胞外聚合物中的水分，再向破胞污泥中加入无机絮凝剂氯化铁，对破胞污泥的颗粒进行絮体重构，最后加入生物碳颗粒，在污泥滤饼中构建骨架结构，进一步提高污泥的脱水性能。
[0007]本发明提出的高锰酸钾破胞/氯化铁絮凝/生物碳骨架调理城市污泥的方法，具体步骤如下:
[0008](I)在200-400r/min的搅拌条件下，向原污泥中投加15_25g/kg污泥干重的高猛酸钾，搅拌l_3min，进行污泥细胞破解；
[0009](2)在200-400r/min的搅拌条件下，向步骤⑴所述破胞污泥中继续投加138-150g/kg污泥干重的氯化铁，搅拌l_3min，促进污泥絮体的生长；
[0010](3)在20-50r/min的搅拌条件下，向步骤⑵所述絮凝污泥中继续投加50% -80%污泥干重的生物碳，搅拌2-6min，生物碳作为骨架促进污泥滤饼中的水流通道；
[0011](4)将步骤(3)所述调理后的污泥进行过滤脱水。
[0012]本发明中，步骤(I)中所述原污泥为城市污水处理厂污泥浓缩池的剩余污泥，步骤(I)中所述高锰酸钾颗粒为工业级。
[0013]本发明中，步骤(2)中所述氯化铁为工业级。
[0014]本发明中，步骤(3)中所述生物碳为城市污水处理厂剩余污泥在限氧条件下热解得到的污泥生物碳，热解温度为350-450°C，热解时间为l_2h，污泥生物碳颗粒大小为200-300 μmD
[0015]本发明的优点在于:本发明的调理剂成本低、操作方便容易，同时，高锰酸钾破胞/氯化铁絮凝/生物碳骨架联合调理通过对污泥破解、絮体重建和滤饼骨架结构的构建，全面提高污泥的脱水性能，打破之前单一方法以及两种方法联用调理污泥的局限性，经高锰酸钾破胞/氯化铁絮凝/生物碳骨架联合调理后污泥的脱水性能明显优于一种调理方法或者两种调理方法联合调理的效率。与原污泥相比，污泥比阻下降98% -99.5%，污泥净产率提高22-27倍，泥饼含水率达到62-67%。本发明操作方法简单、实用性强，对于解决污泥污染问题具有重要意义。
【具体实施方式】
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[0016]下面通过具体实施例对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。
[0017]本实施例中所用的高锰酸钾和氯化铁为工业品，所用的生物碳为长沙市第二污水处理厂剩余污泥在限氧条件下热解得到的污泥生物碳，热解温度为400°C，热解时间为lh，污泥生物碳颗粒大小为200-300 μ m，实施例1、实施例2和实施例3调理的污泥为取自长沙市第二污水处理厂的剩余污泥，原污泥含水率为98.5-99.7%。
[0018]实施例1:
[0019](I)在300r/min的搅拌条件下，向原污泥中投加18g/kg污泥干重的高锰酸钾，搅拌lmin，进行污泥细胞破解；
[0020](2)在300r/min的搅拌条件下，向步骤(I)所述破胞污泥中继续投加138g/kg污泥干重的氯化铁，搅拌lmin，促进污泥絮体的生长；
[0021](3)在30r/min的搅拌条件下，向步骤(2)所述絮凝污泥中继续投加55%污泥干重的生物碳，搅拌4min，生物碳作为骨架促进污泥滤饼中的水流通道；
[0022](4)将步骤(3)所述调理后的污泥进行过滤脱水。
[0023]所得结果如下:原污泥进行过滤，污泥比阻为7.70 X 11Vkg,污泥净产率为1.12kg/(m2h);单加高锰酸钾调理后污泥比阻为2.33X1013m/kg，污泥净产率为2.71kg/(m2h);经高锰酸钾和氯化铁联合调理后的污泥比阻为2.51 X 11Vkg,污泥净产率为
15.78kg/(m2h);用高锰酸钾、氯化铁和生物碳联合调理后的污泥比阻下降到7.45XlO1Vkg，污泥净产率上升到28.90kg/(m2h)，滤饼含水率由原污泥的92.15%下降到64.93%。
[0024]实施例2:
[0025](I)在350r/min的搅拌条件下，向原污泥中投加20g/kg污泥干重的高锰酸钾，搅拌2min，进行污泥细胞破解；
[0026](2)在350r/min的搅拌条件下，向步骤⑴所述破胞污泥中继续投加140g/kg污泥干重的氯化铁，搅拌2min，促进污泥絮体的生长；
[0027](3)在40r/min的搅拌条件下，向步骤(2)所述絮凝污泥中继续投加60%污泥干重的生物碳，搅拌5min，生物碳作为骨架促进污泥滤饼中的水流通道；
[0028](4)将步骤(3)所述调理后的污泥进行过滤脱水。
[0029]所得结果如下:原污泥进行过滤，污泥比阻为5.37 X 11Vkg,污泥净产率为
1.51kg/(m2h);单加高锰酸钾调理后污泥比阻为1.04X1013m/kg，污泥净产率为3.88kg/(m2h);经高锰酸钾和氯化铁联合调理后的污泥比阻为1.26 X 11Vkg，污泥净产率为
16.51kg/(m2h);用高锰酸钾、氯化铁和生物碳联合调理后的污泥比阻下降到5.99X 11Vkg，污泥净产率上升到35.0lkg/ (m2h)，滤饼含水率由原污泥的90.72%下降到63.90%。
[0030]实施例3:
[0031](I)在400r/min的搅拌条件下，向原污泥中投加22g/kg污泥干重的高锰酸钾，搅拌3min，进行污泥细胞破解；
[0032](2)在400r/min的搅拌条件下，向步骤(I)所述破胞污泥中继续投加146g/kg污泥干重的氯化铁，搅拌3min，促进污泥絮体的生长；
[0033](3)在40r/min的搅拌条件下，向步骤(2)所述絮凝污泥中继续投加70%污泥干重的生物碳，搅拌6min，生物碳作为骨架促进污泥滤饼中的水流通道；
[0034](4)将步骤(3)所述调理后的污泥进行过滤脱水。
[0035]所得结果如下:原污泥进行过滤，污泥比阻为8.89 X 11Vkg,污泥净产率为
1.06kg/(m2h);单加高锰酸钾调理后污泥比阻为3.79X1013m/kg，污泥净产率为2.17kg/(m2h);经高锰酸钾和氯化铁联合调理后的污泥比阻为3.03 X 11Vkg,污泥净产率为13.55kg/(m2h);用高锰酸钾、氯化铁和生物碳联合调理后的污泥比阻下降到8.36XlO1Vkg，污泥净产率上升到26.80kg/(m2h)，滤饼含水率由原污泥的93.23%下降到66.47%。
【主权项】
1.一种高锰酸钾破胞/氯化铁絮凝/生物碳骨架联合调理城市污泥的方法，其特征在于具体步骤如下: (1)在200-400r/min的搅拌条件下，向原污泥中投加15_25g/kg污泥干重的高猛酸钾，搅拌l_3min，进行污泥细胞破解； (2)在200-400r/min的搅拌条件下，向步骤(1)所述破胞污泥中继续投加138_150g/kg污泥干重的氯化铁，搅拌l_3min，促进污泥絮体的生长； (3)在20-50r/mim的搅拌条件下，向步骤(2)所述絮凝污泥中继续投加50%-80%污泥干重的生物碳，搅拌2-6min，生物碳作为骨架促进污泥滤饼中的水流通道； (4)将步骤(3)所述调理后的污泥进行过滤脱水。2.根据权利要求1所述的一种高锰酸钾破胞/氯化铁絮凝/生物碳骨架联合调理城市污泥的方法，其特征在于，步骤(1)中所述原污泥为城市污水处理厂污泥浓缩池的剩余污泥，步骤(1)中所述高锰酸钾为工业级。3.如权利要求1所述的一种高锰酸钾破胞/氯化铁絮凝/生物碳骨架联合调理城市污泥的方法，其特征在于，步骤(2)中所述氯化铁为工业级。4.如权利要求1所述的一种高锰酸钾破胞/氯化铁絮凝/生物碳骨架联合调理城市污泥的方法，其特征在于，步骤(3)中所述生物碳为城市污水处理厂剩余污泥在限氧条件下热解焚烧得到的污泥生物碳，热解温度为350-450°C，热解时间为l_2h，污泥生物碳颗粒大小为 200-300 μ??ο
【专利摘要】本发明公开了一种高锰酸钾破胞/氯化铁絮凝/生物碳骨架联合调理城市污泥的方法，属于环境治理技术领域。该方法包括：在一定的搅拌速度下，向剩余污泥中按照一定的投加顺序投加一定量的高锰酸钾、氯化铁和生物碳，对城市污泥进行调理，提高其脱水性能。本发明的调理剂成本低、操作简单容易，同时，三种调理剂通过对污泥破解、絮体重建和滤饼骨架结构的构建，全面提高污泥的脱水性能，打破之前单一方法以及两种方法联用的局限性，三种调理剂联合调理能够明显改善污泥的脱水性能，脱水污泥泥饼含水率达到62-67％。本发明成本低廉、工艺简单，对解决污泥污染问题具有重要意义。
【IPC分类】C02F11/00, C02F11/14
【公开号】CN105254153
【申请号】CN201510818726
【发明人】张盼月, 吴彦, 曾光明, 张光明, 叶捷, 张海波, 房玮, 刘建波, 夏亚平, 晏铭, 苟玺莹
【申请人】湖南大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年11月23日