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一種生物酶?CTAB聯(lián)合調(diào)理污泥的方法與流程

文檔序號:12340019閱讀:589來源:國知局
本發(fā)明屬于污泥處理處置
技術(shù)領(lǐng)域
,特別涉及一種生物制劑和化學物質(zhì)對污泥調(diào)理以致減量化的方法,具體涉及酶和表面活性劑聯(lián)合促進污泥脫水性能提高的方法。
背景技術(shù)
:市政污泥是城市污水處理廠中污水處理單元所產(chǎn)生的固體廢棄物,污水處理單元中產(chǎn)生的活性污泥水分含量可達99%以上,消化污泥水分含量可達96%以上。據(jù)有關(guān)部門預測,2015年6月底,含水率為80%的污泥產(chǎn)生量可達4410萬噸/年,預計到2020年,污泥產(chǎn)量將達到5000~6000萬噸(含水率按80%計),未來的20年城市污泥量將會增加到5.4~21.6億t/年。高速增長的污泥產(chǎn)量對環(huán)境的壓力越來越大,其所帶來的環(huán)境污染問題十分嚴峻,因此,污泥的處理處置問題已成為各國市政行業(yè)面臨的重要問題。目前,污泥處理方面存在的主要問題是污泥的脫水效果差、含水率較高,從而給污泥的后續(xù)處理以及運輸帶來了很大困難,嚴重制約了污泥的處理處置工作的開展。因此,合理高效的污泥調(diào)理技術(shù)實現(xiàn)污泥減量化顯得越來越重要。污泥是由大量EPS形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)包裹的具有凝膠結(jié)構(gòu)的顆粒固體,其脫水性能與污泥EPS形成的“粘膠相區(qū)”呈負相關(guān),由于EPS組分中70~80%為蛋白質(zhì)和多糖,因此,可利用中溫a-淀粉酶和中性蛋白酶調(diào)理污泥,其原理是通過酶的高效降解破壞污泥EPS結(jié)構(gòu),釋放出被絮體包裹的水分進而提高污泥的脫水性能。表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)是一種比較有效的調(diào)理藥劑,其調(diào)理污泥的作用包括:通過電中和作用,中和污泥表面負電荷減少污泥顆粒間的斥力的同時,可具有一定的殺菌效果;通過分散作用解體污泥絮體結(jié)構(gòu)、釋放原絮體內(nèi)部的結(jié)合水,并保持松散的絮體在水相中的穩(wěn)定性,不沉降在污泥顆粒表面中;通過增溶作用溶解有高度水合作用的胞外聚合物(EPS)到水相,剝離EPS中LB-EPS層,同時釋放出部分結(jié)合水,提高污泥的壓縮性能,從而提高污泥的含固率和脫水速率。目前,表面活性劑和酶聯(lián)合處理纖維制品的相關(guān)報道居多,而沒有其聯(lián)合后針對市政污泥處理處置的報道。本發(fā)明針對污泥的減量化問題,將酶破壞EPS結(jié)構(gòu)的作用和CTAB的分散、增溶、電中和作用充分結(jié)合并利用起來,通過釋放部分結(jié)合水和提高污泥的壓縮性增強污泥的脫水性能,提高抽濾后泥餅含固率。公開號為201110445557.2的中國專利采用“a-淀粉酶和中性蛋白酶”強化以剩余污泥為燃料的MFC產(chǎn)電性能及其減量化,公開號為CN102211842A的中國專利申請公開了一種利用表面活性劑十二烷基硫酸鈉和酶(蛋白酶/淀粉酶質(zhì)量比為3/1)的同時投加,以促進剩余污泥厭氧消化過程中的水解和酸化方法。但以上方法中a-淀粉酶與蛋白酶的適用條件不同可能會導致酶的活性降低或者適用范圍變窄,不能充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢,且該專利不針對污泥脫水。公開號為CN102897987A的中國專利申請公開了一種造紙污泥脫水復合生物酶處理劑及處理方法。此專利中的復合生物酶處理劑的原料重量百分含量如下:表面活性劑(烷基聚氧乙烯醚、脂肪醇、環(huán)氧乙烷縮合物和十六烷基三甲基溴化按質(zhì)量比1:1:1混合)0.95-0.99%,生物酶(纖維素酶、半纖維素酶、果膠酶、漆酶和脂肪酶按質(zhì)量比1:1:1:1:1混合)0.01-0.05%,余量為水。該專利提出的多種生物酶混合及酶與表面活性劑的同時添加必然存在不能充分發(fā)揮各自優(yōu)勢的缺點,而且該發(fā)明并未針對市政污泥的脫水。技術(shù)實現(xiàn)要素:本發(fā)明旨在針對現(xiàn)有污泥調(diào)理中無法破壞污泥EPS結(jié)構(gòu)、釋放結(jié)合水及調(diào)理后污泥脫水效果不顯著等問題,提供一種有效改善污泥脫水性能的聯(lián)合調(diào)理方法。該方法利用生物酶與CTAB的協(xié)同作用有效提高污泥脫水性能,使得污泥脫水后泥餅含水率降低至70%以下,具有費用較低,適用范圍廣,各調(diào)理步驟明確,操作方便,減量化明顯,可以降低污泥后續(xù)處置費用等優(yōu)點。本發(fā)明為一種生物酶-CTAB聯(lián)合調(diào)理污泥的方法,其特征在于:先利用生物酶的降解作用,分解污泥中的胞外有機物(EPS),破壞污泥絮體結(jié)構(gòu),釋放污泥中結(jié)合水,隨后利用十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)表面活性劑的親疏水及電中和作用,改變污泥絮體的親疏水性,中和污泥表面負電荷,使得部分EPS和結(jié)合水從污泥絮體中分離,提高污泥壓縮性的同時增大污泥絮體尺寸,增強其脫水性能;所述的生物酶與CTAB聯(lián)合方式為:中溫a-淀粉酶-CTAB;中性蛋白酶-CTAB;中溫a-淀粉酶-中性蛋白酶-CTAB。上述調(diào)理方法通過預處理、酶降解、CTAB調(diào)理等主要步驟實現(xiàn):(1)污泥的預處理:將污泥的溫度、pH調(diào)節(jié)到生物酶的適宜范圍;(2)酶降解:向污泥中投加生物酶,混合均勻,并進行一定時間的反應(yīng);(3)CTAB調(diào)理:向污泥中投加定量的CTAB,攪拌混合,并進行一定時間的反應(yīng),然后進入脫水單元。特別地,所述的待處理污泥為城市污水處理廠產(chǎn)生的污泥,包括活性污泥,消化污泥以及濃縮污泥等,含水率應(yīng)在90%以上。優(yōu)選為好氧活性污泥與厭氧消化污泥。特別地,所述的污泥預處理,應(yīng)先通過控溫設(shè)備調(diào)節(jié)污泥溫度為所投加酶的適宜區(qū)間,后經(jīng)過H+或OH-(常用濃度為1mol/L的HCl和NaOH溶液)調(diào)解其pH至所使投加酶的適用pH范圍內(nèi),所述的中溫a-淀粉酶適用溫度、pH范圍為25~70℃、5.5~6.8,優(yōu)選為30~50℃、6.0~6.4;中性蛋白酶適用溫度、pH范圍為10~60℃、6.0~8.0,優(yōu)選為30~45℃、6.9~7.3。特別地,所述的生物酶降解過程中其投加量和作用時間如下:中溫a-淀粉酶單獨調(diào)理時,投加量和作用時間范圍為0.05~0.15g/g干污泥(TS)、1~4h,優(yōu)選為0.05~0.10g/gTS、1~2h;中性蛋白酶單獨調(diào)理時,投加量和作用時間范圍為0.1~0.2g/gTS、1~4h,優(yōu)選為0.1~0.15g/gTS、2~3h。特別地,所述的生物酶降解中其投加量和作用時間如下:復合酶(中溫a-淀粉酶-中性蛋白酶)調(diào)理時,先投加0.02~0.2g/gTS的中溫a-淀粉酶,作用0.1~1.5h后,再投加0.05~0.2g/gTS的中性蛋白酶,并作用1~4h,每次投加前需將污泥溫度、pH調(diào)節(jié)至所投加酶的適宜范圍內(nèi);當污泥含水率為95%以上時,復合酶調(diào)理優(yōu)選為先投加0.02~0.1g/gTS的中溫a-淀粉酶,作用0.1~1h后,再投加0.05~0.15g/gTS的中性蛋白酶,并作用2~3h。所述干污泥(TS)指經(jīng)105℃烘干的污泥。上述生物酶調(diào)理時可投加生物酶粉末或者生物酶溶液,其中生物酶溶液配制過程如下:取3g中性蛋白酶溶解于50mL、pH為7.2的磷酸緩沖液中,于30~50℃下加溫攪拌溶解,后于1000rpm離心處理后,取上清液即為蛋白酶溶液。淀粉酶溶解于50mL、pH=6.2的磷酸緩沖液中,再加入16~27mg的無水CaCl2粉末,作為淀粉酶的激活劑,其余參照蛋白酶溶液的配制。特別地,所述酶降解污泥的階段,混合過程分為快慢兩種振蕩方式,相應(yīng)的振蕩強度與時間分別為200~350rpm、1~5min和20~200rpm、既定酶作用時間。特別地,所述CTAB投加量范圍如下:當中溫a-淀粉酶/中性蛋白酶-CTAB聯(lián)合調(diào)理時,CTAB投加量范圍為0.2~0.5g/gTS,優(yōu)選為0.3~0.5g/gTS;當復合酶-CTAB調(diào)理污泥時,其CTAB投加量范圍為0.3~0.6g/gTS,優(yōu)選為0.4~0.5g/gTS;所述干污泥(TS)指經(jīng)105℃烘干的污泥。特別地,所述CTAB調(diào)理時所述的混合過程實行快慢兩階段攪拌方式,相應(yīng)的攪拌強度和時間分別為100~800rpm、0.5~5min和20~200rpm、10~30min,優(yōu)選為550~800rpm、0.5~2.5min;50~120rpm、15~25min。特別地,所述相應(yīng)的脫水單元包括:板框脫水、帶式脫水、真空抽濾等機械脫水方式或電脫水裝置。脫水后泥餅含水率<70%。本專利發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,本專利的作用及優(yōu)點如下:(1)調(diào)理劑費用較低且適用范圍廣。此方法中生物酶和CTAB均為比較常見、容易獲得、價格低廉的藥劑,適用條件溫和,對含水率90%以上的市政污泥均有較好的效果,是安全、高效的污泥調(diào)理方法。(2)生物酶與CTAB的協(xié)同作用可有效提高污泥脫水性能。本發(fā)明采用生物酶與CTAB聯(lián)合調(diào)理組合技術(shù)工藝,充分發(fā)揮兩種調(diào)理試劑各自的優(yōu)勢,形成協(xié)同效應(yīng),有效改善污泥的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),提高污泥脫水性能。具體為先利用中溫a-淀粉酶,中性蛋白酶的高效催化降解作用,降解污泥EPS組分中多糖和蛋白質(zhì)以達到破壞污泥EPS結(jié)構(gòu)、釋放污泥絮體中結(jié)合水的效果,后通過CTAB的分散、增溶及電中和作用,分散松散絮體,釋放更多的結(jié)合水;增溶污泥表面大分子有機物,有效剝離松散污泥絮體中LB-EPS層;將被生物酶降解后形成的結(jié)構(gòu)松散、負電荷增大,濁度高,比表面積大的污泥絮體團聚起來同時改善污泥的親疏水性,提高污泥的可壓縮性進一步釋放結(jié)合水,改善污泥脫水性能,提高污泥脫水中的固液分離比。(3)調(diào)理步驟明確且操作簡單。生物酶與CTAB的單獨投加可使其最大限度地發(fā)揮各自優(yōu)勢,生物酶和CTAB藥劑在投加時均可直接投入固體粉末,無需配成溶液,具有方法簡單、操作方便、節(jié)省時間及人力成本等優(yōu)點。從而實現(xiàn)污泥的減量化,大大減少脫水后污泥體積,提升污泥資源化潛力。(4)減量化明顯且后續(xù)處理處置費用低。此方法經(jīng)脫水單元后泥餅含水率可快速降低至70%以下,污泥減量化明顯,大大降低脫水后污泥后續(xù)的運輸和處理處置費用及存放空間。附圖說明附圖1為本發(fā)明中生物酶與CTAB聯(lián)合調(diào)理污泥的技術(shù)工藝圖具體實施方式下面根據(jù)附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明,但不意味著限制本發(fā)明的保護范圍。實施實例1:復合酶-CTAB聯(lián)合調(diào)理改善活性污泥脫水性能中溫a-淀粉酶溶液配制如下:取2.85g淀粉酶溶解于50mL、pH=6.2的磷酸緩沖液中,再加入25mg的無水CaCl2粉末,作為淀粉酶的激活劑,在40℃下加溫攪拌溶解,后于1000rpm離心處理后,取上清液即為中溫a-淀粉酶溶液,現(xiàn)配現(xiàn)用。中性蛋白酶溶液配制如下:取3g中性蛋白酶溶解于50mL、pH為7.2的磷酸緩沖液中,于40℃下加溫攪拌溶解,后于1000rpm離心處理后,取上清液即為蛋白酶溶液,現(xiàn)配現(xiàn)用。復合酶-CTAB聯(lián)合調(diào)理:某市政污水處理廠的活性污泥,經(jīng)過4h的沉降,棄去上清液,濃縮后污泥過0.18cm的網(wǎng)篩(含水率98.15%)為污泥樣品,測量其溫度和pH分別為31.7℃、6.40。取上述污泥樣品300mL置于500mL燒杯中,同時向污泥中投加一定量的CaCl2固體,使污泥中的Ca2+濃度為120mg·L-1左右,在轉(zhuǎn)速為200rpm時,加入5mL中溫a-淀粉酶溶液,混合2min后在轉(zhuǎn)速為50rpm的條件下于恒溫培養(yǎng)箱中降解1h;隨后再次測定污泥溫度和pH,分別為32.9℃和6.65,調(diào)節(jié)污泥pH到7后,在轉(zhuǎn)速為200rpm時,加入8mL的中性蛋白酶溶液,混合1min后在轉(zhuǎn)速為60rpm的條件下振蕩2h。復合酶調(diào)理完畢后,將上述污泥樣品轉(zhuǎn)移至六聯(lián)攪拌器的設(shè)備中,在轉(zhuǎn)速為650rpm時,投加2.22g的CTAB,攪拌5min中后,在轉(zhuǎn)速為62rpm的條件下,慢速攪拌10min,隨后直接進行電脫水。測定經(jīng)復合酶與CTAB調(diào)理后的污泥泥餅含水率為59.63%,原始污泥的泥餅含水率為70.8%。表1為所投加酶的基本參數(shù)表1生物酶的基本參數(shù)名稱活性/U·g-1溫度/℃pH中溫α-淀粉酶2×10325-705.5-6.8中性蛋白酶1×10510-606.0-8.0注:為保持中溫α-淀粉酶的穩(wěn)定性,調(diào)節(jié)污泥中的Ca2+濃度為120mg·L-1。實施實例2:中溫a-淀粉酶與CTAB聯(lián)合調(diào)理消化污泥后脫水性能的變化取某市政污水處理廠的厭氧消化污泥(含水率為96.27%)25L,利用加熱裝置和1mol/L的HCl溶液將厭氧污泥的溫度和pH分別調(diào)節(jié)至45℃、6.2,向污泥中投加一定量的CaCl2固體,使污泥中的Ca2+濃度為120mg·L-1左右,隨后在轉(zhuǎn)速為250rpm時加入56g的中溫a-淀粉酶,混合2min后,將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到120rpm,在45℃下恒溫振蕩2h,淀粉酶調(diào)理完畢后,將上述污泥樣品轉(zhuǎn)移至攪拌器的設(shè)備中,在轉(zhuǎn)速為650rpm時,投加180g的CTAB,攪拌3min中后,在轉(zhuǎn)速為50rpm的條件下,慢速攪拌10min,隨后直接進行真空抽濾脫水,壓力和時間參數(shù)分別為0.06MPa和20min。測定經(jīng)復合酶與CTAB調(diào)理后的污泥泥餅含水率為62.63%,原始污泥的泥餅含水率為75.8%。實施實例3:中性蛋白酶-CTAB聯(lián)合調(diào)理剩余污泥的脫水性能某市政污水處理廠的剩余污泥(含水率為98.6%),過0.18cm的網(wǎng)篩后,取出300mL置于500mL錐形瓶中,調(diào)整其溫度和pH分別為37.6℃、7.23,在轉(zhuǎn)速為200rpm時加入7mL蛋白酶溶液,混合2min后,于50rpm的轉(zhuǎn)速下震蕩3h,中性蛋白酶處理完畢后,將污泥樣品移入六聯(lián)攪拌器中,在720rpm轉(zhuǎn)速下,加入1.26g的CTAB快速攪拌10min后,在62rpm轉(zhuǎn)速下慢速攪拌10min后真空抽濾,壓力和時間參數(shù)分別為0.06MPa和20min。測定抽濾后泥餅含水率為69.64%,原始污泥的泥餅含水率為75.8%。對照實例1:除中溫a-淀粉酶的投加量是為10mL,CTAB投加量為3g,其余與實施實例1相同。泥餅含水率為57.64%。對照實例2:除中溫a-淀粉酶的投加量和作用振蕩時間為62g和1.5h,其余均與實施實例2相同。泥餅含水率為61.64%。對照實例3:除中性蛋白酶的投加量是為10mL,CTAB投加量為1.5g,其余均與實施實例3相同。泥餅含水率為64.36%。檢測結(jié)果表明:1、經(jīng)生物酶調(diào)理后,污泥由于結(jié)構(gòu)松散、負電荷增大,濁度高,比表面積增大導致其CST上升。2、生物酶-CTAB調(diào)理后,污泥重新聚集,污泥CST值明顯降低,脫水性能好,脫水后污泥含水率更低。3、酶所處的反應(yīng)條件不同,會導致CST值各異。4、CTAB的投加量對真空抽濾后泥餅含水率影響較大。5、抽濾的操作條件對真空抽濾后泥餅含水率有一定影響。當前第1頁1 2 3 
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