本發(fā)明屬于脫水材料及應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種活性污泥深度脫水材料及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化步伐的不斷推進(jìn)以及污水治理要求日趨嚴(yán)格，城鎮(zhèn)污水處理廠的數(shù)量和規(guī)模迅速提升。由住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部公布的《2015年城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計(jì)公報(bào)》指出，相比2010年，2015年全國(guó)城市及縣鎮(zhèn)污水處理廠數(shù)量增加了41.9％，污水廠的日處理能力提高了36.5％，達(dá)1.7億立方米/天。以萬噸污水產(chǎn)6.75噸濕污泥計(jì)(含水率80％)，則2015年全年的濕污泥產(chǎn)量超過4千萬噸。未來幾年，全國(guó)的城鎮(zhèn)污泥產(chǎn)量將持續(xù)快速增加，預(yù)計(jì)到2020年，城鎮(zhèn)濕污泥產(chǎn)量將達(dá)到6000萬～9000萬噸。截至2015年，我國(guó)城鎮(zhèn)污泥的無害化處理率為56％，急需深入加強(qiáng)污泥的處理和處置。
污泥經(jīng)濃縮和機(jī)械脫水之后，自由水分得以脫除，污泥體積大幅下降。但污水處理廠所排放的濕污泥中仍然約含有80％的水分，達(dá)不到資源化利用的要求。傳統(tǒng)的熱力干化雖然干化速度快、干化效果明顯，但能耗非常高。近年來發(fā)展起來的深度脫水法是通過對(duì)污泥進(jìn)行改性，使污泥中的微生物細(xì)胞破壁，使得胞內(nèi)結(jié)合水得以釋放，通過機(jī)械壓濾使得污泥的含水率降至60％以下。目前的污泥細(xì)胞破壁方法可分為物理法、化學(xué)法和生物法，典型的物理法包括超聲處理、機(jī)械研磨和高溫加熱處理等，其主要缺點(diǎn)是能耗高，脫水增效不明顯；典型的化學(xué)法包括臭氧氧化、酸堿處理和芬頓試劑法等，其特點(diǎn)是破壁效果明顯，但藥劑對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，運(yùn)行成本高；生物法即采用生物酶降解污泥細(xì)胞，主要缺點(diǎn)是周期跨度長(zhǎng)。由于這些方法都存在不同程度的缺陷，因此均未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)推廣應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種活性污泥深度脫水材料及其應(yīng)用，本發(fā)明是將納米管材料加入活性污泥中，在常溫或加熱條件下將污泥培養(yǎng)60～180min，并對(duì)活性污泥施加一定的機(jī)械攪拌，使得活性污泥細(xì)胞在納米管作用下發(fā)生解構(gòu)破碎，釋放胞內(nèi)結(jié)合水，從而大幅提高污泥脫水性能的方法；本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、反應(yīng)溫度低、運(yùn)行成本低、低能耗、無設(shè)備腐蝕性。
本發(fā)明的一種活性污泥深度脫水材料，活性污泥深度脫水材料為管徑小于50nm，長(zhǎng)徑比為50-1000:1的納米管。
所述納米管為碳納米管、硅納米管中的一種。
優(yōu)選所述納米管的管徑為2～10nm，長(zhǎng)徑比為50～250：1。
本發(fā)明的一種活性污泥深度脫水材料的應(yīng)用，納米管材料用于活性污泥深度脫水，具
體方法包括：
將污泥置于容器中，向污泥中加入納米管，然后在30-100℃條件下，攪拌培養(yǎng)60～180min。
所述污泥為機(jī)械脫水之前的濃縮污泥，含水率介于90～98％。
污泥為活性污泥，為是指市政或工業(yè)污水處理廠所產(chǎn)生的含大量活性微生物細(xì)菌的污泥。
所述納米管和污泥的比例為100～1000mg：1l。
納米管加入方式為：納米管同分散劑、溶劑混合后，經(jīng)超聲振蕩分散均勻后再加入活性污泥中。
所述溶劑為水、乙醇或異丙醇；分散劑為聚乙烯吡咯烷酮、聚氨基甲酸乙酯、op系列表面活性劑、十二烷基硫酸鈉或十六烷基三甲基溴化。
30-100℃并攪拌培養(yǎng)60～180min后，進(jìn)行脫水干燥，其中可以采用傳統(tǒng)的機(jī)械壓濾設(shè)備進(jìn)行脫水干燥，如：皮帶壓濾機(jī)、螺旋壓榨機(jī)、板框壓濾機(jī)等。
本發(fā)明具體為：(1)將污泥置于帶攪拌容器中，向污泥中加入納米管材料，其添加量為10～1000(mg納米管)/(l活性污泥)；2)將污泥溫度保持在30～100℃范圍，并連續(xù)攪拌和培養(yǎng)60～180min；3)在污泥溶液中，納米管對(duì)活性污泥細(xì)胞進(jìn)行穿刺破碎，釋放污泥內(nèi)部結(jié)合水分，使得污泥自由水分含量提高，脫水性能優(yōu)化；4)利用傳統(tǒng)機(jī)械壓濾設(shè)備將培養(yǎng)好的活性污泥進(jìn)行脫水干燥。
本發(fā)明提出了一種基于納米管進(jìn)行活性污泥微生物細(xì)胞破壁的方法，其原理是利用納米管超大的長(zhǎng)徑比(50～1000)和超細(xì)的管徑(<50nm)，在微觀條件下納米管像針一樣穿刺微生物細(xì)胞，從而破壞結(jié)構(gòu)，釋放胞內(nèi)水，從而大幅提高脫水性能。由于本方法既沒有傳統(tǒng)物理法的高能耗，也沒有傳統(tǒng)化學(xué)法的強(qiáng)腐蝕性，因此具有廣闊的應(yīng)用潛力。
有益效果
本方法利用納米管超大的長(zhǎng)徑比(50～1000)和超細(xì)的管徑(<50nm)，在微觀條件下納米管像針一樣穿刺微生物細(xì)胞，從而破壞結(jié)構(gòu)，釋放胞內(nèi)水，從而大幅提高脫水性能，由于本方法既沒有傳統(tǒng)物理法的高能耗，也沒有傳統(tǒng)化學(xué)法的強(qiáng)腐蝕性，因此具有廣闊的應(yīng)用潛力。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
實(shí)施例1
1)稱取來自污水處理廠的活性污泥100ml，含水率95％左右，加入到容量為250ml的燒杯中；
2)稱取100mg的單壁碳納米管和3mg的聚乙烯吡咯烷酮放入容量為50ml的燒杯中，向燒杯中加入蒸餾水50ml；
3)將盛有碳納米管的燒杯置于超聲波清洗儀中，在常溫下超聲60min；
4)將超聲后的碳納米管溶液倒入活性污泥中，并攪拌均勻；
5)將盛有污泥的燒杯放置在金屬加熱平板上，加熱板的溫度控制在40℃；
6)利用攪拌器對(duì)燒杯中的活性污泥進(jìn)行連續(xù)攪拌120min，攪拌軸轉(zhuǎn)速為250rpm；
7)攪拌完成后，測(cè)定污泥經(jīng)單壁碳納米管處理后的比阻為0.76×10-12m/kg；
8)作為對(duì)比，稱取同樣質(zhì)量但不含碳納米管的活性污泥在相同條件下攪拌120min，測(cè)定其污泥比阻為0.99×10-12m/kg。由此表明，經(jīng)單壁碳納米管處理后污泥的比阻下降了23.2％，污泥脫水性能得到了顯著提高；
9)對(duì)處理后的污泥進(jìn)行板框壓濾脫水干燥，脫水后污泥含水率降為69％。
實(shí)施例2
1)稱取來自污水處理廠的活性污泥100ml，含水率95％左右，加入到容量為250ml的燒杯中；
2)稱取500mg的單壁碳納米管和15mg的聚乙烯吡咯烷酮放入容量為50ml的燒杯中，向燒杯中加入蒸餾水50ml；
3)將盛有碳納米管的燒杯置于超聲波清洗儀中，在常溫下超聲60min；
4)將超聲后的碳納米管溶液倒入活性污泥中，并攪拌均勻；
5)將盛有污泥的燒杯放置在金屬加熱平板上，加熱板的溫度控制在40℃；
6)利用攪拌器對(duì)燒杯中的活性污泥進(jìn)行連續(xù)攪拌120min，攪拌軸轉(zhuǎn)速為250rpm；
7)攪拌完成后，測(cè)定污泥經(jīng)單壁碳納米管處理后的比阻為0.65×10-12m/kg；
8)由此表明，當(dāng)增加單壁碳納米管的添加量后，處理后污泥的比阻(相比原始污泥的0.99×10-12m/kg)下降了34.3％，污泥脫水性能得到了進(jìn)一步提升。(作為對(duì)比的，相應(yīng)的對(duì)比值也要補(bǔ)充)
9)對(duì)處理后的污泥進(jìn)行板框壓濾脫水干燥，脫水后污泥含水率降為65％。
實(shí)施例3
1)稱取來自污水處理廠的活性污泥100ml，含水率95％左右，加入到容量為250ml的燒杯中；
2)稱取100mg的單壁碳納米管和3mg的聚乙烯吡咯烷酮放入容量為50ml的燒杯中，向燒杯中加入蒸餾水50ml；
3)將盛有碳納米管的燒杯置于超聲波清洗儀中，在常溫下超聲60min；
4)將超聲后的碳納米管溶液倒入活性污泥中，并攪拌均勻；
5)將盛有污泥的燒杯放置在金屬加熱平板上，加熱板的溫度控制在80℃；
6)利用攪拌器對(duì)燒杯中的活性污泥進(jìn)行連續(xù)攪拌120min，攪拌軸轉(zhuǎn)速為250rpm；
7)攪拌完成后，測(cè)定污泥經(jīng)單壁碳納米管處理后的比阻為0.62×10-12m/kg；
8)作為對(duì)比，稱取同樣質(zhì)量但不含碳納米管的活性污泥在相同條件下攪拌120min，測(cè)定其污泥比阻為0.92×10-12m/kg，經(jīng)單壁碳納米管處理后污泥的比阻下降了32.6％。由此表明，在相同的碳納米管添加量下，提高污泥溫度可以進(jìn)一步促進(jìn)污泥脫水性能的提高。
9)對(duì)處理后的污泥進(jìn)行板框壓濾脫水干燥，脫水后污泥含水率降為67％。