公布日：2023.11.10
申請日：2023.09.20
分類號：C02F11/121(2019.01)I;C02F11/04(2006.01)I;C02F11/14(2019.01)I;C02F11/143(2019.01)I;C02F11/122(2019.01)I
摘要
本發明屬于污泥脫水處理技術領域，具體涉及一種鐵基污泥的深度脫水調理方法。為開發一種安全高效、經濟節能且適合鐵基污泥的脫水調理方法，本發明將原位異化鐵還原與強化高級氧化工藝相耦合，首先通過異化鐵還原反應將鐵基污泥中的三價鐵還原為亞鐵，并在較溫和的酸性條件下釋放游離態亞鐵；然后投加安全、有效且環境友好的過碳酸鈉試劑，利用亞鐵催化過碳酸鈉引發類芬頓反應，并通過低氧化還原電位的環境強化類芬頓反應過程中的鐵還原限速步驟，進而產生更多強氧化性和非選擇性的羥基自由基，破壞污泥EPS，釋放結合水分，既實現了鐵的原位利用，又達到了污泥深度脫水的效果。
權利要求書
1.一種鐵基污泥的深度脫水調理方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、對污水處理廠二沉池的鐵基剩余污泥進行重力濃縮；S2、將步驟S1得到的濃縮污泥進行常溫厭氧處理，使污泥環境的氧化還原電位低于-300mV，促使污泥中的三價鐵轉為亞鐵，達到異化鐵還原；S3、對步驟S2得到的原位異化鐵還原污泥進行酸化，將污泥的pH值調節為3～4，使污泥釋放固相中的亞鐵至上清液當中，為高級氧化類芬頓反應提供合適的反應條件；S4、向步驟S3得到的異化鐵還原酸化污泥中加入過碳酸鈉，待攪拌充分反應后完成對高含鐵污泥的脫水調理；S5、使用固液分離裝置對步驟S4得到的調理污泥進行壓榨脫水，使得到的泥餅含水率低于55％，完成鐵基污泥的深度脫水調理。
2.根據權利要求1所述的一種鐵基污泥的深度脫水調理方法，其特征在于，步驟S1中，所述鐵基剩余污泥為使用鐵鹽化學除磷的高含鐵污泥；重力濃縮后，污泥含水率在96～98％。
3.根據權利要求2所述的一種鐵基污泥的深度脫水調理方法，其特征在于，使用鐵鹽化學除磷包括采用聚合硫酸鐵強化化學除磷和采用聚合氯化鋁鐵強化化學除磷。
4.根據權利要求1所述的一種鐵基污泥的深度脫水調理方法，其特征在于，步驟S2中，厭氧處理過程中，定期進行攪拌，攪拌頻率為1～3次/天，共厭氧處理5～10天，以保證更好的污泥傳質，達到更好的異化鐵還原效果。
5.根據權利要求1所述的一種鐵基污泥的深度脫水調理方法，其特征在于，步驟S3中，采用濃度為3～4M的硫酸進行酸化。
6.根據權利要求1所述的一種鐵基污泥的深度脫水調理方法，其特征在于，步驟S4中，過碳酸鈉的投加量為絕干污泥量的1％～4％；攪拌的轉速為150-250rpm/min，時間為15～30分鐘。
7.根據權利要求1所述的一種鐵基污泥的深度脫水調理方法，其特征在于，步驟S5中，所述固液分離裝置為高壓板框壓濾脫水機，壓榨壓力為2.3MPa，壓榨時間為30～40分鐘。
發明內容
為了克服上述現有技術的不足，本發明提出了一種鐵基污泥的深度脫水調理方法，通過對原位異化鐵還原反應以及強化高級氧化工藝進行優化，為鐵基污泥提供了一種全新的深度脫水技術，既實現了鐵的原位利用，又達到了污泥深度脫水的效果。
為實現上述目的，本發明是通過以下技術方案來實現的：
本發明提供了一種鐵基污泥的深度脫水調理方法，該方法包括以下步驟：
S1、對污水處理廠二沉池的鐵基剩余污泥進行重力濃縮；
S2、將步驟S1得到的濃縮污泥進行常溫厭氧處理，使污泥環境的氧化還原電位低于-300mV，促使污泥中的三價鐵轉為亞鐵，達到異化鐵還原；
S3、對步驟S2得到的原位異化鐵還原污泥進行酸化，將污泥的pH值調節為3～4，使污泥釋放固相中的亞鐵至上清液當中，為高級氧化類芬頓反應提供合適的反應條件；
S4、向步驟S3得到的異化鐵還原酸化污泥中加入過碳酸鈉，待攪拌充分反應后完成對高含鐵污泥的脫水調理；
S5、使用固液分離裝置對步驟S4得到的調理污泥進行壓榨脫水，使得到的泥餅含水率低于55％，完成鐵基污泥的深度脫水調理。
優選的，步驟S1中，所述鐵基剩余污泥為使用鐵鹽化學除磷的高含鐵污泥；重力濃縮后，污泥含水率在96～98％。
本發明通過工藝的組合優化，將原位異化鐵還原與強化高級氧化工藝相耦合，為鐵基污泥的深度脫水提供了一種全新的思路。本發明所針對的對象為鐵基污泥，對于采用鐵鹽化學除磷的污水處理廠，如果采用常規高級氧化進行深度脫水調理，必會使脫水后的泥餅和滲濾液中含有更大量的鐵，且常規高級氧化試劑的儲存運輸有安全隱患。因此，本發明采用原位異化鐵還原反應轉變污泥中鐵的形態，在厭氧處理后使污泥中80％以上的三價鐵被鐵還原菌還原成亞鐵，并且在酸性條件下(pH＝3～4)釋放到上清液當中，成為可利用的亞鐵離子，而釋放的亞鐵離子能夠催化SPC引發類芬頓反應，同時在低還原電位的條件下，使類芬頓反應中的鐵還原限速步驟被增強，從而產生更多強氧化性和非選擇性的羥基自由基，破壞EPS和污泥絮體結構，釋放結合水分。通過上述原位異化鐵還原反應耦合強化高級氧化反應調理后，所得到的污泥再經固液分離后得到含水率低于55％的泥餅，達到污泥深度脫水的目的。
更優選的，使用鐵鹽化學除磷包括采用聚合硫酸鐵強化化學除磷和采用聚合氯化鋁鐵強化化學除磷。
優選的，步驟S2中，厭氧處理過程中，定期進行攪拌，攪拌頻率為1～3次/天，共厭氧處理5～10天，以保證更好的污泥傳質，達到更好的異化鐵還原效果。
優選的，步驟S3中，采用濃度為3～4M的硫酸進行酸化。
優選的，步驟S4中，過碳酸鈉的投加量為絕干污泥量的1％～4％；攪拌的轉速為150-250rpm/min，時間為15～30分鐘。
優選的，步驟S5中，所述固液分離裝置為高壓板框壓濾脫水機，壓榨壓力為2.3MPa，壓榨時間為30～40分鐘。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：
為開發一種安全高效、經濟節能且適合鐵基污泥的脫水調理方法，本發明公開了一種鐵基污泥的深度脫水調理方法，將原位異化鐵還原與強化高級氧化工藝相耦合，首先通過異化鐵還原反應將鐵基污泥中的三價鐵還原為亞鐵，并在較溫和的酸性條件下釋放游離態亞鐵；然后投加安全、有效且環境友好的過碳酸鈉試劑，利用亞鐵催化過碳酸鈉引發類芬頓反應，并通過低氧化還原電位的環境強化類芬頓反應過程中的鐵還原限速步驟，進而產生更多強氧化性和非選擇性的羥基自由基，破壞污泥EPS，釋放結合水分，既實現了鐵的原位利用，又達到了污泥深度脫水的效果。總體而言，本發明具有以下優點：
(1)本發明方法提供的污泥深度脫水方法具有針對性：本發明是針對“目前污水處理廠由于出水水質標準提高而投加大量鐵鹽絮凝劑或除磷劑，導致產生鐵基污泥的現象”而提出來，具有較好的實用性。
(2)本發明方法在無需額外投加亞鐵的條件下實現了高級氧化反應：常規的芬頓工藝需要額外投加亞鐵來催化反應，進而通過異化鐵還原將污泥中的三價鐵轉變為亞鐵，并通過耦合酸化處理將亞鐵釋放到上清液中，實現了鐵資源的原位利用。
(3)本發明方法所用的藥劑安全且環境友好：常規高級氧化工藝所用藥劑在運輸儲存方面具有一定的危險性，而過碳酸鈉是一種安全且環境友好的氧化劑，整體反應過程中不產生任何有害物質。
(4)本發明方法實現了強化高級氧化效果：與傳統的芬頓反應相比，由于亞鐵在催化過氧化氫產生羥基自由基的過程中需要不斷在二價態和三價態之間轉化，而三價鐵還原為二價鐵的鐵還原反應是傳統芬頓反應的限速步驟，為此，本發明利用低氧化還原電位條件強化鐵還原反應，使得類芬頓反應得以加強，產生更多羥基自由基。
(5)本發明方法達到污泥深度脫水效果：與常規添加混凝/絮凝藥劑、骨架材料等工藝相比，本發明方法通過產生強氧化性和非選擇性的羥基自由基，破壞EPS和污泥絮體結構，釋放結合水分，使脫水后的泥餅含水率小于55％，達到深度脫水的目的。
(6)本發明方法藥劑成本低：與常規高級氧化調理工藝相比，本發明方法無需額外投加亞鐵離子，減少了鐵資源的浪費，并且過碳酸鈉相較于常規的高級氧化藥劑更便宜，進而大大降低了處理成本。
（發明人：孫連鵬;陳傳翰;于懷星;李若泓;袁維芳;邱仲業;鄧歡忠;宋平;王浩;肖思華;劉佳宇;祝新哲）
